CN110794901A - 热辐射式茶叶杀青机控制系统 - Google Patents

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宋志禹
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梅松
丁文芹
韩余
金月
赵映
杨光
蒋青海
张健飞
王文明
占才学
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Abstract

本发明公开了一种热辐射式茶叶杀青机控制系统，包括温度采集模块、控制器、功率调节模块和第一变频器；茶叶杀青机的箱体内部设置有传动带、传送电机和发热元件，传动电机驱动传动带运动；温度采集模块测量茶叶杀青机内部温度数据t并传递至控制器；控制器将温度数据t与温度标准值t标进行比对：如果t标‑t≥t设，t设为温度设定差值，则控制器通过第一变频器降低传送电机的转速，增加茶鲜叶在箱体内的停留时间，提高杀青效果。本发明的热辐射式茶叶杀青机控制系统监控传送带处的温度并根据测量结果实时调节传送带的速度，达到调节茶叶杀青温度的目的，相比于传统调节发热元件的调节方式具有更快的响应速度，提高了茶叶杀青机的温度调节效果。

Description

热辐射式茶叶杀青机控制系统
技术领域
本发明涉及农业机械领域，尤其涉及一种热辐射式茶叶杀青机的控制系统。
背景技术
茶叶杀青是绿茶、黄茶、乌龙茶等多类茶叶的加工工序之一，主要是利用高温蒸发鲜叶中的水分，使得茶叶变软、便于揉捻成型，促进茶叶香气的形成。在当年，多数茶叶生产企业使用杀青机制茶，其中一种常用的杀青机为热辐射式杀青机，主要包括传送带和箱体，箱体内部设置有发热元件(例如加热管)，传送带输送新鲜茶叶从箱体内穿过，新鲜茶叶在箱体内的高温环境中实现杀青。
茶叶杀青的关键之一在于温度，例如一芽一叶型无露水茶鲜叶应在150℃左右的环境中杀青；但是茶鲜叶本身的初始含水率不均匀，茶叶蒸发出的水汽在箱体的流动情况也比较复杂，这些情况容易导致箱体内的温度不均匀或者不稳定。现有技术中应对这一缺陷的方法是进行温度调控，具体做法的是使用传感器测量箱体内的温度，然后对应调整加热管的功率。这种做法的缺点是响应慢，从增加和减少加热管功率到箱体内温度实际发生改变具有较长的时间差，进而导致同一批茶叶杀青后仍然出现部分茶叶杀青效果不理想，产生了水闷气现象、红梗红叶现象等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新型的热辐射式茶叶杀青机控制系统，克服传统杀青机温度控制响应速度较慢的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种热辐射式茶叶杀青机控制系统，包括温度采集模块、控制器、功率调节模块和第一变频器；
茶叶杀青机的箱体内部设置有传动带、传送电机和发热元件，传动电机驱动传动带运动；为了更好的调节发热能力，发热元件可以采用远红外热辐射发生器，传送带用于输送茶鲜叶穿过杀青机的箱体；
温度采集模块测量茶叶杀青机内部温度数据t并传递至控制器；
控制器将温度数据t与温度标准值t标进行比对：
如果t标-t≥t设，t设为温度设定差值，则意味着茶叶杀青温度过低(这种情况多数都是由茶鲜叶含水率增多引起)，此时控制器通过第一变频器降低传送电机的转速，增加茶鲜叶在箱体内的停留时间，提高杀青效果；如果t标-t≥t设的温差状态持续时间超过时间设定值s1，则意味着单纯降低传送带的速度依然难以达到所需要的杀青温度，此时控制器通过功率调节模块提高发热元件的发热功率。
进一步的，所述茶叶杀青机的箱体内的传送带为多段式结构，每一段传送带由独立的传送电机驱动；一般情况下传送带采用三段式结构，包括初段传动带、中段传送带和末段传送带，中段传送带的温度最高、初段传送带的温度次之、末段传送带的温度最低；
