基于lc在普洱茶發(fā)酵車間的應(yīng)用與

計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)論文：基于PLC在普洱茶發(fā)酵車間的應(yīng)用分析與研究摘要多數(shù)中小普洱茶廠在傳統(tǒng)自然發(fā)酵過程中存在靠經(jīng)驗(yàn)判斷、衛(wèi)生程度差、品質(zhì)不穩(wěn)定及勞動強(qiáng)度大等問題,用現(xiàn)代科學(xué)的分析檢測方法探尋普洱茶發(fā)酵的規(guī)律,為普洱茶發(fā)酵過程的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、自動化提供示范。普洱茶發(fā)酵自動化設(shè)備由PLC主控設(shè)備、傳感器(溫濕度傳感器)、變送器、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)(人機(jī)界面顯示)、智能化加溫和加濕設(shè)備等構(gòu)成,其特征在于將PLC控制及檢測技術(shù)與普洱茶渥堆發(fā)酵工藝相結(jié)合,通過控制柜中的PLC連接普洱茶發(fā)酵現(xiàn)場的傳感器,利用傳感器檢測發(fā)酵箱中普洱茶的溫度濕度,通過信號線反饋到PLC控制系統(tǒng)上,對箱體內(nèi)普洱茶發(fā)酵變化過程實(shí)時(shí)監(jiān)控,采集數(shù)據(jù)傳輸給PLC主控設(shè)備和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng),由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)普洱茶發(fā)酵的數(shù)字化控制;調(diào)整溫度濕度達(dá)到普洱茶最佳發(fā)酵環(huán)境。關(guān)鍵詞普洱茶;PLC;發(fā)酵;應(yīng)用分析;研究目前,普洱茶發(fā)酵生產(chǎn)基本上采用傳統(tǒng)的渥堆方式,依靠環(huán)境微生物自然感染進(jìn)行,受季節(jié)和環(huán)境條件的影響很大,參與發(fā)酵的微生物種類不明、雜菌多、發(fā)酵過程不穩(wěn)定,難以控制與規(guī)范,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,難以實(shí)現(xiàn)規(guī)范化生產(chǎn)[1]。普洱茶加工過程中環(huán)境因素(溫度、濕度、空氣、pH值等)的自動控制及檢測對品質(zhì)形成的影響是基礎(chǔ)性科學(xué)問題,為安全、優(yōu)質(zhì)普洱茶生產(chǎn)提供重要理論依據(jù)。該研究的目的是突破普洱茶發(fā)酵的一些傳統(tǒng)方法的瓶頸,利用自動檢測及自動控制系統(tǒng),對發(fā)酵車間影響普洱茶品質(zhì)形成的車間內(nèi)環(huán)境、渥堆內(nèi)溫濕度、環(huán)境空氣流通交換等參數(shù)實(shí)時(shí)自動監(jiān)測、采集分析和數(shù)據(jù)處理,結(jié)合化學(xué)分析和品質(zhì)鑒定,尋求他們相互間的變化規(guī)律,建立數(shù)學(xué)模型,不斷調(diào)整及優(yōu)化普洱茶發(fā)酵過程中的相關(guān)參數(shù),為普洱茶發(fā)酵過程中有益微生物的生長創(chuàng)造適宜的外部和內(nèi)部環(huán)境條件。實(shí)現(xiàn)普洱茶發(fā)酵過程的定向可控,縮短普洱茶發(fā)酵周期,為實(shí)現(xiàn)云南普洱茶清潔化、規(guī)模化及自動化生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。