齊翠巧

（邢臺醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校學(xué)校，河北邢臺054000）

基于PLC控制的普洱茶自動加工技術(shù)分析

齊翠巧

（邢臺醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校學(xué)校，河北邢臺054000）

普洱茶的傳統(tǒng)加工生產(chǎn)中存在很多不足之處，本文設(shè)計了普洱茶的自動加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用PLC作為控制系統(tǒng)，對普洱茶加工過程中的溫度、濕度、酸堿度等環(huán)境因素進行有效的檢測和控制，為普洱茶的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供最佳的環(huán)境條件，以確保普洱茶的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。

PLC；普洱茶；自動加工

普洱茶的加工技術(shù)至今還停留在傳統(tǒng)的層面上，即渥堆發(fā)酵生產(chǎn)模式，通過環(huán)境中的微生物對其進行感染發(fā)酵。這種生產(chǎn)方式易受環(huán)境條件的影響和限制，發(fā)揮作用的微生物來歷不明、各類雜菌參與其中，不穩(wěn)定因素太多，不能進行有效的控制以及實現(xiàn)規(guī)范化生產(chǎn)。本研究主要是對傳統(tǒng)的普洱茶制作工藝進行改進和創(chuàng)新，利用PLC技術(shù)實現(xiàn)其自動化生產(chǎn)。實現(xiàn)普洱茶生產(chǎn)的可控性，減少普洱茶的生產(chǎn)時間，降低其生產(chǎn)成本，向清潔化、規(guī)?；D(zhuǎn)型，為普洱茶技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1　普洱茶加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1云南茶葉生產(chǎn)加工現(xiàn)狀

云南是茶業(yè)大省，其茶園面積在全國位居第一，茶葉年產(chǎn)量18萬噸，全國排第二。但據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其加工設(shè)備大多來自于國外或其他省份，而且比較缺少先進的加工設(shè)備和加工技術(shù)。若要實現(xiàn)茶葉的優(yōu)質(zhì)加工，必須改進工藝和設(shè)備，這兩個方面制約著茶葉產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。由于受歷史、地理等眾多因素的影響，大部分的普洱茶企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備極其落后，手工作坊的標準極其不規(guī)范，較為落后的加工設(shè)備，難以保證普洱茶的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，不能滿足時代的要求。因此，必須要對加工設(shè)備進行大力改進，縱觀當今云南茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形勢，必須要在保障加工質(zhì)量的前提下，最大限度的降低企業(yè)的加工成本，促進加工設(shè)備的優(yōu)化升級，實現(xiàn)普洱茶的自動化生產(chǎn)，保障品質(zhì)的穩(wěn)定性。

1.2普洱茶加工工藝流程

普洱茶的生產(chǎn)加工程序主要包括以下幾個環(huán)節(jié)∶采摘、殺青、揉捻、晾曬、渥堆、晾曬、分類整理、蒸壓、成型、烘干和儲存。如今的普洱茶生產(chǎn)企業(yè)，大多采用這種工序。若要實現(xiàn)普洱茶的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，烘干環(huán)節(jié)是重中之重，很多小規(guī)模的茶葉加工企業(yè)的烘干室，大多都是利用電阻絲加熱或者燃煤蒸氣來達到烘干的效果。這種加熱方式存在明顯的缺陷，那就是受熱不夠均勻。據(jù)調(diào)查表明，烘干環(huán)節(jié)浪費的時間愈短，產(chǎn)物就越不容易失活，而且其保質(zhì)期也越長，因此，普洱茶的烘干設(shè)備的性能非常重要，必須滿足快捷性、高效性，其加熱溫度不必太高，要掌握好火候，如此才能實現(xiàn)普洱茶的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。

1.3普洱茶自動化生產(chǎn)

伴隨著科學(xué)技術(shù)的進步，普洱茶的加工工藝也在與時俱進。近年來，我國無論是在加工工藝還是在加工設(shè)備上都取得了長足的進步，發(fā)明了很多新工藝，創(chuàng)造了新技術(shù)，為茶葉的自動化生產(chǎn)提供了條件。很多大規(guī)模的茶廠在自動化加工領(lǐng)域已經(jīng)逐步發(fā)展成熟，基本上實現(xiàn)了茶的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。但是，跟西方發(fā)達國家相比，我國的茶葉自動化加工技術(shù)仍然存在很大的不足，還有很大的發(fā)展空間。

2　基于P L C控制的普洱茶自動加工

針對普洱茶傳統(tǒng)加工技術(shù)中存在的缺點和不足，本文利用PLC作為控制系統(tǒng)，型號選擇西門子S-7300、利用各類傳感器對濕度、酸堿度等環(huán)境因子進行有效的監(jiān)測和控制，其下位機選擇加濕、加溫等各種設(shè)備，上位機選擇PC機。通過這一系列的設(shè)備對普洱茶加工過程中的數(shù)據(jù)進行記錄和分析，為普洱茶的各個制作環(huán)節(jié)提供最佳的環(huán)境條件，以此才能保證普洱茶成品擁有最佳的質(zhì)量保障，才能促進茶業(yè)的繁榮發(fā)展。普洱茶自動化加工技術(shù)如圖1所示。

