苗雯娟

（集寧師范學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000）

當(dāng)今社會(huì)，由于茶文化的普及，人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到茶制品的益處，對(duì)于茶葉的需求就日益增加，因此茶葉的生產(chǎn)規(guī)模也隨之越來越大，人工的茶葉揉捻控制系統(tǒng)雖然也可以操作，但是，人們操作時(shí)消耗的勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)茶葉的效率也不高，生產(chǎn)出來的茶葉數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到市場(chǎng)的需求量，那如何提高生產(chǎn)效率，降低工人消耗的勞動(dòng)強(qiáng)度就成為一個(gè)迫切需要解決的問題。本文通過一系列的探索研究，鉆研出了一種自動(dòng)化的茶葉揉捻控制系統(tǒng)，主要想用來提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足市場(chǎng)日益增加的需求。下面進(jìn)行詳細(xì)的比較和說明。

1 人工茶葉揉捻系統(tǒng)的弊端

目前，在我國生產(chǎn)茶葉的工廠中，幾乎全部都采用的是人工的茶葉揉捻系統(tǒng)，主要是有6CR人工茶葉操作系統(tǒng)，這種人工茶葉揉捻操作系統(tǒng)全都是靠人力操作，自動(dòng)化水平低，生產(chǎn)效率低下，不僅不能滿足日益增長的茶葉的需要，而且，由于它的結(jié)構(gòu)是在機(jī)架上將揉盤固定住，使得揉桶做回旋運(yùn)動(dòng)后又通過螺旋來碾壓茶葉，使得茶葉不斷的翻滾最后成卷，就對(duì)人工揉捻的經(jīng)驗(yàn)要求的比較高，從而就會(huì)產(chǎn)生以下幾個(gè)方面的弊端：

1.1 不能與其他制茶工序相協(xié)調(diào)

因?yàn)槭鞘止げ僮鞯娜嗄硐到y(tǒng)，所以操作機(jī)器上面的操作門栓與下料盤的工作效率就會(huì)比較低，而其他的制茶工序采用機(jī)器自動(dòng)化生產(chǎn)，工作效率自然就會(huì)比揉捻系統(tǒng)的工作效率高，那操作機(jī)器上面的操作門栓與下料盤就很難與其他制茶工序協(xié)調(diào)共進(jìn)，從而就會(huì)影響整體的生產(chǎn)效率。

1.2 茶葉成卷率不高

由于人工茶葉揉捻系統(tǒng)想要正常生產(chǎn)運(yùn)作的話，就對(duì)人工揉捻的經(jīng)驗(yàn)要求的比較高，但是經(jīng)驗(yàn)高的工人畢竟是少部分的，而且經(jīng)驗(yàn)越高的工人，工廠要付的酬勞就會(huì)比較高，在這樣情況下，工廠就會(huì)退而求其次，選擇一些經(jīng)驗(yàn)其實(shí)并不高的工人，這些工人不能熟練的運(yùn)用人工操作系統(tǒng)，就會(huì)對(duì)茶葉的成卷率產(chǎn)生一定的影響，生產(chǎn)出來的碎茶比較多，而且茶葉不能出現(xiàn)在加工箱里面的情形也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，茶葉的成卷率就會(huì)低。

1.3 存在安全隱患

人工茶葉揉捻系統(tǒng)需要進(jìn)行手工加壓，然而手工加壓的效率一般都比較低，而且存在很大的安全隱患，比如會(huì)將人燙傷等。而且手工加壓需要一個(gè)人在茶葉揉捻系統(tǒng)的附近工作，既費(fèi)時(shí)間也浪費(fèi)了人力。

1.4 不能保證茶葉的生產(chǎn)品質(zhì)

人工茶葉揉捻系統(tǒng)由于其自身自動(dòng)化水平較低，就會(huì)對(duì)操作工人的熟練度要求較高，工廠為了節(jié)約用人成本就會(huì)用實(shí)上并不熟練的工人代替，這些工人因?yàn)椴荒苁炀毜倪\(yùn)用茶葉揉捻系統(tǒng)，生產(chǎn)出來的茶葉品質(zhì)就會(huì)比較低。

