基于单片机的PLC实时控制系统下茶叶烘烤机的设计

朱名强

（广西理工职业技术学院，广西崇左 532200）

为了保证茶叶良好的品质与产量，一般是通过烘烤的方式实现。尤其是高山茶，具有滋味苦涩的特性。然而，通过烘烤的方式能够将鲜嫩的绿茶制作成品质优越的黄茶、红茶，不仅促进区域的经济发展，还为优质茶叶产品的制作提供了方法。但是，随着人们对茶叶的了解越来越科学化，对品茶、饮茶的境界越来越高，对茶叶的品质要求有着更高的标准。而茶叶的烘烤加工工艺是关系到茶叶品质最重要的一个环节。因此，研究和开发全自动化、智能化烘烤机有极强的现实意义。

1 茶叶生产与实践

茶叶的生产过程繁杂，每个加工环节对于茶叶品质的优劣，都有非常重要的影响。为了不断提高茶叶的加工效率，茶叶加工的技术由传统的手工生产，转变成了机械化生产。

1.1 茶叶的手工生产

传统的茶叶加工方式，一般是以手工加工生产方式为主。加工师傅通过自身的加工手法与经验，对茶叶进行炒茶、烤茶。茶叶的整个生产过程，对茶叶师傅的自身经验有着很高的要求。所以，通过手工制作出来的茶叶品质参差不齐，而且生产效率非常低，以至于传统的茶叶加工方法，并没有使得茶叶产量满足消费大众的需求。例如，在茶叶的杀青阶段需要进行大火烘烤，如果炒茶的速度过慢，很容易导致茶叶青黄不匀。因为茶叶数量较多时，茶叶堆积较厚，不同高度茶叶的实际温度也有差别。所以，茶叶的手工生产过程中，往往会存在不尽人意的地方，尤其是在温度的掌握上。

1.2 茶叶的机械生产

为改善手工加工茶叶的弊端，机械化加工茶叶的工艺备受茶叶厂商的青睐。因为通过机械化加工茶叶，不仅在数量上能够保证茶叶产品满足市场需求，在品质上也能够批次化稳定生产，降低了同一批次茶叶加工后的品质差距，这对茶叶产品出口与加工，有着非常重要的经济意义。但是，机械化加工茶叶也同样存在着许多弊端。例如，毛尖茶的加工过程中需要杀青、焖黄、炒干三个过程，在生产速度上，机械加工比手工加工快将近10倍，但是茶叶的加工过程却缺少了焖黄工艺，造成茶叶直接从杀青跳跃到炒干步骤，导致茶叶中的茶多酚、氨基酸等含量较低，没有达到手工加工的水平，这是机械加工需要重视的环节。

1.3 茶叶的烘焙与贮存

茶叶加工往往需要进行烘焙与贮存。烘焙是为了使茶叶中的化学成分，变得更加均衡，茶叶得到进一步氧化，同时起到高温杀菌，并降低农药残留的作用。在经过烘焙之后，茶叶中的水分会降低很多，在后续的贮存中也能够延长质保期。而茶叶的烘焙过程，需要进行火候与时间的掌控。因此，这两个因素直接影响了茶叶的色、香、味水平。例如，绿茶叶在烘焙72小时，要比烘焙24小时颜色更加发亮，其中的原因是氨基酸、多酚等其他化学物质转化得更加彻底，茶叶的品质上也变得更加好。

2 茶叶的机械化生产的控制系统

随着计算机水平与数字化水平的提高，茶叶机械化生产的过程控制将变得越来越智能化，尤其是茶叶烘烤机控制系统的推出，实现了茶叶烘焙过程的自动化。

2.1 茶叶烘烤机

茶叶烘烤机是基于PLC为核心控制的中型设备，主要应用在茶叶加工的车间，而单片机为显示屏的智能化烘烤设备。在茶叶烘烤过程中，通过烘烤机的自动监测系统，可以自行的进行温度监测与温度恒定设置，当出现异常的时候，还能发出警报提示。所以，茶叶烘烤机在进行烘焙的过程中，通过对于温度的实时控制，实现茶叶水分的烘除，充分提供稳定的热能。除此之外，茶叶烘烤机可以根据不同类型茶叶进行温度控制。例如，在焙制乌龙茶的时候一般采用低温慢焙，蒸发茶叶中多余的水分，实现茶叶的干燥。因此，乌龙茶泡出来的茶汤颜色与味道浓郁；而毛尖茶因为含水量较大，在烘烤的过程中温度较高，且翻茶的次数相对较多。

