制茶機(jī)械化作業(yè)技術(shù)論文

1、目錄第一章 緒論11.1引言11.2課題來源11.3本文主要工作2第二章 揉捻加工分析及自動(dòng)控制總體方案確定32.1揉捻32.2茶葉揉捻加工基本原理32.2.1葉子的物理性能對(duì)揉捻的重要性分析42.2.2揉捻葉使其成條的過程52.2.3揉捻技術(shù)要求與分析62.2.4揉捻的技術(shù)措施82.2.5揉捻工段質(zhì)量審評(píng)102.2.6揉捻技術(shù)與形質(zhì)變化102.3茶葉揉捻設(shè)備112.3.1茶葉揉捻機(jī)的分類112.4揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)總體方案122.4.1茶葉揉捻加工工藝122.4.2揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)14第三章 茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)163.1茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件概況163.2觸

2、摸屏選擇163.3下位機(jī)173.3.1 CPU選型183.3.2 I/0地址分配193.3.3 PLC總接線圖213.4調(diào)速系統(tǒng)223.4.1.變頻器的選型223.5壓力控制系統(tǒng)23第四章 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)244.1下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)244.2.1軟件開發(fā)的環(huán)境244.2.3寄存器地址的分配254.2.4 PLC程序的設(shè)計(jì)27第五章 結(jié)束語43參考文獻(xiàn)44第一章 緒論 1.1引言 我國是茶葉的故鄉(xiāng)，具有悠久的茶葉種植、加工歷史，形成了各具特色的六大茶類加工藝。茶葉加工機(jī)械經(jīng)過長期的探索、發(fā)展，機(jī)械化程度大大提高，紅(碎)茶加工已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化；炒青綠茶加工機(jī)械較完整、配套；珠茶加工，由于60年代珠茶

3、炒干機(jī)的出現(xiàn)，極大地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和提高了生產(chǎn)能力，茶機(jī)有力地促進(jìn)了茶葉生產(chǎn)的迅速發(fā)展。 近年來我國在制茶機(jī)械自動(dòng)控制方面也有所突破，如以繼電器為基礎(chǔ)控制元件的自動(dòng)控制技術(shù)在勻堆拼配設(shè)備中應(yīng)用；機(jī)電控制系統(tǒng)在揉捻機(jī)上的應(yīng)用；1987年通過部級(jí)鑒定的“計(jì)算機(jī)控制茶葉烘干機(jī)”及在烏龍茶做青工藝中的應(yīng)用；電腦控制型龍井茶炒制機(jī)的研制成功等，圓這些研究成果對(duì)我國茶葉機(jī)械的自動(dòng)化和連續(xù)化必將起到推動(dòng)作用。 我國制茶機(jī)械化作業(yè)技術(shù)雖然取得了長足的發(fā)展，但制茶機(jī)械的自動(dòng)化和連續(xù)化程度仍然較低，與食品工業(yè)的機(jī)械化相比卻存在著較大的差距。食品工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展過程大體要經(jīng)歷五個(gè)階段，即機(jī)械化階段、初級(jí)自動(dòng)化階段

4、、自動(dòng)控制階段、數(shù)據(jù)化階段、高級(jí)自動(dòng)化階段(無人化階段)。目前國內(nèi)食品加工技術(shù)已處于第四階段，國外茶葉加工己進(jìn)人第三、第四階段，如日本蒸青茶生產(chǎn)線和英國C丁C生產(chǎn)線。而我國的制茶技術(shù)總體上仍處于第一階段，個(gè)別單機(jī)或生產(chǎn)線處于第二階段，與國外相比尚存在巨大的差距。1.2課題來源 目前，世界產(chǎn)茶發(fā)達(dá)國家茶葉機(jī)械化生產(chǎn)發(fā)展速度很快，尤其是日本、印度、斯里蘭卡等國家。我國南方產(chǎn)茶發(fā)達(dá)省份制茶也基本上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，但是，在自動(dòng)化水平與國外同類裝備相比還存在較大的差異。近年來，綠茶加工的鮮葉攤放、殺青、冷卻和干燥等工序在一定程度上實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化流水作業(yè)，唯有殺青后的揉捻間歇作業(yè)如何實(shí)現(xiàn)連續(xù)化仍在探索中。浙江

5、省和安徽省分別就揉捻機(jī)技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)，取得了一些成果，但揉捻機(jī)的自動(dòng)化及適應(yīng)性水平卻不甚理想，揉捻質(zhì)量也不穩(wěn)定，制約著茶葉加工機(jī)械化、連續(xù)化流水作業(yè)的發(fā)展 。 1994年8月，中央決定，在“九五”期間，國家安排?？钣糜谝M(jìn)國際先農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)，每年實(shí)施一批項(xiàng)目。引進(jìn)技術(shù)所需用于消化、吸收和推廣的經(jīng)，中央單位承擔(dān)的項(xiàng)目由中央財(cái)政解決，地方單位承擔(dān)的項(xiàng)目由地方財(cái)政配套。就是948項(xiàng)目。最近，國務(wù)院再次決定，在“十一五”期間，中央財(cái)政每年投資2億元，繼續(xù)執(zhí)行“948”計(jì)劃。由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所承擔(dān)的農(nóng)業(yè)部948滾動(dòng)項(xiàng)目茶葉標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)鍵技術(shù)引進(jìn)、消化與創(chuàng)新研究于2006年正式啟動(dòng)。該項(xiàng)目稱:“我國

6、的茶加工技術(shù)水平與裝備多年以來沒有重大改進(jìn)，總體上還處于傳統(tǒng)農(nóng)副產(chǎn)品初級(jí)工，加工的機(jī)械化、自動(dòng)化程度低，質(zhì)量管理與品質(zhì)控制僅憑人工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)審評(píng)與理化檢驗(yàn)來保證，與全程清潔化生產(chǎn)、機(jī)械化加工和自動(dòng)化控制的世界進(jìn)水平差距甚遠(yuǎn)。針對(duì)我國不同茶葉生產(chǎn)過程的特色和上述主要問題，引進(jìn)一世界先進(jìn)水平的種植和加工技術(shù)、理念、設(shè)備和裝置等，在消化吸收的基礎(chǔ)上，合必要的創(chuàng)新研究，整合過去幾十年來提出的成熟技術(shù)成果，力求改善加工設(shè)的自動(dòng)化和智能化程度，提升加工的工藝水平，提出我國綠茶(名優(yōu)綠茶、大綠茶)、CTC紅茶和烏龍茶的標(biāo)準(zhǔn)化加工工藝參數(shù)，研制出茶葉加工關(guān)鍵設(shè)備自動(dòng)控制裝置和生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)，研制出茶葉加工

7、智能化專家咨詢系統(tǒng)?！北菊n題是該滾動(dòng)項(xiàng)目的一部分，其技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)6CR一55型茶葉揉捻機(jī)的作壓力、時(shí)間、轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制。1.3本文主要工作本課題的主要研究內(nèi)容包括: 1.從理論上深入分析茶葉揉捻原理，并制定適合茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制加工的茶葉加工工藝; 2.根據(jù)原有6CR一55型茶葉揉捻機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定出相應(yīng)的茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案; 3.設(shè)計(jì)開發(fā)適合實(shí)際作業(yè)需要的軟件系統(tǒng);4. 對(duì)改造完成的6CR一55型茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析，并根據(jù)結(jié)果修改軟件和工藝參數(shù)。第二章 揉捻加工分析及自動(dòng)控制總體方案確定2.1揉捻 揉捻是制茶重要的加工工序。其作用主