研究結(jié)果將提升普洱茶產(chǎn)業(yè)效益,為行業(yè)規(guī)范化生產(chǎn)提供理論依據(jù),從而實(shí)現(xiàn)以科技創(chuàng)新為動力的普洱茶產(chǎn)業(yè),對確保普洱茶產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。1控制檢測設(shè)備技術(shù)路線1.1檢測控制整體布局系統(tǒng)終端與監(jiān)控中心利用現(xiàn)有的PLC控制和現(xiàn)場總線技術(shù),掛接按控制要求安放的各種傳感器,并控制執(zhí)行設(shè)備。其余部分安裝于發(fā)酵車間,整個(gè)裝置構(gòu)成一組PLC分布式I/O結(jié)構(gòu),PLC主站與模塊型I/O從站之間的通信通過現(xiàn)場總線完成。系統(tǒng)主站接收主站控制面板命令和2號從站傳感器數(shù)據(jù),對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷、運(yùn)算,點(diǎn)亮主站指示燈并向1號從站發(fā)出控制指令。采用西門子S7-300可編程控制器的中央處理單元,配以2塊數(shù)字量輸入模塊和1塊數(shù)字量輸出模塊,共同組成系統(tǒng)主站。2塊數(shù)字量輸入模塊用以接收從控制面板發(fā)送來的各種手動信號,數(shù)字量輸出模塊用來給控制面板上的指示燈和各種顯示屏提供直流24V電壓。系統(tǒng)主站與主站控制面板安裝于主控制臺,主控制臺置于監(jiān)控室內(nèi)[2-5]。其構(gòu)建路線如圖1所示。1.2電器控制系統(tǒng)的建模電阻R、電感L和電容器C是電路中的3個(gè)基本組件,常見的基本電路有無源網(wǎng)絡(luò)電路和有源網(wǎng)絡(luò)電路,其數(shù)學(xué)模型的建立主要是依據(jù)電路的基本定律。圖2為RLC無源網(wǎng)絡(luò)電路。設(shè)輸入端電壓ui(t)為系統(tǒng)的輸入量,電容器C兩端電壓uo(t)為系統(tǒng)的輸出量,L為電路中所有電感元件的等效電感,R為電路中的等效電阻,C為電路中的等效電容。根據(jù)基爾霍夫定律可寫出微分方程設(shè)定模擬信號輸入(A/D)部分4個(gè)信道的工作模式,每各信道各有4種模式,可獨(dú)立設(shè)定。出廠設(shè)定值為H0000。CR#2-CR#5:內(nèi)容值用來設(shè)定進(jìn)行拉氏變換,可得出傳遞函數(shù):1.3PLCI/O模塊驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)普通工業(yè)計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備不包括I/O模塊,它其實(shí)是屬于PLC的一部分,如果要使普通工業(yè)計(jì)算機(jī)與這些模塊進(jìn)行通訊,就必須設(shè)計(jì)軟件來模擬這些模塊與PLC的CPU模塊進(jìn)行通訊。由此設(shè)計(jì)驅(qū)動程序(圖4),其中(1)是輸入模塊驅(qū)動程序框圖,(2)是輸出模塊驅(qū)動程序框圖,(3)是輸入模塊驅(qū)動程序框圖,(4)是輸出模塊驅(qū)動程序框圖[6-7]。2模擬量轉(zhuǎn)換2.1模擬模塊的設(shè)置模擬輸入/輸出混合模塊包括可接受外部4點(diǎn)輸入(電壓或電流),將其轉(zhuǎn)化為12位數(shù)字信號。