普洱茶发酵PLC自动控制与关键设备的研发-黄云战(主题报告)21145.docx
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1、普洱茶发发酵PLLC自动动控制与与关键设备备的研发黄云战11 周周红杰22*赵永洁洁4马振纲纲熊同强强郝强黄鹤3陈帆5(1云云南农业业大学工工程技术术学院,昆昆明65502001;2云南南农业大大学普洱洱茶学院院,昆明明65002011;3云南农农业大学学农科实实验中心心,昆明明65002011;4昆明明铁道职职业技术术学院,昆昆明65502008;5昆明理理工大学学,昆明明65000511)摘 要:普洱茶茶是云南南独有的的特产茶茶,是云云南省主主要的经经济作物物之一。由由于特殊殊的原料料、环境境及加工工工艺,使普洱茶茶具有它的的独特性性。然而而国内外外对普洱洱茶研究究起步较较晚,其其规范化化
2、、产业业化及自自动化程程度较低低,尤其其是对普洱茶茶生产过过程中的的环境条条件,加加工工序序自动检检测、自自动控制制、关键键设备与与品质鉴鉴定等研研究处于于滞后状状态,严严重阻碍碍了普洱洱茶产业业的健康康发展。论文以国家科技支撑计划项目为依托,以云南大叶种晒青毛茶为制作原料,生物技术与现代工业自动控制技术相互结合,采用PLC技术,围绕发酵加工工艺过程自动控制及关键设备开展了一系列的研究与开发,取得了很好的成绩。关键词:普洱茶茶发酵;PLCC自动控控制;关键设备备;研发目前国内内普洱茶茶的加工工仍然停停留在传传统加工工模式上上,手工工作坊占占有较大大的比重重,有一一定规模模的生产产企业加加工设备
3、备简陋,生生产技术术工人基基本承袭袭经验式式的加工工,使得得普洱茶茶的品质质稳定性性差。普普洱茶加加工企业业未形成成规模化化、加工工自动化化的生产产体系,也也未形成成清洁化化和标准化化的生产产管理平平台。HUANNG YYun-ZhaanZHOOU HHongg-Jiie* ZHHAO Yonng-JJie44 MMA ZZhenn-GaangXIOONG Tonng-QQianngHAOO Qiiangg HHUANNG HHe CCHENN Faan5(1.KKunmmingg Innstiitutte oof RRaillwayyTecchnoologgyCoolleege,Kunnmi
4、nng 66502208,Chiina;2.Coolleege of Puer teaa, YuunnaanAggriccultturaalUnniveersiity,Kunnminng 66502201,Chiina;3. YYunnnan Agrricuultuurall Unniveersiity,Kunnminng 66502201,Chiina;4.,KKunmmingg Innstiitutte oof RRaillwayy Teechnnoloogy Colllegge,KKunmmingg 65502008,CChinna;5.Kunnminng UUnivverssityy
5、off Scciennce & TTechhnollogyy,Kuunmiing 65000511,Chhinaa)基金项目目:国家家科技部部“十一五五”国家科科技支撑撑计划项项目“普洱茶茶加工关关键技术术研究与与应用”(20007BBAD558B002);云南省省自然科科学基金金“十二五五”重点项项目“普洱茶茶加工工工艺与品品质关系系研究”(20009CCC0005);云南省省发改委委20008年度度产业重重大关键键技术开开发项目目“普洱茶茶发酵新新技术研研究与推推广”2000816557-220作者简介介:黄云云战,(1953),男,教授,云南广南人,云南农业大学工程技术学院,主要从事机械
6、设计制造及其自动化研究。E-mail:ystyh*通讯讯作者:周红杰杰,(19622),男男,教授授,云南南普洱人人,云南南农业大大学普洱洱茶学院院,主要从从事茶叶叶科学研研究。 E-maiil: ynzzhj220033yaahooo.coom.ccn1 普洱茶发发酵自动动化控制制车间的的设计与与研究发酵是普普洱茶加加工生产产环节中中的关键键技术,对普洱茶茶品质的的现成有有很大的的影响。目目前,多多数茶厂厂采用传传统小作作坊式的的自然发发酵方式式对普洱洱茶进行行发酵,这这种发酵酵过程中中存在着着卫生条条件差、品品质不稳稳定、工工人劳动动强度大大、生产产效率低等等诸多问问题,严严重影响响普洱茶