8、要是破壞茶葉細(xì)胞、揉出茶汁，使沖泡的茶水滋味濃烈醇厚，并使茶葉初步成形。因此，揉捻是影響茶葉外形質(zhì)量的主要工序，也是奠定茶葉耐泡度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。(1)揉捻目的通過揉捻，卷起茶條，初步形成條索，縮小體積，為成茶的美觀外形奠定基礎(chǔ);同時(shí)，適當(dāng)破壞殺青葉的葉細(xì)胞組織，部分茶汁流出附于茶條表面，使成茶沖泡時(shí)茶汁較容易泡出。(2)揉捻方法和技術(shù)綠茶加工中的揉捻作業(yè)，有手工揉捻和機(jī)械揉捻兩種揉捻方法。目前除一些名優(yōu)綠茶加工尚少量保留手工揉捻外，絕大多數(shù)己實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。2.2茶葉揉捻加工基本原理 目前，茶葉的揉捻原理基本相同，均是讓殺青（或萎凋）葉團(tuán)在揉桶中做勻速平行圓周運(yùn)動(dòng)，受到揉桶、壓蓋、揉盤、棱骨及葉

9、團(tuán)自身的多方向力的復(fù)合作用，使其沿各自葉片主脈搓揉成緊結(jié)圓渾的條索狀，同時(shí)將葉細(xì)胞破碎。揉捻是初步做形，除了白茶類和綠、黃茶中有些不要揉捻外，一般在制茶過程中都有揉捻工序。鮮葉直接揉捻是不能成條的。因其物理性能硬、脆。揉捻是力的作用，如果用力不當(dāng)，也不能成條。下面將著重闡述這兩個(gè)問題。2.2.1葉子的物理性能對(duì)揉捻的重要性分析揉捻的作用就是是揉捻力作用于葉子使之變形從而達(dá)到破壞茶葉細(xì)胞、揉出茶汁，使沖泡的茶水滋味濃烈醇厚，并使茶葉初步成形。而揉捻質(zhì)量首先決定于揉捻葉的物理性能。要求揉捻葉柔軟性好，受力容易變形。韌性好，受力變形而不折斷。可塑性好，受力變形后不容易恢復(fù)原來形狀。還有粘性好，與可塑

10、性直接相關(guān)。揉捻葉水分含量與葉子物理性能，如柔軟性、韌性、可塑性、粘性呈一曲線關(guān)系。鮮葉水分多，細(xì)胞膨脹，這四種物理性能都較差。一般含水量為50%的時(shí)候葉子的物理性能最好，否則增加或減少都會(huì)使葉子的物理性能變差。 揉捻葉的葉溫與葉子的物理性能也有一定的相關(guān)性。葉溫高，內(nèi)含物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)松懈，葉子的柔軟性、韌性和可塑性都增強(qiáng)。特別是老葉纖維素含量多，柔軟性和可塑性較差。葉溫高對(duì)老葉的這些物理性能的增大顯著。所以質(zhì)量較老的葉子多采用“熱揉”。 熱揉的葉溫較高，葉子內(nèi)含物的變化是很激烈的。制紅茶，揉捻開始，“發(fā)酵”作用開始。揉捻葉溫度直接影響“發(fā)酵”作用，影響制茶品質(zhì)。制綠茶、黑茶、黃茶、青茶等茶類

11、熱揉的化學(xué)變化，實(shí)質(zhì)是濕熱作用。濕熱作用對(duì)綠茶品質(zhì)不利。熱揉對(duì)制綠茶有利外形，不利內(nèi)質(zhì)。制綠茶應(yīng)用熱揉技術(shù)，要具體情況具體分析。一般熱揉要與短揉相配合。 揉捻方法，除了一些著名綠茶采用手揉外，大部分的是采用機(jī)揉。機(jī)揉設(shè)備的裝葉量依揉桶的大小而異，由幾十斤到一百多斤不等，為手揉量的幾十倍到幾百倍。機(jī)揉比手揉工效大為提高。揉捻時(shí)間，手工5一IOmin，而機(jī)揉要20一l00min。一般裝葉量越多，揉時(shí)越長。從最長揉時(shí)算，機(jī)揉比手揉多10倍。機(jī)揉葉量多，揉捻時(shí)間長，散熱比手揉慢(水分的散失也較手揉少)。機(jī)揉的揉捻葉的化學(xué)變化比手揉多。假如熱揉用于手揉并不影響到茶葉的色香味品質(zhì)，而用于機(jī)揉，茶葉色香味品

12、質(zhì)就要改變。所以用于綠茶的揉捻機(jī)，揉桶不宜太大。 葉子的嫩度不同，不僅是內(nèi)含物的含量不同，其內(nèi)含物的化學(xué)穩(wěn)定性也不一樣。如嫩葉比成熟葉的葉綠素容易破壞。嫩葉熱揉其色澤容易變黃，產(chǎn)生低悶的氣味。熱揉多用于老葉，尤其是機(jī)揉的熱揉更是如此。 揉捻過程的化學(xué)變化，并不是對(duì)任何茶類的制茶品質(zhì)都不利，如黃茶類、黑茶類等的品質(zhì)形成，正需要加強(qiáng)這種化學(xué)變化濕熱作用。熱揉和冷揉，都具有其對(duì)品質(zhì)有利的一面，也有其不利的一面，要發(fā)揮其有利方面，限制其不利方面。新的揉捻設(shè)備的研究除了效率外，應(yīng)考慮到葉溫、葉量和揉時(shí)等因素，才能生產(chǎn)出外形和內(nèi)質(zhì)兼優(yōu)的產(chǎn)品。2.2.2揉捻葉使其成條的過程 揉捻葉成條必須是兩個(gè)以上的力，作

13、用于松散的葉團(tuán)，才能使葉團(tuán)滾動(dòng)，葉團(tuán)內(nèi)部葉子四周受到擠壓力，發(fā)生皺褶，由于主脈硬度較大，葉片皺褶的紋路，基本上與主脈平行，并向主脈靠攏。然后，由于皺褶，葉子彎曲受力細(xì)胞組織破裂，便增加葉質(zhì)柔軟性和可塑性。同時(shí)使茶汁混和，增加葉子的粘性。這些都是葉子成條的有利條件。葉片上的皺褶紋路越多，越能揉捻成緊條。 揉捻的開始階段應(yīng)注意掌握輕壓力。因?yàn)槿嗄淼牡谝浑A段葉團(tuán)，需要獲得壓力，但加上葉團(tuán)的壓力不宜太大。壓力太大，葉子受單方面力的作用而疊起來。韌性較差的葉子容易在疊褶處斷裂成碎片。加入葉片已疊合，要使葉片卷曲成條就十分困難。揉捻的開始階段應(yīng)注意使用輕壓力。隨著揉捻葉皺褶紋路增多，柔軟性、可塑性和粘性增

