茶叶揉捻控制系统的设计与实现

苗雯娟

（集宁师范学院经济与管理学院，内蒙古乌兰察布 012000）

当今社会，由于茶文化的普及，人们越来越意识到茶制品的益处，对于茶叶的需求就日益增加，因此茶叶的生产规模也随之越来越大，人工的茶叶揉捻控制系统虽然也可以操作，但是，人们操作时消耗的劳动强度大，生产茶叶的效率也不高，生产出来的茶叶数量远远达不到市场的需求量，那如何提高生产效率，降低工人消耗的劳动强度就成为一个迫切需要解决的问题。本文通过一系列的探索研究，钻研出了一种自动化的茶叶揉捻控制系统，主要想用来提高生产效率，降低劳动强度，满足市场日益增加的需求。下面进行详细的比较和说明。

1 人工茶叶揉捻系统的弊端

目前，在我国生产茶叶的工厂中，几乎全部都采用的是人工的茶叶揉捻系统，主要是有6CR人工茶叶操作系统，这种人工茶叶揉捻操作系统全都是靠人力操作，自动化水平低，生产效率低下，不仅不能满足日益增长的茶叶的需要，而且，由于它的结构是在机架上将揉盘固定住，使得揉桶做回旋运动后又通过螺旋来碾压茶叶，使得茶叶不断的翻滚最后成卷，就对人工揉捻的经验要求的比较高，从而就会产生以下几个方面的弊端：

1.1 不能与其他制茶工序相协调

因为是手工操作的揉捻系统，所以操作机器上面的操作门栓与下料盘的工作效率就会比较低，而其他的制茶工序采用机器自动化生产，工作效率自然就会比揉捻系统的工作效率高，那操作机器上面的操作门栓与下料盘就很难与其他制茶工序协调共进，从而就会影响整体的生产效率。

1.2 茶叶成卷率不高

由于人工茶叶揉捻系统想要正常生产运作的话，就对人工揉捻的经验要求的比较高，但是经验高的工人毕竟是少部分的，而且经验越高的工人，工厂要付的酬劳就会比较高，在这样情况下，工厂就会退而求其次，选择一些经验其实并不高的工人，这些工人不能熟练的运用人工操作系统，就会对茶叶的成卷率产生一定的影响，生产出来的碎茶比较多，而且茶叶不能出现在加工箱里面的情形也会经常出现，茶叶的成卷率就会低。

1.3 存在安全隐患

人工茶叶揉捻系统需要进行手工加压，然而手工加压的效率一般都比较低，而且存在很大的安全隐患，比如会将人烫伤等。而且手工加压需要一个人在茶叶揉捻系统的附近工作，既费时间也浪费了人力。

1.4 不能保证茶叶的生产品质

人工茶叶揉捻系统由于其自身自动化水平较低，就会对操作工人的熟练度要求较高，工厂为了节约用人成本就会用实上并不熟练的工人代替，这些工人因为不能熟练的运用茶叶揉捻系统，生产出来的茶叶品质就会比较低。

2 自动化的茶叶揉捻控制系统的设计

人工茶叶揉捻操作系统全都是靠人力操作，自动化水平低，生产效率低下，不仅不能满足日益增长的市场需要，而且由于操作机器上面的操作门栓与下料盘很难与其他制茶工序协调共进，就会影响整体的生产效率，使得成卷率比较低，茶叶的生产品质得不到保障，甚至还存在安全隐患；而自动化的茶叶揉捻控制系统在保留其人工茶叶揉捻操作系统的外形的基础上，对其内部进行了自动化改造与优化，满足了茶叶日益扩大的市场需求，提高了茶叶揉捻系统的便捷度。

2.1 茶叶揉捻控制系统总体方案设计

当茶叶揉捻控制系统用于控制机器加工茶叶时，将加工叶片装入由电机和传动机构驱动的捏合桶中，在捏合板上采用水平旋转运动，使得桶内加工叶片承受来自桶的压力和捏合桶的侧压力，以及捏合板的反应力等，并慢慢地轧成一条带，完成轧制和加工[1]。茶叶揉捻控制系统主要用于时间控制和压力控制，嫩叶与老叶的时间与所受压力都不同，也与茶叶数量的多少有关。可以把滚动过程分为三个过程：轻一重一轻；或四个过程：轻一重一比较重一比较轻。选择哪个过程取决于处理过的叶子的特性。每个过程的时间值是根据茶叶种子、茶叶的质量和每片叶子所受的压力确定的。在处理前，用户将时间参数输入到人机交互装置中，然后通过人机交互装置将时间参数传递给控制器，由控制器根据给定的时间进行茶叶揉捻过程控制。茶叶揉捻控制系统主要由监控系统、速度控制系统、压力控制和上下叶控制组成[2]。

