導(dǎo)語：兩化融合在茶葉初制加工生產(chǎn)線的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：以紅茶初制加工為例，對(duì)茶葉初制加工生產(chǎn)線中信息化與工業(yè)化的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，探究紅茶加工中3道復(fù)雜工序的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，基于信息化技術(shù)開發(fā)了對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)工序有效管控的茶葉加工控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了紅茶加工全程監(jiān)控、在線分析和遠(yuǎn)程指導(dǎo)等功能。與傳統(tǒng)高密度人員投入的茶葉單機(jī)生產(chǎn)加工模式比較，茶葉初制加工生產(chǎn)線有效改善了加工操作的便捷性，提高了自動(dòng)化控制水平；顯著減少了加工過程勞動(dòng)力投入，產(chǎn)品加工工藝的可重復(fù)性高，衛(wèi)生、品質(zhì)更加可靠；對(duì)推進(jìn)茶業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)茶業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：紅茶；信息化；工業(yè)化；茶葉加工

1紅茶初制加工生產(chǎn)線

結(jié)合傳統(tǒng)紅茶加工工藝，應(yīng)用現(xiàn)代工業(yè)化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化技術(shù)集成設(shè)計(jì)紅茶初制加工生產(chǎn)線[8]，如圖1所示。紅茶加工生產(chǎn)線包括萎凋、初揉、解塊、復(fù)揉、解塊、發(fā)酵、初烘、冷卻緩蘇、復(fù)烘和冷卻回軟10道標(biāo)準(zhǔn)紅茶初制加工工序。其中，萎凋、揉捻、發(fā)酵和烘干是紅茶加工中的關(guān)鍵工序，萎凋工序需要精準(zhǔn)控制萎凋環(huán)境溫濕度和茶葉含水率；揉捻工序除需要控制分配系統(tǒng)外，還需精準(zhǔn)控制揉捻壓力、揉捻速度和揉捻時(shí)間；發(fā)酵工序需要精準(zhǔn)控制發(fā)酵微環(huán)境的溫濕度和含氧量；烘干工序需要精準(zhǔn)控制烘干溫度和料層厚度。綜上，所有控制參數(shù)和加工設(shè)備均由信息化控制系統(tǒng)進(jìn)行管控，形成一鍵式操作的高度自動(dòng)化和智能化的紅茶初制加工生產(chǎn)線。

