茶葉是中國重要的經(jīng)濟(jì)作物和頗具優(yōu)勢的出口創(chuàng)匯農(nóng)產(chǎn)品。在茶葉的生產(chǎn)加工過程中，干燥是制造各類茶必不可少的工序，對茶葉品質(zhì)的優(yōu)劣關(guān)系很大。干燥過程既能蒸發(fā)茶葉中過多的水分，防止霉變；又能促使茶葉內(nèi)含物質(zhì)的變化，發(fā)展茶葉的香氣。
    國內(nèi)生產(chǎn)的茶葉干燥機(jī)械仍普遍采用人工監(jiān)控，即憑經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y茶葉干燥前和干燥后的含水量來人工調(diào)整干燥溫度或干燥速度，不但干燥生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且很難達(dá)到理想的干燥效果。因此，盡快提高茶葉干燥機(jī)械的自動(dòng)化控制水平，采用自動(dòng)監(jiān)測和自動(dòng)控制系統(tǒng)，對我國茶葉生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1、控制系統(tǒng)基本模型
    干燥機(jī)械的自動(dòng)控制，就是在傳統(tǒng)于燥機(jī)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)微機(jī)對茶葉的整個(gè)干燥過程進(jìn)行全程自動(dòng)監(jiān)控�？刂瓢�括兩個(gè)方面的內(nèi)容：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制和干燥機(jī)自我控制。
1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制  由于鮮葉的嫩度不相同，在經(jīng)過殺青、揉捻等工序后，茶葉的含水量各不相同，但干燥后的茶葉含水量一般應(yīng)控制在7%以下。根據(jù)這一要求，茶葉干燥前，系統(tǒng)會(huì)檢測被干燥茶葉的初始含水量、干燥介質(zhì)的溫度和環(huán)境參數(shù)，再根據(jù)干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸條件，建立一個(gè)工作模型，通過調(diào)速電機(jī)控制喂料速度和干燥時(shí)間實(shí)現(xiàn)出料含水率的自動(dòng)控制；干燥后，由出茶口排出茶葉的溫度和含水量檢測信息又可反饋至系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)接收送來的檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)建立的控制模型推算出合理的轉(zhuǎn)速，并輸出控制指令信號給調(diào)速器，使調(diào)速機(jī)在最優(yōu)轉(zhuǎn)速下工作，達(dá)到控制水分的目的。這種“前饋+反饋+自適應(yīng)”的工作模式既保證了干燥質(zhì)量，也提高了干燥效率。其控制模型框如圖1所示，富通新能源生產(chǎn)銷售木屑烘干機(jī)、木屑顆粒機(jī)等鋸末木屑烘干、生物質(zhì)燃料成型等機(jī)械設(shè)備。
1.2干燥機(jī)自我控制干燥機(jī)本身的自我控制是根據(jù)茶葉烘干的溫度要求，將干燥介質(zhì)的溫度控制在設(shè)定溫度上。茶葉干燥機(jī)械根據(jù)傳熱介質(zhì)和熱源的不同，可分為烘干機(jī)和炒于機(jī)兩大類。烘干機(jī)是利用氣流作為傳熱介質(zhì)或直接利用熱輻射進(jìn)行干燥作業(yè)，目前使用最多的是箱體式烘干機(jī)；而炒干機(jī)是利用金屬作為傳熱介質(zhì)，茶葉與高溫的金屬壁接觸（金屬筒壁的溫度須控制在160℃—180℃左右），吸收其熱量而干燥水分，目前使用最多的是滾筒式炒干機(jī)。以箱體式烘干機(jī)為例，它以氣流作為傳熱介質(zhì)，熱風(fēng)的溫度應(yīng)保持在110℃—120℃之間才能達(dá)到好的干燥效果。所以熱風(fēng)溫度與熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)之間應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，當(dāng)熱風(fēng)溫度偏高或偏低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，且超溫停機(jī)，低溫啟動(dòng)。熱風(fēng)溫度控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2。
