初探PLC控制下的茶叶自动化理条机组

柯仲政+张祖德+何六福+柯润东

摘 要：随着我国的科学技术进一步提高，PLC控制技术的应用，也大大提高了机械自动化的程度。这就能有效提高机械应用领域的生产效率。茶叶自动化理条机组中对PLC控制技术加以应用就有着实质性意义。基于此，本文主要就茶叶机械的发展现状以及传统茶理条机组应用问题加以阐述，然后对茶叶理条机组PLC控制系统结构构成及工作原理详细分析，最后探究PLC控制下的茶叶自动化理条机组的系统设计。希望能通过此次的系统研究分析，对优化茶叶自动化理条机组系统起到促进作用。

关键词：茶叶机械；自动化理条；PLC控制

中图分类号：TS272.3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170932041

引言

茶叶理条机是茶叶制作加工当中的重要设备，这1部件质量的优劣对茶叶加工的品质有着决定性作用。传统的理条机组加工工艺存在着一些不足之处有待优化，而在新技术的涌现下，将PLC控制技术与茶叶自动化理条机组相结合，将有助于机组的工作效率提高。从理论层面加强茶叶自動化理条机组PLC技术的应用研究，会对实际系统设计起到理论支持作用。

1 茶叶机械的发展现状以及传统理条机组应用问题分析

1.1 茶叶机械的发展现状分析

我国是茶叶生产大国，在对茶叶的制作过程当中，需要对相关机械进行应用，保障茶叶的香气以及滋味，不同加工方法的应用对茶叶也有着不用的效果。茶叶机械的标准化以及系列化的生产，大大提高了茶叶生产制作的整体效率。茶叶机械发展至今，在种类上比较多样化，其中的绿茶加工机械逐渐形成了鲜叶加工以及杀青和揉捻等设备[1]。分而述之，茶叶鲜叶加工设备的类型比较多，有鲜叶脱水设备以及鲜叶分级机设备等，这些机械设备的应用为后续加工的顺利进行打下了基础。

茶叶机械中的揉捻机械设备也是应用比较广泛的，有双动和单动2种比较常用的形式。绿茶揉捻机械的发展比较缓慢，而在自动化流水线的迅速发展下，一些新型的自动化揉捻机组开始出现，这就大大提高了技术水平，也提高了茶叶的揉捻效率。

茶叶机械发展中由于形式类型比较多，每种设备也发挥着不同的作用，由于杀青设备在传热方式上的不同，可分成传导传热杀青机以及对流传热杀青机等类型。根据传热的介质不同，杀青机也能分成金属传热以及蒸汽传热杀青机[2]。当前我国在对杀青机的机械设备使用主要采用的是滚筒杀青机设备。

1.2 传统茶理条机组应用问题分析

在茶叶制作中，需要杀青以及揉捻和理条、做形等一系列的操作才能完成整个工艺流程。而理条工艺的实施，能够有效地使失水以及塑性和体香的作用充分发挥。从传统的理条机组应用的情况来看，在能耗方面比较大，并且热效相对比较低，这样就必然会造成大量能源浪费问题[3]。并且在加热装置方面的设置没有科学化呈现，造成了茶叶的加热温度不均，对茶叶制作的品质就有着直接的影响。理条机组的运作中会有大量灰尘以及噪音，这也对操作人员的健康有着很大损害。

2 茶叶理条机组PLC控制系统结构构成及工作原理分析

2.1 茶叶理条机组PLC控制系统结构构成分析

我国可编程逻辑控制器的技术发展比较迅速，虽然起步比较晚，但是技术进步的速度比较快。编程逻辑控制器在工业生产当中的应用比较广泛，其在硬件结构和微型计算机上有着类似之处。主要是由电源以及中央处理单元和存储器、输入以及输入接口电路、功能模块、通信模块所构成的。每个构成部分都发挥着其独自的作用。如可编程逻辑控制器的电源构成，在整体控制系统当中的作用比较突出，缺少良好电源，系统是不能正常进行运作的，所以在电源的设计制造方面就有着很高的要求[4]。根据相关的规定交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

编程逻辑控制器系统当中的存储器构成部分，也是比较重要的，在不同的标准下也有着不同的类型。在对系统软件进行存放的是系统程序存储器，而对应用软件存放的就是用户程序存储器。在输入输出接口电路的构成部分，现场输入接口电路通过光耦合电路以及微机输入接口电路组成，主要能够促进逻辑控制器和现场控制接口界面输入。在输出接口方面对控制器现场输出接口和执行部件输出控制信号有着促进作用。在功能模块构成方面涵盖着定位以及计数等相应的功能模块内容。

可编程逻辑控制器系统中的CPU是核心部分，也是控制作用发挥动力的来源。其注重的是结合PLC程序来进行赋予的相应功能，是将相应的数据存储在编辑器程序当中，这对电源以及存储器和警戒定时器的状态检查有着积极作用，能有效诊断用户程序当中的语法错误。在可编程逻辑控制器的正常运行过程中，能通过扫描形式对现场输入装置状态数据加以接受，然后存储在I/O的映像以及数据寄存器当中，在用户程序执行后，就能将这一映象区输出状态以及输出寄存器内数据传送到输出装置中，这样就能循环往复的进行[5]。对可编程逻辑控制器的可能性进行保证，可通过双中央处理器来构成冗余系统，这样就能使系统得以正常的运行，能大大提高系统运行的效率。

