馬艷明 陳 瑛

（柳州市計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所，廣西 柳州 545001）

一種遠(yuǎn)紅外殺青的控制方式

馬艷明 陳 瑛

（柳州市計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所，廣西 柳州 545001）

介紹了一種采用遠(yuǎn)紅外光波作為茶葉連續(xù)殺青熱源的控制方式。以PLC為控制核心，觸摸屏為人家溝通界面，融合脈沖寬度調(diào)制控制技術(shù)、PID溫度控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)茶葉殺青工藝過程自動(dòng)化、控制精準(zhǔn)化，達(dá)到高效殺青的目的。該技術(shù)成果已在茶葉生產(chǎn)企業(yè)推廣應(yīng)用。

遠(yuǎn)紅外連續(xù)殺青；脈沖寬度調(diào)制技術(shù)；PID溫度控制

殺青是制備綠茶的第一道工序，其目的是通過高溫破壞和鈍化鮮葉中的氧化酶活性，抑制鮮葉中的茶多酚等的酶促氧化，蒸發(fā)鮮葉中部分水分，使茶葉變軟，以便于下一步加工。同時(shí)，通過殺青使茶葉散發(fā)出清香氣味，以促進(jìn)良好香氣的形成[1]。傳統(tǒng)的滾筒殺青機(jī)或振槽殺青機(jī)，受限于自身熱源功率大小的因數(shù)，為了保持較高殺青的溫度，在殺青的過程中，茶葉均需在滾筒或振槽內(nèi)停留較長(zhǎng)的時(shí)間，因此影響了殺青的效率，傳統(tǒng)的殺青控制方式，大多采用模糊 PID控制方式[2]，在該方式的控制下，殺青溫度上下波動(dòng)極大，達(dá)± 25℃，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到精確控制殺青溫度的目的，也使得茶葉的生產(chǎn)過程不能達(dá)到一致性。

本文主要針對(duì)現(xiàn)有的殺青方式與設(shè)備中存在的缺陷，研究一種茶葉遠(yuǎn)紅外連續(xù)殺青方式及其裝置。通過將兩組的遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)組和茶葉自動(dòng)上料機(jī)交替排列結(jié)合，利用遠(yuǎn)紅外線進(jìn)行自動(dòng)殺青，并使得茶葉經(jīng)過遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)殺青后能夠進(jìn)行冷卻回潮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)茶葉高效殺青的目的。

1 技術(shù)方案

1.1 遠(yuǎn)紅外加熱

本文介紹的遠(yuǎn)紅外連續(xù)殺青裝置采用遠(yuǎn)紅外石英電熱管作為主要熱源，遠(yuǎn)紅外石英電熱管是在石英玻璃管內(nèi)穿發(fā)熱電阻絲通電加熱，熱射線主要是可見光、紅外線和遠(yuǎn)紅外線，強(qiáng)調(diào)的是遠(yuǎn)紅外線；紅外輻射分為 0.76～4微米的近紅外線與 4～1000微米的遠(yuǎn)紅外線，遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)具有高效、優(yōu)質(zhì)、低耗等特點(diǎn)[3]。本文所介紹的遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)以5.6微米至15微米的遠(yuǎn)紅紫外線為主要能源。

1.2 結(jié)構(gòu)組成

遠(yuǎn)紅外連續(xù)殺青機(jī)裝置由兩臺(tái)遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)與兩臺(tái)自動(dòng)送料機(jī)交替排列組成。遠(yuǎn)紅外連續(xù)殺青裝置示意圖如圖 1所示。

圖1 遠(yuǎn)紅外連續(xù)殺青裝置

其中，A為茶葉自動(dòng)上料機(jī)，B為遠(yuǎn)紅外茶葉殺青機(jī)，茶葉自動(dòng)上料機(jī)與遠(yuǎn)紅外茶葉殺青機(jī)串聯(lián)排列組合，構(gòu)成本文所研究的遠(yuǎn)紅外連續(xù)殺青裝置。裝置供電為三相交流供電方式，整機(jī)功率為80.5KW，其中遠(yuǎn)紅外加熱源功率為76KW。

