机械制造及其自动化论文

网络教育学院专科生毕业大作业题目：茶叶揉捻机自动化改造学习中心：大连学习中心层次：高中起点专科专业：机械设计及其自动化年级： 10年春季学号： 100001111009学生：王亿超指导教师：徐磊完成日期：2012年 1月1日内容摘要本课题主要研究茶叶揉捻机的自动化改造，实现6CR-55型茶叶揉捻机的工作压力、时间、转速和上下叶的自动控制，包括传感和采集系统、电气系统、控制和界面系统、软件系统的设计和开发。

首先分析了茶叶揉捻原理，确定了适用于自动控制的揉捻工艺，并制定了自动控制总体设计方案。

总体方案以PLC控制为主，分为调速、压力控制和上下叶控制三个子系统。

其次，通过计算分析，分别对其进行了硬件选择和连接。

最后，对该系统的上位机软件进行了设计，主要是利用WINCC Flexible解决了人机界面的问题，在下位机PLC软件的开发中，主要是对数据的采集与显示模块进行了编辑。

本课题是一系列茶叶自动控制研究的开始，是开创性的工作，具有非常重要的意义。

关键词：茶叶揉捻机、自动控制、PLC、人机界面、WINCC Flexibl e目录第一章茶叶加工的工序及发展 (1)1.1茶叶加工的主要工序 (1)1.2国内外茶叶加工技术的发展及现状 (1)1.3 课题的来源 (2)1.4课题的主要研究内容 (2)第二章揉捻加工分析及自动控制总体方案确定 (4)2.1茶叶揉捻加工基本原理 (4)2.2茶叶揉捻设备 (4)2.3揉捻机自动控制系统总体方案设计 (5)第三章茶叶揉捻机自动控制系统的硬件概况 (8)第四章软件设计与实现 (8)4.1上位机软件设计 (9)4.2 下位机软件设计 (27)4.3 WinCC flexible 与STEP 7 的集成 (44)参考文献 (46)致谢 (47)引言中国是茶叶的原产国，中国人对茶叶的应用，至少可追溯到四千年以前,20世纪50年代以来，尤其是进入80年代以来，我国的茶叶加工技术快速向着机械方向发展，各茶类的制茶机械相继研制与开发成功，并逐步应用于生产。

到目前为此，我国的大宗茶己有90%实现了机械化加工，名优茶也有50%以上的加工实现了机械化。

揉捻机自动化改造是要实现6CR-55型茶叶揉捻机的工作压力、时间、转速和上下叶的自动控制，包括传感和采集系统、电气系统、控制和界面系统、软件系统的设计和开发。

整个茶叶揉捻系统的软件设计分为上位机软件的设计和下位机软件的设计。

在上位机软件系统的设计和开发中，人机界面的设计占主要的部分。

1994年8月，中央决定，在“九五”期间，国家安排专款用于引进国际先农业科学技术，每年实施一批项目。

引进技术所需用于消化、吸收和推广的经，中央单位承担的项目由中央财政解决，地方单位承担的项目由地方财政配套。

就是948项目。

最近，国务院再次决定，在“十二五”期间，中央财政每年投资2亿元，继续执行“948”计划。

由中国农业科学院茶叶研究所承担的农业部948滚动项目《茶叶标准化生产键技术引进、消化与创新研究》于2006年正式启动。

该项目称:“我国的茶加工技术水平与装备多年以来没有重大改进，总体上还处于传统农副产品初级工，加工的机械化、自动化程度低，质量管理与品质控制仅凭人工经验和常规审评与理化检验来保证，与全程清洁化生产、机械化加工和自动化控制的世界进水平差距甚远。

针对我国不同茶叶生产过程的特色和上述主要问题，引进一世界先进水平的种植和加工技术、理念、设备和装置等，在消化吸收的基础上，合必要的创新研究，整合过去几十年来提出的成熟技术成果，力求改善加工设的自动化和智能化程度，提升加工的工艺水平，提出我国绿茶(名优绿茶、大绿茶)、CTC红茶和乌龙茶的标准化加工工艺参数，研制出茶叶加工关键设备自动控制装置和生产线自动控制系统，研制出茶叶加工智能化专家咨询系统。

