初探PLC控制下的茶葉自動化理條機組

柯仲政+張祖德+何六福+柯潤東

摘 要：隨著我國的科學(xué)技術(shù)進一步提高，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用，也大大提高了機械自動化的程度。這就能有效提高機械應(yīng)用領(lǐng)域的生產(chǎn)效率。茶葉自動化理條機組中對PLC控制技術(shù)加以應(yīng)用就有著實質(zhì)性意義。基于此，本文主要就茶葉機械的發(fā)展現(xiàn)狀以及傳統(tǒng)茶理條機組應(yīng)用問題加以闡述，然后對茶葉理條機組PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成及工作原理詳細分析，最后探究PLC控制下的茶葉自動化理條機組的系統(tǒng)設(shè)計。希望能通過此次的系統(tǒng)研究分析，對優(yōu)化茶葉自動化理條機組系統(tǒng)起到促進作用。

關(guān)鍵詞：茶葉機械；自動化理條；PLC控制

中圖分類號：TS272.3 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170932041

引言

茶葉理條機是茶葉制作加工當(dāng)中的重要設(shè)備，這1部件質(zhì)量的優(yōu)劣對茶葉加工的品質(zhì)有著決定性作用。傳統(tǒng)的理條機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)與茶葉自動化理條機組相結(jié)合，將有助于機組的工作效率提高。從理論層面加強茶葉自動化理條機組PLC技術(shù)的應(yīng)用研究，會對實際系統(tǒng)設(shè)計起到理論支持作用。

1 茶葉機械的發(fā)展現(xiàn)狀以及傳統(tǒng)理條機組應(yīng)用問題分析

1.1 茶葉機械的發(fā)展現(xiàn)狀分析

我國是茶葉生產(chǎn)大國，在對茶葉的制作過程當(dāng)中，需要對相關(guān)機械進行應(yīng)用，保障茶葉的香氣以及滋味，不同加工方法的應(yīng)用對茶葉也有著不用的效果。茶葉機械的標(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。茶葉機械發(fā)展至今，在種類上比較多樣化，其中的綠茶加工機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)備以及鮮葉分級機設(shè)備等，這些機械設(shè)備的應(yīng)用為后續(xù)加工的順利進行打下了基礎(chǔ)。

茶葉機械中的揉捻機械設(shè)備也是應(yīng)用比較廣泛的，有雙動和單動2種比較常用的形式。綠茶揉捻機械的發(fā)展比較緩慢，而在自動化流水線的迅速發(fā)展下，一些新型的自動化揉捻機組開始出現(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)傳熱殺青機以及對流傳熱殺青機等類型。根據(jù)傳熱的介質(zhì)不同，殺青機也能分成金屬傳熱以及蒸汽傳熱殺青機[2]。當(dāng)前我國在對殺青機的機械設(shè)備使用主要采用的是滾筒殺青機設(shè)備。

1.2 傳統(tǒng)茶理條機組應(yīng)用問題分析

在茶葉制作中，需要殺青以及揉捻和理條、做形等一系列的操作才能完成整個工藝流程。而理條工藝的實施，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)的理條機組應(yīng)用的情況來看，在能耗方面比較大，并且熱效相對比較低，這樣就必然會造成大量能源浪費問題[3]。并且在加熱裝置方面的設(shè)置沒有科學(xué)化呈現(xiàn)，造成了茶葉的加熱溫度不均，對茶葉制作的品質(zhì)就有著直接的影響。理條機組的運作中會有大量灰塵以及噪音，這也對操作人員的健康有著很大損害。

2 茶葉理條機組PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成及工作原理分析

2.1 茶葉理條機組PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成分析

我國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)和微型計算機上有著類似之處。主要是由電源以及中央處理單元和存儲器、輸入以及輸入接口電路、功能模塊、通信模塊所構(gòu)成的。每個構(gòu)成部分都發(fā)揮著其獨自的作用。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)是不能正常進行運作的，所以在電源的設(shè)計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。在對系統(tǒng)軟件進行存放的是系統(tǒng)程序存儲器，而對應(yīng)用軟件存放的就是用戶程序存儲器。在輸入輸出接口電路的構(gòu)成部分，現(xiàn)場輸入接口電路通過光耦合電路以及微機輸入接口電路組成，主要能夠促進邏輯控制器和現(xiàn)場控制接口界面輸入。在輸出接口方面對控制器現(xiàn)場輸出接口和執(zhí)行部件輸出控制信號有著促進作用。在功能模塊構(gòu)成方面涵蓋著定位以及計數(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)揮動力的來源。其注重的是結(jié)合PLC程序來進行賦予的相應(yīng)功能，是將相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲在編輯器程序當(dāng)中，這對電源以及存儲器和警戒定時器的狀態(tài)檢查有著積極作用，能有效診斷用戶程序當(dāng)中的語法錯誤。在可編程邏輯控制器的正常運行過程中，能通過掃描形式對現(xiàn)場輸入裝置狀態(tài)數(shù)據(jù)加以接受，然后存儲在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)的進行[5]。對可編程邏輯控制器的可能性進行保證，可通過雙中央處理器來構(gòu)成冗余系統(tǒng)，這樣就能使系統(tǒng)得以正常的運行，能大大提高系統(tǒng)運行的效率。