將輸出部分接收的主機(jī)2組12位數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為兩路模擬輸出(電壓或電流),有49個(gè)16位控制寄存器CR(ControlledRegister),可以通過主機(jī)PLC通訊讀寫模塊內(nèi)的數(shù)據(jù),輸入/輸出(電壓或電流)及其量程均可通過控制寄存器設(shè)置,只有設(shè)置正確模擬模塊才能正常工作,CR#1:b0-bl1內(nèi)容值用來信道CHI~CH4訊號的平均次數(shù)設(shè)定,可設(shè)定范圍K1~K4096。CR#12~CR#15:內(nèi)容值為信道OHI~CH4輸入信號現(xiàn)在值顯示~CR#16、CR#17、CR#28、CR#29保留。2.2調(diào)整A/D、D/A轉(zhuǎn)換特性曲線由于工業(yè)現(xiàn)場傳感器種類繁多,信號傳輸方式和量程也有多種標(biāo)準(zhǔn),作為DVP-06×A為通用模擬量模塊,在使用前必須對控制寄存器進(jìn)行編程,也就是調(diào)整特性曲線[8]。模式0:增益=5V(1000LSB)、偏置=0V(0LSB)。模式1:增益=6V(1200LSB)、偏置=2V(400LSB)。增益是當(dāng)數(shù)字輸出值為1000時(shí)的電壓輸入值。設(shè)定范圍:-4~+20V(-800~+4000LSB)。偏置是當(dāng)數(shù)字輸出值為0時(shí)的電壓輸入值。設(shè)定范圍-5~+5V(-1000~+1000LSB)。增益~偏置的范圍需在+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)。對于該系統(tǒng)采用變送器為4~20mA,所以編程為模式2,增益=20mA(1000LSB)、偏置=4mA(200LSB)[9]。具體輸入調(diào)整特性曲線見圖5。調(diào)系統(tǒng)輸出控制信號,所以輸出曲線也要調(diào)整,輸出編程為模式0:增益=5V(2000LSS)、偏置=0V(0LSB)。模式1:增益=6V(2400LSS)、偏置=2V(800LSS)。增益是當(dāng)數(shù)字輸入值為K2000時(shí)的電壓輸出值,設(shè)定范圍-4~+20V。偏置是當(dāng)數(shù)字輸入值為K0時(shí)的電壓輸出值。模式2:增益=12mA(2400LSB)、偏置=4mA(800LSS)。模式3:增益=10mA(2000LSB)、偏置=0mA(0LSB)。該系統(tǒng)控制空調(diào)控制系統(tǒng)需要0~10V,所以編程為模式0。具體調(diào)整特性曲線見圖6[10]。3實(shí)時(shí)測量和數(shù)據(jù)處理伶按規(guī)煌定要嬌求,但將硬瀉件設(shè)這備前幣后順沿序連信接好掏之前認(rèn)先分找段檢咽查并驅(qū)調(diào)試拜它們滔能正爭常工演作。白例如劣傳感隆器的吼熱端刻應(yīng)放異在測皮試把點(diǎn)上播放大暗器調(diào)蔑零,金A/疊D轉(zhuǎn)走換器蜜口地醬址內(nèi)肥容能核寫入葵和讀療出,昨輸入段采集妙數(shù)據(jù)榨的程竿序,達(dá)輸入跡5駐V以牙下的宏直流他信號蠟(先賢去除帶傳感醉器和悼放大構(gòu)器)燭給A炭/D析并連恰續(xù)變簽化檢聯(lián)查A頃/D攔轉(zhuǎn)換壤器、舒主機(jī)哲和微粉打系獄統(tǒng)能眠否正框常工脾作。煉然后魚再查反傳感解器信樂號被溜放大辭的情濁況。消建立尼系統(tǒng)斜工作殼的數(shù)盯學(xué)模質(zhì)型,獵其原裂因是速傳感淺器產(chǎn)螺品性兆能的罷分散鋒性,礙隨著覺時(shí)間陰的推亡移和底使用王條件丹的不叨同,貞其性弓能也青會有自變化猛,再產(chǎn)加上清整個(gè)構(gòu)系統(tǒng)淋連接脊以后浩,當(dāng)察把來轟自傳慘感器抹的信祖號視枕為輸飾入,褲打印般結(jié)果減作為海輸出透時(shí),慈也會穗有試伸驗(yàn)誤起差。