1.3 控制原理及特點(diǎn)

茶葉自動(dòng)上料機(jī)主要由傳輸皮帶、傳輸電機(jī)及物料限位器組成，由于物料限位器的作用，使得茶葉自動(dòng)上料機(jī)輸送的茶葉重量?jī)H由皮帶的傳輸速率決定。采用變頻控制技術(shù)，于上位機(jī)觸摸屏系統(tǒng)中對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，再經(jīng)由 RS485通訊方式控制上料機(jī)變頻器的頻率輸出，進(jìn)而控制茶葉自動(dòng)上料機(jī)皮帶的傳輸速率，實(shí)現(xiàn)茶葉輸送進(jìn)給量數(shù)字化目的。

遠(yuǎn)紅外茶葉殺青機(jī)主要由振動(dòng)槽系統(tǒng)及遠(yuǎn)紅外光波加熱系統(tǒng)構(gòu)成，遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)控制原理如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)控制原理

振動(dòng)槽振動(dòng)頻率的快慢，為鮮葉在遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)內(nèi)殺青時(shí)間長(zhǎng)短的決定性因素；遠(yuǎn)紅外光波加熱功率的大小，為鮮葉在遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)內(nèi)殺青溫度高低的決定性因素。采用變頻控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)槽振動(dòng)速率數(shù)字化控制的目標(biāo)；同時(shí)采用 PID溫控技術(shù)與脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對(duì)殺青溫度預(yù)設(shè)值與遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)實(shí)際溫度值進(jìn)行PID運(yùn)算后，PID調(diào)制器輸出 4～20mA直流電流信號(hào)至脈沖寬度調(diào)制器，脈沖寬度調(diào)制器根據(jù)輸入 4～20mA直流電流信號(hào)的大小，將輸出加載于遠(yuǎn)紅外光波發(fā)生器的交流電壓控制在 0～220V范圍，其中當(dāng)輸入直流電流為4mA時(shí)，輸出交流電壓為0V，當(dāng)輸入直流電流為20mA時(shí)，輸出交流電壓為220V，輸入直流電流與輸出交流電壓關(guān)系成線性關(guān)系。經(jīng)由 PLC（可編程邏輯控制器）對(duì)PID調(diào)制器、脈沖寬度調(diào)制器與變頻器的聯(lián)合控制后，遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)在鮮葉殺青過程中的溫度控制精度可達(dá)到±2%。

1.4 試驗(yàn)方法

以同一茶樹品種、同一嫩度標(biāo)準(zhǔn)的鮮葉為試驗(yàn)原料，采用相同的攤放方式、時(shí)間，隨后攤放葉按不同殺青溫度工藝分別進(jìn)行殺青作業(yè)，操作方法如下：

對(duì)遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)組進(jìn)行上電操作，將茶葉自動(dòng)上料機(jī)控制頻率設(shè)置為45HZ，該頻率下茶葉的輸送量為每小時(shí)130千克，將遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)溫度設(shè)定值設(shè)置為200℃至230℃之間，遠(yuǎn)紅外殺青機(jī)振動(dòng)槽振動(dòng)頻率打到自動(dòng)控制模式，該模式下振動(dòng)槽振動(dòng)頻率由PLC根據(jù)PID控制器的反饋值，自動(dòng)控制在38至50HZ間。將攤青后的鮮葉（實(shí)驗(yàn)批次水分抽樣檢測(cè)為71.83%）放置于茶葉自動(dòng)上料機(jī)中，即可對(duì)鮮葉進(jìn)行自動(dòng)殺青操作。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

2.1 數(shù)據(jù)結(jié)果比對(duì)

殺青結(jié)束后，對(duì)控制箱內(nèi)電能表的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得出設(shè)備總耗電能在72～79KW/h間（耗能與殺青溫度預(yù)設(shè)值成正比關(guān)系）；對(duì)殺青后的茶葉進(jìn)行抽樣水分檢驗(yàn)測(cè)試，水分測(cè)試儀器為MS-100型鹵素水分測(cè)定儀，水分檢測(cè)率為0.01%。不同殺青溫度下殺青后茶葉水分含量如表1所示。