7、茶产业的的健康、持持续、稳稳定、快快速发展展。因此此,普洱洱茶发酵酵自动控控制车间间的构建建对云南南普洱茶茶清洁化化、自动动化及产产业化生生产具有有重要的的意义。1.1 传统发发酵方式式笔者经过过大量的的调查发发现,一一些中小小茶厂多多采用传传统的普普洱茶渥渥堆发酵酵方式如如图所示示,在整整个过程程中出将将可能出出现以下下的问题题:1.1.1发酵酵场地较较为松散散,普洱洱茶堆摆摆放随便便,很多多普洱茶茶生产厂厂家没有有安全、卫卫生的意意识,将将普洱茶茶发酵堆堆任意放放置,严严重影响响了普洱洱茶产品品的安全全性和信信誉度,极极大程度度的影响响了普洱洱茶产业业的发展展,普洱洱茶生产产厂家的的发酵车
8、车间如图图14-44中所示示;1.1.2由于于普洱茶茶生产一一般都在在露天或或是在很很简陋的的厂房中中进行,所所以普洱洱茶堆内内的温度度和湿度度受外界界环境影影响很大大,发酵酵过程中中温湿度度不利于于控制;1.1.3在发发酵过程程中,普普洱茶堆堆内的发发酵很不不均匀,有有些茶叶叶已发酵酵完全,但但有些茶茶叶几乎乎没有任任何变化化,使普普洱茶产产品的稳稳定性不不高,影影响普洱洱茶的口口感和品品质;1.1.4在普普洱茶发发酵过程程中,会会出现堆堆内通气气量不足足的情况况,在一一定程度度上限制制了有益益微生物物的生长长和繁殖殖,影响响发酵的的速度和和质量;1.1.5按照照普洱茶茶发酵的的经验,一一次
9、渥堆堆生产普普洱茶的的量很大大(达到到十几吨吨甚至二二十几吨吨),这这样不仅仅不利于于各种工工序的操操作,而而且更不不利于根根据环境境及市场场的变化化做出相相应的生生产调整整;1.1.6普洱洱茶发酵酵过程中中有一些些工序需需要人工工操作,如如翻堆、潮潮水等,这这些工序序的工作作强度大大,而且且工作的的环境比比较差,在在翻堆过过程中会会出现大大量的粉粉尘污染染,对操操作工人人的健康康有一定定的影响响。 因因此 ,改进传传统的发发酵工艺艺对普洱洱茶品质质的提升升将具极极大的经经济利益益及有很很强的社社会意义义。2 普普洱茶发发酵自动动控制车车间的设设计2.1 年产百吨普洱洱茶发酵酵自动控控制车间间
10、结构及及内外参参数通过对茶茶厂的整整体构建建要求及及普洱茶茶发酵车车间进行行分析,分分析车间间各工序序流程关关系,确确定功能能车间外外观造型型和总体体结构,确确定设计计参数及及制约条条件。对对普洱茶茶发酵车车间实际际有效面面积进行行详细的的规划,绘绘制相应应的模型型图和工工程图,要要求对过过程控制制系统建建立各要要素的数数学模型型,进行行整体技技术经济济评价、设设计目标标考核和和系统优优化,选选出综合合性能指指标最优优的设计计方案。普洱茶发发酵车间间用木板板铺设底底面,所所铺设木木板上有有均匀的的小孔,下下方用高高30mmm-440mmm的木条条支撑,架架空下部部空间以以使靠近近底部的的茶叶所
11、所处的环环境和室室内温湿湿度基本本一样,并并满足通通风的需需要;设设计时考考虑到潮潮水和翻翻堆设备备两个工工序的完完成。设设计方案案主要是是将发酵酵茶堆用用木板或或者钢板板隔离地地面,在在一个干干净的环环境中发发酵,可可以使发发酵后的的普洱茶茶增加清清洁度和和安全性性。根据标准准化车间间的发酵酵量及雾雾化加湿湿设备布布局来确确定车间间的空间间尺寸,首首先十吨吨茶叶按按平铺厚厚度为11-1.3m计计算则需需要的占占地面积积60mm2,除去去分割出出去的控控制间330m22,由此此可以得得出标准准化车间间的所需需的面积积为900m2,为了了保证车车间发酵酵的清洁洁化,茶茶叶发酵酵所需的的60 m2
12、面积全全部采用用厚度33cm的的木板架架在离地地30ccm的高高度,下下面设有有排水沟沟和循环环通风道道,可以以使多余余的水分分或霉气气能及时时排出,雾雾化喷水水口的高高度设置置为2mm,为了了保证顶顶部不会会聚集雾雾化的水水分,车车间顶部部设计为为1200的人字字形,人人字形顶顶部距喷喷雾口11m,则则车间的的总高度度为3mm,车间间墙体11.5mm以下需需贴有瓷瓷砖,达达到卫生生标准;1.22m以上上用钢化化玻璃封封闭;地地面四周周装有排排水沟,以以便排水水需要。车车间地面面铺有地地板砖;在地板板转上铺铺设横梁梁支架,搭搭建3ccm厚的的木板使使普洱茶茶发酵离离地,离离地高度度约在330c