2 自動(dòng)化的茶葉揉捻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

人工茶葉揉捻操作系統(tǒng)全都是靠人力操作，自動(dòng)化水平低，生產(chǎn)效率低下，不僅不能滿足日益增長的市場(chǎng)需要，而且由于操作機(jī)器上面的操作門栓與下料盤很難與其他制茶工序協(xié)調(diào)共進(jìn)，就會(huì)影響整體的生產(chǎn)效率，使得成卷率比較低，茶葉的生產(chǎn)品質(zhì)得不到保障，甚至還存在安全隱患；而自動(dòng)化的茶葉揉捻控制系統(tǒng)在保留其人工茶葉揉捻操作系統(tǒng)的外形的基礎(chǔ)上，對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行了自動(dòng)化改造與優(yōu)化，滿足了茶葉日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需求，提高了茶葉揉捻系統(tǒng)的便捷度。

2.1 茶葉揉捻控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

當(dāng)茶葉揉捻控制系統(tǒng)用于控制機(jī)器加工茶葉時(shí)，將加工葉片裝入由電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的捏合桶中，在捏合板上采用水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得桶內(nèi)加工葉片承受來自桶的壓力和捏合桶的側(cè)壓力，以及捏合板的反應(yīng)力等，并慢慢地軋成一條帶，完成軋制和加工[1]。茶葉揉捻控制系統(tǒng)主要用于時(shí)間控制和壓力控制，嫩葉與老葉的時(shí)間與所受壓力都不同，也與茶葉數(shù)量的多少有關(guān)?？梢园褲L動(dòng)過程分為三個(gè)過程：輕一重一輕；或四個(gè)過程：輕一重一比較重一比較輕。選擇哪個(gè)過程取決于處理過的葉子的特性。每個(gè)過程的時(shí)間值是根據(jù)茶葉種子、茶葉的質(zhì)量和每片葉子所受的壓力確定的。在處理前，用戶將時(shí)間參數(shù)輸入到人機(jī)交互裝置中，然后通過人機(jī)交互裝置將時(shí)間參數(shù)傳遞給控制器，由控制器根據(jù)給定的時(shí)間進(jìn)行茶葉揉捻過程控制。茶葉揉捻控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、壓力控制和上下葉控制組成[2]。

監(jiān)控系統(tǒng)以PLC（可編程邏輯控制器）和觸摸屏為最主要的兩個(gè)部件。利用PLC的操作和判斷功能實(shí)現(xiàn)了茶葉揉捻控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制。為了用戶更容易操作、時(shí)間參照數(shù)據(jù)可以編輯和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)了解，我們可以采用觸摸屏作為人機(jī)交互的裝置。

壓力控制系統(tǒng)是由壓力傳感器、行程開關(guān)、步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置組成，是茶葉揉捻控制系統(tǒng)的核心。壓力裝置為單滑柱浮動(dòng)控制壓力臂，帶動(dòng)筒蓋上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)增壓，滑動(dòng)柱為中空鋼管，鋼管中心設(shè)有螺桿，連續(xù)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)壓力臂上下移動(dòng)?；母坑刹竭M(jìn)電機(jī)控制的手輪，用于驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。壓力臂的上下限由安裝在滑動(dòng)柱上的行程開關(guān)控制。壓力傳感器安裝在壓蓋的頂部，桶內(nèi)茶葉的壓力由壓蓋的開口控制，從而保證加工葉片的適當(dāng)壓縮，軋制成條狀。壓力沒有時(shí)，根據(jù)傳感器反饋數(shù)據(jù)通過程序運(yùn)行控制驅(qū)動(dòng)來改變步進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)主要由變頻器和交流異步電機(jī)等組成，電機(jī)通過變頻器調(diào)速，不同的速度摩擦適應(yīng)不同種類的茶葉，揉捏桶帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，揉搓盤旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，揉合板配合完成軋制操作。上部和下部葉片由電磁閥、氣缸、接近開關(guān)和限位開關(guān)控制。

