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茶叶干燥机械自动控制系统的研究
发布时间：2013-09-05 07:49 来源：未知
茶叶是中国重要的经济作物和颇具优势的出口创汇农产品。在茶叶的生产加工过程中，干燥是制造各类茶必不可少的工序，对茶叶品质的优劣关系很大。干燥过程既能蒸发茶叶中过多的水分，防止霉变；又能促使茶叶内含物质的变化，发展茶叶的香气。
国内生产的茶叶干燥机械仍普遍采用人工监控，即凭经验目测茶叶干燥前和干燥后的含水量来人工调整干燥温度或干燥速度，不但干燥生产率低，劳动强度大，而且很难达到理想的干燥效果。因此，尽快提高茶叶干燥机械的自动化控制水平，采用自动监测和自动控制系统，对我国茶叶生产具有重要的现实意义。
1、控制系统基本模型
干燥机械的自动控制，就是在传统于燥机的基础上，引进微机对茶叶的整个干燥过程进行全程自动监控�？刂瓢礁龇矫娴哪谌荩杭扑慊低晨刂坪透稍锘晕铱刂啤�
1.1计算机系统控制 由于鲜叶的嫩度不相同，在经过杀青、揉捻等工序后，茶叶的含水量各不相同，但干燥后的茶叶含水量一般应控制在7%以下。根据这一要求，茶叶干燥前，系统会检测被干燥茶叶的初始含水量、干燥介质的温度和环境参数，再根据干燥机的结构尺寸条件，建立一个工作模型，通过调速电机控制喂料速度和干燥时间实现出料含水率的自动控制；干燥后，由出茶口排出茶叶的温度和含水量检测信息又可反馈至系统，计算机接收送来的检测数据，根据建立的控制模型推算出合理的转速，并输出控制指令信号给调速器，使调速机在最优转速下工作，达到控制水分的目的。这种“前馈+反馈+自适应”的工作模式既保证了干燥质量，也提高了干燥效率。其控制模型框如图1所示，富通新能源生产销售木屑烘干机、木屑颗�；染饽┠拘己娓伞⑸镏嗜剂铣尚偷然瞪璞�。
1.2干燥机自我控制干燥机本身的自我控制是根据茶叶烘干的温度要求，将干燥介质的温度控制在设定温度上。茶叶干燥机械根据传热介质和热源的不同，可分为烘干机和炒于机两大类。烘干机是利用气流作为传热介质或直接利用热辐射进行干燥作业，目前使用最多的是箱体式烘干机；而炒干机是利用金属作为传热介质，茶叶与高温的金属壁接触（金属筒壁的温度须控制在160℃—180℃左右），吸收其热量而干燥水分，目前使用最多的是滚筒式炒干机。以箱体式烘干机为例，它以气流作为传热介质，热风的温度应保持在110℃—120℃之间才能达到好的干燥效果。所以热风温度与热风炉鼓风机之间应实现自动控制，当热风温度偏高或偏低时，系统会发出警报，且超温�；�，低温启动。热风温度控制结构框图如图2。
2、控制系统的组成
2.1硬件组成
控制系统的硬件包含三部分：控制器、传感器和执行机构。硬件组成如图3所示。
控制器包含微机系统、人机对话键盘、显示屏以及温度控制仪表和调速电机控制器。由于干燥机对系统的稳定性要求较高，所以控制系统采用上下位机结构，上位机为IPC610工业控制计算机，作为人机监控界面、参数设定及数据存盘记录等用途；下位机采用PLC可编程控制器，完成所有检测与控制任务。两者之间采用RS485/RS422光隔离通讯接口。温度控制仪表用来控制热风炉鼓风机的启动和停止，使热风的温度控制在设定范围内。调速电机控制器用来控制排料电机的转速，从而达到控制出料含水率的目的。
传感器包括温度传感器、湿度传感器、流量传感器等。温度传感器主要采用金属热电阻，用于探测干燥介质的温度和出口处茶叶的温度。由于铂电阻具有测量精度高，稳定性好等优点，故采用铂电阻Pt100作为温度传感器；湿度传感器（水分传感器）主要采用电容式水分测量仪，用来测定烘前及烘后茶叶的含水量。电容式水分传感器能将被测物理量水分的变化转换为电容量的变化，它的稳定性和可靠性较好，测量精度也较高。流量传感器用来记录出茶量，统计产量。
执行机构包括数据通讯模块、调速电机及报警装置等等。由于控制系统发出的指令都是数字量，而检测到的数据大多为模拟量，两者之间要进行信息交换，就必须实现数字量与模拟量的相互转换。数据通讯�？橹邪ˋ/D(D/A)转换器，它能将离散的数字信号与模拟设备中连续变化的模拟信号建立适配关系，以便于计算机执行控制与测试任务。调速电机能接收调速电机控制器发来的信号对转速进行宽范围的无极调速。报警装置主要用于当热风温度偏高或偏低时提醒人们注意。
2.2控制系统的软件
控制系统的软件主要有：温度的采集与处理�？�、含水量的采集与处理�？椤⒖刂颇Ｐ图扑阌胧涑瞿？�、故障处理与报警�？橐约凹獭⑾允竟芾砟？榈鹊�。软件系统上位机采用工业控制系统软件——组态王5.1及VB6.0为开发工具，测控模型采用Matlab与VB嵌入式编程技术；下位机采用控制器专用软件开发。软件系统拥有干燥后水分动态校正、干燥前水分补偿以及控制参数自动，半自动优化功能。软件的系统框图如图4。
结束语
通过引进微机对茶叶干燥过程进行自动控制，提高了干燥的生产效率，实现了茶叶含水量的自动控制，建立了一套准确度较高、适用性好、可操作性强的、适用于生产实际的干燥机控制模型，为提高我国茶叶干燥设备的自动化水平奠定了良好的基础。
