本科毕业设计基于plc茶叶筛分生产系统设计.docx

本科毕业设计基于plc茶叶筛分生产系统设计.docx

《本科毕业设计基于plc茶叶筛分生产系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《本科毕业设计基于plc茶叶筛分生产系统设计.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

本科毕业设计基于plc茶叶筛分生产系统设计

毕业设计说明书

课题名称：

茶叶筛分生产线控制系统设计

学生姓名钟业成

学号120601121122

二级学院（系）电子电气工程学院

专业应用电子技术

班级电子1211班

指导教师王祥华

起讫时间：

2014年12月1日～2015年1月23日

摘要

针对我国制茶业机械化程度低、茶叶生产成本高,进行了茶叶筛分生产线控制系统设计。

该生产线充分利用PLC可靠性优、精度高、体积小和逻辑算术能力强等特点,实现了茶叶在筛分工艺过程中的精确控制,有效提高了茶叶的生产效率与品质。

利用OMRON公司生产的可编程控制器CP1H、模拟量输入模块、模拟量输出模块、交流变频器、步进电机、交流同步电机实现茶叶筛分生产线控制。

关键词：

PLC；变频器；茶叶筛分生产线

第1章绪论

1.1引言

中国是茶的故乡，制茶、饮茶已有几千年历史，名品荟萃，主要品种有绿茶、红茶、乌龙茶、花茶、白茶、黄茶、黑茶。

茶有健身、治疾之药物疗效，又富欣赏情趣，可陶冶情操。

品茶、待客是中国个人高雅的娱乐和社交活动，坐茶馆、茶话会则是中国人社会性群体茶艺活动。

中国茶艺在世界享有盛誉，在唐代就传入日本，形成日本茶道。

茶叶加工机械经过长期的探索、发展，机械化程度大大提高。

茶叶经过初制之后被称之为毛茶，其内在品质特性在初制过程中已经基本形成。

但由于茶叶生产分散，采摘老嫩不一，初制技术各异，因而毛茶的品质规格复杂。

为了提高茶叶的商业价值，使产品品质规格化，必须通过精致加工，才能适应国内外市场的需要。

茶叶筛分作业的目的是讲毛茶分出长短和粗细，并筛去茶末，使外形整齐，符合规格；同时，筛出粗大茶，需经切细后再次进行筛分。

因此，筛分机械是茶叶精制加工中的最基本的机械，其筛分效果不仅对产品价值有着很大的影响，而且直接对下一步作业的效率有着重要影响。

1.2茶叶的主要种类与特征

1.2.1茶叶的主要种类

中国茶文化博大精深，源远流长。

在漫长的历史发展过程中，我国历代茶人富有创造地开发了各种各样的茶类，外加茶区分布广泛，茶树品种繁多，制茶工艺不断革新，形成了丰富多彩的茶类。

而目前世界上还没有统一规范的分类方法，有的根据制造方法不同划分，有的根据茶叶外形来划分，有的按初、精制情况划分。

当然，在众多的茶类划分中，运用最广泛、最权威、认知度最高的当属中国六大茶类，即绿茶、红茶、青茶、黑茶、白茶、黄茶。

1.2.2六大茶叶的主要特征

绿茶是我国产量最多的一类，全国有18个产茶省，主要产地为安徽、浙江、湖南、湖北、四川等，我国绿茶花色品种之多居世界之首，占世界茶叶市场绿茶贸易量的80%左右。

绿茶的基本工艺流程分杀青、揉捻、干燥三步骤。

杀青方式有加热杀青和热蒸杀青两种，以蒸青汽杀青制成的绿茶称“蒸青绿茶”。

干燥以最终干燥方式不同有炒干、烘干和晒干之别，最终炒干的绿茶称“炒青”，最终烘干的绿茶称“烘青”，最终晒干的绿茶称“晒青”。

多年来的研究发现，众多茶类中绿茶最保健。

市场上常见的名优绿茶有西湖龙井、黄山毛峰、洞庭碧螺春、南京雨花茶等。

红茶基本工艺流程是萎凋、揉捻、发酵、干燥。

红茶红汤红叶的品质特点主要是经过“发酵”形成的。

所谓发酵，其实质是茶叶中原先无色的多酚类物质，在多酚类氧化酶的催化作用下，氧化以后形成了红色的氧化聚合物——红茶色素。

这种色素一部分能溶于水，冲泡后形成了红色的茶汤，一部分不溶于水积累在叶片中，使叶片变成红色，红茶的红汤红叶就这样形成了。

我国红茶最早出现的是福建崇安一带的小种红茶，以后发展演变产生了工夫红茶。

1875年，工夫红茶制作方法由福建传至安徽祁门一带，继而江西、湖北、四川、台湾等省大力发展工夫红茶。

工夫红茶是我国传统的出口茶类，远销东欧、西欧等60多个国家和地区。

产于安徽的祁红和云南的滇红早已名扬海外，享有盛誉。

市场上主要的红茶有祁红、滇红、川红、金骏眉、坦洋工夫、汪洋工夫等。

青茶也叫乌龙茶，属半发酵茶。

是介于不发酵茶（绿茶）与全发酵茶（红茶）之间的一类茶，其外形色泽青褐。

乌龙茶冲泡后，叶片上有红有绿，传统工艺的乌龙茶，叶片中间呈绿色，叶缘呈红色，素有“绿叶红镶边”之美称。

汤色黄红，有天然花香，滋味浓郁，具有独特的韵味。

乌龙茶主要产自福建、广东、台湾三省，因品种上的差异，乌龙茶分为闽北乌龙、闽南乌、广东乌龙和台湾乌龙四类。

闽北乌龙：

产于福建省武夷山一带，主要有武夷岩茶、闽北水仙、闽北乌龙。

闽南乌龙：

闽南是乌龙茶的发源地，由此传向闽北、广东和台湾。

产于福建南部的乌龙茶，最著名、品质最好的是安溪铁观音。

广东乌龙：

主要有广东潮州地区所产的凤凰单枞和凤凰水仙最出名。

台湾乌龙：

主要有冻顶乌龙、阿里山乌龙、文山包种、东方美人等。

黑茶的基本工艺流程是杀青、揉捻、渥堆、干燥。

黑茶一般原料较粗老，加之制造过程中往往堆积发酵时间较长，因而叶色油黑或黑褐，故称黑茶。

黑茶主要供边区少数民族饮用，所以又称边销茶。

黑毛茶是压制各种紧压茶的主要原料，各种黑茶的紧压茶是藏族、蒙古族和维吾尔族等兄弟民族日常生活的必需品，有“宁可一日无食，不可一日无茶”之说，黑茶因产区和工艺上的差别有云南普洱茶、湖南黑茶、湖北老青茶、广西六堡茶、四川边茶等。

