茶葉揉捻控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

苗雯娟

（集寧師范學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000）

當(dāng)今社會，由于茶文化的普及，人們越來越意識到茶制品的益處，對于茶葉的需求就日益增加，因此茶葉的生產(chǎn)規(guī)模也隨之越來越大，人工的茶葉揉捻控制系統(tǒng)雖然也可以操作，但是，人們操作時消耗的勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)茶葉的效率也不高，生產(chǎn)出來的茶葉數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到市場的需求量，那如何提高生產(chǎn)效率，降低工人消耗的勞動強(qiáng)度就成為一個迫切需要解決的問題。本文通過一系列的探索研究，鉆研出了一種自動化的茶葉揉捻控制系統(tǒng)，主要想用來提高生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度，滿足市場日益增加的需求。下面進(jìn)行詳細(xì)的比較和說明。

1 人工茶葉揉捻系統(tǒng)的弊端

目前，在我國生產(chǎn)茶葉的工廠中，幾乎全部都采用的是人工的茶葉揉捻系統(tǒng)，主要是有6CR人工茶葉操作系統(tǒng)，這種人工茶葉揉捻操作系統(tǒng)全都是靠人力操作，自動化水平低，生產(chǎn)效率低下，不僅不能滿足日益增長的茶葉的需要，而且，由于它的結(jié)構(gòu)是在機(jī)架上將揉盤固定住，使得揉桶做回旋運動后又通過螺旋來碾壓茶葉，使得茶葉不斷的翻滾最后成卷，就對人工揉捻的經(jīng)驗要求的比較高，從而就會產(chǎn)生以下幾個方面的弊端：

1.1 不能與其他制茶工序相協(xié)調(diào)

因為是手工操作的揉捻系統(tǒng)，所以操作機(jī)器上面的操作門栓與下料盤的工作效率就會比較低，而其他的制茶工序采用機(jī)器自動化生產(chǎn)，工作效率自然就會比揉捻系統(tǒng)的工作效率高，那操作機(jī)器上面的操作門栓與下料盤就很難與其他制茶工序協(xié)調(diào)共進(jìn)，從而就會影響整體的生產(chǎn)效率。

1.2 茶葉成卷率不高

由于人工茶葉揉捻系統(tǒng)想要正常生產(chǎn)運作的話，就對人工揉捻的經(jīng)驗要求的比較高，但是經(jīng)驗高的工人畢竟是少部分的，而且經(jīng)驗越高的工人，工廠要付的酬勞就會比較高，在這樣情況下，工廠就會退而求其次，選擇一些經(jīng)驗其實并不高的工人，這些工人不能熟練的運用人工操作系統(tǒng)，就會對茶葉的成卷率產(chǎn)生一定的影響，生產(chǎn)出來的碎茶比較多，而且茶葉不能出現(xiàn)在加工箱里面的情形也會經(jīng)常出現(xiàn)，茶葉的成卷率就會低。

1.3 存在安全隱患

人工茶葉揉捻系統(tǒng)需要進(jìn)行手工加壓，然而手工加壓的效率一般都比較低，而且存在很大的安全隱患，比如會將人燙傷等。而且手工加壓需要一個人在茶葉揉捻系統(tǒng)的附近工作，既費時間也浪費了人力。

1.4 不能保證茶葉的生產(chǎn)品質(zhì)

人工茶葉揉捻系統(tǒng)由于其自身自動化水平較低，就會對操作工人的熟練度要求較高，工廠為了節(jié)約用人成本就會用實上并不熟練的工人代替，這些工人因為不能熟練的運用茶葉揉捻系統(tǒng)，生產(chǎn)出來的茶葉品質(zhì)就會比較低。

2 自動化的茶葉揉捻控制系統(tǒng)的設(shè)計

人工茶葉揉捻操作系統(tǒng)全都是靠人力操作，自動化水平低，生產(chǎn)效率低下，不僅不能滿足日益增長的市場需要，而且由于操作機(jī)器上面的操作門栓與下料盤很難與其他制茶工序協(xié)調(diào)共進(jìn)，就會影響整體的生產(chǎn)效率，使得成卷率比較低，茶葉的生產(chǎn)品質(zhì)得不到保障，甚至還存在安全隱患；而自動化的茶葉揉捻控制系統(tǒng)在保留其人工茶葉揉捻操作系統(tǒng)的外形的基礎(chǔ)上，對其內(nèi)部進(jìn)行了自動化改造與優(yōu)化，滿足了茶葉日益擴(kuò)大的市場需求，提高了茶葉揉捻系統(tǒng)的便捷度。

2.1 茶葉揉捻控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

當(dāng)茶葉揉捻控制系統(tǒng)用于控制機(jī)器加工茶葉時，將加工葉片裝入由電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動的捏合桶中，在捏合板上采用水平旋轉(zhuǎn)運動，使得桶內(nèi)加工葉片承受來自桶的壓力和捏合桶的側(cè)壓力，以及捏合板的反應(yīng)力等，并慢慢地軋成一條帶，完成軋制和加工[1]。茶葉揉捻控制系統(tǒng)主要用于時間控制和壓力控制，嫩葉與老葉的時間與所受壓力都不同，也與茶葉數(shù)量的多少有關(guān)?？梢园褲L動過程分為三個過程：輕一重一輕；或四個過程：輕一重一比較重一比較輕。選擇哪個過程取決于處理過的葉子的特性。每個過程的時間值是根據(jù)茶葉種子、茶葉的質(zhì)量和每片葉子所受的壓力確定的。在處理前，用戶將時間參數(shù)輸入到人機(jī)交互裝置中，然后通過人機(jī)交互裝置將時間參數(shù)傳遞給控制器，由控制器根據(jù)給定的時間進(jìn)行茶葉揉捻過程控制。茶葉揉捻控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、壓力控制和上下葉控制組成[2]。