13、mm;墙壁壁装有进进、排风风机(车车间底部部装有进进风机,顶顶部装有有排风机机),以以达到良良好的对对流通风风效果,车车间顶部部采用人人字形不不锈钢顶顶结构且且装有一一定数量量紫外灯灯,起到到杀菌的的作用。220099.7月月完成了了车间的的建设并并进行了了现场发发酵。图2-11 发发酵车间间内外结结构图片片2.2普普洱茶发发酵自动动控制车车间布线线图在普洱茶茶发酵控控制专用用设备控控制的发发酵车间间里有四四路控制制回路,其其中加温温控制回回路中有有加热设设备六台台,每台台小型加加热设备备的功率率是3千千瓦,六六台加热热设备的的加热功功率为118千瓦瓦,普洱洱茶发酵酵控制专专用设备备加热控控制
14、回路路选择了了32AA的热继继电器,总总控制回回路选择择了1225A的的熔断器器 。因为发酵酵车间的的发酵容容量设计计比实际际生产的的要大,本本论文在在普洱茶茶发酵控控制专用用设备控控制的发发酵车间间中每一一边设计计了六个个供电点点,加温温设备可可以根据据发酵的的实际茶茶叶量(茶茶叶发酵酵堆高有有浮动空空间,决决定了每每次即使使发酵茶茶叶数量量一样,实实际渥堆堆的面积积却不一一样)自自由调整整到离茶茶叶发酵酵茶堆比比较近的的位置,增增加加温温效果。加加湿控制制回路,杀杀菌控制制回路及及排风控控制回路路的电气气布线如如下图22-2所所示;为后期的的维护与与检修提提供了方方便,本本论文根根据普洱洱
15、茶发酵酵的生产产现场情情况,设设计了强强电线路路的线号号,所有有导线均均套号码码管,插插座火线线号码依依次为 1011,1002,1103.1112,风扇火火线号码码均为 1311,紫外外灯火线线号码均均为 1141,所有零零线号码码均为 0,所所有地线线号码均均为1;所有插插座火线线均独立立取自控控制柜,所有插插座零线线共用,所有插插座地线线共用;所有插插座导线线均采用用4mmm铜线,其它所所用导线线均采用用2.55mm铜线。2.3 普洱洱茶发酵酵自动控控制车间间功能设设计及技技术路线线普洱茶优化车间设计精确潮水PH值检测外温湿度堆内温湿度杀菌装置加湿装置排风装置加温装置配置完善主控设备PL
16、C传感器数据记录数据传输数据分析数据处理数据采集HIM实时显示优质普洱茶品质形成控制参数控制过程可视化含水率检测图2-3 普洱洱茶自动动控制车车间设计计技术路路线图3 普普洱茶发发酵主控控系统设设计与开开发(专专利号:CN220144648887UU)普洱茶发发酵数据据传输采采用PLLC主控控设备和和计算机机处理系系统结合合设计研研制,在在普洱茶茶发酵过过程中,利利用现代代检测及及控制技技术、相相关仪器器设备,对对清洁化化车间及及箱体内内普洱茶茶发酵变变化过程程时时监监控,采采集数据据传输给给PLCC主控设设备和计计算机处处理系统统,由计计算机进进行处理理,实现现普洱茶茶发酵的的数字化化控制。
17、主主要由PPLC主主控设备备、传感感器(温温湿度传传感器)、变变送器、计计算机处处理系统统 (人人机界面面显示)、智智能化加加温和加加湿设备备等构成成,如图图所示。3-1PPLC控控制主控控设备外外形图3-2PPLC控控制主控控设备安安装图4 自自动控制制发酵车车间的现现场发酵酵调试PLC、传传感器部部分可监监测车间间环境温温度、车车间环境境湿度、茶茶叶温度度和茶叶叶含水率率。考虑虑调节设设备会使使得环境境的温湿湿度不均均匀,则则车间温温湿度各各取四个个采集点点,分置置于车间间四角,茶茶堆在发发酵过程程中,由由于微生生物的作作用,会会使得茶茶堆内层层和表层层的温度度的不一一致,由由于表层层在排
18、风风蒸发过过程中其其水分损损失较大大,在加加湿过程程中,表表层又得得水较多多,故在在茶堆内内温度和和含水率率传感器器分上中中下三层层分层放放置,车车间环境境温度、湿湿传感器器分别布布置在渥渥堆茶叶叶上方,均均匀分在在布四周周及中间间,距离离渥堆茶茶叶表面面大约11米左右右。加热热设备放放置于过过道两侧侧。4-1清清洁化自自动控制制车间发发酵现场场图5 自动雾化化加湿对对品质形形成的影影响及分分析5.1 雾化化加湿及及自动控控制自动雾化化加湿是是普洱茶茶发酵过过程中影影响品质质形成的的一个重重要环节节。根据据发酵流流程,茶茶叶经过过25%-300%的潮潮水搅拌拌均匀后后渥堆发酵酵。在445天的的
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