白茶属轻微发酵茶，基本工艺过程是萎凋、晒干或烘干。

白茶常选用芽叶上白绒毛多的品种，如福鼎大白茶，芽壮多毫，制成的成品茶满披白毫，十分素雅，汤色清淡，味鲜醇。

白茶主要产于福建省的福鼎、政和、松溪和建阳等。

市场主要的白茶有白毫银针、白牡丹等。

黄茶的加工工艺为杀青、揉捻、闷黄、干燥。

黄茶品质特点是“黄汤黄叶”，这是制茶过程中进行闷堆渥黄的结果。

黄茶主要的代表名茶有蒙顶黄芽、黄山黄芽、君山银针等。

以上是中国的六大茶类，以这些基本茶类作原料进行再加工以后的产品统称再加工茶类。

主要有花茶、果味茶、药用保健茶等。

总之，中国茶类繁多，消费者可以结合自己的爱好和不同的季节，选择适合于自己的茶。

1.3茶叶加工的主要工序

茶叶加工的定义：

使用必要的技术，将采下的茶树鲜叶制成可供人们直接饮用的成品茶或成为食品及医药等产品的添加原料的总过程，称为茶叶加工。

按照加工阶段不同，茶叶加工可以分为初制加工﹑精制加工和再加工，所获得的茶叶成品分别称之为初制茶（毛茶）﹑精制茶（商品茶）和再加工茶。

初制加工分为杀青、揉捻和干燥三道工序。

杀青：

破坏鲜叶的组织与结构，改造鲜叶的形质，为绿茶独特的品质奠定良好的基础。

揉捻：

将杀青后的茶叶用手搓揉，使其白毫脱落并成型，揉捻是造成成品茶最后定型的决定因素。

干燥：

为了叶子在杀青的基础继续使内含物发生变化，提高内在品质；在揉捻的基础上整理条索，改进外形；排除过多水分，防止霉变，便于贮藏。

精制加工分为复火、分筛、撩筛、抖筛、切茶、拣剔、风扇、车色、车色、飘筛、匀堆装箱十一道工序。

复火：

即将茶叶在烘干机上烘焙，以降低含水量，提高干燥度。

滚条：

用于眉茶加工，作用是滚紧条索。

分筛：

用圆筛机初步分清茶叶长短或珠茶的颗粒粗细，分出头子茶，割出茶末、茶灰。

撩筛：

在分筛的基础上，用圆筛机使茶叶长短、颗粒粗细达到匀齐。

有时需反复几次，分别称毛撩、净撩等。

抖筛：

用抖筛机分别茶叶粗细、套出粗头，抽去较细的筋梗。

有时茶叶加工要抖筛几次，分别称毛抖、净抖等。

切茶：

用切茶机将粗大的茶叶切碎，使之符合成品茶的规格要求。

补火：

作用是使茶叶含水量适度，透发香气、增浓滋味；或者有利于提高拣梗效率。

拣剔：

用机械或手工拣除茶梗、筋、朴及非茶类夹杂物。

风扇：

作用是划分茶叶级别，并扇去黄片毛衣等轻飘茶叶和夹杂物。

加工时需风扇2-3次，分别称毛扇、净扇、清风等。

车色：

用于珠茶和眉茶，作用是使茶叶条索紧结或颗粒圆结，并使茶叶色泽绿润“起霜”。

飘筛：

用机械或手工分别茶叶轻重，剔除茶叶中的毛衣、梗皮等。

匀堆装箱：

将各种筛号茶按成品茶的质量要求，按比例混合后搅拌均匀，再定量装入茶箱或茶袋。

1.4主要研究内容

本课题的主要研究内容包括：

1．从理论上深入分析茶叶分筛原理，并制定适合茶叶筛分生产线控制系统；

2．根据茶叶分筛机的结构特点，制定出相应的茶叶筛分生产线控制系统总体设计方案；

3．根据性价比，先性能后价格的原则，配置硬件并完成硬件间的连接；

4．设计开发适合实际作业需要的软件系统。

第2章茶叶筛分生产工艺和控制要求

2.1茶叶筛分的流程

茶叶筛分生产线包括圆筛机、平输机、抖筛机、立式输送机、风选机和风选机出料。

