基于PLC的全自动茶叶压饼机械的设计与试验

条形茶(红茶、绿茶)及保留了鲜叶自然形状的白茶产品，存在外形松散，包装、贮运成本高，携带不便等问题，并已成为制约产业发展的主要技术瓶颈之一。将茶叶压制成饼，是解决外形松散的有效途径。除漳平水仙[1]及花香型白茶饼[2]外，茶饼的压制一般是先将鲜叶制成干毛茶后，采用蒸汽蒸热，使含水率增加，条索变软，然后用模具将茶叶压制成饼块状[3-5]。目前采用的茶饼压制机械，主要模仿石模压制的原理，在饼块压制工序时利用液压机提供压力，其他工序如称茶、蒸茶、上料、出料等作业仍需人工操作，自动化程度低，产品质量不稳定，生产效率低，人工成本高[6]。因此，通过改进和完善茶叶压饼机械的现有结构，使机械能够同时完成压饼的所有工序，将对茶饼生产实现自动化具有巨大的推动作用。

综上所述，上述心脏超声检测技术在临床评价中都有着各自的优缺点。二尖瓣血流频谱（MVF）是临床上评价高血压患者早期左室舒张功能不全的重要技术手段；肺静脉血流频谱（PVF）能够特异性地反映左室的舒张性充盈；组织多普勒成像（TDI）可以有效地评价患者左室舒张功能的变化；声学定量技术（AQ）对因高血压疾病所导致的左室舒张功能减低的患者，可以提供早期诊断；彩色室壁运动（CK）可以对左室局部和整体收缩功能进行定量评价。因评价受操作者影响较小，操作可重复等优势使得声学定量技术（AQ）、彩色室壁运动（CK）得到更多医务工作者的认可，成为对左室舒张功能评价的多数选择。

PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，具有能耗量低、体积小、速度快、操作简单和控制精准等优点，已广泛应用于石油、化工、电力等行业[7-9]，将PLC自动控制技术应用于茶叶机械化、自动化生产中明显提高了茶叶加工的自动化水平，提高了茶叶品质，增加了企业效益[10-12]。为此，本文针对茶饼压制机械存在作业效率低，产品质量不稳定等问题，结合茶饼压制工艺要求，利用PLC技术的控制优点，设计出全自动茶叶压饼机械样机，并对机械运行效果进行了测试，以期为实现茶饼的自动化生产提供装备支持。

1 整机结构与工作原理

1.1 整机结构

整机组成主要结构包括上料提升机，蒸汽蒸热机构，压片机构和PLC控制系统。上料提升机由储料斗及提升机组成，蒸汽蒸热机构由蒸汽发生器和蒸汽烘箱组成，压片机构主要由进料斗、模具和液压机构组成。整机结构与实物如图1、2示。主要技术参数如表1。

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生物学科的社会责任是指基于生物学的认识参与个人与社会事务的讨论，作出合理的解释和判断，尝试解决生物科学在生产和生活中所遇到的问题.学生更应该关注社会生物学的议题，并且进行谈论与交流给出合理地解释，能够分辨出伪造的科学和迷信；像人们宣传健康的生活、保护环境等相关意识，在结合本地的资源进行科学实践，尝试解决生活中与生物学有关的问题.例如：通过学习生态系统，树立保护环境、爱护自然的意识，积极投身于环保事业中；通过学习艾滋病传播途径，将预防艾滋病的方法进行宣传；通过学习遗传变异的相关知识，积极宣传近亲不能结婚的理念.

图1 整机结构图 Fig.1 Structure of whole machine

图2 整机实物图 Fig.2 Physical picture of whole machine

1.2 工作原理及压制过程

2.6.3 安全控制 安全光栅：在图10示的操作位置左右两侧的液压机立柱上设有安全光栅，当有异物进入模具腔位置上、下冲头运动区域时，机器的所有运动部分将暂停，直到异物排出后，才继续运行。

1.2.2 茶饼压制的主要动作 茶饼压制过程的主要动作包括：上料、蒸热、进料、压制、出料(推出成品)、送成品，工艺动作分解如图3示。

2.3.2 进料动作 主要包括：①进料斗向右推进至模具腔上方位置(图7虚线位置)；②进料斗在模具腔上方作振荡运动，将茶叶加入到模具腔内，振荡幅度及振荡次数可根据加料情况调整；③加料完后，进料斗回复到初始位置，待压饼行程结束后，进行下一轮加料循环，并推出压好的茶饼。