监控系统以PLC（可编程逻辑控制器）和触摸屏为最主要的两个部件。利用PLC的操作和判断功能实现了茶叶揉捻控制系统的自动控制。为了用户更容易操作、时间参照数据可以编辑和数据实时了解，我们可以采用触摸屏作为人机交互的装置。

压力控制系统是由压力传感器、行程开关、步进电机和驱动装置组成，是茶叶揉捻控制系统的核心。压力装置为单滑柱浮动控制压力臂，带动筒盖上下运动实现增压，滑动柱为中空钢管，钢管中心设有螺杆，连续杆的转动可带动压力臂上下移动。滑柱的根部由步进电机控制的手轮，用于驱动螺杆转动。压力臂的上下限由安装在滑动柱上的行程开关控制。压力传感器安装在压盖的顶部，桶内茶叶的压力由压盖的开口控制，从而保证加工叶片的适当压缩，轧制成条状。压力没有时，根据传感器反馈数据通过程序运行控制驱动来改变步进电机调速控制系统主要由变频器和交流异步电机等组成，电机通过变频器调速，不同的速度摩擦适应不同种类的茶叶，揉捏桶带动旋转，揉搓盘旋转旋转，揉合板配合完成轧制操作。上部和下部叶片由电磁阀、气缸、接近开关和限位开关控制。

2.2 茶叶揉捻控制系统程序设计

程序设计的滚动机控制程序包括主程序、初始位置子程序、滚动过程子程序、开门卸载子程序。主程序控制方法分为手动控制和自动控制首先，需要测每个组件的初始状态是否需要。若将初始位置轧制，则可将轧制过程分为两种控制方式，即根据叶质选择，三个步骤是：重－量－轻；四步：轻一重一重一轻。在轧制过程中，根据压力反馈控制电机转速，得到适当的压力。滚动后，打开门和卸载，组件返回到初始位置，并通过程序检测状态。手动程序分别设置有启动和停止按钮、速度控制按钮以及控制捏合桶转动的交流异步电动机的升降控制按钮，压力控制旋钮，放电门开关。

在初始位置子程序开始滚动之前，先检查是否在上限，材料门是否进行了关闭。如果压盖不在初始位置，则步进电机调整：如果材料门不闭合，则由电磁阀关闭气缸。揉捻过程子程序，四种不同持续时间的轧制过程，压盖压力不同，用户可以根据经验值通过触摸屏传递时间，根据压盖的高度或滚动压力控制压力，调整步进电机的速度[3]。当步进电机到位时，变频器控制交流异步电机，使揉捻机器开始滚动，滚动时间停止。开门卸料子程序，茶叶从捏合机中离开。程序首先检查材料门是否由限位开关打开，如果没有打开，则由电磁阀打开材料门，指示灯的状态也可以根据这个装置来显示。

3 茶叶揉捻控制系统的实现

通过本次探索，我们最终研制出了自动化的茶叶揉捻控制系统，在实验中发现，当茶叶为嫩叶及中等嫩叶时，我们需要采用：轻一重一轻这三个过程，时间控制分别为10分钟，5～10分钟，5分钟；当茶叶为中等嫩叶时，我们需要采用：轻一重一轻这三个过程，而且要两次这个过程，其时间控制分别为5分钟，5～10分钟，5分钟；当茶叶为老叶时，我们需要采用轻一重一比较重一比较轻这四个过程，时间控制分别为5分钟，5～10分钟，3～5分钟，5分钟。

4 结语

自动化的茶叶揉捻控制系统提高了生产效率，降低了工人的劳动强度，克服了人工茶叶揉捻操作系统问题，自动化水平低，生产效率低下，不能满足日益增长的需要，和由于操作机器上面的操作门栓与下料盘很难与其他制茶工序协调共进，整体的生产效率低下，成卷率低下，茶叶的生产品质不能得到保障，甚至还存在安全隐患的问题，满足了茶叶日益扩大的市场需求，提高了茶叶揉捻系统的便捷度。

[1]李小平，张艳丽，援多揉桶全自动茶叶揉捻机[J].中国专利.2015（4）123-124.

[2]赵春芳，夏天其，援基于PLC的茶叶揉捻机自动控制系统的研究[D].浙江工业大学.2009.

[3]谢芬援，高应冕，高新技术在茶叶加工上的应用[J].福建茶叶.2015（2）140-141.