廚根據(jù)桿進(jìn)行慨的測恢量經(jīng)渾過B顯AS三IC禁統(tǒng)計(jì)仆處理提程序荷(圖喜7)捉的處學(xué)理,拐達(dá)到孔極顯哨著的巧水平逐,數(shù)扔學(xué)模珍型:筋T=被A+湖B×食D+錯(cuò)C×護(hù)D2伍(2夠)治式中葉,T句表示罩溫濕頭度,洲A、爐B和份C都優(yōu)表示縣常系竟數(shù)都頂有特坦定數(shù)鎖值,廁D表折示打巾印輸薪出數(shù)穿字量旋[1鋒1]拾。資4鼓結(jié)語染把該梨控制搭設(shè)備勿應(yīng)運(yùn)簽到普織洱茶吳發(fā)酵輕過程兇,利偉用傳縣感器良監(jiān)測未車間衡環(huán)境據(jù)溫度告、車癢間環(huán)魯境濕方度、爐茶葉大溫度銀和茶火葉含姓水率堆,通沃過P傻LC飽將檢奶測到卡的數(shù)摟據(jù)反禿饋到棄工用毯計(jì)算襲機(jī)上摩,把戚普洱蜜茶放輩在不飄同的每溫度徒、濕卵度、刷pH灣值的旋環(huán)境臺中發(fā)脾酵,瞧最終滔得出邁最佳勻的發(fā)裝酵數(shù)屬據(jù),帳利用束這套描控制耐設(shè)備翼對發(fā)預(yù)酵過念程實(shí)俘現(xiàn)自們動監(jiān)拐測、莫自動且控制比檢測決、數(shù)喘據(jù)采娛集、遷整理愚、比跨較分罩析及聽改進(jìn)私,對增所生廊產(chǎn)的痰普洱陪茶進(jìn)僻行科猶學(xué)鑒醬定,買確保府最佳賢品質(zhì)枝標(biāo)準(zhǔn)玩的普燥洱茶泉。絞參考括文獻(xiàn)戀[1鄭]周標(biāo)紅杰回,李羞家華匹,甘值月明么,等繁.普漸洱茶假渥堆庫過程拴化學(xué)進(jìn)成分摩變化滿與品摸質(zhì)形俱成的繪關(guān)系和[J沾].憶茶苑善,2旗00殊4(確1)示:6畝-8起.家[2壘]王哲毅斌戚,郭策海林奏.P頂LC竄在供酸水控洗制系昏統(tǒng)中絮的應(yīng)罰用[惠J]溉.科還技情束報(bào)開幣發(fā)與叢經(jīng)濟(jì)殘,2談00誤3(哈8)窩:1繪52慶-1喪53窄.嶺[3譽(yù)]詹畫素華敞,王嘩君儒顆.P績LC喊在熱冠泵自道動控色制系悼統(tǒng)中脈的應(yīng)理用[米J]衡.集恢美大話學(xué)學(xué)宗報(bào):夕自然巴科學(xué)受版,巨20漸01詳(3姐):雖23括3-劣23少7.善[4爸]張魯元義宅,趙存慶生吹.一奔種改忌進(jìn)的俗PI幼D控征制方雁法[閃J]謎.太他原理集工大銹學(xué)學(xué)駱報(bào),濤19抵91高(3舅):鍬97余-1楚00勞[5浩]徐爆春風(fēng)看,王燃庭有賠.基命于P川IC趙單片東機(jī)的史谷物豪容重輛測量母系統(tǒng)活設(shè)計(jì)浴[J灘].濁機(jī)電牲產(chǎn)品漸開發(fā)孫與創(chuàng)叉新,共20爐07頌(5趣):壘11掉7-態(tài)11拜8.死[6德]陳謀梅,遲楊琳松琳,乏李鑫窯,等即.直觸流調(diào)鋼速系子統(tǒng)的符模糊勒/P刻ID糊速度拿控制餓器設(shè)套計(jì)[由J]脆.電據(jù)氣傳宅動自獻(xiàn)動化下,2糊00邀8(曲2)引:3宮1-赴33陵.退[7燈]梁批學(xué)賢熄.抗妨生素們發(fā)酵義過程莊計(jì)算滲機(jī)控宗制技忠術(shù)新拼發(fā)展夜[J清].寒中國召醫(yī)藥蠶技術(shù)預(yù)與市彈場,映20鞋02際(6閣):殖29顯-3沿1.恐[8險(xiǎn)]吳弊小花掘,曹努薇,譽(yù)陳吉?dú)q芳.烤提高灘A/帆D轉(zhuǎn)廣換速競度的香方法桑[J茂].甘機(jī)電良產(chǎn)品遷開發(fā)療與創(chuàng)鳳新,塑20員04袍(3唐):處68阻-7時(shí)0.駁[9逼]馬災(zāi)春華挪.基姿于P俗LC房的溫