2.2 茶葉理條機組PLC控制系統(tǒng)的主要功能優(yōu)勢體現(xiàn)

茶葉理條機組中對PLC控制系統(tǒng)加以應(yīng)用，在使用方面就比較簡單化，能改變控制方案而不對硬件拆動。在這一控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用下，在功能方面比較強，有著較高的性價比，在PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用下，可進行通信聯(lián)網(wǎng)，從而就能有效實現(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，有著比較高的可靠性和抗干擾能力，能有效提高茶葉自動化理條機組的整體運行效率。

2.3 茶葉理條機組PLC控制系統(tǒng)工作原理分析

可編程邏輯控制器實際是通過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。在進行輸入采樣環(huán)節(jié)，PLC就通過掃描方式來讀入所有輸入狀態(tài)以及數(shù)據(jù)，然后將這些采集的數(shù)據(jù)存儲在儲存器部位中。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通過從上到下的順序進行對用戶程序加以掃描，對梯形圖進行掃描過程中通過各觸點構(gòu)成控制線路以及按照左右上下順序?qū)刂凭€路實施邏輯運算，以及對存儲區(qū)的狀態(tài)進行刷新[6]。程序的執(zhí)行過程中使用立即I/O指令就能直接進行存取I/O點。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中的中央處理器會按照I/O映象區(qū)對應(yīng)狀態(tài)以及數(shù)據(jù)刷新所有輸出鎖存電路，然后經(jīng)過輸出電路驅(qū)動相應(yīng)外設(shè)，達到輸出的目標(biāo)。茶葉理條機組PLC系統(tǒng)的運作原理如圖1所述。endprint

3 PLC控制下的茶葉自動化理條機組的系統(tǒng)設(shè)計

茶葉自動化理條機組在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，在設(shè)備的設(shè)計方面要完善化，以2臺以上茶葉理條機作為機組，整個機組是振動輸送槽以及提升機和上下工序相連形成的聯(lián)動。在機組的上方布置茶葉料倉及行走軌道，在料倉當(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。這樣整體性的機組在PLC系統(tǒng)下，就能有效實現(xiàn)協(xié)同聯(lián)動目標(biāo)。具體的控制過程中，系統(tǒng)是通過電氣系統(tǒng)以及傳感采集系統(tǒng)和軟硬件系統(tǒng)所構(gòu)成的。可編程邏輯控制器系統(tǒng)方面是控制點。

硬件設(shè)計過程中，根據(jù)實際自動化茶葉理條機組的控制要求，將PLC控制系統(tǒng)與之相結(jié)合。編程上相對比較簡單化，運算的速度也比較高和靈活化。對茶葉理條工藝流程進行優(yōu)化，在硬件當(dāng)中對繼電器以及接近開關(guān)和變頻器等進行協(xié)同配合設(shè)計。操作顯示系統(tǒng)中的觸摸顯示屏設(shè)計以及急停開關(guān)設(shè)計是比較重要的內(nèi)容。在下料硬件系統(tǒng)設(shè)計中，對電磁閥以及氣缸和振動輸運帶部分要完善設(shè)計。完善上料系統(tǒng)中的機電機以及電子稱量機構(gòu)和接近開關(guān)、料車運走電機的設(shè)計。最后在理條系統(tǒng)的設(shè)計中，溫度控制器以及加熱裝置和理條電機、時間控制器等硬件要完備。

軟件系統(tǒng)設(shè)計過程中，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)計中重量設(shè)定參數(shù)要通過觸摸屏實現(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)用庫實現(xiàn)重量參數(shù)化，這樣就能對落入料斗當(dāng)中待茶葉重量進行動態(tài)化的監(jiān)控。而在變頻控制軟件實際過程中，要充分重視能量的節(jié)約，設(shè)計中科學(xué)應(yīng)用多頻率的切換功能。可初步設(shè)定7個頻率，設(shè)計中倒出茶葉中和理條過程設(shè)定的7個不同工作頻率，用戶就能自由選擇。溫度控制軟件設(shè)計過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

茶葉自動化理條機的系統(tǒng)運行過程中，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。在未來的技術(shù)發(fā)展過程中，PLC控制系統(tǒng)在茶葉制作當(dāng)中的應(yīng)用將會愈來愈普遍，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。希望能通過此次研究分析，對實際茶葉產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展起到促進作用。

參考文獻

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