基于lc在普洱茶发酵车间的应用与

计算机科学技术论文：基于PLC在普洱茶发酵车间的应用分析与研究摘要多数中小普洱茶厂在传统自然发酵过程中存在靠经验判断、卫生程度差、品质不稳定及劳动强度大等问题,用现代科学的分析检测方法探寻普洱茶发酵的规律,为普洱茶发酵过程的标准化、规范化、自动化提供示范。普洱茶发酵自动化设备由PLC主控设备、传感器(温湿度传感器)、变送器、计算机处理系统(人机界面显示)、智能化加温和加湿设备等构成,其特征在于将PLC控制及检测技术与普洱茶渥堆发酵工艺相结合,通过控制柜中的PLC连接普洱茶发酵现场的传感器,利用传感器检测发酵箱中普洱茶的温度湿度,通过信号线反馈到PLC控制系统上,对箱体内普洱茶发酵变化过程实时监控,采集数据传输给PLC主控设备和计算机处理系统,由计算机进行处理,实现普洱茶发酵的数字化控制;调整温度湿度达到普洱茶最佳发酵环境。关键词普洱茶;PLC;发酵;应用分析;研究目前,普洱茶发酵生产基本上采用传统的渥堆方式,依靠环境微生物自然感染进行,受季节和环境条件的影响很大,参与发酵的微生物种类不明、杂菌多、发酵过程不稳定,难以控制与规范,导致产品质量不稳定,难以实现规范化生产[1]。普洱茶加工过程中环境因素(温度、湿度、空气、pH值等)的自动控制及检测对品质形成的影响是基础性科学问题,为安全、优质普洱茶生产提供重要理论依据。该研究的目的是突破普洱茶发酵的一些传统方法的瓶颈,利用自动检测及自动控制系统,对发酵车间影响普洱茶品质形成的车间内环境、渥堆内温湿度、环境空气流通交换等参数实时自动监测、采集分析和数据处理,结合化学分析和品质鉴定,寻求他们相互间的变化规律,建立数学模型,不断调整及优化普洱茶发酵过程中的相关参数,为普洱茶发酵过程中有益微生物的生长创造适宜的外部和内部环境条件。实现普洱茶发酵过程的定向可控,缩短普洱茶发酵周期,为实现云南普洱茶清洁化、规模化及自动化生产提供技术支撑。研究结果将提升普洱茶产业效益,为行业规范化生产提供理论依据,从而实现以科技创新为动力的普洱茶产业,对确保普洱茶产业健康持续发展具有十分重要的意义。1控制检测设备技术路线1.1检测控制整体布局系统终端与监控中心利用现有的PLC控制和现场总线技术,挂接按控制要求安放的各种传感器,并控制执行设备。其余部分安装于发酵车间,整个装置构成一组PLC分布式I/O结构,PLC主站与模块型I/O从站之间的通信通过现场总线完成。系统主站接收主站控制面板命令和2号从站传感器数据,对这些数据进行分析、判断、运算,点亮主站指示灯并向1号从站发出控制指令。采用西门子S7-300可编程控制器的中央处理单元,配以2块数字量输入模块和1块数字量输出模块,共同组成系统主站。2块数字量输入模块用以接收从控制面板发送来的各种手动信号,数字量输出模块用来给控制面板上的指示灯和各种显示屏提供直流24V电压。系统主站与主站控制面板安装于主控制台,主控制台置于监控室内[2-5]。其构建路线如图1所示。1.2电器控制系统的建模电阻R、电感L和电容器C是电路中的3个基本组件,常见的基本电路有无源网络电路和有源网络电路,其数学模型的建立主要是依据电路的基本定律。图2为RLC无源网络电路。设输入端电压ui(t)为系统的输入量,电容器C两端电压uo(t)为系统的输出量,L为电路中所有电感元件的等效电感,R为电路中的等效电阻,C为电路中的等效电容。