節能型自動化控制茶葉滾筒殺青機的介紹

宋志禹，李尚慶

（安徽農業大學茶與食品科技學院，合肥 230036）

節能型自動化控制茶葉滾筒殺青機的介紹

宋志禹，李尚慶?

（安徽農業大學茶與食品科技學院，合肥 230036）

介紹了節能型自動化控制茶葉滾筒殺青機的主要機械結構特點及工作原理。該機型改進了傳統的加熱方式，采用面接觸熱傳導方式加熱，通過自動化系統調節殺青環境的溫濕度，不僅降低了能耗，殺青質量較傳統滾筒殺青機也有大幅度地提高，適用于茶葉清潔化、連續化加工生產。

滾筒殺青機；節能；自動化

我國是茶葉種植大國，也是世界上擁有茶機最多的國家之一。現有的茶葉機械大多為高能耗機械，熱能損失嚴重，在當前能源日趨緊張的環境下，降低能耗迫在眉睫。茶葉加工過程中“殺青”是耗能最大的一道工序，也是影響茶葉品質至關重要的環節。在殺青過程中必須利用高溫使鮮葉在極短時間內升溫，使茶葉中的酶迅速鈍化失活，減少殺青葉出現紅梗紅葉的現象。因此，單靠降低茶葉機械供熱功率不能解決高能耗問題反而會影響殺青效果，降低茶葉品質。但是，如能在保證殺青質量的前提下大幅提高茶機的熱效率，不僅能夠降低能耗，更重要的是，在當前能源日趨緊張的情況下保護了生態和能源資源[1]。

目前所廣泛使用的滾筒殺青機能耗居高不下，熱效率只有35%左右，且時常伴有茶葉粘筒焦葉，殺青葉帶有水悶氣的現象。同時，傳統加工作業的勞動強度大，茶葉殺青品質的高低主要取決于操作工人的經驗與操作水平，茶葉質量很難得到保證。提高生產效率，降低加工成本，茶葉殺青設備的連續性、自動化程度越來越受到重視，低能耗、智能化控制的連續型茶葉殺青機的研制勢在必行。

1 機械結構

節能型自動化控制茶葉滾筒殺青機由筒體，加熱裝置，溫濕度監測裝置，自動化控制裝置，動力裝置等組成，其結構示意圖如圖1所示。

圖1 節能型自動化控制茶葉滾筒殺青機結構示意圖1.筒體 2.加熱裝置 3.出料口 4.機架 5.濕度監測裝置 6.支撐移動裝置7.溫度監測裝置8.自動控制裝置 9.動力裝置 10.排濕裝置 11.輸電裝置

2 工作原理

該設備同其它電加熱滾筒殺青機的工作方式相類似：鮮葉連續的從滾筒進葉端進入，一邊前進一邊吸收熱量，蒸發水分，在筒壁熱量及水分蒸發創造的濕熱環境下鮮葉迅速萎軟殺熟，酶活性迅速終止，從而達到殺青的目的。在整個殺青過程中，溫濕度監測裝置不斷把即時數據傳送給自動化控制裝置進行分析處理，然后按照設定好的程序自動調節加熱裝置的開關，使滾筒進葉段形成高溫區，中后段形成低溫區，達到茶葉殺青“先高后低”的工藝要求。同時，通過自動排濕裝置控制滾筒內的水蒸汽含量，有效減少殺青葉帶有“水悶氣”現象的發生。

3 主要結構特點

3.1加熱裝置

加熱裝置由七個相同的加熱圈組成，按照“前三，中二，后二”的方式固定在筒體的外壁，覆蓋面積達50%以上，開機預熱能在20min之內達到殺青溫度要求。由于加熱圈采用分段式分布，加熱時使滾筒前端形成高溫區，中后端形成低溫區，滿足茶葉殺青“先高后低”的工藝要求，且在殺青的過程中自動化控制裝置自動調節加熱圈的開關，有效的掌握殺青溫度，減少殺青葉焦邊，爆點，殺青不足等現象發生。

目前流行的電加熱管供熱的滾筒殺青機按照電熱管分布方式可劃分為兩種，一種是加熱管與滾筒同步旋轉（圖2-a），另一種是加熱管固定滾筒獨立旋轉（圖2-b）。第一種方式加熱管與滾筒的接觸方式為線接觸，依靠傳導方式進行傳遞的熱量很少，大部分熱量的傳遞還是依靠對流和輻射傳熱，熱能損失很大。第二種方式其熱量傳遞完全依靠對流和輻射傳熱來完成，熱能的損失更大。節能型滾筒殺青機采用的加熱圈與滾筒的接觸方式為面接觸（圖2-c），加熱圈與滾筒同步旋轉，熱量傳遞方式主要為熱傳導。在傳熱學中，熱量傳遞的方式分為傳導，對流和輻射，固體與固體之間熱量傳遞效率最高的方式是熱傳導。因此采用加熱圈供熱的節能型滾筒殺青機熱效率最高，同時在滾筒外側輔以石棉層隔熱使熱能損失進一步降低，達到節能的目的[2]。圖2為三種滾筒殺青機熱源布置方式示意圖。