(5)保压时间结束后，液压机上冲头上升，之后下冲头也上升，顶出压制好的茶饼，进料斗开始下一轮进料，同时将压好的茶饼推出。

(3)加料结束后，进料斗后退复位，液压机上冲头开始下压。

(4)液压机上冲头下压，到达设定压力值后，保压定型一段时间。

(2)进料斗推进到模具腔的上方后，液压机下冲头下降，空出模具腔，同时进料斗在模具腔上方作前后多次的振荡摆动，将茶叶均匀加料到模具腔中。

2 主要部件设计

2.1 上料提升机

党校作为锻造党员干部的主阵地和大熔炉，在实施生态文明建设这一国家战略中，要充分发挥自身独特优势，积极作为，为生态文明建设培养“三型”党员干部。

将转基因标准品（100%、10%、1%）和非转基因标准品以不同质量比充分混合，制备成100%，10%，1%，0.1%，0.05%，0.01%共 6个梯度百分比含量的转基因样品，按照1.3.1提取DNA。各取2.5 μL为DNA模板，分别进行RT-PCR和ddPCR反应，检测CaMV35s、NOS、Lectin基因。

表1 主要技术参数

Table 1 Primary technical parameters

序号技术参数参数值/型式1整机尺寸(长×宽×高)4.2 m×2.6 m×3.0 m3液压机油缸结构四柱式柱塞缸4油缸数量3个(2个主油缸用于压片,1个副油缸用于进料推料)5最大工作压力60吨6压力调节方式0～60吨压力任意调节7主油缸最大行程250 mm8分样定量模式模具腔体积定量9每分钟完成行程数4～610模具最大尺寸250 mm11蒸汽发生器功率电热式12kw12蒸汽烘箱(长×宽×高)220 cm×24 cm×29 cm13标配模具多腔模具,1模9片,直径45 mm圆形 14模具腔最大深度100 mm15主电机功率7.5 kw

图3 压片原理与动作过程 Fig.3 Compressing principle and action process

图4 上料提升机 Fig.4 Feeding hoister

2.2 蒸汽蒸热机构

3.2.1 主要参数设置 作业模式为全自动压饼模式。蒸汽压力0.4 MP，蒸热时间60 s，一次加料时间3 s，多次加料间隔时间0.6 s，加料次数4次，工作压力10吨，保压时间3 s。

2.2.2 蒸热原理 如图6示，蒸汽烘箱主要由烘箱外壳、蒸汽腔、传送带组成。蒸汽腔为内空的长方体，腔体的顶端面上设有蒸汽出孔，孔上方为具有细密网孔的传送带，在一个侧面中部设有蒸汽入口，底部设有水出孔。蒸汽经由入口进入蒸汽腔，在压力作用下，蒸汽经由蒸汽腔的顶面出孔到达传送带，穿过传送带网孔，对传送带上的茶叶进行蒸热，蒸热的同时也使茶叶增湿、变软，可通过调节传送带的速度来调节蒸热的时间。蒸热后多余蒸汽从烘箱两端出口流走，蒸汽冷凝形成的水由蒸汽腔的出水口流至烘箱出水口流走。

20世纪以来，随着互联网技术的飞速发展，个体和网络之间的联系变得日益紧密。互联网不仅改变了个体的社交、出行、购物、娱乐等生活方式，同时也悄然改变着其政治参与的形式。个体越来越多地以互联网为媒介，表达自我的政治意见与态度，冲击着传统的精英主义政治参与模式。网络政治参与的大众化，使得对政治问题的讨论不再那样严肃刻板，而是走向了娱乐化轨道。所谓网络政治参与娱乐化，是指个体以网络为载体，通过信息解构和话语重构，以消遣性、戏剧性和模糊性等方式，表达政治态度、宣泄政治情感的行为。结合相关案例，可以发现网络政治参与娱乐化主要有以下四种表现。

图5 蒸汽烘箱 Fig.5 Steam oven

图6 蒸汽蒸热原理 Fig.6 Steaming principle

2.3 压片机构

2.3.1 机构组成 压片机构主要包括进料斗、液压机、模具等。液压机为柱塞缸四柱式液压机，最大工作压力60吨，压力可在0～60吨范围内任意调节，上、下双压冲头设计，上冲头最大行程250 mm，每分钟能完成4～6行程。模具为多腔模具设计，1模9腔，每腔为直径4.5 cm圆形，可配备模具最大尺寸为250 mm。

(1)茶叶经提升机送至蒸汽烘箱，经蒸汽蒸热输送到进料斗后，进料斗向模具腔的上方推进，准备将茶叶装入模具腔中，同时将上一轮压制成型的茶饼推出。

2.5 PLC控制系统

2.5.1 PLC控制程序设计 PLC控制程序设计手动作业、自动作业和调试作业三种模式。调试模式主要用于设备的调试和维修，自动作业主要用于生产，手动作业主要用于工艺试验与少量生产。根据茶饼压制所需要完成的动作，各作业模式设计控制系统作业流程如图8和图9。