2.2 茶叶理条机组PLC控制系统的主要功能优势体现

茶叶理条机组中对PLC控制系统加以应用，在使用方面就比较简单化，能改变控制方案而不对硬件拆动。在这一控制系统的实际应用下，在功能方面比较强，有着较高的性价比，在PLC控制系统应用下，可进行通信联网，从而就能有效实现分散控制以及集中管理的目标。这一控制系统的应用配件配套都比较齐全，在系统的适应性方面也比较强，有着比较高的可靠性和抗干扰能力，能有效提高茶叶自动化理条机组的整体运行效率。

2.3 茶叶理条机组PLC控制系统工作原理分析

可编程逻辑控制器实际是通过输入采样以及用户程序执行和输出刷新环节所完成的。在进行输入采样环节，PLC就通过扫描方式来读入所有输入状态以及数据，然后将这些采集的数据存储在储存器部位中。接着就转入到了用户程序执行以及输出刷新的环节，在这一环节的转化中，即便是输入状态以及数据变化，也不会造成映象区的数据信息发生变化。而在用户程序执行环节当中，PLC通过从上到下的顺序进行对用户程序加以扫描，对梯形图进行扫描过程中通过各触点构成控制线路以及按照左右上下顺序对控制线路实施逻辑运算，以及对存储区的状态进行刷新[6]。程序的执行过程中使用立即I/O指令就能直接进行存取I/O点。最后在输出刷新的环节方面，用户程序扫描结束后，PLC中的中央处理器会按照I/O映象区对应状态以及数据刷新所有输出锁存电路，然后经过输出电路驱动相应外设，达到输出的目标。茶叶理条机组PLC系统的运作原理如图1所述。endprint

3 PLC控制下的茶叶自动化理条机组的系统设计

茶叶自动化理条机组在PLC控制系统设计过程中，在设备的设计方面要完善化，以2台以上茶叶理条机作为机组，整个机组是振动输送槽以及提升机和上下工序相连形成的联动。在机组的上方布置茶叶料仓及行走轨道，在料仓当中有茶叶称量系统以及均料系统和下料挡板等部分。这样整体性的机组在PLC系统下，就能有效实现协同联动目标。具体的控制过程中，系统是通过电气系统以及传感采集系統和软硬件系统所构成的。可编程逻辑控制器系统方面是控制点。

硬件设计过程中，根据实际自动化茶叶理条机组的控制要求，将PLC控制系统与之相结合。编程上相对比较简单化，运算的速度也比较高和灵活化。对茶叶理条工艺流程进行优化，在硬件当中对继电器以及接近开关和变频器等进行协同配合设计。操作显示系统中的触摸显示屏设计以及急停开关设计是比较重要的内容。在下料硬件系统设计中，对电磁阀以及气缸和振动输运带部分要完善设计。完善上料系统中的机电机以及电子称量机构和接近开关、料车运走电机的设计。最后在理条系统的设计中，温度控制器以及加热装置和理条电机、时间控制器等硬件要完备。

软件系统设计过程中，在重量控制软件系统和变频控制方面是比较重要的内容。其中重量控制软件系统设计中重量设定参数要通过触摸屏实现，承重模块在A/D转换输入可编程在逻辑控制器中，在调用库实现重量参数化，这样就能对落入料斗当中待茶叶重量进行动态化的监控。而在变频控制软件实际过程中，要充分重视能量的节约，设计中科学应用多频率的切换功能。可初步设定7个频率，设计中倒出茶叶中和理条过程设定的7个不同工作频率，用户就能自由选择。温度控制软件设计过程中要注意温度控制和可编程逻辑控制器单工通信。

4 结语

茶叶自动化理条机的系统运行过程中，在可编程逻辑控制器系统的应用下，能将整体的工作效率得以有效提高。从而提高生产效率。在未来的技术发展过程中，PLC控制系统在茶叶制作当中的应用将会愈来愈普遍，形成产业规模。希望能通过此次研究分析，对实际茶叶产业的进一步发展起到促进作用。

参考文献

[1]李兵，夏涛，李尚庆.基于蚁群算法的茶叶理条机参数优化设计[J].农业工程学报，2015（10）.

[2]程玉明，赵祖光，赵红煜.名优绿茶清洁化流水生产线研制[J].中国茶叶加工，2014（2）.

[3]肖宏儒，钟成义，宋卫东，任彩红，李德权，殷娟，刘屏，朱志祥.新型茶叶理条机的研究与开发[J].中国农机化，2015（4）.

[4]刘峰，杨卫平，罗俊勇，王东荣，卢全国，祝志芳.茶叶杀青理条加工装置的设计与试验[J].南昌工程学院学报，2016（4）.

[5]刘青.基于PLC控制的茶叶自动化理条机组研究[J].福建茶叶，2016（1）.

[6]唐志刚.三种杀青机在陕南绿茶清洁化生产线中的应用实践[J].茶业通报，2016（3）.endprint