3.2濕度監測裝置

滾筒殺青機進行殺青作業時內部溫度長時間高于150℃，普通濕度傳感器在此高溫下無法正常工作。為了保證在高溫環境（150℃以上）下，實現對現場濕度進行準確的測量，新型滾筒殺青機選用高溫型感濕元件作為測濕傳感器，配合風機降溫、風機抽氣等處理，將溫度最高可達幾百度（150℃～600℃）的氣體從被測環境中通過風機抽到一個和高溫測濕裝置相連接的管道內，經過降溫處理到200℃以內，接著被送到一個密封的采樣室內（測濕傳感器就在這里），然后進行濕度測量。整個測量過程是在完全密閉的環境下進行，在沒有濕度損耗的情況下，就不會對測濕度產生大的影響，所測得濕度和原有被測介質中的濕度是高度一致的。采用這種方式就能得到一個超高溫環境下的濕度，數據經自動化控制裝置分析處理后，按照程序設定自動調節排濕裝置開關，調節滾筒內水蒸汽的含量，使殺青葉無水悶氣，提高茶葉品質。

圖2 三種滾筒殺青機熱源布置方式示意圖1.殺青滾筒 2.電加熱管 3.隔熱層 4.電加熱圈

3.3溫度監測裝置

茶葉殺青的工藝要求是“高溫殺青，先高后低”，滾筒各個區段溫度不盡相同。殺青時茶葉隨滾筒做拋落運動，如果溫度傳感器設置在滾筒內部難免會受到殺青葉的干擾。同時，由于滾筒內部的熱環境由筒壁，熱空氣共同組成，在傳導熱，對流熱和輻射熱共同作用下溫度傳感器測得的數據會有很大的偏差，因此新型滾筒殺青機將溫度傳感器設置在滾筒外側，對滾筒外壁的溫度進行監測。數據的采集選用精度較高的非接觸式紅外測溫探頭，以適應高溫高濕的殺青環境，減少測量誤差。數據經自動化控制裝置分析處理后自動調節加熱裝置的開關，使滾筒內始終保持適宜的殺青溫度[3]。

3.4自動化控制系統

自動化控制系統由觸摸屏，三菱FX系列PLC，指令編輯器等部分組成。其主要控制系統運行情況如下:按下啟動按鈕后,變頻電機啟動,殺青滾筒開始旋轉;溫濕度傳感器啟動,系統檢測ST,SH與設定值進行比較。若小于，則開啟加熱裝置進行加熱,溫度上升到設定值時關閉加熱裝置。排濕風機不啟動。若大于，則關閉加熱裝置，開啟排濕風機進行排濕。當濕度小于設定值時排濕風機關閉。停止信號出現之前，溫濕度傳感器一直處于監測狀態。當按下停止按鈕后，系統回到初始待機狀態[4]。PLC輸入輸出設備地址分配表如表1所示，PLC控制指令語句表如表2所示[5]。

表1 PLC輸入、輸出設備地址分配表

表2 PLC控制指令語句表

4 設備的優缺點

熱效率高。傳統的滾筒殺青機采用爐灶供熱或者電加熱管加熱，加熱方式主要采用輻射傳熱或線接觸熱傳導，熱效率很低，一般在20%～40%左右。節能型滾筒殺青機采用面接觸熱傳導的供熱方式，供熱裝置處于一種類似封閉狀態且設有保溫層，熱效率可達80%左右，能耗低于傳統殺青機的20%以上。

殺青質量好。自動化控制系統自動調節殺青溫度和水蒸汽含量，使滾筒內保持適宜的殺青環境。殺青勻、透，保證了茶葉色澤嫩綠、油潤，改善了香氣，提高了品質。克服了殺青葉出現焦邊焦葉，紅梗，水悶氣等現象，殺青質量大幅度提高。

該機型自動化程度高，適用于清潔化、自動化、連續化生產，且可與其它茶葉機械設備進行系統聯接，串聯配套使用，靈活性很強。另外，采用清潔化能源生產，溫濕度自動調節系統予以輔助，加工過程實現了全程機械化，茶葉的生產與衛生質量進一步得到保證。但是，由于大量使用了自動化程度較高的電子設備，故成本較高，個體茶農、小茶葉作坊恐很難接受，且與其它茶葉設備配套使用時，對硬件要求比較高，無形中又增加了成本。因此，降低成本，簡化系統成為后續研究的重點。

[1] 王協書,鐘梅. 茶葉加工的節能淺析[J].中國茶葉加工, 2007,(2): 21～23.

[2] 吳衛國,謝昌瑜. 茶葉電加熱滾筒殺青機的研究[J].中國茶葉加工, 2009,(1): 30～31.

[3] 趙梨銘. 茶葉智能化汽熱殺青機控制系統[J].輕工機械, 2009,(2): 71～74.

[4] 向勇,吳波. 電爐PLC控制系統設計[J].鑄造設備研究, 2005,(2): 6～9.

[5] 鄭鳳翼,鄭丹丹,趙春江.PLC控制系統梯形圖和語句表[M].北京:人民郵電出版社,2006.

S571.1

A

1006-5768(2010)03-0137-04

2010-03-12

宋志禹（1984－ ），男，山東威海人。碩士研究生，從事茶葉機械研究。*通訊作者：hflsq163@163.com