图7 进料装置 Fig.7 Feeding device

图8 控制程序流程图 Fig.8 Flow chart of control program

当启动自动作业模式后，储料斗中的茶叶由提升机送至蒸汽烘箱，经蒸热后到达进料斗，待进料斗中的缺料检测感应器检测到有茶叶时，进料斗开始送料至模具腔中，进行循环压饼作业。在手动作业模式下，当选择自动进料时，程序启动后，将按自动模式的流程完成一次压饼循环；当选择手动进料时，则需先进行手动加料后，再启动程序，完成一次压饼动作(图8)。调式模式可以对油泵、提升机、蒸汽烘箱、抖动电机、液压机油缸升降、加料器进退等设备进行单点测试。

3.在收集样本数据的过程中，笔者发现许多企业财务报表并未对无形资产研发的相关信息进行披露，尤其是有关无形资产资本化的信息披露并不是很清晰。因此，建议尽快规范财务报表的披露内容，尤其要加强财务报表附注方面的管理，规范报表附注披露格式，增强附注中相关数据的关联性，增强报表各项目之间勾稽关系，使报表使用者阅读起来更为清晰明了，以更好地服务于投资者及相关企业。[14]

图 9 调试作业控制流程图 Fig.9 Flow chart of debugging operation

2.5.2 参数设置 运行参数的设置主要针对压饼工序各过程的时间及压力参数进行设定。详细参数设定说明见表2。

表2 运行参数设置

Table 2 Operating parameter settings

序号技术参数设定范围说明1一次加料时间0～100 s指进料斗由起始位置推移至加料位置的时间2加料次数0～99次进料斗进料时前后振荡的次数。次数越多,加料越均匀,加料越慢3多次加料间隔时间0～100 s进料斗在模具腔上方前后振荡加料一次的时间,时间设置越短,振荡幅度越小,加料越快,反之则幅度越大,加料越慢4保压时间0～100 s压片机压饼时到达设定压力后,保持设定压力值的时间,时间越长,压制越紧密。5泄压时间0～100 s压片机压力卸载的时间6上料延时0～100 s整机开机后,进料斗等待物料的时间,即物料从提升机到达进料斗,并使进料斗有足够物料的时间7工作压力0～60吨压饼所需压力8缺料停机延时0～999 s进料斗检测到物料缺乏后,压片机构继续运行一段时间,以将进料斗中残存的物料全部压制完成。9振动时间0～100 s上料提升机储料斗上振动电机持续振动的时间10振动间隔时间0～100 s上料提升机储料斗上振动电机振动的间隔时间,即设定振动电机多长时间振动一次

2.6 反馈控制

2.6.1 缺料反馈 上料提升机的储料斗，压片机构的进料斗均设有缺料感应器。机器开启后，感应器开始工作，若2个感应器均检测到缺料，则除蒸汽烘箱传送带外，其余动作均不启动；若储料斗中有料，而进料斗缺料，提升机工作，压片机构处于等待状态；若运行过程中，储料斗缺料而进料斗有料，则提升机停止运行，压片机继续运行至进料斗检测到缺料后并继续运行停机延时时间，然后系统停机。

2.6.2 满料反馈 进料斗设有满料检测感应器。当检测到满料后，上料提升机停止上料，直至感应器未检测到满料为止。

1.2.1 工作原理 茶叶(干茶)经蒸汽蒸热一段时间后，含水量增加(25%以上)，条索变软，内含物质部分溶于水并渗透至外表面，使茶叶具备一定的可塑性和粘性，在外力的挤压下，可以压制成一定密度的茶饼。

紧急停止：在机器的手动操作位置和PLC控制屏两处设有急停按钮，按下该按钮则机器完全静止。

3 压饼试验

3.1 试验材料

条形红茶(工夫红茶)，条索长度小于3 cm。

3.2 试验方法

2.2.1 机构组成 主要包括蒸汽发生器和蒸汽烘箱。蒸汽发生器为电加热式，加热功率12 kw、自动加热，蒸汽压力自动控制、压力恒定，产生连续蒸汽，自动补水。蒸汽烘箱长2.3 m，宽23 cm，高29 cm，包括箱体、蒸汽腔和传送带。传送带表面至烘箱顶端距离3.5 cm，即烘箱传送带上摊叶厚度最多为3.5 cm，传送带无极调速(图5)。

