初探PLC控制下的茶葉自動(dòng)化理?xiàng)l機(jī)組

柯仲政+張祖德+何六福+柯潤(rùn)東

摘 要：隨著我國(guó)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步提高，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用，也大大提高了機(jī)械自動(dòng)化的程度。這就能有效提高機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域的生產(chǎn)效率。茶葉自動(dòng)化理?xiàng)l機(jī)組中對(duì)PLC控制技術(shù)加以應(yīng)用就有著實(shí)質(zhì)性意義。基于此，本文主要就茶葉機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀以及傳統(tǒng)茶理?xiàng)l機(jī)組應(yīng)用問(wèn)題加以闡述，然后對(duì)茶葉理?xiàng)l機(jī)組PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成及工作原理詳細(xì)分析，最后探究PLC控制下的茶葉自動(dòng)化理?xiàng)l機(jī)組的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。希望能通過(guò)此次的系統(tǒng)研究分析，對(duì)優(yōu)化茶葉自動(dòng)化理?xiàng)l機(jī)組系統(tǒng)起到促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：茶葉機(jī)械；自動(dòng)化理?xiàng)l；PLC控制

中圖分類號(hào)：TS272.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170932041

引言

茶葉理?xiàng)l機(jī)是茶葉制作加工當(dāng)中的重要設(shè)備，這1部件質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)茶葉加工的品質(zhì)有著決定性作用。傳統(tǒng)的理?xiàng)l機(jī)組加工工藝存在著一些不足之處有待優(yōu)化，而在新技術(shù)的涌現(xiàn)下，將PLC控制技術(shù)與茶葉自動(dòng)化理?xiàng)l機(jī)組相結(jié)合，將有助于機(jī)組的工作效率提高。從理論層面加強(qiáng)茶葉自動(dòng)化理?xiàng)l機(jī)組PLC技術(shù)的應(yīng)用研究，會(huì)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)起到理論支持作用。

1 茶葉機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀以及傳統(tǒng)理?xiàng)l機(jī)組應(yīng)用問(wèn)題分析

1.1 茶葉機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀分析

我國(guó)是茶葉生產(chǎn)大國(guó)，在對(duì)茶葉的制作過(guò)程當(dāng)中，需要對(duì)相關(guān)機(jī)械進(jìn)行應(yīng)用，保障茶葉的香氣以及滋味，不同加工方法的應(yīng)用對(duì)茶葉也有著不用的效果。茶葉機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)化以及系列化的生產(chǎn)，大大提高了茶葉生產(chǎn)制作的整體效率。茶葉機(jī)械發(fā)展至今，在種類上比較多樣化，其中的綠茶加工機(jī)械逐漸形成了鮮葉加工以及殺青和揉捻等設(shè)備[1]。分而述之，茶葉鮮葉加工設(shè)備的類型比較多，有鮮葉脫水設(shè)備以及鮮葉分級(jí)機(jī)設(shè)備等，這些機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用為后續(xù)加工的順利進(jìn)行打下了基礎(chǔ)。

茶葉機(jī)械中的揉捻機(jī)械設(shè)備也是應(yīng)用比較廣泛的，有雙動(dòng)和單動(dòng)2種比較常用的形式。綠茶揉捻機(jī)械的發(fā)展比較緩慢，而在自動(dòng)化流水線的迅速發(fā)展下，一些新型的自動(dòng)化揉捻機(jī)組開(kāi)始出現(xiàn)，這就大大提高了技術(shù)水平，也提高了茶葉的揉捻效率。

茶葉機(jī)械發(fā)展中由于形式類型比較多，每種設(shè)備也發(fā)揮著不同的作用，由于殺青設(shè)備在傳熱方式上的不同，可分成傳導(dǎo)傳熱殺青機(jī)以及對(duì)流傳熱殺青機(jī)等類型。根據(jù)傳熱的介質(zhì)不同，殺青機(jī)也能分成金屬傳熱以及蒸汽傳熱殺青機(jī)[2]。當(dāng)前我國(guó)在對(duì)殺青機(jī)的機(jī)械設(shè)備使用主要采用的是滾筒殺青機(jī)設(shè)備。

