刘　青（江苏省常州技师学院，江苏常州213032）



基于PLC控制的茶叶自动化理条机组研究

刘青
（江苏省常州技师学院，江苏常州213032）

摘要：茶叶理条机是茶叶制作加工中的重要设备之一，茶叶理条质量的好坏直接决定着茶叶加工之后的品质高低，因此，面对传统理条加工工艺的弊端，应用自动化理条机具有非常重要的现实意义。本文从茶叶机械制作的发展现状入手，利用三菱PLC控制技术对茶叶自动化理条机组的加工过程进行分析，设计了机组的总体方案和控制系统的软硬件，不断提高茶叶理条机的自动化水平，进而便于用户操作，减轻劳动人员的工作强度，提高理条效率，改善茶叶的品质。

关键词：茶叶；自动化理条；PLC控制；机组

1　前　言

从整体上来说，我国目前的茶叶加工技术还处于半手工、半机械化的水平，尤其是在茶叶理条过程中，虽然大多数茶农已经运用理条机进行加工操作，但理条机的工作还离不开工人的操作，仍需要大量的人力，此外，在人工操作中，由于操作人员与茶叶频繁的进行接触，从而导致茶叶容易被细菌污染，降低了茶叶的品质。鉴于此，结合我国茶叶理条的实际状况，实现茶叶加工全生命周期的清洁化、自动化和智能化，是当前茶叶加工制作所面临的重要问题，也引起了所有茶人的广泛关注。当前，茶叶理条作为茶叶加工过程中的关键环节，理条工艺的优劣直接关系到茶叶的后续加工过程。本文通过对茶叶理条机组的自动化技术与设备进行分析，并运用先进的三菱PLC控制技术来实现茶叶理条加工的机械化运作，进而不断提高茶叶理条技工的自动化水平，为茶叶实现自动化的生产奠定坚实的技术基础。

2　茶叶机械制作的发展现状分析

2.1我国茶叶加工技术的发展现状

当前世界上大约有50多个国家进行茶叶种植和生产，而有160多个国家保持着饮茶的习俗。据史料记载，茶叶原产于中国，并从我国向世界传播。[1]一般来说，茶叶的加工过程就是将鲜叶中的水分进行逐步蒸发而形成干茶过程。茶叶的加工原料为鲜叶，如果不能够及时进行加工处理，其品质就会降低，从而失去原有的应用价值。随着科学技术的发展，我国的茶叶加工逐步朝着机械化的方向发展，并相继研制成功了各种制茶设备。但与其他国家相比，我国的茶叶加工标准还存在着不足之处，还远远达不到清洁化、自动化的水准。食品工业的生产技术发展要经历机械化、初级自动化、自动化控制、数据化和无人化五个阶段，有些国家的茶叶生产已经进入了第四阶段，而我国的制茶企业大多数还处于第一阶段，个别进入到了第二阶段，所以需要改变传统的手工加机械单机作业的情况，实现从鲜叶到干茶的全自动生产。[1]

2.2理条机在茶叶制造中的应用现状

现阶段，茶叶的制作过程要经过杀青、揉捻、理条、做形以及干燥等多个环节，其中，理条工艺主要针对条形绿茶而言，主要是为了达到塑性、失水和提香的目的，因而是制作工艺中的重要环节。[3]经过多年的实践研究，我国的茶叶理条机有了很大的进步，但也存在着一些亟待解决的问题：一是传统理条机的能耗比较高、热效率也很低，因而造成了大量的能源浪费；二是传统理条机存在着加热装置不合理的问题，导致了茶叶加热温度之间不均匀，进而使得茶叶的品质高低不同；三是在理条机运作过程中会产生大量的灰尘和噪音，从而对操作人员以及使用人员的身体健康造成损害。鉴于此，实现茶叶理条机的自动化生产对于促进茶叶加工行业的发展意义非常重大。[2]

3　基于PLC控制的茶叶自动化理条机组研究

理条过程是茶叶制作加工中必不可少的工序，在茶叶的初制加工中占据着非常重要的地位。理条机的发明来源于安徽宣城的一个木匠，主要是用来代替手工操作。一般来说，在茶叶理条机运转过程中，电动机带动着理条槽锅进行反复的直线运动，进而使锅内的茶叶进行翻转、摩擦，最终达到理直茶条的目的。而传统的茶叶理条机械结构非常单一、质量粗糙，并不符合茶叶加工连续化和清洁化的要求，因此，提高茶叶理条加工的自动化水平非常重要。茶叶理条加工的自动化化水平决定着保证茶叶生产过程的清洁化程度，也是名优茶加工的关键步骤。鉴于此，本文对茶叶自动理条机的控制系统进行了研究，从而达到了对理条各个工序进行控制的目的。