2、控制系統(tǒng)的組成
2.1硬件組成
    控制系統(tǒng)的硬件包含三部分：控制器、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。硬件組成如圖3所示。
    控制器包含微機(jī)系統(tǒng)、人機(jī)對話鍵盤、顯示屏以及溫度控制儀表和調(diào)速電機(jī)控制器。由于干燥機(jī)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高，所以控制系統(tǒng)采用上下位機(jī)結(jié)構(gòu)，上位機(jī)為IPC610工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，作為人機(jī)監(jiān)控界面、參數(shù)設(shè)定及數(shù)據(jù)存盤記錄等用途；下位機(jī)采用PLC可編程控制器，完成所有檢測與控制任務(wù)。兩者之間采用RS485/RS422光隔離通訊接口。溫度控制儀表用來控制熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，使熱風(fēng)的溫度控制在設(shè)定范圍內(nèi)。調(diào)速電機(jī)控制器用來控制排料電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制出料含水率的目的。
    傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、流量傳感器等。溫度傳感器主要采用金屬熱電阻，用于探測干燥介質(zhì)的溫度和出口處茶葉的溫度。由于鉑電阻具有測量精度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，故采用鉑電阻Pt100作為溫度傳感器；濕度傳感器（水分傳感器）主要采用電容式水分測量儀，用來測定烘前及烘后茶葉的含水量。電容式水分傳感器能將被測物理量水分的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，它的穩(wěn)定性和可靠性較好，測量精度也較高。流量傳感器用來記錄出茶量，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。
    執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括數(shù)據(jù)通訊模塊、調(diào)速電機(jī)及報(bào)警裝置等等。由于控制系統(tǒng)發(fā)出的指令都是數(shù)字量，而檢測到的數(shù)據(jù)大多為模擬量，兩者之間要進(jìn)行信息交換，就必須實(shí)現(xiàn)數(shù)字量與模擬量的相互轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)通訊模塊中包括A/D(D/A)轉(zhuǎn)換器，它能將離散的數(shù)字信號與模擬設(shè)備中連續(xù)變化的模擬信號建立適配關(guān)系，以便于計(jì)算機(jī)執(zhí)行控制與測試任務(wù)。調(diào)速電機(jī)能接收調(diào)速電機(jī)控制器發(fā)來的信號對轉(zhuǎn)速進(jìn)行寬范圍的無極調(diào)速。報(bào)警裝置主要用于當(dāng)熱風(fēng)溫度偏高或偏低時(shí)提醒人們注意。
2.2控制系統(tǒng)的軟件
    控制系統(tǒng)的軟件主要有：溫度的采集與處理模塊、含水量的采集與處理模塊、控制模型計(jì)算與輸出模塊、故障處理與報(bào)警模塊以及鍵盤、顯示管理模塊等等。軟件系統(tǒng)上位機(jī)采用工業(yè)控制系統(tǒng)軟件——組態(tài)王5.1及VB6.0為開發(fā)工具，測控模型采用Matlab與VB嵌入式編程技術(shù)；下位機(jī)采用控制器專用軟件開發(fā)。軟件系統(tǒng)擁有干燥后水分動(dòng)態(tài)校正、干燥前水分補(bǔ)償以及控制參數(shù)自動(dòng)，半自動(dòng)優(yōu)化功能。軟件的系統(tǒng)框圖如圖4。
結(jié)束語
    通過引進(jìn)微機(jī)對茶葉干燥過程進(jìn)行自動(dòng)控制，提高了干燥的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了茶葉含水量的自動(dòng)控制，建立了一套準(zhǔn)確度較高、適用性好、可操作性強(qiáng)的、適用于生產(chǎn)實(shí)際的干燥機(jī)控制模型，為提高我國茶葉干燥設(shè)備的自動(dòng)化水平奠定了良好的基礎(chǔ)。