2與傳統(tǒng)紅茶初制加工比較分析

目前，國(guó)內(nèi)制茶大多數(shù)沿用各地傳統(tǒng)工藝方式，工藝流程過于簡(jiǎn)單[1]，各加工工序標(biāo)準(zhǔn)尚未明確，各地區(qū)茶葉加工工藝存在差別，甚至同一地方不同企業(yè)的加工工藝都不盡相同。茶葉加工工藝的不確定性是導(dǎo)致茶葉機(jī)械化加工水平低、品質(zhì)較難控制的重要原因，因此，亟需對(duì)茶葉初制加工中影響各工序的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行研究。2.1紅茶揉捻工序比較紅茶揉捻的目的在于適當(dāng)破壞殺青后茶葉的組織，促使茶葉的內(nèi)含物均勻滲透在茶葉表面，同時(shí)使茶葉以主葉脈為軸心形成條形。傳統(tǒng)茶葉揉捻以手揉為主，即雙手握茶，在竹盤內(nèi)先輕后重，前后左右滾揉，制茶人大致觀察茶葉成型狀態(tài)后松壓、解團(tuán)。近年來，模擬手工揉捻的手動(dòng)喂料式單機(jī)設(shè)備（如圖2a）逐漸盛行，大大提高了作業(yè)效率，但是手動(dòng)喂料設(shè)備中人為因素影響依然存在，且衛(wèi)生條件不符合生產(chǎn)要求，揉捻工藝的可重復(fù)性較差。總結(jié)單機(jī)設(shè)備手動(dòng)喂料的不足之處，自動(dòng)喂料揉捻機(jī)組（如圖2b）需要嚴(yán)格控制不同批次加入茶葉質(zhì)量、揉捻時(shí)間和揉捻速度，如果速度慢，將影響加工效率，如果速度太快，則茶葉揉捻效果差且容易破壞茶葉。由此可知，自動(dòng)喂料揉捻機(jī)組有效減少了勞動(dòng)力投入、消除了人為因素對(duì)揉捻品質(zhì)的影響、揉捻工序的可重復(fù)性增大。2.2紅茶發(fā)酵工序比較紅茶是一種全發(fā)酵茶，發(fā)酵是指茶葉在空氣中氧化，發(fā)酵作用使得茶葉中的茶多酚和單寧酸減少，產(chǎn)生了茶黃素、茶紅素等新的成分和醇類、醛類、酮類、酯類等芳香物質(zhì)，最終形成紅茶特有的色澤和滋味。茶葉發(fā)酵條件因產(chǎn)品而異，如安化黑茶需要適宜的發(fā)酵溫度（28~30℃）、濕度（65%~75%RH）,發(fā)酵時(shí)間約為3~4d[9]；紅茶發(fā)酵需要適宜的溫度（25~30℃）、濕度（90%~95%RH）和通風(fēng)條件，發(fā)酵時(shí)間約2~4h。傳統(tǒng)竹盤攤放式發(fā)酵（如圖3a），其竹盤上方遮蓋濕布的主要作用是防止水分快速散失，當(dāng)氣候較為干燥時(shí)，需人為噴水加濕保持遮布表面濕度；當(dāng)遇上雨水天氣時(shí)，需揭開遮布，增強(qiáng)空氣流通防止霉變。因此，傳統(tǒng)紅茶發(fā)酵不可控制因素較多，較難保證紅茶的發(fā)酵品質(zhì)。采用多層立體往復(fù)式堆疊控溫控濕設(shè)備的發(fā)酵工序（如圖3b），可以精準(zhǔn)控制紅茶發(fā)酵過程的環(huán)境條件，有效減輕制茶師傅工作負(fù)擔(dān)，在恒定環(huán)境下發(fā)酵較好地保證了不同批次茶葉發(fā)酵品質(zhì)的均一性，且茶葉發(fā)酵的衛(wèi)生條件得到明顯改善。2.3紅茶烘烤工序比較紅茶發(fā)酵過后需在熱風(fēng)下迅速烘干，烘干的目的在于快速去除多余水分，利于之后包裝保存。紅茶發(fā)酵溫度為25~30℃，而干燥溫度為90~120℃，發(fā)酵過后采用高溫迅速烘干，減少濕熱作用下過度的酶促氧化，保障發(fā)酵紅茶的品質(zhì)。紅茶烘干溫度不宜超過120℃，溫度過高會(huì)導(dǎo)致表層茶葉碳焦化。為提高干燥速率，可適當(dāng)提高風(fēng)量，但由于紅茶烘干主要采用外排去濕模式，風(fēng)量過大將導(dǎo)致熱量過度浪費(fèi)，且風(fēng)量大小與茶葉攤層厚度呈正相關(guān)關(guān)系。傳統(tǒng)紅茶烘烤方式（如圖4a），遵循“毛火薄攤，足火厚攤”“嫩葉薄攤，老葉厚攤”“碎葉薄攤，條狀葉厚攤”原則。主要通過人工控制火候大小，在整個(gè)烘烤過程中，制茶師傅需多次拉出裝茶竹盤觀察茶葉烘干狀況，手動(dòng)翻動(dòng)茶葉層。烘烤茶葉品質(zhì)主要依賴制茶師傅的操作，較難保證各竹盤茶葉烘烤品質(zhì)的均一性。采用現(xiàn)代翻板式自動(dòng)茶葉烘干機(jī)（如圖4b），可精準(zhǔn)控制整個(gè)茶葉烘干過程溫度、風(fēng)量，茶葉發(fā)酵完成后銜接干燥環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)入翻板烘干機(jī)中干燥，烘烤茶葉無需人工轉(zhuǎn)移鋪盤，制茶師傅只需明確紅茶烘干風(fēng)量、攤層厚度、干燥時(shí)間等烘干的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)烘干過程的自動(dòng)化。