1.2 傳統(tǒng)茶理?xiàng)l機(jī)組應(yīng)用問(wèn)題分析

在茶葉制作中，需要?dú)⑶嘁约叭嗄砗屠項(xiàng)l、做形等一系列的操作才能完成整個(gè)工藝流程。而理?xiàng)l工藝的實(shí)施，能夠有效地使失水以及塑性和體香的作用充分發(fā)揮。從傳統(tǒng)的理?xiàng)l機(jī)組應(yīng)用的情況來(lái)看，在能耗方面比較大，并且熱效相對(duì)比較低，這樣就必然會(huì)造成大量能源浪費(fèi)問(wèn)題[3]。并且在加熱裝置方面的設(shè)置沒(méi)有科學(xué)化呈現(xiàn)，造成了茶葉的加熱溫度不均，對(duì)茶葉制作的品質(zhì)就有著直接的影響。理?xiàng)l機(jī)組的運(yùn)作中會(huì)有大量灰塵以及噪音，這也對(duì)操作人員的健康有著很大損害。

2 茶葉理?xiàng)l機(jī)組PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成及工作原理分析

2.1 茶葉理?xiàng)l機(jī)組PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成分析

我國(guó)可編程邏輯控制器的技術(shù)發(fā)展比較迅速，雖然起步比較晚，但是技術(shù)進(jìn)步的速度比較快。編程邏輯控制器在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用比較廣泛，其在硬件結(jié)構(gòu)和微型計(jì)算機(jī)上有著類似之處。主要是由電源以及中央處理單元和存儲(chǔ)器、輸入以及輸入接口電路、功能模塊、通信模塊所構(gòu)成的。每個(gè)構(gòu)成部分都發(fā)揮著其獨(dú)自的作用。如可編程邏輯控制器的電源構(gòu)成，在整體控制系統(tǒng)當(dāng)中的作用比較突出，缺少良好電源，系統(tǒng)是不能正常進(jìn)行運(yùn)作的，所以在電源的設(shè)計(jì)制造方面就有著很高的要求[4]。根據(jù)相關(guān)的規(guī)定交流電壓波動(dòng)在+10%（+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。

編程邏輯控制器系統(tǒng)當(dāng)中的存儲(chǔ)器構(gòu)成部分，也是比較重要的，在不同的標(biāo)準(zhǔn)下也有著不同的類型。在對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行存放的是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，而對(duì)應(yīng)用軟件存放的就是用戶程序存儲(chǔ)器。在輸入輸出接口電路的構(gòu)成部分，現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路通過(guò)光耦合電路以及微機(jī)輸入接口電路組成，主要能夠促進(jìn)邏輯控制器和現(xiàn)場(chǎng)控制接口界面輸入。在輸出接口方面對(duì)控制器現(xiàn)場(chǎng)輸出接口和執(zhí)行部件輸出控制信號(hào)有著促進(jìn)作用。在功能模塊構(gòu)成方面涵蓋著定位以及計(jì)數(shù)等相應(yīng)的功能模塊內(nèi)容。

可編程邏輯控制器系統(tǒng)中的CPU是核心部分，也是控制作用發(fā)揮動(dòng)力的來(lái)源。其注重的是結(jié)合PLC程序來(lái)進(jìn)行賦予的相應(yīng)功能，是將相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在編輯器程序當(dāng)中，這對(duì)電源以及存儲(chǔ)器和警戒定時(shí)器的狀態(tài)檢查有著積極作用，能有效診斷用戶程序當(dāng)中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。在可編程邏輯控制器的正常運(yùn)行過(guò)程中，能通過(guò)掃描形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置狀態(tài)數(shù)據(jù)加以接受，然后存儲(chǔ)在I/O的映像以及數(shù)據(jù)寄存器當(dāng)中，在用戶程序執(zhí)行后，就能將這一映象區(qū)輸出狀態(tài)以及輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到輸出裝置中，這樣就能循環(huán)往復(fù)的進(jìn)行[5]。對(duì)可編程邏輯控制器的可能性進(jìn)行保證，可通過(guò)雙中央處理器來(lái)構(gòu)成冗余系統(tǒng)，這樣就能使系統(tǒng)得以正常的運(yùn)行，能大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率。