14、大，體積縮小，再逐漸加大壓力。一方面使葉子皺褶得更好、紋路更多，形成粗條形。另一方面，葉與葉之間的摩擦力增大，葉子不同部位所受的摩擦力不同，運(yùn)動(dòng)的速度也不一樣而產(chǎn)生扭力，于是粗條經(jīng)扭力作用扭卷成緊條。嫩葉與老葉的揉捻區(qū)別；如下表：表2.1 嫩葉與老葉的揉捻區(qū)別嫩葉柔軟性好，粘性又大，可能不經(jīng)過皺褶而直接扭卷成緊條。條索越緊，粘性越大，摩擦力也越大，所產(chǎn)生的扭力也越大。再繼續(xù)加壓力揉捻，嫩葉的條索就可能斷碎。這時(shí)應(yīng)停止揉捻，用解決篩分方法將己成緊條的嫩葉分離出來。老葉進(jìn)行第二次揉捻，同時(shí)加大壓力，以適應(yīng)彈性較大的較老葉子，使葉子進(jìn)一步皺褶、變形、扭卷成緊條。柔軟性、粘性大的葉子在揉捻過程中，容易

15、幾個(gè)葉片或葉條粘連一起，并滾轉(zhuǎn)成團(tuán)塊。團(tuán)塊在壓力下越滾越緊。這些團(tuán)塊在干燥中水分不容易蒸發(fā)，貯存過程容易發(fā)霉變質(zhì)、影響整批茶葉質(zhì)量。在干燥時(shí)將團(tuán)塊解散，這時(shí)條索粗松，有的不成條形，也影響茶葉外形。對(duì)這種葉子，在揉捻過程的加壓中，要結(jié)合幾次松壓。即加壓幾分鐘，發(fā)現(xiàn)有團(tuán)塊可能形成，就要及時(shí)去除壓力，使還是松的團(tuán)塊在揉桶運(yùn)動(dòng)的沖力下解散，松壓幾分鐘后又接著加壓力。有的情況是，松壓措施仍不能徹底解散團(tuán)塊，揉捻一定時(shí)間后還要解塊，有的結(jié)合篩分進(jìn)行解決。 解決技術(shù)措施在解散團(tuán)塊的同時(shí)，會(huì)抖松條索，影響條索緊度。實(shí)際應(yīng)用時(shí)要注意，不需解散團(tuán)塊的就不要解塊。炒青綠茶注重外形，條索要圓直、緊結(jié)、整齊，主要是在揉

16、捻后炒燴過程中完成的，雖然與揉捻關(guān)系不是很大，但是揉卷成條是炒焙整形的良好基礎(chǔ)，也是必要的。揉捻促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)含物的混合作用，引起復(fù)雜的化學(xué)變化，與茶湯色味濃淡也有一定關(guān)系。但是揉捻時(shí)間短，程度輕，內(nèi)質(zhì)變化不大。2.2.3揉捻技術(shù)要求與分析 炒青綠茶的外形要求很苛刻是五要五不要:一要葉條，不要葉片;二要圓條，不要扁條;三要直條，不要彎條;四要緊條，不要松條;五要整條，不要碎條。這五對(duì)相互矛盾，但是又相互聯(lián)系，相互影響，都是在一定條件下轉(zhuǎn)化。要抓住葉片與葉條的主要矛盾，其他矛盾就容易解決。轉(zhuǎn)化的條件主要是力的作用。力的作用有輕與重、用力時(shí)間長與短、次數(shù)多與少、早與遲的矛盾。這些矛盾也是相互聯(lián)系、相互

17、影響的，根據(jù)葉質(zhì)和葉量的不同而變化。要抓住輕與重的主要矛盾，其他矛盾也就迎刃而解。要解決這些矛盾須反復(fù)實(shí)踐，逐步提高認(rèn)識(shí)，才能做到五要五不要。 力的作用力分摩擦力和壓力。摩擦力使葉子順主脈卷轉(zhuǎn)為橢圓螺形。壓力是增大摩擦力。使葉子快速成條而卷緊。要做到五要五不要，就要摩擦力與壓力巧結(jié)合。先使用摩擦力，后使用壓力，再使用摩擦力。先使用摩擦力，使葉子大部分初步卷轉(zhuǎn)成葉條。后使用壓力加大摩擦力，使葉子大部分卷成條索。去掉壓力，再使用摩擦力，主要使葉團(tuán)松開，葉汁內(nèi)滲，避免葉汁流失。如先使用壓力容易產(chǎn)生扁條，不能揉成圓條。后使用壓力，使葉條收縮，擠出葉汁。葉汁擠出后，去掉壓力，再使用摩擦力，葉條松開，葉汁

18、回滲。這樣解決圓條與扁條、茶湯濃與淡的矛盾。 加壓力的原則加壓力是解決外形的技術(shù)措施，要先輕后重再輕，加壓與放壓相結(jié)合。加壓與放壓的時(shí)間比例是2比l，如加壓10min，放壓smin;或3比1，如加壓15min，放壓smin，這樣才能解決圓與扁、緊與松、整與碎的矛盾。如加壓不放壓，就不能達(dá)到五要求。 先輕壓才不會(huì)壓扁。只是輕度加大摩擦力，加速葉子卷轉(zhuǎn)，初步把葉片揉成圓形葉條。輕壓放壓后，加重壓，加大摩擦力使葉條在圓而松的狀態(tài)下，逐漸卷成緊條。 葉條在重壓揉捻?xiàng)l件下，揉成葉團(tuán)，如果成團(tuán)的葉條，不能再揉緊，不成團(tuán)的葉條繼續(xù)揉緊，揉捻就不均勻。同時(shí)葉條縮緊，葉汁大部分?jǐn)D出，如不放壓，葉汁流失，茶湯淡薄

19、。葉汁大部分?jǐn)D出后，葉條干硬，重壓揉捻，就容易揉成碎片。因此，重壓后就要放壓，葉團(tuán)就不會(huì)愈揉愈緊，葉汁內(nèi)滲也不會(huì)流失，進(jìn)一步解決濃與淡的矛盾。放壓后再加壓，不但不會(huì)葉團(tuán)愈揉愈緊，而且葉團(tuán)才不會(huì)松開而不起揉緊作用。同時(shí)未成團(tuán)的葉條不會(huì)揉過緊而容易破碎。最后輕壓也同樣要放壓，就是以不加壓的摩擦力結(jié)束揉捻過程。但是粗老葉例外，重壓揉捻到結(jié)束。1.加壓技術(shù)加壓有壓力輕重之分。加壓大和加壓小的區(qū)別如下表：表2.2 加壓大和加壓小的區(qū)別加壓大條索緊結(jié)，但是壓力過大，葉條不圓而碎，揉捻不靈活。適合老葉。加壓小條索粗松，壓力過小，葉條粗而松，甚至達(dá)不到揉捻的目的。適合嫩葉。無論輕壓或重壓都有時(shí)間長短的矛盾。加

20、壓時(shí)間過長或過短的弊端如下表：表2.3 加壓時(shí)間過長或過短的弊端時(shí)間過長葉條扁而碎。時(shí)間過短葉條松而粗。加壓時(shí)間一般分為5min、 7min、 10min、 15min、 20min等五檔。另外加壓時(shí)間長短也與葉子的老嫩量的多少有關(guān)嫩葉短，老葉長;葉量少短，葉量多長;粗老葉量少也短些。 加壓時(shí)間長短，又與加壓次數(shù)多少交叉關(guān)系。加壓次數(shù)多，時(shí)間短;次數(shù)少，時(shí)間長。加壓次數(shù)多少，又與葉質(zhì)老嫩和葉量多少交叉有關(guān)。葉嫩而少，次數(shù)少，每次的時(shí)間長些，葉老而量多，次數(shù)多，每次的時(shí)間短些。次數(shù)至少輕重二次，至多輕、重、較重、重、輕五次。 加壓有遲與早之別。過早葉條壓扁不圓，過遲葉條松而不緊。葉嫩而量多遲些，

