基于PLC的智能加工裝置控制系統設計

方杰平

摘? 要：茶葉加工過程直接影響茶葉的品質，茶葉加工的主要工序包括殺青、理條和烘干等。為進一步提高茶葉的加工品質和生產效率，根據茶葉加工過程中的工藝要求，以可編程控制器（PLC）為控制器，通過溫度傳感器能感知環境溫度變化，并以此來自動調節茶葉加工時間和炒鍋的頻率等相關參數，實現茶葉加工過程的智能化。

關鍵詞：PLC;傳感器;智能化;控制系統

中圖分類號：TP31? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）31-0093-02

Abstract： Tea processing process has a direct impact on the quality of tea， the main processes of tea processing include green killing， striping and drying. In order to further improve the processing quality and production efficiency of tea， according to the technological requirements of tea processing， the programmable controller （PLC） is used as the controller， and the environmental temperature change can be sensed by temperature sensor. In order to realize the intelligence of tea processing process， the related parameters such as tea processing time and frying pot frequency can be adjusted automatically.

Keywords： PLC; sensor; intelligence; control system

可編程控制器（PLC）是一種以微處理器為核心的工業自動控制裝置，具有可靠性高、編程靈活、開發周期短等優點，特別適合對繼電器-接觸器控制系統的改造。

大部分茶葉加工設備都是傳統的電氣控制，控制模式單一，導致其對加工溫度，加工時間等工藝參數不能準確的計量和控制[1]。針對這種情況，利用PLC對控制系統進行改造，用程序來實現邏輯控制功能，使整個控制系統的穩定性大大提高，實現茶葉加工智能控制過程。

1 茶葉智能加工裝置的工藝流程

以PLC作為控制系統的核心，通過對PLC編程，控制外部模塊工作，完成茶葉智能化加工。茶葉智能加工工藝流程如下[2]：操作員將待加工的茶葉放入下料漏斗，在控制面板中選擇待加工的茶葉類型、采摘季節、老嫩程度，啟動遠紅外線石英管開始加熱，由PT100熱電偶檢測U型槽鍋的溫度是否符合設定的溫度，從而啟動步進電機運轉帶動定量進料槽輪按照設定值轉動一定角度，將待加工的茶葉倒入U型槽鍋，進而帶動U型槽鍋做往復直線運動，使茶葉在槽鍋內按順序完成殺青、理條、烘干三道工序[3]，結束后電動推桿升起，使U型槽鍋傾翻，實現茶葉的自動下料，一個工作周期結束。

2 主電路

硬件部分包括熱電偶、遠紅外線石英加熱管、步進電機及其驅動器、鼓風機、三相異步電機、變頻器和電動推桿等;軟件部分包括程序控制和人機界面控制。使用者在觸摸屏上選擇茶葉類型、采摘季節、老嫩程度，PLC 將按程序對外部硬件部分進行控制。

3 PLC控制系統的硬件設計

3.1 PLC控制系統的I/O點分配

茶葉智能加工裝置的控制部分含有步進電機，故PLC要和步進電機配合實現運動控制，需要在PLC內部進行設定并編寫程序。另外，步進電機控制是要用高速脈沖控制的，所以PLC必須是可以輸出高速脈沖的晶體管輸出形式，不可以使用繼電器輸出形式的PLC來控制步進電機。

3.2 硬件電路的設計

在進行PLC硬件接線時，PLC輸出端連接繼電器，繼電器的常開觸點與控制設備相連。PLC輸出的電源電壓是±24VDC，繼電器起開關作用，能將±24VDC電轉化為大電壓，來控制用電設備的通斷，實現茶葉的智能化加工。PLC的外部接線圖如圖3、4所示。

4 PLC控制系統的軟件開發

根據茶葉智能加工裝置的工作原理，設計PLC控制軟件實現對茶葉定量、變溫度、變頻率以及觸摸屏控制等部分進行開發，具體內容如下：

（1）在設計觸摸屏的過程中，根據實際用戶的需求，包括參數設定、按鍵功能、監控畫面等選項。具體包括設置智能模式和手動模式兩種模式，按鍵功能畫面包括：啟動、停止、手動、三相異步電機轉動、和電動推桿的上行和下行。監控畫面顯示運行的狀態，循環次數，翻炒的時間等參數，方便操作者了解當前的工作情況。

（2）在控制茶葉量的過程中，將茶葉放入進料斗，待U形鍋溫度達到設定值后，異步電機轉動720°，實現定量進料[4]。

（3）在控制殺青理條烘干的加工過程中，采用變頻控制方式來達到節約能源的目的。本系統程序中設定多頻率切換功能，在茶葉殺青、理條、烘干過程根據設定值自動切換頻率。

（4）控制殺青理條烘干的溫度、頻率、時間。在觸摸屏中選定需要加工的茶葉種類型，采摘季節，茶葉的老嫩程度，按啟動鍵之后，PLC可不斷地循環掃描，自動地完成整個茶葉加工過程。

5 結論

采用可編程控制器（PLC）對茶葉智能加工裝置電氣控制系統進行設計，在提高整個電氣控制系統的工作性能，減少維護、維修工作量的同時，克服了傳統茶葉加工設備的不足，實現了茶葉加工過程的智能控制。系統操作靈活、方便，大大提高茶葉加工品質和生產效率。

參考文獻：

[1]夏濤.中國茶業發展之路[J].中國茶葉加工，2012（4）：22-23.

[2]王家斌.機械制茶史話[J].中國茶葉加工，2010（1）：14-15.

[3]郝朝會.滾筒式紅外茶葉殺青機的設計研究[D].淄博：山東理工大學，2012：8-10.

[4]權啟愛，葉陽.遠紅外烘干機的結構及其在名優綠茶加工中的應用[J].中國茶葉，2007（2）：20-21.