6CLZ 80/18智能控制理条机设计

周金亮，许志华，蒋建祥，曹建波

（1. 浙江上洋机械股份有限公司，浙江 衢州 324000；2. 浙江师范大学 工学院，浙江 金华 321004）

理条工序是众多直条形名优茶造型工艺过程的关键工序，目前大多数的茶叶理条采用茶叶振动理条机进行理条加工。理条机由于结构简单、易于操作及便于流水线作业等优点，在针形名茶加工中有着广泛应用[1]。

振动理条机出现于20世纪九十年代，有多种能源型号，目前主要采用电能、燃气和柴煤等作为能源，主要由投料装置、出茶装置、电动机、调速装置、加热装置、温度调控装置、“U”形槽锅及锅台、传动机构和机架等部件构成[3]。理条工艺主要针对条形茶而言，主要是为了达到茶叶条形紧直并脱水和提香的目的，因而是制作工艺中的重要环节[2]。经过多年的研究和实践，我国的茶叶理条机有了很大的进步，但也存在着一些亟待解决的问题：一是传统理条机主要依靠人工操作，不但所需人工多，而且因人工操作时，频繁接触易使茶叶被细菌等污染物所污染[3]；二是传统理条机的能耗比较高、热效率低；三是传统理条机存在着加热装置不合理，导致了茶叶加热温度不均匀；四是在理条机运作过程中会产生大量的灰尘和噪音，对操作人员的身体健康造成损害[4]。

近年来，对于如何实现茶叶生产全程清洁化、自动化和智能化，成为所有茶人关注的焦点[5]。而茶叶自动理条机的系统设计为名优茶实现自动化生产提供了有力的技术支撑。本试验以6CLZ80/18智能控制理条机为例，通过解决理条机进料、出料等问题，来实现理条机控制的智能化。

1 硬件系统设计

1.1 进料系统

理条机要实现智能化，首先就要解决进料和出料的人工问题，并使各个槽的茶叶量均匀。80理条机是在原有60理条机的技术基础上升级、改进和创新，有18（14）个槽，茶叶投叶量是60理条机茶叶投叶量的2倍，基于此，设计了机械辅助设备定量送料机（图1）。

图1 总体结构图Fig. 1 Overall structure

设备定量送料机可伸缩送料，其内部结构图如图2所示。计量斗下安装了2个5 kg的传感器，计量斗可伸缩，避免了计量斗在炒制茶叶过程中理条机产生热气对茶叶品质的影响，同时降低了热源温度对称重传感器数据零点的影响。送料机采用双层皮带及两个匀叶器，实现了物料的均匀摊放，使理条机每个锅槽投叶量尽可能均匀。

图2 进料结构图Fig. 2 Feed structure

总体结构的操作过程为：点开开关，开始加入茶叶，传送带将茶叶向前传送，通过两个匀叶器的两次匀叶，落入定量送料斗中，当料斗内的茶叶重量达到设定重量值时，停止供料，待理条机理条时间结束，理条机翻动，将茶叶倒出，然后复位，理条机复位完成后，料斗下料，将茶叶倒入理条机，传送带继续工作，将茶叶向前传送，如此往复，理条完成的茶叶送入下一个加工工位。其工作过程如图3所示。

图3 系统工作流程图Fig. 3 System work fl ow

1.2 出料系统

80理条机的出料系统主要由起锅装置来完成（图4）。该结构在铰接点处进行了改进，由原来的单纯轴承固定改进为轴承安装在轴套之内，轴套与长启杆焊接，稳定性得到了提高，大大减轻了人工的劳动强度。

1.3 智能控制系统

通过机械手段加触摸屏PLC一体机模式是替代人工操作，解决理条机智能化的问题。本系统采用科威CZ-12M12R-1HAD型一体机，该系统共有24个数字量I/O点。

图4 起锅装置Fig.4 Cleaning device

2 软件设计

各项参数都由触摸屏PLC一体机设置参数来控制。触摸屏主要由标定界面和操作界面两个界面组成。

2.1 操作界面

操作界面设计有控制茶叶重量、加热温度、理条时间以及一些基本的开关的控制按钮（图5），采用触摸屏参数设定界面，使人机对话界面直观简单，操作方便，对普通茶农或使用者能够起到“即看即用”的效果（图5、图6）。

图5 操作界面Fig. 5 Operation interface

图6 标定界面Fig. 6 Calibration interface

2.2 重量控制

重量设定参数通过触摸屏PLC一体机实现，在触摸屏上输入重量，重量模块进行模拟量采集。称重模块通过 A/D转换输入触摸屏PLC一体机中的X5接口，一体机通过调用相应的库实现重量的参数化，从而实现对落入料斗中茶叶重量的实时监控。

2.3 温度控制

系统运行之初设定理条机正常工作温度。该理条温度由使用者根据具体茶叶选定，由触摸屏输入，设定后需一定时间通过电热管加热，加热到所需温度后，将反馈信号发送给 PLC，从而进入下一步工序[7]。此过程中，实现了温度控制与 PLC 的单工通信。

3 结论

本研究设计通过触摸屏PLC一体机设计了6CLZ80/18理条机的自动化控制系统，基本实现了自动计量、自动计时和自动出茶的功能，同时通过对进料系统和出料系统的改进，达到了减小人工劳动强度与理条设备自动运行的目的。本套控制系统在一定程度上提高了半自动化理条机设备的自动化程度。同时通过全新的人机交互界面，减小了控制器的体积，方便了使用者对参数的设定。