2.1具體控制內(nèi)容和系統(tǒng)整體設(shè)計

圖1　普洱茶自動加工技術(shù)流程圖

普洱茶的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，必須保障良好的發(fā)酵環(huán)境，而良好的發(fā)酵環(huán)境需要為有益微生物提供一個適宜其生存的環(huán)境，這就需要利用控制系統(tǒng)，對環(huán)境中包括溫度、濕度、酸堿度等各種因子進行有效的控制。本論文利用PLC、PC機、WINCC等各種相關(guān)設(shè)備，對各種環(huán)境因子進行有效的控制，改進普洱茶制造工序中的發(fā)酵過程，從而為普洱茶的發(fā)酵提供良好的環(huán)境條件，實現(xiàn)普洱茶的自動化生產(chǎn)。具體控制要求如下：首先關(guān)于各種設(shè)備的操作方法必須有詳細地指導(dǎo)，出現(xiàn)事故時，要有超強的分析手段。普洱茶自動化生產(chǎn)的實施情況是由各類監(jiān)測設(shè)備通過相關(guān)數(shù)據(jù)反映出來的，通過與這些數(shù)據(jù)的預(yù)設(shè)值相比較，如果相差太大，就會由控制系統(tǒng)信息示警，并控制其停止運作，示警的方式有兩種，一種是通過聲音示警，一種是通過指示燈示警，發(fā)出警報的時候，還要提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)、文字等，以供相關(guān)專業(yè)人員通過這些文字和數(shù)據(jù)分析出警報產(chǎn)生的原因，以及那個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，同時通過WINCC系統(tǒng)還應(yīng)該有打印功能，將一系列相關(guān)的數(shù)據(jù)自動存檔，以供日后相關(guān)技術(shù)人員拿來作為參考，分析出最佳的系數(shù)，為更好的自動化生產(chǎn)提供參考依據(jù)。為了更加方便地操作和在自動化系統(tǒng)出現(xiàn)問題的時候仍然可以正常地進行生產(chǎn)，系統(tǒng)設(shè)立了兩大控制模式，分別是：手動控制和自動控制，人工的可操作性大大增強。普洱茶在進行加工生產(chǎn)的時候，由于要不斷的翻茶葉，所以會造成很多的粉塵，造成粉塵污染，構(gòu)成這些粉塵的主要是一些茶葉的細小茸毛和空氣中的細小微塵，這些粉塵會對各類設(shè)備及控制系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生影響，導(dǎo)致這些設(shè)備的靈敏度和精度大大降低，而且會對工作人員的健康產(chǎn)生影響。普洱茶進行發(fā)酵的環(huán)境特點是：溫度高、濕度大，ph值略小于7，在如此惡劣的環(huán)境下，控制設(shè)備必須采用高性能的器件，這些器件必須要有耐高溫的性能，經(jīng)得起熱插拔，熱插拔功能可以保證這些器件一旦出現(xiàn)損壞，不能正常工作的時候，可以隨時更換。

2.2系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

普洱茶發(fā)酵自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成主要是上位機和下位機。PC機構(gòu)成其上位機，西門子S7-300屬于下位機，同時要有數(shù)字量輸入輸出模塊。輸入輸出各兩塊，兩塊輸入模塊用以接收各類手動信號，它們都來自于控制面板。兩塊輸出模塊主要為顯示屏和指示燈提供電壓，電壓大小為24v。與此同時，為了更加方便的進行操作和確保其可靠性，在設(shè)計的過程中，分解控制系統(tǒng)的功能，具體表現(xiàn)在下位機與上位機獨立工作，而不必相互依賴，下位機起著保護、控制的作用，上位機起著顯示、存儲的作用。

2.3下位機硬件配置及組態(tài)

普洱茶自動化加工控制系統(tǒng)的下位機所采用的核心部件是西門子S7-300系列的PLC，其CPU擁有很多的模塊，模塊之間能以不同的方式相互組合，因此，該系統(tǒng)的靈敏度格外高。