監(jiān)控系統(tǒng)以PLC（可編程邏輯控制器）和觸摸屏為最主要的兩個部件。利用PLC的操作和判斷功能實現(xiàn)了茶葉揉捻控制系統(tǒng)的自動控制。為了用戶更容易操作、時間參照數(shù)據(jù)可以編輯和數(shù)據(jù)實時了解，我們可以采用觸摸屏作為人機(jī)交互的裝置。

壓力控制系統(tǒng)是由壓力傳感器、行程開關(guān)、步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動裝置組成，是茶葉揉捻控制系統(tǒng)的核心。壓力裝置為單滑柱浮動控制壓力臂，帶動筒蓋上下運動實現(xiàn)增壓，滑動柱為中空鋼管，鋼管中心設(shè)有螺桿，連續(xù)桿的轉(zhuǎn)動可帶動壓力臂上下移動?；母坑刹竭M(jìn)電機(jī)控制的手輪，用于驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動。壓力臂的上下限由安裝在滑動柱上的行程開關(guān)控制。壓力傳感器安裝在壓蓋的頂部，桶內(nèi)茶葉的壓力由壓蓋的開口控制，從而保證加工葉片的適當(dāng)壓縮，軋制成條狀。壓力沒有時，根據(jù)傳感器反饋數(shù)據(jù)通過程序運行控制驅(qū)動來改變步進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)主要由變頻器和交流異步電機(jī)等組成，電機(jī)通過變頻器調(diào)速，不同的速度摩擦適應(yīng)不同種類的茶葉，揉捏桶帶動旋轉(zhuǎn)，揉搓盤旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，揉合板配合完成軋制操作。上部和下部葉片由電磁閥、氣缸、接近開關(guān)和限位開關(guān)控制。

2.2 茶葉揉捻控制系統(tǒng)程序設(shè)計

程序設(shè)計的滾動機(jī)控制程序包括主程序、初始位置子程序、滾動過程子程序、開門卸載子程序。主程序控制方法分為手動控制和自動控制首先，需要測每個組件的初始狀態(tài)是否需要。若將初始位置軋制，則可將軋制過程分為兩種控制方式，即根據(jù)葉質(zhì)選擇，三個步驟是：重－量－輕；四步：輕一重一重一輕。在軋制過程中，根據(jù)壓力反饋控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，得到適當(dāng)?shù)膲毫?。滾動后，打開門和卸載，組件返回到初始位置，并通過程序檢測狀態(tài)。手動程序分別設(shè)置有啟動和停止按鈕、速度控制按鈕以及控制捏合桶轉(zhuǎn)動的交流異步電動機(jī)的升降控制按鈕，壓力控制旋鈕，放電門開關(guān)。

在初始位置子程序開始滾動之前，先檢查是否在上限，材料門是否進(jìn)行了關(guān)閉。如果壓蓋不在初始位置，則步進(jìn)電機(jī)調(diào)整：如果材料門不閉合，則由電磁閥關(guān)閉氣缸。揉捻過程子程序，四種不同持續(xù)時間的軋制過程，壓蓋壓力不同，用戶可以根據(jù)經(jīng)驗值通過觸摸屏傳遞時間，根據(jù)壓蓋的高度或滾動壓力控制壓力，調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的速度[3]。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)到位時，變頻器控制交流異步電機(jī)，使揉捻機(jī)器開始滾動，滾動時間停止。開門卸料子程序，茶葉從捏合機(jī)中離開。程序首先檢查材料門是否由限位開關(guān)打開，如果沒有打開，則由電磁閥打開材料門，指示燈的狀態(tài)也可以根據(jù)這個裝置來顯示。

3 茶葉揉捻控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

通過本次探索，我們最終研制出了自動化的茶葉揉捻控制系統(tǒng)，在實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)茶葉為嫩葉及中等嫩葉時，我們需要采用：輕一重一輕這三個過程，時間控制分別為10分鐘，5～10分鐘，5分鐘；當(dāng)茶葉為中等嫩葉時，我們需要采用：輕一重一輕這三個過程，而且要兩次這個過程，其時間控制分別為5分鐘，5～10分鐘，5分鐘；當(dāng)茶葉為老葉時，我們需要采用輕一重一比較重一比較輕這四個過程，時間控制分別為5分鐘，5～10分鐘，3～5分鐘，5分鐘。

4 結(jié)語

自動化的茶葉揉捻控制系統(tǒng)提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動強(qiáng)度，克服了人工茶葉揉捻操作系統(tǒng)問題，自動化水平低，生產(chǎn)效率低下，不能滿足日益增長的需要，和由于操作機(jī)器上面的操作門栓與下料盤很難與其他制茶工序協(xié)調(diào)共進(jìn)，整體的生產(chǎn)效率低下，成卷率低下，茶葉的生產(chǎn)品質(zhì)不能得到保障，甚至還存在安全隱患的問題，滿足了茶葉日益擴(kuò)大的市場需求，提高了茶葉揉捻系統(tǒng)的便捷度。

[1]李小平，張艷麗，援多揉桶全自動茶葉揉捻機(jī)[J].中國專利.2015（4）123-124.

[2]趙春芳，夏天其，援基于PLC的茶葉揉捻機(jī)自動控制系統(tǒng)的研究[D].浙江工業(yè)大學(xué).2009.

[3]謝芬援，高應(yīng)冕，高新技術(shù)在茶葉加工上的應(yīng)用[J].福建茶葉.2015（2）140-141.