21、葉老而量少早些。總之，加壓大小、時(shí)間長短和次數(shù)多少，以及加壓早遲，是依葉質(zhì)和殺青程度以及揉捻時(shí)間的不同而不同。簡(jiǎn)單說，嫩葉加壓輕，次數(shù)少，時(shí)間短，加壓遲些，老葉則相反。揉捻時(shí)間長，加壓全程時(shí)間也長，加壓次數(shù)多些，加壓總重大些。2.揉捻機(jī)的影響 揉捻機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)掌握先慢后快再慢的原則。先慢才不會(huì)使葉條揉碎，也不會(huì)因熱揉或摩擦發(fā)熱葉溫過高，而使葉質(zhì)起不良的變化。后快，葉條卷轉(zhuǎn)成螺旋形的可能性就越大，可以使葉條卷得很緊。再慢，可使結(jié)團(tuán)葉條松開，使未揉到的葉條進(jìn)一步成圓直的葉條。 揉盤的棱骨構(gòu)造，與揉成條索很有關(guān)系。棱骨弧形底而寬的適合揉細(xì)嫩鮮葉，揉粗老葉不易成條?；⌒胃叨M的適合揉粗老鮮葉，揉細(xì)嫩葉

22、容易揉碎。最好揉捻機(jī)揉盤棱骨有活動(dòng)裝置，以適應(yīng)葉質(zhì)老嫩不同的要求。2.2.4揉捻的技術(shù)措施綠茶要熱揉與紅茶要冷揉不同。熱揉葉軟容易成條，而不象紅茶引起不良的變化。一因葉量少、時(shí)間短，摩擦發(fā)生熱量不大，葉溫上升不高，內(nèi)質(zhì)變化不大。二是由于高溫殺青，酶的活化己完全或大部分破壞，酶促作用已制止，就是沒有破壞完全的殘余酶的催化作用不大，不致改變品質(zhì)。冷揉與熱揉的區(qū)別特點(diǎn)如下表：表2.4 加壓時(shí)間過長或過短的弊端冷揉水分蒸發(fā)減少，葉質(zhì)稍硬化，就較難揉成緊條。并且炒后久置不揉，也會(huì)變色和散失香氣。熱揉要有相應(yīng)的條件配合，特別是機(jī)揉。一是殺青要?dú)⑼笟⒕鶆颍侨~量宜少、揉速宜慢、時(shí)間宜短，加壓力宜小。如配合

23、不好，就產(chǎn)生紅梗紅葉。 現(xiàn)用揉捻機(jī)，一桶要幾鍋殺青葉完全相同，事實(shí)上困難很多，不能同時(shí)殺青，同時(shí)投入。殺青時(shí)間很短，揉捻時(shí)間長，常殺青葉多，揉捻來不及，不能熱揉，就要冷揉。 冷揉條件:一是殺青要?dú)⑹鞖⑼?二是殺青葉攤放很薄，攤放不能過久;三是揉捻時(shí)間也不要過長，要防止因殺不熟而發(fā)黃。 綠茶揉捻具體要求:一是綠茶沖泡次數(shù)多，茶汁不要全部擠出，細(xì)胞組織不要全部破壞，破壞率45一65%;二是要揉成圓直緊結(jié)、整齊的條索。 揉捻不足，滋味和色澤都較淡薄，不能形成緊結(jié)條索。揉捻過度，茶汁完全擠出，有些黃酮類化合物自動(dòng)氧化，茶湯不清，揉碎芽葉。炒綠揉捻技術(shù)具體掌握如下:1.看葉質(zhì)來決定揉葉量 首先看鮮葉，細(xì)

24、嫩的多些，粗老的少些。其次看殺青葉，殺青時(shí)間短，含水量較多，不宜過多，避免外形彎曲。2.看揉葉量來決定揉捻時(shí)間 揉葉量多就長，揉葉量少就短。 揉葉量過多，揉捻時(shí)間過長，對(duì)香氣有相當(dāng)提高，但湯色葉底都不亮。過多如果加大壓力，不論時(shí)間長短都是條索碎細(xì)，下身茶較多。葉量過少，不論時(shí)間長短，條索不是粗松，就是碎小。3.揉捻時(shí)間決定揉捻程度和形狀 時(shí)間長減少粗大茶條，但是斷碎、葉尖折斷，下身茶較多，形狀不整齊。時(shí)間短，條索不緊，碎么較少，頭子茶增多。4.揉捻快慢決定時(shí)間和形狀 揉快易生碎片，芽尖易揉斷，湯色混濁苦澀，色澤帶紅。揉慢延長時(shí)間，條索難緊結(jié)。5.解塊與篩分 解塊有決定外形的作用，使條索均勻，直

25、而圓。篩分也有同樣的作用，并使嫩葉少揉而不斷碎小，老葉多揉而條索緊結(jié)。兩者配合，才能達(dá)到五要五不要的要求。 葉子經(jīng)過揉捻，有的順主脈卷成圓直條，有的與主脈垂直卷轉(zhuǎn)，或不圓而扁，卷成團(tuán)塊，條索扁而不直。因此，解塊篩分技術(shù)把成團(tuán)的葉條抖開，篩出細(xì)葉和碎片。同時(shí)使葉條伸直而不彎曲，并防止熱揉葉溫過高，引起葉質(zhì)變化而泛紅。還可以把下面細(xì)嫩葉條分開，及時(shí)烘千，不會(huì)揉捻過度而斷碎。 解塊篩分次數(shù)，根據(jù)揉捻時(shí)間、葉質(zhì)老嫩而定，一般是一二次。粗老葉比細(xì)嫩葉次數(shù)少些。如葉條松散或粗老葉揉捻結(jié)束，就無需解塊篩分。解塊篩分要迅速，否則水分散失過多，容易揉碎，尤其是粗老葉水分少，解塊篩分更要快些。殺青過老，水分少也要

26、快些。2.2.5揉捻工段質(zhì)量審評(píng) 揉捻技術(shù)好的條索，應(yīng)是圓直整齊，扁曲碎片就不符合要求。但是要揉卷很好，鮮葉形質(zhì)和揉捻機(jī)棱骨構(gòu)造都有很大關(guān)系。實(shí)際上要全部揉得很好，全部卷成旋形，沒有折疊是不可能的，也是做不到的。在生產(chǎn)實(shí)際中，只要有80%以上條，也就算揉好了。揉不成條索的原因有很多，但是其中主要是揉速過快，或開始就加壓，或沒有放壓。扁條是加壓過過大的毛病。彎條主要是解塊不勻，或沒有解塊。松條主要是加壓過遲過小，揉捻時(shí)間不夠。碎條是加壓過早過大、揉速過快、時(shí)間過長等等毛病。2.2.6揉捻技術(shù)與形質(zhì)變化 揉捻主要是形態(tài)上和組織上的物理變化，化學(xué)變化是次要的。揉捻時(shí)間短，度很輕，質(zhì)的變化不顯著。葉子