普洱茶自動化生產(chǎn)的現(xiàn)場設(shè)備中有很多的傳感器，傳感器中有很多的線路，包括控制信號的、輸入線路、輸出線路等。為了控制系統(tǒng)的將來優(yōu)化升級和模式化的形成，需要在普洱茶控制系統(tǒng)中安裝控制柜，在控制柜中安裝采控模塊并在其中設(shè)立一個可擴展機架，并留下總I/O點的十分之一作備用，以便將來改進之用。以普洱茶發(fā)酵車間的控制條件為依據(jù)，編寫程序并設(shè)計各種功能模塊，整個程序的主要內(nèi)容包括人工和自動控制、自動調(diào)節(jié)溫度、自動調(diào)節(jié)濕度、自動排風以及消毒殺菌等，充分調(diào)用各模塊的功能，促使編程結(jié)構(gòu)化，清晰化，更容易理解和修改。

2.4上位機的系統(tǒng)的組態(tài)

普洱茶自動化控制系統(tǒng)采用西門子視窗控制中心，其簡稱為WINCC，并作為控制系統(tǒng)的上位機。WINCC軟件的研制成功是西門子公司和微軟公司一起攜手共同努力的成果。其作為一種模塊化結(jié)構(gòu)，它的擴展方式極其靈活，不僅可以和S-7300完美配合成控制系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)的硬件組成都來自于SIMATIC的硬件平臺，而且整個系統(tǒng)的軟件組成也都基于西門子的STEP7，軟件和硬件都有統(tǒng)一的平臺，所以才能夠?qū)崿F(xiàn)整個控制系統(tǒng)的軟件和硬件完美的結(jié)合在一起，達到儀器和電器控制的完美配合，這便是全集成自動化無法比擬的優(yōu)良性。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)配置方面，充分利用總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，這兩大技術(shù)的應(yīng)用擴寬了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，使其不僅滿足了現(xiàn)代的需要，而且符合未來的發(fā)展需要，通過將所有的監(jiān)控錄像顯現(xiàn)在一般的顯示器上，如此一來，使得監(jiān)控更加的清晰和直觀；賦予普洱茶自動化加工控制系統(tǒng)的上位機組態(tài)系統(tǒng)兩大功能，分別是數(shù)據(jù)存檔和自動查詢，這樣有利于相關(guān)專業(yè)人士可以更加方便的對歷史數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)，逐漸積累經(jīng)驗，逐漸實現(xiàn)普洱茶自動化生產(chǎn)的高效性以及品質(zhì)的穩(wěn)定性，最終使普洱茶愛好者享受到更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

3　結(jié)果與分析

本文通過兩次對普洱茶加工企業(yè)自動化生產(chǎn)過程進行詳細監(jiān)控，繪制了不同發(fā)酵環(huán)境下溫度變化的曲線，并對此進行分析，可以得出結(jié)論，通過自動化加工技術(shù)改造繪制的曲線，普洱茶的發(fā)酵溫度持續(xù)上升，直至達到最理想的程度，并且可以一直在這個理想溫度附近上下波動，但變化幅度不大，出于這樣的溫度條件下，非常適宜于有益微生物的生長，對其活性的發(fā)揮和延續(xù)至關(guān)重要，至于曲線中較大范圍的變化是因為茶葉翻堆的緣故，這是必然會出現(xiàn)的情況，無論控制的多么完美，都無法避免，通過對濕度進行有效的控制，為有益微生物提供一個適宜其生存的濕度環(huán)境，可以使翻堆前后造成的數(shù)量變化和發(fā)酵環(huán)境的變化，都可以迅速的恢復(fù)到較為理想的狀態(tài)，實現(xiàn)了提高生產(chǎn)效率的目的。通過對比發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵周期縮短了大概十五天，使普洱茶廠家的經(jīng)濟效益得到顯著提高。

4　結(jié)語

把基于PLC控制的自動化加工技術(shù)應(yīng)用到普洱茶的加工中，通過傳感器等各類設(shè)備對生產(chǎn)車間的溫度、濕度、酸堿度等環(huán)境因子進行有效的監(jiān)控，利用PLC將各類傳感器傳送過來的數(shù)據(jù)通過計算機進行分析整理，找出最適宜普洱茶加工工藝的數(shù)據(jù)，創(chuàng)造最適宜的生產(chǎn)條件，從而實現(xiàn)普洱茶的優(yōu)質(zhì)加工，保障品質(zhì)的穩(wěn)定性，為顧客提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

［1］周紅杰，李家華，甘月明等.普洱茶渥堆過程化學(xué)成分變化與品質(zhì)形成的關(guān)系［J］.茶苑，2004（1）：6-8.

［2］王毅斌，郭海林.PLC在供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2003（8）：152-153.

［3］馬振綱，黃云戰(zhàn)，劉大鵬等.基于PLC在普洱茶發(fā)酵車間的應(yīng)用分析與研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（19）：10276-10278.

［4］張正竹，李尚慶，吳衛(wèi)國等.茶葉現(xiàn)代化加工技術(shù)和裝備的研究與推廣［J］.中國茶葉，2009（2）：4-6.

齊翠巧（1975-），女，河北邢臺人，本科，講師，研究方向：計算機。