温度采集模块测量每一段传动带处的温度数据t并传递至控制器；
控制器将每一段传动带处的温度数据t与对应的温度标准值t标进行比对：
如果t标-t≥t设，t设为温度设定差值，则控制器通过第一变频器降低对应的传送电机的转速；如果t标-t≥t设的温差状态持续时间超过时间设定值s1，则控制器通过功率调节模块提高对应的发热元件的发热功率；这种多段式传送带的温度调节方式是每一段单独进行。
进一步的，热辐射式茶叶杀青机控制系统还包括湿度采集模块和第二变频器；
湿度采集模块测量每一段传动带处的湿度数据h并传递至控制器；
控制器将每一段传动带处的湿度数据h与对应的湿度标准值h1和湿度标准值h2进行比对：
如果h≥h1或者h≥h2且持续时间超过时间设定值s2，控制器通过第二变频器提高茶叶杀青机除湿风机的转速。对于杀青机来说，箱体内的湿度对温度具有较大的影响，如果湿度超过一定的范围会造成前述的温度调节手段失效，为此本控制系统同时监控杀青机箱体内的湿度，避免湿度过大。
进一步的，热辐射式茶叶杀青机控制系统还包括显示器和交互设备，控制器将温度数据和湿度数据通过显示器予以显示(一般以温度曲线和湿度曲线的方式予以显示)，控制器通过交互设备获取用户输入的温度标准值、湿度标准值和时间设定值。
进一步的，所述控制器内安装PID控制程序，控制器通过PID控制程序控制功率调节模块、第一变频器和第二变频器。
进一步的，所述第一变频器和第二变频器均为PWM型变频器。
进一步的，所述控制器将每一段传动带处的温度数据t与对应的温度标准值t标进行比对：
如果t-t标≥t设，t设为温度设定差值，则意味着该传送带处的温度过高，此时控制器通过第一变频器提高对应的传送电机的转速，增加传送带的速度；如果t-t标≥t设，的温差状态持续时间超过时间设定值s1，则控制器通过功率调节模块降低对应的发热元件的发热功率。
有益效果：(1)本发明的热辐射式茶叶杀青机控制系统监控传送带处的温度并根据测量结果实时调节传送带的速度，达到调节茶叶杀青温度的目的，相比于传统调节发热元件的调节方式具有更快的响应速度，提高了茶叶杀青机的温度调节效果。(2)本发明的热辐射式茶叶杀青机控制系统在利用传送带调节杀青温度效果不足的情况下进一步调节发热元件，双重手段相配合以提高杀青机的温度调节能力。(3)本发明的热辐射式茶叶杀青机控制系统将传送带分为多段式结构，对每一段传送带单独进行温度控制，将茶叶杀青流程精细化，提高茶叶杀青效果。(4)本发明的热辐射式茶叶杀青机控制系统对箱体内的湿度进行监控，自动控制除湿风机的功率避免箱体内的湿度过大影响温度调节，保障茶叶杀青机的稳定运行。
附图说明
图1是实施例1中茶叶杀青机传送带的结构示意图。
图2是实施例1热辐射式茶叶杀青机控制系统结构框图。
图3是实施例1热辐射式茶叶杀青机控制系统控制流程图。
图4是实施例1热辐射式茶叶杀青机控制系统控制原理图。
图5是实施例1热辐射式茶叶杀青机控制系统人机界面图。
图6是实施例1热辐射式茶叶杀青机控制系统参数界面图。
图7是实施例1中第一类茶叶杀青的温湿度曲线图。
图8是实施例1中第一类茶叶杀青的参数曲线图。
图9是实施例1中第二类茶叶杀青的温湿度曲线图。
图10是实施例1中第二类茶叶杀青的参数曲线图。
图11是实施例1中第三类茶叶杀青的温湿度曲线图。
图12是实施例1中第三类茶叶杀青的参数曲线图。
图13是实施例1中第四类茶叶杀青的温湿度曲线图。
图14是实施例1中第四类茶叶杀青的参数曲线图。
其中：1、初段传送带；2、中段传送带；3、末段传送带。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图2所示，本实施例的热辐射式茶叶杀青机控制系统，包括温度采集模块、湿度采集模块、控制器、功率调节模块、第一变频器、第二变频器和人机交互模块；
