节能型自动化控制茶叶滚筒杀青机的介绍

宋志禹，李尚庆

（安徽农业大学茶与食品科技学院，合肥 230036）

节能型自动化控制茶叶滚筒杀青机的介绍

宋志禹，李尚庆⋆

（安徽农业大学茶与食品科技学院，合肥 230036）

介绍了节能型自动化控制茶叶滚筒杀青机的主要机械结构特点及工作原理。该机型改进了传统的加热方式，采用面接触热传导方式加热，通过自动化系统调节杀青环境的温湿度，不仅降低了能耗，杀青质量较传统滚筒杀青机也有大幅度地提高，适用于茶叶清洁化、连续化加工生产。

滚筒杀青机；节能；自动化

我国是茶叶种植大国，也是世界上拥有茶机最多的国家之一。现有的茶叶机械大多为高能耗机械，热能损失严重，在当前能源日趋紧张的环境下，降低能耗迫在眉睫。茶叶加工过程中“杀青”是耗能最大的一道工序，也是影响茶叶品质至关重要的环节。在杀青过程中必须利用高温使鲜叶在极短时间内升温，使茶叶中的酶迅速钝化失活，减少杀青叶出现红梗红叶的现象。因此，单靠降低茶叶机械供热功率不能解决高能耗问题反而会影响杀青效果，降低茶叶品质。但是，如能在保证杀青质量的前提下大幅提高茶机的热效率，不仅能够降低能耗，更重要的是，在当前能源日趋紧张的情况下保护了生态和能源资源[1]。

目前所广泛使用的滚筒杀青机能耗居高不下，热效率只有35%左右，且时常伴有茶叶粘筒焦叶，杀青叶带有水闷气的现象。同时，传统加工作业的劳动强度大，茶叶杀青品质的高低主要取决于操作工人的经验与操作水平，茶叶质量很难得到保证。提高生产效率，降低加工成本，茶叶杀青设备的连续性、自动化程度越来越受到重视，低能耗、智能化控制的连续型茶叶杀青机的研制势在必行。

1 机械结构

节能型自动化控制茶叶滚筒杀青机由筒体，加热装置，温湿度监测装置，自动化控制装置，动力装置等组成，其结构示意图如图1所示。

图1 节能型自动化控制茶叶滚筒杀青机结构示意图1.筒体 2.加热装置 3.出料口 4.机架 5.湿度监测装置 6.支撑移动装置7.温度监测装置8.自动控制装置 9.动力装置 10.排湿装置 11.输电装置

2 工作原理

该设备同其它电加热滚筒杀青机的工作方式相类似：鲜叶连续的从滚筒进叶端进入，一边前进一边吸收热量，蒸发水分，在筒壁热量及水分蒸发创造的湿热环境下鲜叶迅速萎软杀熟，酶活性迅速终止，从而达到杀青的目的。在整个杀青过程中，温湿度监测装置不断把即时数据传送给自动化控制装置进行分析处理，然后按照设定好的程序自动调节加热装置的开关，使滚筒进叶段形成高温区，中后段形成低温区，达到茶叶杀青“先高后低”的工艺要求。同时，通过自动排湿装置控制滚筒内的水蒸汽含量，有效减少杀青叶带有“水闷气”现象的发生。

3 主要结构特点

3.1加热装置

加热装置由七个相同的加热圈组成，按照“前三，中二，后二”的方式固定在筒体的外壁，覆盖面积达50%以上，开机预热能在20min之内达到杀青温度要求。由于加热圈采用分段式分布，加热时使滚筒前端形成高温区，中后端形成低温区，满足茶叶杀青“先高后低”的工艺要求，且在杀青的过程中自动化控制装置自动调节加热圈的开关，有效的掌握杀青温度，减少杀青叶焦边，爆点，杀青不足等现象发生。

目前流行的电加热管供热的滚筒杀青机按照电热管分布方式可划分为两种，一种是加热管与滚筒同步旋转（图2-a），另一种是加热管固定滚筒独立旋转（图2-b）。第一种方式加热管与滚筒的接触方式为线接触，依靠传导方式进行传递的热量很少，大部分热量的传递还是依靠对流和辐射传热，热能损失很大。第二种方式其热量传递完全依靠对流和辐射传热来完成，热能的损失更大。节能型滚筒杀青机采用的加热圈与滚筒的接触方式为面接触（图2-c），加热圈与滚筒同步旋转，热量传递方式主要为热传导。在传热学中，热量传递的方式分为传导，对流和辐射，固体与固体之间热量传递效率最高的方式是热传导。因此采用加热圈供热的节能型滚筒杀青机热效率最高，同时在滚筒外侧辅以石棉层隔热使热能损失进一步降低，达到节能的目的[2]。图2为三种滚筒杀青机热源布置方式示意图。