2.2 茶葉理?xiàng)l機(jī)組PLC控制系統(tǒng)的主要功能優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)

茶葉理?xiàng)l機(jī)組中對(duì)PLC控制系統(tǒng)加以應(yīng)用，在使用方面就比較簡(jiǎn)單化，能改變控制方案而不對(duì)硬件拆動(dòng)。在這一控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用下，在功能方面比較強(qiáng)，有著較高的性價(jià)比，在PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用下，可進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)，從而就能有效實(shí)現(xiàn)分散控制以及集中管理的目標(biāo)。這一控制系統(tǒng)的應(yīng)用配件配套都比較齊全，在系統(tǒng)的適應(yīng)性方面也比較強(qiáng)，有著比較高的可靠性和抗干擾能力，能有效提高茶葉自動(dòng)化理?xiàng)l機(jī)組的整體運(yùn)行效率。

2.3 茶葉理?xiàng)l機(jī)組PLC控制系統(tǒng)工作原理分析

可編程邏輯控制器實(shí)際是通過(guò)輸入采樣以及用戶程序執(zhí)行和輸出刷新環(huán)節(jié)所完成的。在進(jìn)行輸入采樣環(huán)節(jié)，PLC就通過(guò)掃描方式來(lái)讀入所有輸入狀態(tài)以及數(shù)據(jù)，然后將這些采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在儲(chǔ)存器部位中。接著就轉(zhuǎn)入到了用戶程序執(zhí)行以及輸出刷新的環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化中，即便是輸入狀態(tài)以及數(shù)據(jù)變化，也不會(huì)造成映象區(qū)的數(shù)據(jù)信息發(fā)生變化。而在用戶程序執(zhí)行環(huán)節(jié)當(dāng)中，PLC通過(guò)從上到下的順序進(jìn)行對(duì)用戶程序加以掃描，對(duì)梯形圖進(jìn)行掃描過(guò)程中通過(guò)各觸點(diǎn)構(gòu)成控制線路以及按照左右上下順序?qū)刂凭€路實(shí)施邏輯運(yùn)算，以及對(duì)存儲(chǔ)區(qū)的狀態(tài)進(jìn)行刷新[6]。程序的執(zhí)行過(guò)程中使用立即I/O指令就能直接進(jìn)行存取I/O點(diǎn)。最后在輸出刷新的環(huán)節(jié)方面，用戶程序掃描結(jié)束后，PLC中的中央處理器會(huì)按照I/O映象區(qū)對(duì)應(yīng)狀態(tài)以及數(shù)據(jù)刷新所有輸出鎖存電路，然后經(jīng)過(guò)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)外設(shè)，達(dá)到輸出的目標(biāo)。茶葉理?xiàng)l機(jī)組PLC系統(tǒng)的運(yùn)作原理如圖1所述。endprint

3 PLC控制下的茶葉自動(dòng)化理?xiàng)l機(jī)組的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

茶葉自動(dòng)化理?xiàng)l機(jī)組在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在設(shè)備的設(shè)計(jì)方面要完善化，以2臺(tái)以上茶葉理?xiàng)l機(jī)作為機(jī)組，整個(gè)機(jī)組是振動(dòng)輸送槽以及提升機(jī)和上下工序相連形成的聯(lián)動(dòng)。在機(jī)組的上方布置茶葉料倉(cāng)及行走軌道，在料倉(cāng)當(dāng)中有茶葉稱量系統(tǒng)以及均料系統(tǒng)和下料擋板等部分。這樣整體性的機(jī)組在PLC系統(tǒng)下，就能有效實(shí)現(xiàn)協(xié)同聯(lián)動(dòng)目標(biāo)。具體的控制過(guò)程中，系統(tǒng)是通過(guò)電氣系統(tǒng)以及傳感采集系統(tǒng)和軟硬件系統(tǒng)所構(gòu)成的?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)方面是控制點(diǎn)。

硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際自動(dòng)化茶葉理?xiàng)l機(jī)組的控制要求，將PLC控制系統(tǒng)與之相結(jié)合。編程上相對(duì)比較簡(jiǎn)單化，運(yùn)算的速度也比較高和靈活化。對(duì)茶葉理?xiàng)l工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，在硬件當(dāng)中對(duì)繼電器以及接近開(kāi)關(guān)和變頻器等進(jìn)行協(xié)同配合設(shè)計(jì)。操作顯示系統(tǒng)中的觸摸顯示屏設(shè)計(jì)以及急停開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)是比較重要的內(nèi)容。在下料硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)電磁閥以及氣缸和振動(dòng)輸運(yùn)帶部分要完善設(shè)計(jì)。完善上料系統(tǒng)中的機(jī)電機(jī)以及電子稱量機(jī)構(gòu)和接近開(kāi)關(guān)、料車運(yùn)走電機(jī)的設(shè)計(jì)。最后在理?xiàng)l系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，溫度控制器以及加熱裝置和理?xiàng)l電機(jī)、時(shí)間控制器等硬件要完備。

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在重量控制軟件系統(tǒng)和變頻控制方面是比較重要的內(nèi)容。其中重量控制軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重量設(shè)定參數(shù)要通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)，承重模塊在A/D轉(zhuǎn)換輸入可編程在邏輯控制器中，在調(diào)用庫(kù)實(shí)現(xiàn)重量參數(shù)化，這樣就能對(duì)落入料斗當(dāng)中待茶葉重量進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的監(jiān)控。而在變頻控制軟件實(shí)際過(guò)程中，要充分重視能量的節(jié)約，設(shè)計(jì)中科學(xué)應(yīng)用多頻率的切換功能。可初步設(shè)定7個(gè)頻率，設(shè)計(jì)中倒出茶葉中和理?xiàng)l過(guò)程設(shè)定的7個(gè)不同工作頻率，用戶就能自由選擇。溫度控制軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意溫度控制和可編程邏輯控制器單工通信。

4 結(jié)語(yǔ)

茶葉自動(dòng)化理?xiàng)l機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，在可編程邏輯控制器系統(tǒng)的應(yīng)用下，能將整體的工作效率得以有效提高。從而提高生產(chǎn)效率。在未來(lái)的技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，PLC控制系統(tǒng)在茶葉制作當(dāng)中的應(yīng)用將會(huì)愈來(lái)愈普遍，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。希望能通過(guò)此次研究分析，對(duì)實(shí)際茶葉產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展起到促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]李兵，夏濤，李尚慶.基于蟻群算法的茶葉理?xiàng)l機(jī)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015（10）.

[2]程玉明，趙祖光，趙紅煜.名優(yōu)綠茶清潔化流水生產(chǎn)線研制[J].中國(guó)茶葉加工，2014（2）.

[3]肖宏儒，鐘成義，宋衛(wèi)東，任彩紅，李德權(quán)，殷娟，劉屏，朱志祥.新型茶葉理?xiàng)l機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2015（4）.

[4]劉峰，楊衛(wèi)平，羅俊勇，王東榮，盧全國(guó)，祝志芳.茶葉殺青理?xiàng)l加工裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（4）.

[5]劉青.基于PLC控制的茶葉自動(dòng)化理?xiàng)l機(jī)組研究[J].福建茶葉，2016（1）.

[6]唐志剛.三種殺青機(jī)在陜南綠茶清潔化生產(chǎn)線中的應(yīng)用實(shí)踐[J].茶業(yè)通報(bào)，2016（3）.endprint