基于單片機的PLC實時控制系統下茶葉烘烤機的設計

朱名強

（廣西理工職業技術學院，廣西崇左 532200）

為了保證茶葉良好的品質與產量，一般是通過烘烤的方式實現。尤其是高山茶，具有滋味苦澀的特性。然而，通過烘烤的方式能夠將鮮嫩的綠茶制作成品質優越的黃茶、紅茶，不僅促進區域的經濟發展，還為優質茶葉產品的制作提供了方法。但是，隨著人們對茶葉的了解越來越科學化，對品茶、飲茶的境界越來越高，對茶葉的品質要求有著更高的標準。而茶葉的烘烤加工工藝是關系到茶葉品質最重要的一個環節。因此，研究和開發全自動化、智能化烘烤機有極強的現實意義。

1 茶葉生產與實踐

茶葉的生產過程繁雜，每個加工環節對于茶葉品質的優劣，都有非常重要的影響。為了不斷提高茶葉的加工效率，茶葉加工的技術由傳統的手工生產，轉變成了機械化生產。

1.1 茶葉的手工生產

傳統的茶葉加工方式，一般是以手工加工生產方式為主。加工師傅通過自身的加工手法與經驗，對茶葉進行炒茶、烤茶。茶葉的整個生產過程，對茶葉師傅的自身經驗有著很高的要求。所以，通過手工制作出來的茶葉品質參差不齊，而且生產效率非常低，以至于傳統的茶葉加工方法，并沒有使得茶葉產量滿足消費大眾的需求。例如，在茶葉的殺青階段需要進行大火烘烤，如果炒茶的速度過慢，很容易導致茶葉青黃不勻。因為茶葉數量較多時，茶葉堆積較厚，不同高度茶葉的實際溫度也有差別。所以，茶葉的手工生產過程中，往往會存在不盡人意的地方，尤其是在溫度的掌握上。

1.2 茶葉的機械生產

為改善手工加工茶葉的弊端，機械化加工茶葉的工藝備受茶葉廠商的青睞。因為通過機械化加工茶葉，不僅在數量上能夠保證茶葉產品滿足市場需求，在品質上也能夠批次化穩定生產，降低了同一批次茶葉加工后的品質差距，這對茶葉產品出口與加工，有著非常重要的經濟意義。但是，機械化加工茶葉也同樣存在著許多弊端。例如，毛尖茶的加工過程中需要殺青、燜黃、炒干三個過程，在生產速度上，機械加工比手工加工快將近10倍，但是茶葉的加工過程卻缺少了燜黃工藝，造成茶葉直接從殺青跳躍到炒干步驟，導致茶葉中的茶多酚、氨基酸等含量較低，沒有達到手工加工的水平，這是機械加工需要重視的環節。

1.3 茶葉的烘焙與貯存

茶葉加工往往需要進行烘焙與貯存。烘焙是為了使茶葉中的化學成分，變得更加均衡，茶葉得到進一步氧化，同時起到高溫殺菌，并降低農藥殘留的作用。在經過烘焙之后，茶葉中的水分會降低很多，在后續的貯存中也能夠延長質保期。而茶葉的烘焙過程，需要進行火候與時間的掌控。因此，這兩個因素直接影響了茶葉的色、香、味水平。例如，綠茶葉在烘焙72小時，要比烘焙24小時顏色更加發亮，其中的原因是氨基酸、多酚等其他化學物質轉化得更加徹底，茶葉的品質上也變得更加好。

2 茶葉的機械化生產的控制系統

隨著計算機水平與數字化水平的提高，茶葉機械化生產的過程控制將變得越來越智能化，尤其是茶葉烘烤機控制系統的推出，實現了茶葉烘焙過程的自動化。

2.1 茶葉烘烤機

茶葉烘烤機是基于PLC為核心控制的中型設備，主要應用在茶葉加工的車間，而單片機為顯示屏的智能化烘烤設備。在茶葉烘烤過程中，通過烘烤機的自動監測系統，可以自行的進行溫度監測與溫度恒定設置，當出現異常的時候，還能發出警報提示。所以，茶葉烘烤機在進行烘焙的過程中，通過對于溫度的實時控制，實現茶葉水分的烘除，充分提供穩定的熱能。除此之外，茶葉烘烤機可以根據不同類型茶葉進行溫度控制。例如，在焙制烏龍茶的時候一般采用低溫慢焙，蒸發茶葉中多余的水分，實現茶葉的干燥。因此，烏龍茶泡出來的茶湯顏色與味道濃郁；而毛尖茶因為含水量較大，在烘烤的過程中溫度較高，且翻茶的次數相對較多。