”本课题是该滚动项目的一部分，其技术目标是实现6CR一55型茶叶揉捻机的作压力、时间、转速和上、下叶的自动控制。

第一章茶叶加工的工序及发展1.1茶叶加工的主要工序茶树收获所采下的是鲜叶，如不及时加工，就会因变质而失去应用价值。

鲜、叶也只有通过加工，才能使叶内的水分逐步蒸发而形成干茶可贮藏和保存。

品质良好的鲜叶，通过先进的科学技术加工而使香气成分逐步优化，成为具有良好色、香、味、形的成品茶，既满足了市场消费需求，也为茶业企业带来良好的经济效益。

随着现代科学的不断发展，近年来茶叶的加工技术日趋先进，特别是机电一体化、计算机与自动控制、酶膜工程和现代保鲜等高新技术在茶叶加工中的普遍应用，使各种新型茶产品不断涌现，各类茶叶深加工产品的开发和生产势头也日益迅猛，为茶叶加工升值创造了更为良好的条件。

1.2国内外茶叶加工技术的发展及现状茶叶原产于中国，后逐步传播于世界，当前世界上有50多个国家种茶和产茶，160多个国家饮茶。

它们的种茶和茶叶加工技术以及饮茶习俗，均系从我国直接或间接传去。

早在唐代的公元815年，茶树种植技术就由我国传到日本，绿茶蒸青加工技术也同时传去，被日本人一致延用至今，并在此基础上不断改进完善，研制出一整套蒸青煎茶加工技术，还实现了现代化的生产线加工。

19世纪上半叶，中国茶树种植和条形红茶加工技术先后传到印度尼西亚、印度、斯里兰卡和苏联(今独联体诸国)。

这些国家在茶树种植初期均应用从我国传去的技术和方法，进行茶树栽培管理和茶叶加工，甚至直接从中国聘请茶叶技师传授茶叶种植和加工技术。

在此基础上，这些种茶国家经过不断的实践和研究，尤其是通过对机制茶叶的开发(如揉捻机和烘干机等茶叶加工机械的发明)，至19世纪后半叶红茶加工方法开始从条形茶向着切碎红茶方向发展。

由于这种茶为碎颗粒形状，内含成分在冲泡时容易溶出，在茶汤中加入牛乳后风味和汤色不会变淡，很适合西方人的饮用习惯，很快风行世界。

红碎茶自出现以来，经历了盘式揉切机、转子揉切机和CTC等阶段的揉切技术改进，品质更为优异。

20世纪中后期，茶树种植和红碎茶加工技术传入非洲等地(如肯尼亚等产茶国)，红碎茶生产采用了最先进的CTC加工技术，茶厂及其生产线设计尤为先进，加工出的红碎茶品质良好，在世界茶叶市场上具有很高的信誉。

我国制茶机械化作业技术虽然取得了长足的发展，但制茶机械的自动化和连续化程度仍然较低，，与食品工业的机械化相比却存在着较大的差距。

食品工业生产技术的发展过程大体要经历五个阶段，即机械化阶段、初级自动化阶段、自动控制阶段、数据化阶段、高级自动化阶段(无人化阶段)。

目前国内食品加工技术已处于第四阶段，国外茶叶加工己进人第三、第四阶段，如日本蒸青茶生产线和英国CTC生产线。

而我国的制茶技术总体上仍处于第一阶段，个别单机或生产线处于第二阶段，与国外相比尚存在巨大的差距。

1.3 课题的来源1994年8月，中央决定，在“九五”期间，国家安排专款用于引进国际先农业科学技术，每年实施一批项目。

引进技术所需用于消化、吸收和推广的经，中央单位承担的项目由中央财政解决，地方单位承担的项目由地方财政配套。

就是948项目。

最近，国务院再次决定，在“十二五”期间，中央财政每年投资2亿元，继续执行“948”计划。

由中国农业科学院茶叶研究所承担的农业部948滚动项目《茶叶标准化生产键技术引进、消化与创新研究》于2006年正式启动。

该项目称:“我国的茶加工技术水平与装备多年以来没有重大改进，总体上还处于传统农副产品初级工，加工的机械化、自动化程度低，质量管理与品质控制仅凭人工经验和常规审评与理化检验来保证，与全程清洁化生产、机械化加工和自动化控制的世界进水平差距甚远。