根据基尔霍夫定律可写出微分方程设定模拟信号输入(A/D)部分4个信道的工作模式,每各信道各有4种模式,可独立设定。出厂设定值为H0000。CR#2-CR#5:内容值用来设定进行拉氏变换,可得出传递函数:1.3PLCI/O模块驱动程序的设计普通工业计算机的外围设备不包括I/O模块,它其实是属于PLC的一部分,如果要使普通工业计算机与这些模块进行通讯,就必须设计软件来模拟这些模块与PLC的CPU模块进行通讯。由此设计驱动程序(图4),其中(1)是输入模块驱动程序框图,(2)是输出模块驱动程序框图,(3)是输入模块驱动程序框图,(4)是输出模块驱动程序框图[6-7]。2模拟量转换2.1模拟模块的设置模拟输入/输出混合模块包括可接受外部4点输入(电压或电流),将其转化为12位数字信号。将输出部分接收的主机2组12位数字信号转换为两路模拟输出(电压或电流),有49个16位控制寄存器CR(ControlledRegister),可以通过主机PLC通讯读写模块内的数据,输入/输出(电压或电流)及其量程均可通过控制寄存器设置,只有设置正确模拟模块才能正常工作,CR#1:b0-bl1内容值用来信道CHI~CH4讯号的平均次数设定,可设定范围K1~K4096。CR#12~CR#15:内容值为信道OHI~CH4输入信号现在值显示~CR#16、CR#17、CR#28、CR#29保留。2.2调整A/D、D/A转换特性曲线由于工业现场传感器种类繁多,信号传输方式和量程也有多种标准,作为DVP-06×A为通用模拟量模块,在使用前必须对控制寄存器进行编程,也就是调整特性曲线[8]。模式0:增益=5V(1000LSB)、偏置=0V(0LSB)。模式1:增益=6V(1200LSB)、偏置=2V(400LSB)。增益是当数字输出值为1000时的电压输入值。设定范围:-4~+20V(-800~+4000LSB)。偏置是当数字输出值为0时的电压输入值。设定范围-5~+5V(-1000~+1000LSB)。增益~偏置的范围需在+1~+15V(+200~+3000LSB)。模式2:增益=20mA(1000LSB)、偏置=4mA(200LSB)。模式3:增益=20mA(1000LSB)、偏置=0mA(0LSB)。对于该系统采用变送器为4~20mA,所以编程为模式2,增益=20mA(1000LSB)、偏置=4mA(200LSB)[9]。具体输入调整特性曲线见图5。调系统输出控制信号,所以输出曲线也要调整,输出编程为模式0:增益=5V(2000LSS)、偏置=0V(0LSB)。模式1:增益=6V(2400LSS)、偏置=2V(800LSS)。增益是当数字输入值为K2000时的电压输出值,设定范围-4~+20V。偏置是当数字输入值为K0时的电压输出值。模式2:增益=12mA(2400LSB)、偏置=4mA(800LSS)。模式3:增益=10mA(2000LSB)、偏置=0mA(0LSB)。该系统控制空调控制系统需要0~10V,所以编程为模式0。具体调整特性曲线见图6[10]。3实时测量和数据处理伶按规煌定要娇求,但将硬泻件设这备前币后顺沿序连信接好掏之前认先分找段检咽查并驱调试拜它们滔能正争常工演作。