3.2湿度监测装置

滚筒杀青机进行杀青作业时内部温度长时间高于150℃，普通湿度传感器在此高温下无法正常工作。为了保证在高温环境（150℃以上）下，实现对现场湿度进行准确的测量，新型滚筒杀青机选用高温型感湿元件作为测湿传感器，配合风机降温、风机抽气等处理，将温度最高可达几百度（150℃～600℃）的气体从被测环境中通过风机抽到一个和高温测湿装置相连接的管道内，经过降温处理到200℃以内，接着被送到一个密封的采样室内（测湿传感器就在这里），然后进行湿度测量。整个测量过程是在完全密闭的环境下进行，在没有湿度损耗的情况下，就不会对测湿度产生大的影响，所测得湿度和原有被测介质中的湿度是高度一致的。采用这种方式就能得到一个超高温环境下的湿度，数据经自动化控制装置分析处理后，按照程序设定自动调节排湿装置开关，调节滚筒内水蒸汽的含量，使杀青叶无水闷气，提高茶叶品质。

图2 三种滚筒杀青机热源布置方式示意图1.杀青滚筒 2.电加热管 3.隔热层 4.电加热圈

3.3温度监测装置

茶叶杀青的工艺要求是“高温杀青，先高后低”，滚筒各个区段温度不尽相同。杀青时茶叶随滚筒做抛落运动，如果温度传感器设置在滚筒内部难免会受到杀青叶的干扰。同时，由于滚筒内部的热环境由筒壁，热空气共同组成，在传导热，对流热和辐射热共同作用下温度传感器测得的数据会有很大的偏差，因此新型滚筒杀青机将温度传感器设置在滚筒外侧，对滚筒外壁的温度进行监测。数据的采集选用精度较高的非接触式红外测温探头，以适应高温高湿的杀青环境，减少测量误差。数据经自动化控制装置分析处理后自动调节加热装置的开关，使滚筒内始终保持适宜的杀青温度[3]。

3.4自动化控制系统

自动化控制系统由触摸屏，三菱FX系列PLC，指令编辑器等部分组成。其主要控制系统运行情况如下:按下启动按钮后,变频电机启动,杀青滚筒开始旋转;温湿度传感器启动,系统检测ST,SH与设定值进行比较。若小于，则开启加热装置进行加热,温度上升到设定值时关闭加热装置。排湿风机不启动。若大于，则关闭加热装置，开启排湿风机进行排湿。当湿度小于设定值时排湿风机关闭。停止信号出现之前，温湿度传感器一直处于监测状态。当按下停止按钮后，系统回到初始待机状态[4]。PLC输入输出设备地址分配表如表1所示，PLC控制指令语句表如表2所示[5]。

表1 PLC输入、输出设备地址分配表

表2 PLC控制指令语句表

4 设备的优缺点

热效率高。传统的滚筒杀青机采用炉灶供热或者电加热管加热，加热方式主要采用辐射传热或线接触热传导，热效率很低，一般在20%～40%左右。节能型滚筒杀青机采用面接触热传导的供热方式，供热装置处于一种类似封闭状态且设有保温层，热效率可达80%左右，能耗低于传统杀青机的20%以上。

杀青质量好。自动化控制系统自动调节杀青温度和水蒸汽含量，使滚筒内保持适宜的杀青环境。杀青匀、透，保证了茶叶色泽嫩绿、油润，改善了香气，提高了品质。克服了杀青叶出现焦边焦叶，红梗，水闷气等现象，杀青质量大幅度提高。

该机型自动化程度高，适用于清洁化、自动化、连续化生产，且可与其它茶叶机械设备进行系统联接，串联配套使用，灵活性很强。另外，采用清洁化能源生产，温湿度自动调节系统予以辅助，加工过程实现了全程机械化，茶叶的生产与卫生质量进一步得到保证。但是，由于大量使用了自动化程度较高的电子设备，故成本较高，个体茶农、小茶叶作坊恐很难接受，且与其它茶叶设备配套使用时，对硬件要求比较高，无形中又增加了成本。因此，降低成本，简化系统成为后续研究的重点。

[1] 王协书,钟梅. 茶叶加工的节能浅析[J].中国茶叶加工, 2007,(2): 21～23.

[2] 吴卫国,谢昌瑜. 茶叶电加热滚筒杀青机的研究[J].中国茶叶加工, 2009,(1): 30～31.

[3] 赵梨铭. 茶叶智能化汽热杀青机控制系统[J].轻工机械, 2009,(2): 71～74.

[4] 向勇,吴波. 电炉PLC控制系统设计[J].铸造设备研究, 2005,(2): 6～9.

[5] 郑凤翼,郑丹丹,赵春江.PLC控制系统梯形图和语句表[M].北京:人民邮电出版社,2006.

S571.1

A

1006-5768(2010)03-0137-04

2010-03-12

宋志禹（1984－ ），男，山东威海人。硕士研究生，从事茶叶机械研究。*通讯作者：hflsq163@163.com