茶葉揉捻控制系統的設計與實現

苗雯娟

（集寧師范學院經濟與管理學院，內蒙古烏蘭察布 012000）

當今社會，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，因此茶葉的生產規模也隨之越來越大，人工的茶葉揉捻控制系統雖然也可以操作，但是，人們操作時消耗的勞動強度大，生產茶葉的效率也不高，生產出來的茶葉數量遠遠達不到市場的需求量，那如何提高生產效率，降低工人消耗的勞動強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，主要想用來提高生產效率，降低勞動強度，滿足市場日益增加的需求。下面進行詳細的比較和說明。

1 人工茶葉揉捻系統的弊端

目前，在我國生產茶葉的工廠中，幾乎全部都采用的是人工的茶葉揉捻系統，主要是有6CR人工茶葉操作系統，這種人工茶葉揉捻操作系統全都是靠人力操作，自動化水平低，生產效率低下，不僅不能滿足日益增長的茶葉的需要，而且，由于它的結構是在機架上將揉盤固定住，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，就對人工揉捻的經驗要求的比較高，從而就會產生以下幾個方面的弊端：

1.1 不能與其他制茶工序相協調

因為是手工操作的揉捻系統，所以操作機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器自動化生產，工作效率自然就會比揉捻系統的工作效率高，那操作機器上面的操作門栓與下料盤就很難與其他制茶工序協調共進，從而就會影響整體的生產效率。

1.2 茶葉成卷率不高

由于人工茶葉揉捻系統想要正常生產運作的話，就對人工揉捻的經驗要求的比較高，但是經驗高的工人畢竟是少部分的，而且經驗越高的工人，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，就會對茶葉的成卷率產生一定的影響，生產出來的碎茶比較多，而且茶葉不能出現在加工箱里面的情形也會經常出現，茶葉的成卷率就會低。

1.3 存在安全隱患

人工茶葉揉捻系統需要進行手工加壓，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品質

人工茶葉揉捻系統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，生產出來的茶葉品質就會比較低。

2 自動化的茶葉揉捻控制系統的設計

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

2.1 茶葉揉捻控制系統總體方案設計

當茶葉揉捻控制系統用于控制機器加工茶葉時，將加工葉片裝入由電機和傳動機構驅動的捏合桶中，在捏合板上采用水平旋轉運動，使得桶內加工葉片承受來自桶的壓力和捏合桶的側壓力，以及捏合板的反應力等，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，也與茶葉數量的多少有關。可以把滾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茶葉種子、茶葉的質量和每片葉子所受的壓力確定的。在處理前，用戶將時間參數輸入到人機交互裝置中，然后通過人機交互裝置將時間參數傳遞給控制器，由控制器根據給定的時間進行茶葉揉捻過程控制。茶葉揉捻控制系統主要由監控系統、速度控制系統、壓力控制和上下葉控制組成[2]。

監控系統以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了茶葉揉捻控制系統的自動控制。為了用戶更容易操作、時間參照數據可以編輯和數據實時了解，我們可以采用觸摸屏作為人機交互的裝置。

壓力控制系統是由壓力傳感器、行程開關、步進電機和驅動裝置組成，是茶葉揉捻控制系統的核心。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增壓，滑動柱為中空鋼管，鋼管中心設有螺桿，連續桿的轉動可帶動壓力臂上下移動。滑柱的根部由步進電機控制的手輪，用于驅動螺桿轉動。壓力臂的上下限由安裝在滑動柱上的行程開關控制。壓力傳感器安裝在壓蓋的頂部，桶內茶葉的壓力由壓蓋的開口控制，從而保證加工葉片的適當壓縮，軋制成條狀。壓力沒有時，根據傳感器反饋數據通過程序運行控制驅動來改變步進電機調速控制系統主要由變頻器和交流異步電機等組成，電機通過變頻器調速，不同的速度摩擦適應不同種類的茶葉，揉捏桶帶動旋轉，揉搓盤旋轉旋轉，揉合板配合完成軋制操作。上部和下部葉片由電磁閥、氣缸、接近開關和限位開關控制。

2.2 茶葉揉捻控制系統程序設計

程序設計的滾動機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，即根據葉質選擇，三個步驟是：重－量－輕；四步：輕一重一重一輕。在軋制過程中，根據壓力反饋控制電機轉速，得到適當的壓力。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。手動程序分別設置有啟動和停止按鈕、速度控制按鈕以及控制捏合桶轉動的交流異步電動機的升降控制按鈕，壓力控制旋鈕，放電門開關。

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

3 茶葉揉捻控制系統的實現

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，在實驗中發現，當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 結語

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

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

[2]趙春芳，夏天其，援基于PLC的茶葉揉捻機自動控制系統的研究[D].浙江工業大學.2009.

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