白例如劣传感隆器的吼热端刻应放异在测皮试把点上播放大暗器调蔑零,金A/叠D转走换器蜜口地酱址内肥容能核写入葵和读疗出,昨输入段采集妙数据榨的程竿序,达输入迹5驻V以牙下的宏直流他信号蜡(先贤去除带传感醉器和悼放大构器)烛给A炭/D析并连恰续变签化检联查A顷/D拦转换壤器、舒主机哲和微粉打系狱统能眠否正框常工脾作。炼然后鱼再查反传感解器信乐号被溜放大辞的情浊况。消建立尼系统斜工作壳的数盯学模质型,猎其原裂因是速传感浅器产螺品性兆能的罢分散锋性,碍随着觉时间阴的推亡移和底使用王条件丹的不叨同,贞其性弓能也青会有自变化猛,再产加上清整个构系统淋连接脊以后浩,当察把来轰自传惨感器抹的信祖号视枕为输饰入,裤打印般结果减作为海输出透时,慈也会穗有试伸验误起差。厨根据杆进行慨的测恢量经浑过B显AS三IC禁统计仆处理提程序荷(图喜7)捉的处学理,拐达到孔极显哨著的巧水平逐,数扔学模珍型:筋T=被A+湖B×食D+错C×护D2伍(2够)治式中叶,T句表示罩温湿头度,洲A、炉B和份C都优表示县常系竟数都顶有特坦定数锁值,厕D表折示打巾印输薪出数穿字量旋[1锋1]拾。资4鼓结语染把该梨控制搭设备勿应运签到普织洱茶吴发酵轻过程凶,利伟用传县感器良监测未车间衡环境据温度告、车痒间环鲁境湿方度、炉茶叶大温度银和茶火叶含姓水率堆,通沃过P傻LC饱将检奶测到卡的数搂据反秃馈到弃工用毯计算袭机上摩,把戚普洱蜜茶放辈在不飘同的每温度徒、湿卵度、刷pH湾值的旋环境台中发脾酵,瞧最终滔得出迈最佳匀的发装酵数属据,帐利用束这套描控制耐设备翼对发预酵过念程实俘现自们动监拐测、莫自动且控制比检测决、数喘据采娱集、迁整理愚、比跨较分罩析及听改进私,对增所生廊产的痰普洱陪茶进僻行科犹学鉴酱定,买确保府最佳贤品质枝标准玩的普燥洱茶泉。绞参考括文献恋[1郑]周标红杰回,李羞家华匹,甘值月明么,等繁.普渐洱茶假渥堆库过程拴化学进成分摩变化满与品摸质形俱成的绘关系和[J沾].忆茶苑善,2旗00殊4(确1)示:6亩-8起.家[2垒]王哲毅斌戚,郭策海林奏.P顶LC窜在供酸水控洗制系昏统中絮的应罚用[惠J]溉.科还技情束报开币发与丛经济残,2谈00误3(哈8)窝:1绘52庆-1丧53窄.岭[3誉]詹画素华敞,王哗君儒颗.P绩LC喊在热冠泵自道动控色制系悼统中脉的应理用[米J]衡.集恢美大话学学宗报:夕自然巴科学受版,巨20渐01详(3姐):虽23括3-劣23少7.善[4爸]张鲁元义宅,赵存庆生吹.一奔种改忌进的俗PI幼D控征制方雁法[闪J]谜.太他原理集工大锈学学骆报,涛19抵91高(3舅):锹97余-1楚00劳[5浩]徐爆春风看,王燃庭有赔.基命于P川IC赵单片东机的史谷物豪容重辆测量母系统活设计浴[J滩].浊机电牲产品渐开发孙与创叉新,共20炉07颂(5趣):垒11掉7-态11拜8.死[6德]陈谋梅,迟杨琳松琳,乏李鑫窑,等即.直触流调钢速系子统的符模糊勒/P刻ID糊速度拿控制饿器设套计[由J]脆.电据气传宅动自献动化下,2糊00邀8(曲2)引:3宫1-赴33陵.退[7灯]梁批学贤熄.抗妨生素们发酵义过程庄计算渗机控宗制技忠术新拼发展夜[J清].寒中国召医药蚕技术预与市弹场,映20鞋02际(6阁):殖29显-3沿1.恐[8险]吴弊小花掘,曹努薇,誉陈吉岁芳.烤提高滩A/帆D转广换速竞度的香方法桑[J茂].甘机电良产品迁开发疗与创凤新,塑20员04袍(3唐):处68阻-7时0.驳[9逼]马灾春华挪.基姿于P俗LC房的温