周金亮，許志華，蔣建祥，曹建波

（1. 浙江上洋機械股份有限公司，浙江 衢州 324000；2. 浙江師范大學(xué) 工學(xué)院，浙江 金華 321004）

理條工序是眾多直條形名優(yōu)茶造型工藝過程的關(guān)鍵工序，目前大多數(shù)的茶葉理條采用茶葉振動理條機進(jìn)行理條加工。理條機由于結(jié)構(gòu)簡單、易于操作及便于流水線作業(yè)等優(yōu)點，在針形名茶加工中有著廣泛應(yīng)用[1]。

振動理條機出現(xiàn)于20世紀(jì)九十年代，有多種能源型號，目前主要采用電能、燃?xì)夂筒衩旱茸鳛槟茉?，主要由投料裝置、出茶裝置、電動機、調(diào)速裝置、加熱裝置、溫度調(diào)控裝置、“U”形槽鍋及鍋臺、傳動機構(gòu)和機架等部件構(gòu)成[3]。理條工藝主要針對條形茶而言，主要是為了達(dá)到茶葉條形緊直并脫水和提香的目的，因而是制作工藝中的重要環(huán)節(jié)[2]。經(jīng)過多年的研究和實踐，我國的茶葉理條機有了很大的進(jìn)步，但也存在著一些亟待解決的問題：一是傳統(tǒng)理條機主要依靠人工操作，不但所需人工多，而且因人工操作時，頻繁接觸易使茶葉被細(xì)菌等污染物所污染[3]；二是傳統(tǒng)理條機的能耗比較高、熱效率低；三是傳統(tǒng)理條機存在著加熱裝置不合理，導(dǎo)致了茶葉加熱溫度不均勻；四是在理條機運作過程中會產(chǎn)生大量的灰塵和噪音，對操作人員的身體健康造成損害[4]。

近年來，對于如何實現(xiàn)茶葉生產(chǎn)全程清潔化、自動化和智能化，成為所有茶人關(guān)注的焦點[5]。而茶葉自動理條機的系統(tǒng)設(shè)計為名優(yōu)茶實現(xiàn)自動化生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支撐。本試驗以6CLZ80/18智能控制理條機為例，通過解決理條機進(jìn)料、出料等問題，來實現(xiàn)理條機控制的智能化。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

1.1 進(jìn)料系統(tǒng)

理條機要實現(xiàn)智能化，首先就要解決進(jìn)料和出料的人工問題，并使各個槽的茶葉量均勻。80理條機是在原有60理條機的技術(shù)基礎(chǔ)上升級、改進(jìn)和創(chuàng)新，有18（14）個槽，茶葉投葉量是60理條機茶葉投葉量的2倍，基于此，設(shè)計了機械輔助設(shè)備定量送料機（圖1）。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Overall structure

設(shè)備定量送料機可伸縮送料，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。計量斗下安裝了2個5 kg的傳感器，計量斗可伸縮，避免了計量斗在炒制茶葉過程中理條機產(chǎn)生熱氣對茶葉品質(zhì)的影響，同時降低了熱源溫度對稱重傳感器數(shù)據(jù)零點的影響。送料機采用雙層皮帶及兩個勻葉器，實現(xiàn)了物料的均勻攤放，使理條機每個鍋槽投葉量盡可能均勻。

圖2 進(jìn)料結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Feed structure

總體結(jié)構(gòu)的操作過程為：點開開關(guān)，開始加入茶葉，傳送帶將茶葉向前傳送，通過兩個勻葉器的兩次勻葉，落入定量送料斗中，當(dāng)料斗內(nèi)的茶葉重量達(dá)到設(shè)定重量值時，停止供料，待理條機理條時間結(jié)束，理條機翻動，將茶葉倒出，然后復(fù)位，理條機復(fù)位完成后，料斗下料，將茶葉倒入理條機，傳送帶繼續(xù)工作，將茶葉向前傳送，如此往復(fù)，理條完成的茶葉送入下一個加工工位。其工作過程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)工作流程圖Fig. 3 System work fl ow

1.2 出料系統(tǒng)

80理條機的出料系統(tǒng)主要由起鍋裝置來完成（圖4）。該結(jié)構(gòu)在鉸接點處進(jìn)行了改進(jìn)，由原來的單純軸承固定改進(jìn)為軸承安裝在軸套之內(nèi)，軸套與長啟桿焊接，穩(wěn)定性得到了提高，大大減輕了人工的勞動強度。

1.3 智能控制系統(tǒng)

通過機械手段加觸摸屏PLC一體機模式是替代人工操作，解決理條機智能化的問題。本系統(tǒng)采用科威CZ-12M12R-1HAD型一體機，該系統(tǒng)共有24個數(shù)字量I/O點。

圖4 起鍋裝置Fig.4 Cleaning device

2 軟件設(shè)計

各項參數(shù)都由觸摸屏PLC一體機設(shè)置參數(shù)來控制。觸摸屏主要由標(biāo)定界面和操作界面兩個界面組成。

2.1 操作界面

操作界面設(shè)計有控制茶葉重量、加熱溫度、理條時間以及一些基本的開關(guān)的控制按鈕（圖5），采用觸摸屏參數(shù)設(shè)定界面，使人機對話界面直觀簡單，操作方便，對普通茶農(nóng)或使用者能夠起到“即看即用”的效果（圖5、圖6）。

圖5 操作界面Fig. 5 Operation interface

圖6 標(biāo)定界面Fig. 6 Calibration interface

2.2 重量控制

重量設(shè)定參數(shù)通過觸摸屏PLC一體機實現(xiàn)，在觸摸屏上輸入重量，重量模塊進(jìn)行模擬量采集。稱重模塊通過 A/D轉(zhuǎn)換輸入觸摸屏PLC一體機中的X5接口，一體機通過調(diào)用相應(yīng)的庫實現(xiàn)重量的參數(shù)化，從而實現(xiàn)對落入料斗中茶葉重量的實時監(jiān)控。

2.3 溫度控制

系統(tǒng)運行之初設(shè)定理條機正常工作溫度。該理條溫度由使用者根據(jù)具體茶葉選定，由觸摸屏輸入，設(shè)定后需一定時間通過電熱管加熱，加熱到所需溫度后，將反饋信號發(fā)送給 PLC，從而進(jìn)入下一步工序[7]。此過程中，實現(xiàn)了溫度控制與 PLC 的單工通信。

3 結(jié)論

本研究設(shè)計通過觸摸屏PLC一體機設(shè)計了6CLZ80/18理條機的自動化控制系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了自動計量、自動計時和自動出茶的功能，同時通過對進(jìn)料系統(tǒng)和出料系統(tǒng)的改進(jìn)，達(dá)到了減小人工勞動強度與理條設(shè)備自動運行的目的。本套控制系統(tǒng)在一定程度上提高了半自動化理條機設(shè)備的自動化程度。同時通過全新的人機交互界面，減小了控制器的體積，方便了使用者對參數(shù)的設(shè)定。