27、經(jīng)過揉捻后，由于受到兩個(gè)平面的摩擦壓力，就順著主脈直卷為橢圓螺旋形的條索;如果與主脈垂直卷轉(zhuǎn)，或卷不圓而扁，或卷成圓塊，都不合要求，但是要卷得很好，鮮葉和技術(shù)都要有相當(dāng)條件。實(shí)際上折疊的多，卷螺旋形的少，要全部卷得很好，更不可能。 軟的幼嫩鮮葉，彈性不大，容易揉卷;硬的粗老鮮葉，彈性大，就不容易卷成一定的形狀。葉內(nèi)水分過多，漲性大，水分少，干而硬，都不容易卷成所要求的形狀，而容易揉成碎片。至于卷?xiàng)l的松緊、曲直、粗細(xì)是與技術(shù)高低分不開的。 細(xì)胞破裂需要較大的壓力。平面的摩擦壓力是不能壓破細(xì)胞的。當(dāng)葉子在兩個(gè)平面之間，還有折疊的曲壓力時(shí)，刁能破壞細(xì)胞組織。在折疊曲壓時(shí)，葉外表層的細(xì)胞受到兩面的拉力

28、而使皮膜裂開，使所含汁液流出葉面。 揉捻時(shí)間短，如茶汁沒有流失，水分散失不大，最多不超過2一3%。例如22的殺青葉含水量60.54%，揉捻后水分含量減至58.16%，也沒有超過3%。揉捻過程中，葉綠素減少不多，由殺青葉的0.95%減至0.81%。葉綠素A破壞比B多，殺青葉A比B是4.0，揉捻葉是3.7?？扇苄缘难趸镒兓淮?。綠茶揉捻越多，可溶性的氧化物(指兒茶多酚類)減少越多。第一次揉后是12.8%，第二次揉后12.3%，第三次揉后12.2%。使用揉葉不多的小型單動(dòng)揉捻機(jī)，就會(huì)縮短揉捻時(shí)間，避免發(fā)生高溫引起各種不必要的化學(xué)變化而降低品質(zhì)。由于揉葉量不多而時(shí)間短，揉捻技術(shù)影響炒青綠茶的品質(zhì)不大

29、，較易掌握。2.3茶葉揉捻設(shè)備 茶葉揉捻機(jī) (tea twisting machine)是由揉桶與揉盤作相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而將茶葉搓揉成條、擠出茶汁的機(jī)械。我國生產(chǎn)的茶葉揉捻機(jī)是茶機(jī)工業(yè)中較為成熟的機(jī)種之一，也是第一個(gè)頒布部標(biāo)準(zhǔn)的茶機(jī)機(jī)種。第六代茶葉揉捻機(jī)產(chǎn)品系列統(tǒng)一標(biāo)注為“6CR”字樣，“6”代表第六代，“C”是“茶”字拼音第一個(gè)字母大寫，“R”是“揉”字拼音第一個(gè)字母大寫。2.3.1茶葉揉捻機(jī)的分類茶葉揉捻機(jī)的分類如表2.5表2.5茶葉揉捻機(jī)分類分類形式按運(yùn)動(dòng)形式單動(dòng)式茶葉揉捻機(jī)、雙動(dòng)式茶葉揉捻機(jī)按揉盤樣式盤式、平板履帶式、轉(zhuǎn)子式、滾子式按揉桶數(shù)量單桶式、雙桶式、四桶式按揉桶直徑6CR一15型、

30、6CR一20型、6CR一30型、6CR一55型、6CR一65型按加工的連續(xù)化程度非連續(xù)式、連續(xù)式 2.32CR-55型揉捻機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)： 文中我們所要改造的揉捻為CR-55型揉捻機(jī)其主要技術(shù)參數(shù)為表2.2所示表2.6 CR-55型揉捻機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目單位6CR_55揉桶外徑X高度mm540X385容葉量Kg/桶3035加壓形式絲桿式加壓轉(zhuǎn)速R/min50±1臺(tái)時(shí)產(chǎn)量Kg/h100140電機(jī)功率Kw2.2電壓V220外形（長X寬X高）mm1500X1500X14002.4揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)總體方案 本課題的技術(shù)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)6CR一55型茶葉揉捻機(jī)的工作壓力、時(shí)間、轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制

31、，包括傳感采集系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制和界面系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)。要達(dá)此目標(biāo)，首先要確定揉捻作業(yè)加工工藝，再根據(jù)加工工藝制定揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體方案。2.4.1茶葉揉捻加工工藝 揉捻必須根據(jù)各茶種的特征，揉捻機(jī)的性能，葉質(zhì)老嫩、勻度和殺青質(zhì)量來正確掌握揉捻方法。特別注意投葉量，揉捻時(shí)間，壓力大小，解塊篩分和揉捻程度等技術(shù)，方能提高質(zhì)量，保證優(yōu)良產(chǎn)品。6CR一55型盤式茶葉揉捻機(jī)，主要用于毛峰、碧螺春等條形和卷曲形長炒青綠茶的揉捻加工，所以下面長炒青綠茶(眉茶)的加工工藝:1.投葉量 投葉量的多少，直接關(guān)系到揉捻質(zhì)量和工效。投葉量過多，葉團(tuán)在揉桶內(nèi)翻轉(zhuǎn)困難，揉捻不均勻，扁碎葉較多，而且時(shí)間

32、較長:葉子過少，則不易成條，工效低，碎茶多。因此，必須掌握好各類揉捻機(jī)的投葉量。本文選用6CR一55型盤式茶葉揉捻機(jī)所以其投葉量為30一35公斤。 掌握程度:對(duì)于杠桿加壓結(jié)構(gòu)的揉捻機(jī)，裝葉時(shí)要求手稍壓緊，葉子裝至比桶口淺1一2cm處，不能太滿;不然，揉捻機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于桶內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)桶蓋的反作用力大，而使蓋子甩出去造成事故(絲桿加壓有自鎖現(xiàn)象)。2.揉盤轉(zhuǎn)速 用于綠茶初制的揉捻機(jī)，一般轉(zhuǎn)速控制在45一60轉(zhuǎn)/分之間，以每分鐘48轉(zhuǎn)上下較為合適。3.壓力和時(shí)間 炒青綠茶要求條索緊結(jié)，倒直，勻整，茶湯有一定的濃度，同時(shí)又要耐泡。形成這些特征，首先與揉捻時(shí)壓力調(diào)節(jié)有很大關(guān)系。揉捻作業(yè)時(shí)，加壓輕重應(yīng)以“輕一

33、重一輕”，嫩葉輕壓短揉，老葉重壓長揉，解塊分篩，多次揉捻為原則。揉捻時(shí)間視揉捻葉量，葉質(zhì)及加壓等情況靈活掌握。 實(shí)際生產(chǎn)過程中掌握各種葉子的壓力和時(shí)間如表2.3:表2.7各種葉子的揉捻壓力與時(shí)間 嫩葉揉20一25分鐘左右。壓力調(diào)節(jié):輕揉10分鐘，加壓5一10分鐘，解壓5分鐘下機(jī)。中等嫩葉揉30一40分鐘左右。壓力調(diào)節(jié):輕壓10分鐘，重壓15一35分鐘，(中間松壓2一3次)，輕壓5分鐘下機(jī)。老葉揉40一50分鐘左右。壓力調(diào)節(jié):輕壓10分鐘，_重壓25一35分鐘(中間松壓2一3次)，松壓5分鐘下機(jī)。老嫩不勻的葉子開始按嫩葉揉捻要求進(jìn)行，然后用孔徑 1xl的篩子進(jìn)行篩選篩分，篩下葉子進(jìn)行一干燥，篩面