3.1总体方案设计

3.1.1设备组成

在整个茶叶理条机组中，主要是运用提升机、振动输送槽以及上下工序将两台或两台以上的茶叶理条机进行相连而成，其具体结构如图1所示。此外，将茶叶料仓布置在茶叶理条机组的上方，并设置行走轨道，这样茶叶料仓便能够及时到达每台茶叶理条机组的下方进行下料工作。一般来说，茶叶料仓的设计宽度应与理料机的宽度保持一致，上设茶叶称量系统，中间为均料系统，下方布置挡料板，当处于下料位置时，便能够通过重力作用自动打开。与此同时，利用PLC控制系统对整个理条机组进行协同联动控制，并在每台理条机上设置独立的PLC控制程序，从而在不受其他理条机影响的情况下进行独立操作。

图1　茶叶自动化理条机组结构图

3.1.2控制系统的组成

控制系统主要以PLC控制技术作为控制中枢，并包含传感采集系统、控制和界面系统、电气系统以及软件系统。在开启茶叶自动化理条机组之后，茶叶上料，这时，料仓提升机将茶叶运输到料斗中，并利用均匀器进行均匀散布，等到茶叶原料的重量达到设定数值后，提升机便停止供料工作。之后，料仓再次进行移动，到达需要投料的地方，自动开启挡料板，将其放置在理条机槽内进行理条过程，并设定炒茶时间。待完成炒茶工作后，在气缸的带动下，理条机内的料槽进行翻动，进而使茶叶倒入振动输送槽中，将其运往下一道工序，周而复始，整个茶叶加工系统便完成了自动化联动过程。其具体过程如图2所示。

图2　茶叶自动化理条机组工作流程

3.2控制系统的软硬件设计

3.2.1硬件设计

依据自动化茶叶理条机组的控制要求，本系统选择了三菱PLC控制技术，其具有编程简单、运算速度高以及灵活的特点。此外，为了完成茶叶理条工艺流程，控制系统的硬件选用继电器、传感器、接近开关、变频器以及触摸屏作为手脚进行协同配合，茶叶自动化理条机组系统因硬件组成图如下：

图3　茶叶自动化理条机组系统因硬件组成图

3.2.2软件设计

根据茶叶自动化理条机组的应用原理，在三菱PLC控制软件对茶叶定量、变频、温度以及触摸屏四个部分进行控制。首先，在控制茶叶重量的过程中，运用触摸屏来进行重量的参数设定。在这个过程中，称量一定重量的茶叶，并手动控制将其放入小车内，之后运用PLC系统对重量进行读取并保存，在小车向左和向右运动后，重复上述动作。此后，PLC系统将小车运行中的实时重量与设定值进行比较，如果实际值大于或等于设定值时，系统便停止供料，而这个时候得到的茶叶重量与设定值保持相同。其次，在控制理条速度的过程中，应采用变频控制方式来达到节约能源的目的。传统的理条设备大多采用固定频率，这样使得茶叶的理条过程保持千篇一律，并不能根据用户的实际需求进行调整，也常常造成大量能源的浪费。鉴于此，本系统设定多频率切换功能，将注入茶叶、理条过程设定为多个频率，从而便于用户进行自由选择。此外，当不需要进行某个步骤的时候，将其时间设置为0秒，这样电机便自动跳过，节省了大量的能源。再者，控制理条温度。一般来说，在茶叶理条机械运动的最初，要根据用户的茶叶种类选定合适的理条温度，在触摸屏中进行输入，一段时间后，温度达到设定值，便能够将反馈信号传输到PLC控制系统，并在触摸屏中显示，使用者便可以进行停止操作。之后，当温度逐渐降低，电加热管便启动加热模式，确保理条温度保持设定值状态。最后，在设计触摸屏的过程中，根据实际用户的需求，完成理条机自动和手动两种功能的显示，这样用户就可以有效的控制整个机组的运行。此外，无论是茶叶的重量参数设定，还是理条温度、频率和时间控制，都需要依据触摸屏界面进行显示，实现人机对话，便于操作人员进行直观监测，也能够使普通的茶农进行机组控制。

4　结束语

基于PLC控制的茶叶自动化理条机组，实现了对理条温度、频率以及重量等参数的设定和采集，达到了理条设备自动运行的功能，不断提高了茶叶理条设备的自动化水平，方便了茶农的实际操作，在促进茶叶加工的全过程自动化发展中发挥着重要的作用。此外，为了进一步提高茶叶理条的效率，改善茶农的经济效益，降低理条机组对工作人员的劳动强度与健康影响，还需要不断优化理条机组加工工艺和参数设置，实现理条机组的全程自动化。

参考文献

[1]任桂英，唐兴隆.基于PLC控制的茶叶自动化理条机组研究[J].南方农业，2014，10（16）：48-50.

[2]尹凌鹏.基于PLC的茶叶定量理条一体机自动化控制系统研制[J].装备制造技术，2013，12（07）：121-123.

作者简介：刘青（1969-），男，安徽安庆人，本科，副教授，研究方向：电气自动化控制。