3信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)總體框架。信息化系統(tǒng)的總體框架如圖5所示。根據(jù)紅茶加工工序，生產(chǎn)線分為萎凋機(jī)組、初揉機(jī)組、復(fù)揉機(jī)組、發(fā)酵機(jī)組和干燥機(jī)組5個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制單元。每個(gè)控制單元由PLC控制相關(guān)加工設(shè)備的運(yùn)作，如萎凋機(jī)、揉捻機(jī)、發(fā)酵機(jī)、干燥機(jī)和輸送機(jī)等，并對(duì)萎凋溫濕度、茶葉含水率、揉捻壓力、揉捻速度、發(fā)酵溫濕度、含氧量和干燥溫度等相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。PLC與觸摸屏人機(jī)界面之間通過RS485總線進(jìn)行通信，現(xiàn)場(chǎng)操作員可對(duì)加工參數(shù)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線中各控制單元的協(xié)同工作，控制單元的PLC之間也使用RS485總線進(jìn)行通信，形成一個(gè)整體控制系統(tǒng)[10]。利用人機(jī)界面內(nèi)置的以太網(wǎng)通信模塊，組建成信息化互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。各個(gè)控制單元采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)上傳至服務(wù)器，服務(wù)器完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、報(bào)表生成和狀態(tài)顯示等功能，并配套視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，完善對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全監(jiān)控。用戶通過信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)整條生產(chǎn)線的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)狀況。3.2數(shù)據(jù)檢測(cè)與傳輸。生產(chǎn)線各控制單元中加工設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)由相應(yīng)的傳感器進(jìn)行檢測(cè)，變送器負(fù)責(zé)將傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，由A/D轉(zhuǎn)換模塊將標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，PLC采集并處理全部生產(chǎn)數(shù)據(jù)，最后通過人機(jī)界面利用互聯(lián)網(wǎng)上傳至服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)檢測(cè)與傳輸過程如圖6所示。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的要求選擇合適的傳感器，如溫濕度傳感器、光電傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器、水分傳感器和氣體濃度傳感器等。變送器負(fù)責(zé)將傳感器測(cè)量的變量進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào)。為提高測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力和傳輸距離，系統(tǒng)均采用4~20mA電流作為變送器的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。同時(shí)，0mA電流作為測(cè)量電路的故障指示信號(hào)。各路變送器輸出的模擬信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由PLC控制器統(tǒng)一采集并處理。PLC與人機(jī)之間通過RS485總線進(jìn)行通信，系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)100系列人機(jī)觸摸屏內(nèi)嵌以太網(wǎng)通信模塊，PLC采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過組建的信息化網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器，也可通過采用內(nèi)嵌以太網(wǎng)通信模塊的PLC，或采用外置以太網(wǎng)通信模塊等方式組建信息化網(wǎng)絡(luò)。3.3數(shù)據(jù)分析與處理。服務(wù)器通過信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接收各控制單元的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀態(tài)等信息，并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)采用的臺(tái)達(dá)100系列人機(jī)觸摸屏內(nèi)嵌VNCServer，即虛擬網(wǎng)絡(luò)計(jì)算（控制）服務(wù)器，通過打開VNCServer端口，遠(yuǎn)程用戶端只需要使用計(jì)算機(jī)或手機(jī)安裝VNCViewer軟件，連接互聯(lián)網(wǎng)后即可對(duì)生產(chǎn)線的各控制單元進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作。遠(yuǎn)程用戶端可以使用WEB方式，只需在已內(nèi)嵌JAVA的WEB瀏覽器中輸入控制單元對(duì)應(yīng)的IP地址，亦可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作。系統(tǒng)通過設(shè)定不同操作權(quán)限級(jí)別的用戶，對(duì)遠(yuǎn)程用戶的操作權(quán)限進(jìn)行管理。圖7為生產(chǎn)線中揉捻機(jī)組控制單元的監(jiān)控主畫面，系統(tǒng)顯示了各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及揉捻壓力、揉捻速度和揉捻時(shí)間等數(shù)據(jù)，用戶可實(shí)時(shí)對(duì)揉捻工藝進(jìn)行調(diào)整（圖8）。系統(tǒng)自動(dòng)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)并生成報(bào)表，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)變化曲線，用戶可手工查詢報(bào)表數(shù)據(jù)（圖9），數(shù)據(jù)報(bào)表可以CSV文檔形式導(dǎo)出。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)彈出報(bào)警提示畫面，并生成歷史報(bào)警表和報(bào)警頻次表。如圖10所示，在人機(jī)界面中設(shè)置需要實(shí)時(shí)監(jiān)控的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表，用戶即可通過WEB瀏覽器登入RemoteMonitoring系統(tǒng)查看相關(guān)信息?；贒OPeServer軟件系統(tǒng)，服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)接收到生產(chǎn)線各控制單元的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中。服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并建立制茶專家系統(tǒng)。制茶專家系統(tǒng)對(duì)獲取的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估與判斷后，輸出相應(yīng)的加工工藝調(diào)整指令，生成的控制信息經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)反饋至相關(guān)的控制單元，完成對(duì)制茶設(shè)備的精準(zhǔn)控制。3.4建立生產(chǎn)指揮中心。茶葉加工企業(yè)利用信息化系統(tǒng)可建立集設(shè)備管控、生產(chǎn)調(diào)度、視頻監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)展示等功能于一體的生產(chǎn)指揮中心，從而實(shí)現(xiàn)在線分析、遠(yuǎn)程診斷及應(yīng)急指揮等功能。使生產(chǎn)管理方式由傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)管理向遠(yuǎn)程協(xié)同管理轉(zhuǎn)變，可顯著提高工作效率，降低設(shè)備故障率，提高突發(fā)事故解決速度，優(yōu)化生產(chǎn)管理協(xié)同效率，保障生產(chǎn)管理系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。