34、進(jìn)行復(fù)揉，達(dá)到揉捻均勻的日的。避免了嫩葉斷碎，老葉揉捻不足的現(xiàn)象。篩分后分別干燥，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 4.揉捻程度長炒青綠茶加工時(shí)的揉捻程度，一般嫩葉要求成條率達(dá)到80%至90%、粗老葉成條率在60%以上為適度，質(zhì)量良好的揉捻葉要有茶汁黏附葉面，手摸有滑黏手的感覺。5.揉后注意問題:揉捻葉下機(jī)以后，要立即進(jìn)行解塊千燥。切勿靜置，以免葉色變黃，要快。尤其是殺青不足的葉子，揉好后眾即以較高溫進(jìn)干燥，防止繼續(xù)紅變。2.4.2揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 為了操作簡(jiǎn)便，安全可靠，生產(chǎn)效率高的目標(biāo)，茶葉揉捻機(jī)控制部分應(yīng)達(dá)到以下工作要求。打開電源后，首先進(jìn)行觸摸屏操作，輸入工作組、用戶名與密碼，驗(yàn)證無誤后，

35、才能進(jìn)入茶葉揉捻機(jī)的控制系統(tǒng)，然后或更改生產(chǎn)參數(shù)，或進(jìn)入監(jiān)視界面。按下開始按鈕，茶葉揉捻機(jī)會(huì)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，隨后進(jìn)入初始化狀態(tài)，再進(jìn)行故障自檢，一切正常后，如果沒有新的數(shù)據(jù)輸入，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)載入上次數(shù)據(jù)。如果有新的數(shù)據(jù)輸入，系統(tǒng)將采用新的數(shù)據(jù)進(jìn)行揉捻。揉捻結(jié)束后，手動(dòng)打開出茶門，等待下茶。按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)返回初始狀態(tài)。如果在揉捻過程當(dāng)中，系統(tǒng)檢測(cè)到異?，F(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警。在揉捻過程當(dāng)中，允許隨時(shí)暫停操作，并在轉(zhuǎn)換到繼續(xù)時(shí)，恢復(fù)所有數(shù)據(jù)。運(yùn)行當(dāng)中的重要數(shù)據(jù)，在停電后能夠得到保持，恢復(fù)供電后，也能繼續(xù)工作。在遇到非常嚴(yán)重的故障，按下急停按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)禁止所有輸出，等待人工處理后，按下復(fù)位按

36、鈕，系統(tǒng)就可以恢復(fù)到初始狀態(tài)。如果在運(yùn)行當(dāng)中遇到問題，但是可以通過手動(dòng)解決，那么，先可以按下暫停，然后再切換到手動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行手動(dòng)操作。在遇到較大的故障后，系統(tǒng)仍然可以進(jìn)行手動(dòng)揉捻、壓蓋手動(dòng)升降、手動(dòng)復(fù)位等日常操作。1.揉桶轉(zhuǎn)速控制 原6CR-55型茶葉揉捻機(jī)有一齒輪減速機(jī)構(gòu)(見圖2.2)，輸出轉(zhuǎn)速為50士1r/min(見表2.1)。這一轉(zhuǎn)速是固定的，不能調(diào)整。但是不同的茶種、葉質(zhì)和殺青質(zhì)量，需用不同的轉(zhuǎn)速交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。變頻調(diào)速技術(shù)是目前世界上技術(shù)先進(jìn)、使用成熟、性能可靠的調(diào)速方式，它實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)無級(jí)調(diào)速。這里的變頻調(diào)速是開環(huán)控制，控制指令直接來自于上位機(jī)中輸入的參數(shù)。 2.

37、壓力控制壓力控制是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，利用壓蓋的升降來控制桶內(nèi)茶葉所受到的壓力。其控制框圖如圖2.4所示，它是一個(gè)開環(huán)控制?？刂茖?duì)象步進(jìn)電機(jī)PLC 圖2.4壓力控制 把加壓型式由55型的雙滑柱加壓改為40-45型的單滑柱絲桿浮動(dòng)加壓(見圖2.1、圖2.3)?；且桓锌盏匿摴?，對(duì)著壓蓋的一側(cè)，開有一平行于鋼管中心線的豎直長槽，豎直長槽的頂部又連著一段與水平方向成45。角沿管壁開鑿的斜槽，鋼管中心是一根絲桿，可以帶動(dòng)加壓臂上的螺母沿著豎直長槽上下移動(dòng)，并沿著斜槽移離揉桶上方，便于上葉。在滑柱的根部裝有一個(gè)手輪，用來轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿。現(xiàn)在，在手輪的位置上裝一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，改手輪轉(zhuǎn)動(dòng)為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)

38、動(dòng)。 再在滑柱的頂部和根部分別裝上一個(gè)行程開關(guān)控制加壓臂的上下限和進(jìn)行加壓臂定位。3.揉捻過程控制 過程控制其實(shí)就是時(shí)間控制?？梢园讶嗄砑庸し譃椤拜p一重一輕”三過程，也可以分為“輕一重一較重一輕”四過程，還可以制定別的工藝階段?？傊?，要根據(jù)各茶種的特征，葉質(zhì)老嫩、勻度和殺青質(zhì)量來制定。每一過程的時(shí)間數(shù)值，按前面論述的揉捻加工工藝靈活掌握確定。加工前，把每一過程的時(shí)間參數(shù)輸入上位機(jī)中，再由上位機(jī)傳輸給PLC, PLC根據(jù)輸入的時(shí)間參數(shù)控制主電機(jī)和壓力系統(tǒng)的運(yùn)行。 第三章 茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)3.1茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件概況茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件主要由上位機(jī)、下位機(jī)和調(diào)速控

39、制、壓力控制以及顯示三個(gè)子系統(tǒng)組成。整個(gè)硬件系統(tǒng)的框架如圖3-1所示，上位機(jī)是一臺(tái)PC，和觸摸屏組成一體機(jī);下位機(jī)是一個(gè)西門子S7-300系列的PLC:調(diào)速控制系統(tǒng)主要是一臺(tái)變頻器，交流電機(jī)是原有的;壓力控制系統(tǒng)由壓力傳感器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及兩個(gè)行程開關(guān)組成;顯示系統(tǒng)是一個(gè)西門子觸摸屏。 圖3-1茶葉揉捻機(jī)白動(dòng)控制系統(tǒng)硬件框架 3.2觸摸屏選擇茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不十分復(fù)雜。其觸摸屏而對(duì)的是使用水平相對(duì)不高的茶農(nóng)，堅(jiān)固，耐用的整體機(jī)較為合適。另外，茶葉機(jī)械整體價(jià)格較低，觸摸屏的價(jià)格不能占據(jù)茶葉揉捻機(jī)整機(jī)價(jià)格太大的比例，應(yīng)選用價(jià)廉觸摸屏。再加上采購、維修以及其他技術(shù)上的考慮，木