2.2 單片機的PLC的控制原理

茶葉烘烤機控溫與控時過程，依賴于可編程序控制器（PLC）。PLC是集合了算機技術、自動化技術、通信技術為一體的裝置。烘烤機的控溫過程通過PLC系統中的編程設計，利用信息輸入與輸出的I/O單元，控制信息的輸出與輸入。其中，單片機的作用主要是實現了用戶與PLC系統之間的交互，無論是通過文字還是圖片、語音，都能夠準確的讓用戶實現系統的操作。

2.3 單片機PLC實時控制系統的優越性分析

為實現茶葉烘烤機的全面自動化，提高茶葉烘焙的效率、加快茶葉烘培中的化學反應。近些年，工程師研發了基于單片機PLC實時控制系統的烘烤機，該烘烤機的特點，主要優勢體現在對于茶葉烘培化學反應的實效檢測，且人為操作控制性強。另外，在茶葉的烘培過程中，監管實時性與可編程預約、烘烤、降溫等功能結合，較好的實現了茶葉烘烤的需求。例如，在烘烤紅茶的時候，茶葉中的氨基酸會隨著烘焙時間的增加而先升高后下降，所以為了保證茶葉中含較多的氨基酸，提升茶葉的營養機制，往往會選擇合適的烘烤時間，這個時候就需要用到有實時控制系統的烘烤機，防治茶葉營養成分大范圍流失。

3 單片機的PLC實時控制系統在茶葉烘烤機中的應用

基于單片機的PLC實時控制系統下，茶葉烘烤機越來越受人們的喜愛，主要是因為茶葉烘烤機有較好的實效操控性、準確性以及穩定性，使得茶葉的烘焙品質處于最佳的狀態，這為茶葉的機械化烘烤設計夯實了基礎。

3.1 實效操控性

茶葉的烘焙過程中，除了對于烘烤的溫度有嚴格的控制要求之外，對于烘烤的時間也有要求，主要體現在不同種類的茶葉，在烘焙的時間上都有不同。例如，綠茶比紅茶烘焙時間短，溫度比較低；很大程度上，茶葉烘烤機可以實現茶葉烘烤溫度的操作和控制，主要體現在烘烤溫度的調節上。比如，茶葉的質量評定與茶葉的外觀有很大的關聯，有的長、圓、針、卷；還有的扁、片、末等，主要是在烘焙的過程中，茶葉各個部位對于溫度的需求并不一樣。所以，通過調節溫度可以將茶葉加工成不同形狀的茶產品，不僅在外觀上改變了茶葉的級別，在口感上也開創了新口味。

3.2 準確性

在烘烤機中采用了PLC模塊控制系統，能夠精準的把握溫度與時間。在溫度精度控制上，達到了0.01℃-0.1℃的控制區間；時間的精度控制上，達到了秒級別。此外，茶葉烘培機可以根據不同茶葉產品種類，自動調節烘焙的溫度與時間，在參數設置上、烘焙操作上實現了自動化。尤其是烘烤機中的溫度傳感器設計，能夠實時將烘烤機箱內的溫度準確的傳達到控制面板系統，從而實現烘焙過程的監管。與此同時，茶葉的烘焙還利于實現茶葉產品生產工藝的制定，例如，通過不同烘烤溫度、時間與茶葉營養化學成分的檢測分析結合后，能夠建立最優化的茶葉烘烤程序。

3.3 穩定性

茶葉在進行機械化加工過程中，對烘烤設備以及生產過程的穩定性有很高的執行標準。只有運行穩定的烘烤機才能夠保證，茶葉產品按質按量進行生產加工，特別是隨著制造商生產規模不斷加大，烘烤機數量不斷增加的情況下，對于烘烤機的控制與穩定性要求更加重要。因此，開發與運行自動化程度較高，可靠的烘干機是十分重要的，基于PLC實施控制系統的烘烤機就能夠滿足這些需求，在茶葉的加工過程中，烘烤機是按照指定的標準進行加工，同一批茶葉產品有相同的茶葉品質屬性。此外，單片機的人機交互的功能，也實現了操作人員與茶葉烘烤參數的傳遞，確保烘烤機在固定的參數下執行工作。

4 結論

茶葉的種類繁多，有綠、黃、紅等。不同茶葉無論是在外觀，還是口感上均有很大差別。隨著人們對物質品質要求的提升，在茶葉的需求上也變得高標準化。烘烤機在茶葉加工過程中，可以實現批量烘烤生產，保證茶葉烘烤溫度的穩定性、消除人為誤差因素，特別是基于單片機的PLC實時控制系統下，茶葉烘烤機有較強地準確性性、穩定性。因此，茶葉烘烤機在茶葉的加工過程中，可以實現自動化、程序化，為高品質茶葉的生產提供重要的技術設備保障。

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