针对我国不同茶叶生产过程的特色和上述主要问题，引进一世界先进水平的种植和加工技术、理念、设备和装置等，在消化吸收的基础上，合必要的创新研究，整合过去几十年来提出的成熟技术成果，力求改善加工设的自动化和智能化程度，提升加工的工艺水平，提出我国绿茶(名优绿茶、大绿茶)、CTC红茶和乌龙茶的标准化加工工艺参数，研制出茶叶加工关键设备自动控制装置和生产线自动控制系统，研制出茶叶加工智能化专家咨询系统。

”本课题是该滚动项目的一部分，其技术目标是实现6CR一55型茶叶揉捻机的作压力、时间、转速和上、下叶的自动控制。

1.4课题的主要研究内容本课题的主要研究内容包括:1.根据原6CR一55型茶叶揉捻机的结构特点，制定出相应的茶叶揉捻机动控制系统总体设计方案；2.上位机软件设计与实现，主要是人机界面的设计；3.下位机软件的设计与实现,主要是数据的采集与显示模块。

第二章揉捻加工分析及自动控制总体方案确定2.1茶叶揉捻加工基本原理所谓揉捻(twisting)，是运用搓揉方法破坏茶叶的组织细胞，挤出茶汁，使叶片成条的茶叶初制工序〔即用揉和捻的方法使茶叶面积缩小卷成条形，通称条茶。

揉捻是初步做形，除了白茶类和绿、黄茶中有些不要揉捻外，一般在制茶过程中都有揉捻工序。

鲜叶直接揉捻是不能成条的。

因其物理性能硬、脆。

揉捻是力的作用，如果用力不当，也不能成条。

2.2茶叶揉捻设备茶叶揉捻机(tea twisting machine)是由揉桶与揉盘作相对回转运动而将茶叶搓揉成条、挤出茶汁的机械。

我国生产的茶叶揉捻机是茶机工业中较为成熟的机种之一，也是第一个颁布部标准的茶机机种。

第六代茶叶揉捻机产品系列统一标注为“6CR”字样，"6”代表第六代，"C”是“茶”字拼音第一个字母大写，"R”是“揉”字拼音第一个字母大写。

2.2.1茶叶揉捻机的分类1.按运动形式可分为:(1)单动式茶叶揉捻机:揉桶作回转运动、揉盘不动。

(2)双动式茶叶揉捻机:揉桶与揉盘均作回转运动。

2.按揉盘样式可分为:(1)盘式(2)平板履带式(3)转子式(4)滚子式3.按揉桶数量可分为(1)单桶式(2)双桶式(3)四桶式4.按揉桶直径可分为:(1) 6CR-15型(2) 6CR一20型(3) 6CR-30型、(4) 6CR一55型(5) 6CR-65型5.按加工的连续化程度可分为: (1)非连续 (2)连续式2.2.2 6CR-55型盘式茶叶揉捻机的主要技术参数表2一1 CR-55型揉捻机的主要技术参数项目单位6CR_55揉桶外径X高度Mm φ540X385容叶量Kg/桶30~35加压形式丝杆式加压转速R/min 50±1台时产量Kg/h 100~140电机功率Kw 2.2电压V 220外形（长X宽X高）Mm 1500X1500X14002.3揉捻机自动控制系统总体方案设计本着操作简便，安全可靠，生产效率高的目标，茶叶揉捻机控制部分应达到以下工作要求。

打开电源后，首先进行触摸屏操作，输入工作组、用户名与密码，验证无误后，才能进入茶叶揉捻机的控制系统，然后或更改生产参数，或进入监视界面。

按下开始按钮，茶叶揉捻机会进入自动运行状态，随后进入初始化状态，再进行故障自检，一切正常后，如果没有新的数据输入，系统会自动载入上次数据。