40、課題選用西門子公司生產(chǎn)的MP277-10 按鍵式面板,10寸64K色中文顯示，其突出特點(diǎn)有： 1.操作方便*全圖形化 5.7” TFT 顯示屏，256 色*內(nèi)置 PROFINET/以太網(wǎng)*用戶存儲(chǔ)器 4 MB*支持 SmrtService 和 SmrtAccess*具有可追溯性 (符合 FDA)*免維護(hù)、非易失性報(bào)警緩存器*腳本，歸檔2.靈活性好*可從 TP 270 轉(zhuǎn)換(例外：RS232 和 CF 卡)*與 xP 270 兼容*多媒體卡插槽*USB 端口 (鼠標(biāo)，鍵盤，打印機(jī))*多達(dá) 5 種語言在線切換，全球通用 (包括亞洲和西里爾語言)3.3下位機(jī) 考慮到系統(tǒng)的可延展性本課題選用西門子公司

41、的SIMATIC S7-300系列屬于中型PLC,可代替繼電器用于簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于它有極強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用。因?yàn)椴枞~揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)要用于各茶種的揉捻控制，工藝過程不固定，所以不易選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC，應(yīng)選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC;系統(tǒng)以數(shù)字量控制為主，帶少量模擬量，對(duì)控制速度沒有太多要求，帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送功能就可以了;此外系統(tǒng)控制雖然目前不要求實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制和進(jìn)行PID運(yùn)算，但以后可能會(huì)對(duì)此有要求。因此，S7-300系列PLC能滿足茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求。3.3.1 CPU選型 PLC與生產(chǎn)

42、過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實(shí)現(xiàn)的。PLC有許多I/O接口模塊，包括數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出以及其它一些特殊功能模塊，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)它們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。I/O點(diǎn)數(shù)選擇的內(nèi)容如下:定義PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，包括數(shù)字量I/O、模擬量I/O以及特殊功能模塊;建立I/O地址分配表。本系統(tǒng)中變頻器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和接近開關(guān)各一個(gè)，行程開關(guān)、壓力傳感器兩個(gè)，還有指示燈若干，這些構(gòu)成了被控對(duì)象，其中壓力傳感器的輸入和變頻器的輸出是模擬量，其余都為數(shù)字量的輸入和輸出。手動(dòng)自動(dòng)切換，主電機(jī)開與關(guān)，揉捻機(jī)開與停，壓蓋上升與下降都是按鈕控制，是數(shù)字量輸入。本系統(tǒng)PLC的1/O點(diǎn)數(shù)與類型如表3.1所示。表3.1

43、 PLC 1/O點(diǎn)數(shù)與類型信號(hào)類型輸入點(diǎn)點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)點(diǎn)數(shù)數(shù)字按鈕7變頻器運(yùn)行4接近開關(guān)2指示燈2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)2步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器4變頻器驅(qū)動(dòng)3模擬壓力傳感器2變頻器調(diào)速1速度信號(hào)1合計(jì)點(diǎn)數(shù)1711根據(jù)被控對(duì)象的1/O點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，選用SIMATIC S7-300系列PLC的CPU為CPU314C_2DP , CPU314C-2DP, 64K工作內(nèi)存，位操作時(shí)間0.1us，PROFIBUS-DP主/從接口，集成24DI/16DO,4AI/2AO,4通道高速計(jì)數(shù)，4通道PWM輸出，4通道頻率測(cè)量，PID調(diào)節(jié)，一軸定位功能；DI/DO最大1016/1008點(diǎn)。3.3.2

44、I/0地址分配 I/O地址分配直接關(guān)系到硬件的接線圖，以及軟件的編程。因此，I/O分配地址至關(guān)重要。具體I/O地址分配如表3.2，3.3所示。 表3.2 I/O地址分配信號(hào)輸入如表信號(hào)輸入I/O地址功能數(shù)字量I0.0手/自動(dòng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)I0.1全機(jī)啟動(dòng)I0.2全機(jī)停止I0.3復(fù)位I0.4急停I0.5變頻器運(yùn)行信號(hào)檢測(cè)I0.6變頻器故障信號(hào)檢測(cè)I0.7變頻器停止信號(hào)檢測(cè)I1.0接近開關(guān)（上）I1.1接近開關(guān)（下）I1.2異步電機(jī)主回路接通檢測(cè)I1.3步進(jìn)電機(jī)主回路接通檢測(cè)I1.4步進(jìn)電機(jī)正點(diǎn)動(dòng) 表3.2（續(xù)）I1.5步進(jìn)電機(jī)反點(diǎn)動(dòng)模擬量PIW256壓力輸入1PIW258壓力輸入2PIW260速度輸入

45、表3.3 I/O地址分配信號(hào)輸出如表信號(hào)輸出I/O地址功能數(shù)字量Q0.0步進(jìn)電機(jī)脈沖輸出Q0.1步進(jìn)電機(jī)方向輸出Q0.2步進(jìn)電機(jī)使能Q0.3步進(jìn)電機(jī)主回路接通Q0.4變頻器主回路接通Q0.5變頻器運(yùn)行Q0.6變頻器復(fù)位Q0.7變頻器急停Q1.0驅(qū)動(dòng)器接通指示Q1.1變頻器接通指示模擬量表3.3（續(xù)）PIW256速度輸出3.3.3 PLC總接線圖 圖3.2數(shù)字量總接線圖 數(shù)字量的輸入和輸出如圖3.2所示接線，模擬量輸入和輸出的連接分別在各節(jié)中介紹。3.4調(diào)速系統(tǒng)1.變頻器變頻調(diào)速器也稱變頻器，全稱為變頻變壓調(diào)速器VvVFI(variable voltage & vairable freq

46、uency inverter)，是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它采用大功率晶體管GTR作為功率元件，以單片機(jī)為核心進(jìn)行控制，采用SPWM正弦脈寬調(diào)制方式，是電力電子與計(jì)算機(jī)控制相結(jié)合的機(jī)電一體化產(chǎn)品。3.4.1.變頻器的選型 西門子公司生產(chǎn)的MICROMASTER系列變頻器是目前市場(chǎng)上技術(shù)比較熟，性能價(jià)格比高的主流產(chǎn)品。木課題選用其中的MICROMASTER 440型變頻器。MicroMaster440是全新一代可以廣泛應(yīng)用的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。創(chuàng)

47、新的BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能有無可比擬的靈活性。它可以與SIMATIC S7-300鏈接，或集成到SIMATIC和SIMOTION的TIA系統(tǒng)中。MICROMASTER 440通用型變頻器用于驅(qū)動(dòng)普通應(yīng)用對(duì)象的時(shí)，只要對(duì)它進(jìn)行簡(jiǎn)單的組態(tài)，就可以滿足對(duì)特定傳動(dòng)系統(tǒng)的控制要求。而且，由于變頻器采用的是模塊化設(shè)計(jì)，可以選用各種選件，非常方便地對(duì)傳動(dòng)裝置進(jìn)行擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)功能。1.變頻器調(diào)速回路 根據(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設(shè)定電路，由PLC輸出的模擬量來控制變頻器的輸出頻率。此時(shí)的變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓或電流輸入成正比。這里是從PLC的V端輸出0-1 OV的電壓信