2.2 单片机的PLC的控制原理

茶叶烘烤机控温与控时过程，依赖于可编程序控制器（PLC）。PLC是集合了算机技术、自动化技术、通信技术为一体的装置。烘烤机的控温过程通过PLC系统中的编程设计，利用信息输入与输出的I/O单元，控制信息的输出与输入。其中，单片机的作用主要是实现了用户与PLC系统之间的交互，无论是通过文字还是图片、语音，都能够准确的让用户实现系统的操作。

2.3 单片机PLC实时控制系统的优越性分析

为实现茶叶烘烤机的全面自动化，提高茶叶烘焙的效率、加快茶叶烘培中的化学反应。近些年，工程师研发了基于单片机PLC实时控制系统的烘烤机，该烘烤机的特点，主要优势体现在对于茶叶烘培化学反应的实效检测，且人为操作控制性强。另外，在茶叶的烘培过程中，监管实时性与可编程预约、烘烤、降温等功能结合，较好的实现了茶叶烘烤的需求。例如，在烘烤红茶的时候，茶叶中的氨基酸会随着烘焙时间的增加而先升高后下降，所以为了保证茶叶中含较多的氨基酸，提升茶叶的营养机制，往往会选择合适的烘烤时间，这个时候就需要用到有实时控制系统的烘烤机，防治茶叶营养成分大范围流失。

3 单片机的PLC实时控制系统在茶叶烘烤机中的应用

基于单片机的PLC实时控制系统下，茶叶烘烤机越来越受人们的喜爱，主要是因为茶叶烘烤机有较好的实效操控性、准确性以及稳定性，使得茶叶的烘焙品质处于最佳的状态，这为茶叶的机械化烘烤设计夯实了基础。

3.1 实效操控性

茶叶的烘焙过程中，除了对于烘烤的温度有严格的控制要求之外，对于烘烤的时间也有要求，主要体现在不同种类的茶叶，在烘焙的时间上都有不同。例如，绿茶比红茶烘焙时间短，温度比较低；很大程度上，茶叶烘烤机可以实现茶叶烘烤温度的操作和控制，主要体现在烘烤温度的调节上。比如，茶叶的质量评定与茶叶的外观有很大的关联，有的长、圆、针、卷；还有的扁、片、末等，主要是在烘焙的过程中，茶叶各个部位对于温度的需求并不一样。所以，通过调节温度可以将茶叶加工成不同形状的茶产品，不仅在外观上改变了茶叶的级别，在口感上也开创了新口味。

3.2 准确性

在烘烤机中采用了PLC模块控制系统，能够精准的把握温度与时间。在温度精度控制上，达到了0.01℃-0.1℃的控制区间；时间的精度控制上，达到了秒级别。此外，茶叶烘培机可以根据不同茶叶产品种类，自动调节烘焙的温度与时间，在参数设置上、烘焙操作上实现了自动化。尤其是烘烤机中的温度传感器设计，能够实时将烘烤机箱内的温度准确的传达到控制面板系统，从而实现烘焙过程的监管。与此同时，茶叶的烘焙还利于实现茶叶产品生产工艺的制定，例如，通过不同烘烤温度、时间与茶叶营养化学成分的检测分析结合后，能够建立最优化的茶叶烘烤程序。

3.3 稳定性

茶叶在进行机械化加工过程中，对烘烤设备以及生产过程的稳定性有很高的执行标准。只有运行稳定的烘烤机才能够保证，茶叶产品按质按量进行生产加工，特别是随着制造商生产规模不断加大，烘烤机数量不断增加的情况下，对于烘烤机的控制与稳定性要求更加重要。因此，开发与运行自动化程度较高，可靠的烘干机是十分重要的，基于PLC实施控制系统的烘烤机就能够满足这些需求，在茶叶的加工过程中，烘烤机是按照指定的标准进行加工，同一批茶叶产品有相同的茶叶品质属性。此外，单片机的人机交互的功能，也实现了操作人员与茶叶烘烤参数的传递，确保烘烤机在固定的参数下执行工作。

4 结论

茶叶的种类繁多，有绿、黄、红等。不同茶叶无论是在外观，还是口感上均有很大差别。随着人们对物质品质要求的提升，在茶叶的需求上也变得高标准化。烘烤机在茶叶加工过程中，可以实现批量烘烤生产，保证茶叶烘烤温度的稳定性、消除人为误差因素，特别是基于单片机的PLC实时控制系统下，茶叶烘烤机有较强地准确性性、稳定性。因此，茶叶烘烤机在茶叶的加工过程中，可以实现自动化、程序化，为高品质茶叶的生产提供重要的技术设备保障。

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