茶叶杀青机的箱体内部设置有传动带、传送电机、远红外热辐射发生器和除湿风机，传动电机驱动传动带运动；传送带用于输送茶鲜叶穿过杀青机的箱体；如图1所示，本实施例所应用的茶叶杀青机内的传送带为三段式结构，包括初段传动带1、中段传送带2和末段传送带3，针对每一段传送带设置独立的温度采集模块和湿度采集模块；其中，温度采集模块采用PT100热电阻作为温度传感器，湿度采集模块使用的湿度传感器型号为HTG3515CH；温度传感器和湿度传感器安装在图1中箭头所示位置；温度和湿度数据使用美国NI公司的USB-6008数据采集卡进行数据采集；
控制器采用STM32F103C8T6单片机，单片机内安装使用模糊PID算法的控制程序；控制器将接收到的来自温度传感器的温度数据温度数据t与温度标准值t标进行比对：
如果t标-t≥t设，t设为温度设定差值，则意味着茶叶杀青温度过低(这种情况多数都是由茶鲜叶含水率增多引起)，此时控制器通过第一变频器降低传送电机的转速，增加茶鲜叶在箱体内的停留时间，提高杀青效果；如果t标-t≥t设的温差状态持续时间超过时间设定值s1，则意味着单纯降低传送带的速度依然难以达到所需要的杀青温度，此时控制器通过功率调节模块提高远红外热辐射发生器的发热功率；
如果t-t标≥t设，t设为温度设定差值，则意味着该传送带处的温度过高，此时控制器通过第一变频器提高对应的传送电机的转速，增加传送带的速度；如果t-t标≥t设，的温差状态持续时间超过时间设定值s1，则控制器通过功率调节模块降低对应的远红外热辐射发生器的发热功率；
初段传送带、中段传送带和末段传送带的温度调节方式均按照上述程序过程进行，各自独立；
同时，控制器将接收到的来自湿度传感器的湿度数据h与对应的湿度标准值h1和湿度标准值h2进行比对：
如果h≥h1或者h≥h2且持续时间超过时间设定值s2，控制器通过第二变频器提高茶叶杀青机除湿风机的转速。对于杀青机来说，箱体内的湿度对温度具有较大的影响，如果湿度超过一定的范围会造成前述的温度调节手段失效，为此本控制系统同时监控杀青机箱体内的湿度，避免湿度过大。
控制器通过第一变频器、第二变频器和功率调节模块分别控制传送电机转速、除湿风机转速和远红外热辐射发生器功率，其中第一变频器和第二变频器均采用PWM型变频器。
人机交互模块包括显示屏、键盘和鼠标，人机交互模块用于输入各传送带的温度标准值、温度设定差值、时间设定值等参数。图5和图6为本实施例热辐射式茶叶杀青机控制系统参数输入和输出的界面图。
下面，本实施例给出控制系统应用于四类茶叶杀青时的具体应用结果；
一、所测定茶鲜叶为一芽一叶、无露水茶鲜叶；
初段、中段和末段的温度标准值t标分别为100℃、150℃、86℃；温度设定差值为3℃，时间设定值s1为3秒；
杀青机及控制系统的工作流程如图3所示，控制器的温度控制原理如图4所示。图7给出了三段传送带处的温度和湿度曲线图，图8给出了中段传送带处的温度、传送速度和远红外热辐射发生器加热电流的曲线图。分析图8可以看出，当中段传送带上的茶叶温度下降后控制系统立刻降低了传送带的速度并提高远红外热辐射发生器的功率，使得温度下降的过程在大约15秒之后得到遏制，随后温度迅速提升。
二、所测定茶鲜叶为一芽二叶、无露水茶鲜叶，含水率59-61％；
初段、中段和末段的温度标准值t标分别为104℃、154℃、91℃；温度设定差值为3℃，时间设定值s1为3秒；
图9给出了三段传送带处的温度和湿度曲线图，图10给出了中段传送带处的温度、传送速度和远红外热辐射发生器加热电流的曲线图。
三、所测定茶鲜叶机采混合、露水茶鲜叶，含水率58-64％；
初段、中段和末段的温度标准值t标分别为95℃、136℃、89℃；温度设定差值为3℃，时间设定值s1为3秒；
图11给出了三段传送带处的温度和湿度曲线图，图12给出了中段传送带处的温度、传送速度和远红外热辐射发生器加热电流的曲线图。
四、所测定茶鲜叶为机采混合、无露水茶鲜叶，含水率56-59％；