3.2.2 成品率与产能计算 如图10示对机器的9个模具腔的位置进行标记，茶饼压制过程中，随机抽取12模(108片)为测试对象，将样品按不同孔位分开，统计每个孔位茶饼的成品和损坏的数量，计算成品率。茶饼压制完成被进料斗推出后，表面均整光滑、不松散的为成品，被进料斗推出后，出现缺角、松散的为损坏品(图11)。以单位时间(1 h)内所能压制完成的干茶数量表示机器产能，计算公式如下：

由储料斗和提升机组成。提升机输送倾角45°，输送高度1.7 m，传送电机无极调速，可根据物料特性任意调整传送速度。储料斗上安装有振动电机，每隔一定时间振动一次，以确保储料斗中的茶叶能顺利进入提升机传送带中，每次振动时间及振动间隔时间可根据物料状况自由设定(图4)。

产能(kg/h)=[单位时间完成的模数×9×茶饼质量(g)]÷1000×成品率

3.2.3 茶饼质量差异分析 在成品茶饼中随机取样三组，每组取样20片，对每块茶饼称重，记录饼块的质量，分析茶饼的质量误差。

图10 模具孔位置图 Fig.10 Mold Cavity Location diagram

3.3 试验结果

3.3.1 成品率与产能 表3结果表明，在9个模腔孔中，仅靠近出料端一列(图10示位置)的样品出现损坏，另外两列未出现样品损坏现象。计算得总成品率为86.1%。

图11 压制的茶饼 Fig.11 Compressed tea cakes

表3 成品率

Table 3 Rate of final products

孔位112131122232132333样品总数121212121212121212损坏样品数007005003成品率(%)100.0100.041.7100.0100.058.3100.0100.075.0总成品率(%)86.1

在试验设定参数条件下，平均每小时能完成270次压饼循环，获得2430片茶饼，成品茶饼的平均质量为8.35 g，计算产能为17.47 kg·h-1。

3.3.2 质量差异分析与产能计算 随机取样三组，样品质量数据如表4。经计算得总体均值为8.35 g，标准差为0.26，变异系数3.11%。

吸附法使用的吸收剂应具有较大的吸附容量和均匀的吸附孔径，且易再生。吸附剂一般可分为无机和有机吸附剂两类，实际应用中无机吸附剂更为普遍。目前报道的VOCs吸附剂主要包括：活性炭、分子筛、活性炭纤维、有机吸附剂等几大类[6]。

表4 取样结果

Table 4 Sampling results

组别样品质量(g)平均值标准差第一组8.6、8.3、9.2、8.7、8.8、8.3、8.2、8.1、8.2、8.3、8.7、8.6、8.8、8.3、8.3、8.2、8.1、8.0、8.2、8.18.400.31第二组8.1、8.2、8.8、8.5、8.7、8.3、8.7、8.7、8.5、8.8、8.3、8.4、8.1、8.8、8.6、8.0、8.0、8.2、8.1、8.08.390.30第三组8.4、8.1、8.2、8.3、8.4、8.3、8.6、8.2、8.4、8.1、8.3、8.1、8.2、8.0、8.1、8.1、8.3、8.4、8.3、8.68.270.16总体8.350.26

方差分析结果表明，在0.05水平下，茶饼重量总体均值并非显著性地不同(P=0.23699>0.05)，即总体均值差异不显著(表5)；LSD多重比较结果表明，三组样品组间差异也不显著(图12)。

表5 方差分析结果

Table 5 Analysis of Variance

DF平方和均方F值概率> F组间20.209330.104671.476730.23699组内574.040.07088总计594.24933

图12 茶饼质量均值比较(LSD)结果 Fig.12 Means comparison of weight of tea tablets by LSD

4 结论

采用PLC程序控制设计的茶叶压饼机械，实现了茶饼压制的全自动机械化，在本文试验条件下，所压制的茶饼平均重量为8.35 g，标准差为0.26，变异系数3.11%，成品率为86.1%，能满足茶饼生产要求。

4.2.3 加强新产品研发与技术创新,优化产品结构 紧密结合国际市场需求,转变中国甘薯出口贸易结构．在干甘薯、冷冻甘薯、鲜甘薯、甘薯淀粉、粉丝粉皮构成的进出口传统产品结构的基础上,改良现有产品,加强甘薯深加工与废弃物综合利用开发研究,开发新型健康型甘薯休闲食品,适当增加甘薯花青素、甘薯植物蛋白、甘薯膳食纤维、甘薯果胶等高科技深加工甘薯产品的出口创汇．通过优化产品结构,提高我国甘薯国际贸易收益水平．

在本试验条件下，机械产能达17.47 kg·h-1，机器操作简单，仅需1人即可完成所有压饼作业，较现有压饼作业需要6人完成相比[6]，显著提高了生产效率及茶饼压制的自动化程度，减少了人工成本。

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