48、號(hào)(模擬量)作為變頻器的控制端3的輸入，然后經(jīng)變頻器調(diào)制輸出高頻脈沖給異步電動(dòng)機(jī)。2.變頻器啟?；芈?由回路，PLC、繼電器KM和變頻器，以及外接24V直流電源組成了變頻器啟停這里是由PLC的Q0.4端口輸出24V的直流電壓信號(hào)(數(shù)字量)到繼電器KM，再由KM控制變頻器的運(yùn)行。3.5壓力控制系統(tǒng)1.步進(jìn)電機(jī)的選型 本課題選用110BYG350C式步進(jìn)電機(jī)，其性能參數(shù)如下：型號(hào)步距角電壓電流電阻電感保持轉(zhuǎn)矩定位轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量DegVAWmHN.mKg.cmKg110BYG350C0.680一3253.03.235220.616.813.52.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選型 本課題選用WZM-3H110M

49、S三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，WZM-3H110MS驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)三相混合式步進(jìn)電機(jī)，該驅(qū)動(dòng)器采用原裝進(jìn)口模塊，實(shí)現(xiàn)高頻斬波，恒流驅(qū)動(dòng)，具有很強(qiáng)的抗干擾性、高頻性能好、起動(dòng)頻率高、控制信號(hào)與內(nèi)部信號(hào)實(shí)現(xiàn)光電隔離、電流可選、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、可靠性好、噪聲小，帶動(dòng)5.2A以下所有的110BYG系列電機(jī)三相混合式步進(jìn)電機(jī)。其供電電源為AC220V，每圈最大步數(shù)為10000。3.壓力傳感器的選型揉捻機(jī)對(duì)茶葉進(jìn)行揉捻時(shí)壓蓋對(duì)茶葉所施加的壓力重壓為20kg左右。根據(jù)現(xiàn)有市場(chǎng)的供貨情況，再考慮性價(jià)比，本項(xiàng)目選用大通自動(dòng)化設(shè)計(jì)有限公司的量程為50kg的TJH-1稱重傳感器作為壓力傳感器。特有的T型過載保護(hù)裝置。

50、可選擇一體化標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，三線制，010mA、420mA或05V輸出。TJH-1稱重傳感器是一種稱重傳感器，采用的是電阻應(yīng)變?cè)?。第四?軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)整個(gè)茶葉揉捻系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)和下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。上位機(jī)軟件指的是計(jì)算機(jī)上應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，是利用WINCC Flexible開發(fā)的用戶應(yīng)用軟件，主要實(shí)現(xiàn)揉捻流程及工藝參數(shù)的顯示、數(shù)據(jù)處理與保存、參數(shù)設(shè)定和系統(tǒng)控制;下位機(jī)軟件指的是S7-300 PLC程序的開發(fā)，是利用STEP7進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)揉捻過程的自動(dòng)控制、傳感器數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算以及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)開發(fā)。本論文在這里只討論下位機(jī)軟件程序的開發(fā)。4.1下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)下位機(jī)

51、軟件指的是S7-300 PLC程序的開發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)揉捻過程的自動(dòng)控制、傳感器數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算以及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)開發(fā)。茶葉揉捻控制系統(tǒng)能否照預(yù)期設(shè)計(jì)的目標(biāo)運(yùn)行，一方面要看硬件設(shè)計(jì)是否具有合理性和可靠性，另一方面要看軟件能否可靠的運(yùn)行，能否滿足用戶的需要。4.2.1軟件開發(fā)的環(huán)境STEP7-V5.4軟件是由西門子公司專門為SIMATIC S7-300系列PLC設(shè)計(jì)開發(fā)的，操作環(huán)境如圖4-7所示。該軟件是基于Windows應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，界面友好，并有方便的聯(lián)機(jī)幫助功能。用戶可利用該軟件開發(fā)PLC應(yīng)用程序，設(shè)置PLC的工作方式和參數(shù)，上載、下載用戶程序，同時(shí)還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。

52、圖4.3軟件編譯環(huán)境STEP7-Micro/WIN32提供了不同的編程語言(編輯器)。語句表(STL)語言:類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，適合來自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，屬于面向機(jī)器硬件的語言;梯形圖(LAD)語言:接近繼電接觸控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是一種應(yīng)用最多的編程語言，它容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行維護(hù)人員所接受;功能塊圖FBD)語言:這種圖形與數(shù)字電子電路的結(jié)構(gòu)相似，功能模塊圖中每個(gè)模塊有輸入輸出端，輸入輸出端的函數(shù)關(guān)系也使用與、或、非、異或等邏輯，模塊之間的連接方式與電路的連接方式也基本相同，熟悉電路工作的編程人員習(xí)慣使用這種語言。本系統(tǒng)PLC程序的編寫是采用梯形圖(LAD)語言

53、，整個(gè)程序直觀、可讀性強(qiáng)。4.2.3寄存器地址的分配 S7-300 PLC的用于存放工作數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)空間稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它包括變量存儲(chǔ)器(V)、輸入映像寄存器(I)、輸出映像寄存器(Q)、內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器(M)、特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器(SM)。所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均能以位、字節(jié)(B)、字(W),雙字(DW)存取。PLC中變量存儲(chǔ)器分為兩個(gè)部分，分別為HMI參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)、程序變量存儲(chǔ)區(qū)。1.揉捻工藝設(shè)定參數(shù) 揉捻工藝設(shè)定參數(shù)主要包括三個(gè)揉捻過程的工藝設(shè)定參數(shù)，包括揉捻壓力、揉捻時(shí)間以及電機(jī)轉(zhuǎn)速。該部分的變量由上位機(jī)傳輸給PLC或由HMI設(shè)定。具體參數(shù)如圖4.4所示： 圖4.4 HMI中工藝參數(shù)變量表4.2.4

54、PLC程序的設(shè)計(jì) 茶葉揉捻控制系統(tǒng)對(duì)2路壓力信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)步進(jìn)電機(jī)、變頻電機(jī)進(jìn)行控制，以及各種限位信號(hào)的輸入。茶葉揉捻控制PLC系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，其應(yīng)用程序由主程序、中斷服務(wù)程序和一些功能模塊子程序組成。 程序設(shè)計(jì)過程：1. 創(chuàng)建項(xiàng)目 打開SIMATIC Manager 新建項(xiàng)目 rounianji，向項(xiàng)目中添加一個(gè)S7程序添加完成后STEP7會(huì)自動(dòng)建立一個(gè)空的OB1和符號(hào)表。2. 編輯符號(hào)表 將表3.2分配好的絕對(duì)地址用全局符號(hào)命名如下圖：圖4.5編輯符號(hào)表3. 插入程序塊 根據(jù)對(duì)任務(wù)的規(guī)劃，需要向用戶程序中添加的程序塊有如圖4.4所示：圖4.6 插入程序塊在Blocks目錄下的空白區(qū)域單擊右鍵插入上圖中所示各個(gè)程序塊，然后選中各個(gè)數(shù)據(jù)塊右擊選中其屬性項(xiàng)設(shè)置其各個(gè)屬性，一下圖0B1,FC1屬性設(shè)置為例：圖4.7 0B1,FC1屬性設(shè)置4. 用LAD編寫FC在這里由于篇幅限制只介紹FC1的編寫 在Blocks目錄下打開FC1然后進(jìn)行編輯1. 定義FC1變量如圖：圖4.8定義FC1變量2.添加FC1標(biāo)題和注釋如下圖圖4.9添加FC1標(biāo)題和注釋3. 編寫程序代碼：圖