基于PLC的智能加工装置控制系统设计

方杰平

摘  要：茶叶加工过程直接影响茶叶的品质，茶叶加工的主要工序包括杀青、理条和烘干等。为进一步提高茶叶的加工品质和生产效率，根据茶叶加工过程中的工艺要求，以可编程控制器（PLC）为控制器，通过温度传感器能感知环境温度变化，并以此来自动调节茶叶加工时间和炒锅的频率等相关参数，实现茶叶加工过程的智能化。

关键词：PLC;传感器;智能化;控制系统

中图分类号：TP31          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）31-0093-02

Abstract： Tea processing process has a direct impact on the quality of tea， the main processes of tea processing include green killing， striping and drying. In order to further improve the processing quality and production efficiency of tea， according to the technological requirements of tea processing， the programmable controller （PLC） is used as the controller， and the environmental temperature change can be sensed by temperature sensor. In order to realize the intelligence of tea processing process， the related parameters such as tea processing time and frying pot frequency can be adjusted automatically.

Keywords： PLC; sensor; intelligence; control system

可编程控制器（PLC）是一种以微处理器为核心的工业自动控制装置，具有可靠性高、编程灵活、开发周期短等优点，特别适合对继电器-接触器控制系统的改造。

大部分茶叶加工设备都是传统的电气控制，控制模式单一，导致其对加工温度，加工时间等工艺参数不能准确的计量和控制[1]。针对这种情况，利用PLC对控制系统进行改造，用程序来实现逻辑控制功能，使整个控制系统的稳定性大大提高，实现茶叶加工智能控制过程。

1 茶叶智能加工装置的工艺流程

以PLC作为控制系统的核心，通过对PLC编程，控制外部模块工作，完成茶叶智能化加工。茶叶智能加工工艺流程如下[2]：操作员将待加工的茶叶放入下料漏斗，在控制面板中选择待加工的茶叶类型、采摘季节、老嫩程度，启动远红外线石英管开始加热，由PT100热电偶检测U型槽锅的温度是否符合设定的温度，从而启动步进电机运转带动定量进料槽轮按照设定值转动一定角度，将待加工的茶叶倒入U型槽锅，进而带动U型槽锅做往复直线运动，使茶叶在槽锅内按顺序完成杀青、理条、烘干三道工序[3]，结束后电动推杆升起，使U型槽锅倾翻，实现茶叶的自动下料，一个工作周期结束。

2 主电路

硬件部分包括热电偶、远红外线石英加热管、步进电机及其驱动器、鼓风机、三相异步电机、变频器和电动推杆等;软件部分包括程序控制和人机界面控制。使用者在触摸屏上选择茶叶类型、采摘季节、老嫩程度，PLC 将按程序对外部硬件部分进行控制。

3 PLC控制系统的硬件设计

3.1 PLC控制系统的I/O点分配

茶叶智能加工装置的控制部分含有步进电机，故PLC要和步进电机配合实现运动控制，需要在PLC内部进行设定并编写程序。另外，步进电机控制是要用高速脉冲控制的，所以PLC必须是可以输出高速脉冲的晶体管输出形式，不可以使用继电器输出形式的PLC来控制步进电机。

3.2 硬件电路的设计

在进行PLC硬件接线时，PLC输出端连接继电器，继电器的常开触点与控制设备相连。PLC输出的电源电压是±24VDC，继电器起开关作用，能将±24VDC电转化为大电压，来控制用电设备的通断，实现茶叶的智能化加工。PLC的外部接线图如图3、4所示。

4 PLC控制系统的软件开发

根据茶叶智能加工装置的工作原理，设计PLC控制软件实现对茶叶定量、变温度、变频率以及触摸屏控制等部分进行开发，具体内容如下：

（1）在设计触摸屏的过程中，根据实际用户的需求，包括参数设定、按键功能、监控画面等选项。具体包括设置智能模式和手动模式两种模式，按键功能画面包括：启动、停止、手动、三相异步电机转动、和电动推杆的上行和下行。监控画面显示运行的状态，循环次数，翻炒的时间等参数，方便操作者了解当前的工作情况。

（2）在控制茶叶量的过程中，将茶叶放入进料斗，待U形锅温度达到设定值后，异步电机转动720°，实现定量进料[4]。

（3）在控制杀青理条烘干的加工过程中，采用变频控制方式来达到节约能源的目的。本系统程序中设定多频率切换功能，在茶叶杀青、理条、烘干过程根据设定值自动切换频率。

（4）控制杀青理条烘干的温度、频率、时间。在触摸屏中选定需要加工的茶葉种类型，采摘季节，茶叶的老嫩程度，按启动键之后，PLC可不断地循环扫描，自动地完成整个茶叶加工过程。

5 结论

采用可编程控制器（PLC）对茶叶智能加工装置电气控制系统进行设计，在提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修工作量的同时，克服了传统茶叶加工设备的不足，实现了茶叶加工过程的智能控制。系统操作灵活、方便，大大提高茶叶加工品质和生产效率。

参考文献：

[1]夏涛.中国茶业发展之路[J].中国茶叶加工，2012（4）：22-23.

[2]王家斌.机械制茶史话[J].中国茶叶加工，2010（1）：14-15.

[3]郝朝会.滚筒式红外茶叶杀青机的设计研究[D].淄博：山东理工大学，2012：8-10.

[4]权启爱，叶阳.远红外烘干机的结构及其在名优绿茶加工中的应用[J].中国茶叶，2007（2）：20-21.