茶叶筛分生产线的流程如图2-1所示。

图2-1茶叶筛分生产线流程图

毛茶经过圆筛机得到筛面茶、碎茶和末茶，通过平输机的传送将分选出的茶叶通过抖筛机分成细毛茶与粗毛茶，经过立式输送机的输送，再通过风选机分级，得到筛面茶或碎茶的正身茶、副茶和片茶。

2.2设备要求

2.2.1圆筛机

圆筛机简介

作用：

平面圆筛机用于分筛、撩筛和捞筛等作业，作用是分别条形茶长短、圆形茶大小。

工作原理：

平面圆筛机工作时筛床做质点轨迹为圆的平动运动，茶叶在筛面上受到适度大小离心惯性力等力的作用，平伏于筛面上作滑动或滚动运动。

设筛网网目边长为a，对于条形茶来说，则长度大于2√2 a的茶叶始终受到两点以上支承，不易穿过筛网而成为筛上茶；相反，茶叶长度小于2√2 a的茶叶在运动过程中，很容易失去平衡，穿过筛网成为筛下茶。

对于圆形茶来说，则粒径大于a的茶叶不易通过筛网而成为筛上茶；相反，粒径小于a的茶叶易通过筛网成为筛下茶。

从而达到分别茶叶长短和大小的目的。

如图2-2所示为圆筛机

图2-2圆筛机

2.2.2抖筛机

抖筛机简介

原理：

工作时，筛面作高频率的振动，茶叶因筛面振动而产生的惯性力作用运动，由于该力是沿筛床长度方向高频率改变方向，使茶叶与茶叶、茶叶与筛面发生碰撞，迫使茶叶直立起来，因而采用网目不同的筛面就可筛取粒级不同的茶叶。

 作用：

对于条形茶来说，其可以分别茶叶的粗细。

对于圆形茶来说，由于其中的长条形茶的直径通常比圆形茶小，故抖筛机可分别圆形茶长圆。

此外，抖筛机还可用于花茶窨制中的提花作业，因为花渣的直径比茶叶直径大。

工艺性能：

使条形茶分别粗细，圆形茶分别长圆，并套去茶头，抽去筋梗，使茶坯粗细和净度符合工艺要求。

如图2-3所示为抖筛机

图2-3抖筛机

2.2.3风选机

风选机简介

风选制粉机主要由主机、风机、分离器、集粉器、除尘器等部分组成，主机内部分为粉碎室、塞档室、风机室三部分。

机器工作时，物料由进料口投入粉碎室后，经固定在主轴上的刀片和机壳的衬板间的冲击和高气注的剪切进行粉碎，粉碎后的物料经塞档室分级进入风机室，由风轮的吹送以及风机的引力使物料进入分离器，经分离器再次分级处理，粗料由回料咀返回粉碎室进行再次粉碎，成品料由引风机引出进入集粉器装袋包装，余风由除尘散风装置排出。

如图2-4为风选机的工作流程

图2-4风选机

2.2.4输送机

本次设计使用的3输送机有立式输送机、平输机和斜输机，其作用为输送物料。

图2-5、2-6、2-7分别为立式输送机、平输机和斜输机。

图2-5立式输送机图2-6平输机图2-7斜输机

第3章茶叶筛分生产线控制系统硬件设计

利用OMRON公司生产的可编程控制器CP1H、模拟量输入模块、模拟量输出模块、交流变频器、步进电机、气缸控制实现茶叶筛分生产线控制。

茶叶筛分自动控制系统的硬件实现的总体框架如图3-1所示：

图3-1茶叶筛分自动控制系统总体框架

系统总体框架中的PLC用来协调各个单元，模拟量输入输出来控制变频器来控制圆筛机、抖筛机、风选机，PLC设置I/O利用气缸控制来控制风选机出料，PLC与步进驱动器连接控制步进电动机实现风选机挡板的转动。

3.1变频器

1.变频器简介

变频调速是通过改变电动机定子绕组供电的频率来达到调速的