表1 不同殺青溫度下殺青后茶葉水分含量

對(duì)測(cè)試過程中電能耗費(fèi)情況進(jìn)行計(jì)算，可以得出每對(duì) 1千克鮮葉進(jìn)行殺青操作，耗費(fèi)的電能為0.55～0.61KW/h，按每千瓦時(shí)電能費(fèi)用為0.6元計(jì)算，得出殺青的成本為0.33～0.36元/千克，略低于煤炭殺青成本（0.38元/千克[4]）。通過對(duì)表1數(shù)據(jù)值進(jìn)行計(jì)算，可得出殺青后茶葉的失重比，如表2所示。

表2 殺青后茶葉失重比

由表 2得知，按遠(yuǎn)紅外連續(xù)殺青控制方式進(jìn)行的鮮葉殺青后，鮮葉失重比在32.27%至37.61%之間，與綠茶殺青技術(shù)要求（鮮葉殺青失重30%～40%[5]）相符。

2.2 同傳統(tǒng)殺青方式比較

以目前生產(chǎn)商常用的電機(jī)熱滾筒殺青、燃煤式高溫?zé)犸L(fēng)殺青等間接熱能傳遞方式作為對(duì)比[6]，本文所研究的方法采用的遠(yuǎn)紅外光波加熱方式，熱能直接輻射在鮮葉之上，熱效率具有很大提升；傳統(tǒng)的茶葉殺青大都采用模糊溫度控制方式，殺青過程中溫度的控制誤差為±25℃，本文研究的方法采用先進(jìn)的 PID溫度控制技術(shù)及脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，使茶葉在殺青過程中溫度的控制精度達(dá)到±2%，為提高茶葉的加工品質(zhì)提供了技術(shù)保證；在實(shí)施本文研究的方法殺青過程中，未產(chǎn)生任何污染物及排放污染氣體，具有很高的生態(tài)效益。

3 結(jié)論

采用遠(yuǎn)紅外連續(xù)殺青控制方式對(duì)鮮葉進(jìn)行殺青操作，可使鮮葉殺青過程中溫度控制精度達(dá)到±2%，鮮葉經(jīng)過該方式殺青后，失重比在32.27%至37.61%之間，能耗成本為每千克鮮葉0.33～0.36元。該方式采用自動(dòng)控制管理系統(tǒng)，大大減輕了殺青過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了鮮葉殺青的能耗成本，對(duì)提升茶葉加工品質(zhì)具有顯著效果。目前，該殺青方式已在融水苗族自治縣水融香茶業(yè)有限公司投入使用。

[1] 王鐘音.茶葉殺青機(jī)理論初探[J].茶葉,1999,25(3):154-158.

[2] 林乾良.陳小藝.中國(guó)茶療[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1998.

[3] 熊有正.磁·遠(yuǎn)紅外·負(fù)離子與健康[M].東華大學(xué)出版社,2004.

[4] 袁海波,許勇泉.綠茶電磁內(nèi)熱滾筒殺青工藝優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,29(1):250-251.

[5] 朱德文,丘捧翔,袁第順.不同殺青方法第綠茶品質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(8):275-278.

[6] 孫少華,張文斌.茶葉殺青設(shè)備比較研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化,2010,(3):47-50.

A far-infrared fixing control mode

Describes a use of far infrared light waves as a source of tea fixing continuous control. PLC as the control core, touch screen interface for people to communicate, the fusion pulse width modulation control technology, PID temperature control technology, frequency conversion technology, tea fixing process automation, control precision of, to achieve efficient fixing purposes. The technological achievements have been in the tea production enterprise application.

Far-infrared continuous fixing; pulse width modulation technique; PID temperature control

TS2

A

1008-1151(2015)02-0076-02

2015-01-13

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（桂科攻1222011-3A）。

馬艷明，柳州市計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所工程師，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用；陳瑛，柳州市計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所工程師，研究方向?yàn)榭萍柬?xiàng)目管理。