2.2 茶葉揉捻控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)的滾動(dòng)機(jī)控制程序包括主程序、初始位置子程序、滾動(dòng)過程子程序、開門卸載子程序。主程序控制方法分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制首先，需要測(cè)每個(gè)組件的初始狀態(tài)是否需要。若將初始位置軋制，則可將軋制過程分為兩種控制方式，即根據(jù)葉質(zhì)選擇，三個(gè)步驟是：重－量－輕；四步：輕一重一重一輕。在軋制過程中，根據(jù)壓力反饋控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，得到適當(dāng)?shù)膲毫?。滾動(dòng)后，打開門和卸載，組件返回到初始位置，并通過程序檢測(cè)狀態(tài)。手動(dòng)程序分別設(shè)置有啟動(dòng)和停止按鈕、速度控制按鈕以及控制捏合桶轉(zhuǎn)動(dòng)的交流異步電動(dòng)機(jī)的升降控制按鈕，壓力控制旋鈕，放電門開關(guān)。

在初始位置子程序開始滾動(dòng)之前，先檢查是否在上限，材料門是否進(jìn)行了關(guān)閉。如果壓蓋不在初始位置，則步進(jìn)電機(jī)調(diào)整：如果材料門不閉合，則由電磁閥關(guān)閉氣缸。揉捻過程子程序，四種不同持續(xù)時(shí)間的軋制過程，壓蓋壓力不同，用戶可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值通過觸摸屏傳遞時(shí)間，根據(jù)壓蓋的高度或滾動(dòng)壓力控制壓力，調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的速度[3]。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)到位時(shí)，變頻器控制交流異步電機(jī)，使揉捻機(jī)器開始滾動(dòng)，滾動(dòng)時(shí)間停止。開門卸料子程序，茶葉從捏合機(jī)中離開。程序首先檢查材料門是否由限位開關(guān)打開，如果沒有打開，則由電磁閥打開材料門，指示燈的狀態(tài)也可以根據(jù)這個(gè)裝置來顯示。

3 茶葉揉捻控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

通過本次探索，我們最終研制出了自動(dòng)化的茶葉揉捻控制系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)茶葉為嫩葉及中等嫩葉時(shí)，我們需要采用：輕一重一輕這三個(gè)過程，時(shí)間控制分別為10分鐘，5～10分鐘，5分鐘；當(dāng)茶葉為中等嫩葉時(shí)，我們需要采用：輕一重一輕這三個(gè)過程，而且要兩次這個(gè)過程，其時(shí)間控制分別為5分鐘，5～10分鐘，5分鐘；當(dāng)茶葉為老葉時(shí)，我們需要采用輕一重一比較重一比較輕這四個(gè)過程，時(shí)間控制分別為5分鐘，5～10分鐘，3～5分鐘，5分鐘。

4 結(jié)語

自動(dòng)化的茶葉揉捻控制系統(tǒng)提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，克服了人工茶葉揉捻操作系統(tǒng)問題，自動(dòng)化水平低，生產(chǎn)效率低下，不能滿足日益增長的需要，和由于操作機(jī)器上面的操作門栓與下料盤很難與其他制茶工序協(xié)調(diào)共進(jìn)，整體的生產(chǎn)效率低下，成卷率低下，茶葉的生產(chǎn)品質(zhì)不能得到保障，甚至還存在安全隱患的問題，滿足了茶葉日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需求，提高了茶葉揉捻系統(tǒng)的便捷度。

[1]李小平，張艷麗，援多揉桶全自動(dòng)茶葉揉捻機(jī)[J].中國專利.2015（4）123-124.

[2]趙春芳，夏天其，援基于PLC的茶葉揉捻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[D].浙江工業(yè)大學(xué).2009.

[3]謝芬援，高應(yīng)冕，高新技術(shù)在茶葉加工上的應(yīng)用[J].福建茶葉.2015（2）140-141.