初段、中段和末段的温度标准值t标分别为105℃、152℃、79℃；温度设定差值为3℃，时间设定值s1为3秒；
图13给出了三段传送带处的温度和湿度曲线图，图14给出了中段传送带处的温度、传送速度和远红外热辐射发生器加热电流的曲线图。
对于本实施例的茶叶杀青机来说，中段传送带处的温度最高，是茶叶杀青的主要阶段，分析前述的四类茶叶杀青时的中段温度曲线可以看出，在本实施例的热辐射式茶叶杀青机控制系统的调节下，中段传送带上的茶叶温度在初期经历一次下降后即可整体保持平稳，低温持续时间在30秒左右，茶叶在整个杀青阶段的大多数时间处于设定的杀青温度中，保障了茶叶杀青效果。
虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种热辐射式茶叶杀青机控制系统，其特征在于：包括温度采集模块、控制器、功率调节模块和第一变频器；
茶叶杀青机的箱体内部设置有传动带、传送电机和发热元件，传动电机驱动传动带运动；
温度采集模块测量茶叶杀青机内部温度数据t并传递至控制器；
控制器将温度数据t与温度标准值t标进行比对：
如果t标-t≥t设，t设为温度设定差值，则控制器通过第一变频器降低传送电机的转速；如果t标-t≥t设的温差状态持续时间超过时间设定值s1，则控制器通过功率调节模块提高发热元件的发热功率。
2.根据权利要求1所述的热辐射式茶叶杀青机控制系统，其特征在于：所述茶叶杀青机的箱体内的传送带为多段式结构，每一段传送带由独立的传送电机驱动；
温度采集模块测量每一段传动带处的温度数据t并传递至控制器；
控制器将每一段传动带处的温度数据t与对应的温度标准值t标进行比对：
如果t标-t≥t设，t设为温度设定差值，则控制器通过第一变频器降低对应的传送电机的转速；如果t标-t≥t设的温差状态持续时间超过时间设定值s1，则控制器通过功率调节模块提高对应的发热元件的发热功率。
3.根据权利要求2所述的热辐射式茶叶杀青机控制系统，其特征在于：还包括湿度采集模块和第二变频器；
湿度采集模块测量每一段传动带处的湿度数据h并传递至控制器；
控制器将每一段传动带处的湿度数据h与对应的湿度标准值h1和湿度标准值h2进行比对：
如果h≥h1或者h≥h2且持续时间超过时间设定值s2，控制器通过第二变频器提高茶叶杀青机除湿风机的转速。
4.根据权利要求3所述的热辐射式茶叶杀青机控制系统，其特征在于：还包括显示器和交互设备，控制器将温度数据和湿度数据通过显示器予以显示，控制器通过交互设备获取用户输入的温度标准值、湿度标准值和时间设定值。
5.根据权利要求3所述的热辐射式茶叶杀青机控制系统，其特征在于：所述控制器内安装PID控制程序，控制器通过PID控制程序控制功率调节模块、第一变频器和第二变频器。
6.根据权利要求3所述的热辐射式茶叶杀青机控制系统，其特征在于：所述第一变频器和第二变频器均为PWM型变频器。
7.根据权利要求3所述的热辐射式茶叶杀青机控制系统，其特征在于：控制器将每一段传动带处的温度数据t与对应的温度标准值t标进行比对：
如果t-t标≥t设，t设为温度设定差值，则控制器通过第一变频器提高对应的传送电机的转速；如果t-t标≥t设，的温差状态持续时间超过时间设定值s1，则控制器通过功率调节模块降低对应的发热元件的发热功率。
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Inventor before: Xia Xianfei

Inventor before: Mei Song

Inventor before: Ding Wenqin

Inventor before: Han Yu

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Inventor before: Zhao Ying

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