4結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的信息化系統(tǒng)已在廣東省內(nèi)10多條茶葉初制加工生產(chǎn)線進(jìn)行了示范應(yīng)用，涉及加工的茶類有紅茶、綠茶和烏龍茶，如英德的英九紅茶、樂昌沿溪山綠茶、潮州巖茶等。通過信息化與工業(yè)化的深度融合，使茶葉加工過程更清潔化、連續(xù)化、智能化，全面提升茶葉加工生產(chǎn)效率，如揉捻加工工序時(shí)間、揉捻力度可參數(shù)化設(shè)置，烘烤工序溫度能在80~100℃之間精準(zhǔn)調(diào)節(jié)控制。應(yīng)用該系統(tǒng)的茶企管理者可以通過云平臺(tái)對(duì)設(shè)備參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)隨地掌控茶葉產(chǎn)品加工工序的各個(gè)環(huán)節(jié)。由此可見，以兩化融合技術(shù)助力茶葉加工提質(zhì)增效已初見成效，較好地推動(dòng)了茶葉產(chǎn)業(yè)由傳統(tǒng)廉價(jià)人力加工型向現(xiàn)代高效高質(zhì)智能化連續(xù)生產(chǎn)加工型轉(zhuǎn)化，對(duì)提升我國(guó)茶產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

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作者:李浩權(quán) 黃隆勝 胡光華 龍成樹 吳耀森 單位:廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所