毕业设计（论文）-基于PLC的茶叶揉捻机自动控制系统设计.docx

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1、茶叶作为国际三大饮品之一，在国际上有广阔的市场，传统的茶叶揉捻操作虽然揉捻效果好，但是由于需要大量的人力投入，不利于茶叶产品的大规模生产。本文采用P1e作为控制系统的核心，设计了一种简单的自动化茶叶揉捻设备控制系统,能实现揉捻过程的全自动控制，具有很强的实用性。本文在阐述了揉捻设备及控制系统的应用现状的基础上，对4CR-55型茶叶揉捻记得控制系统进行了较为系统的设计。系统首先对设备的控制流程进行了介绍，然后对P1C的外围I/O信号进行分析，最终确定了CPU的型号为三菱FX2N-32MR主控P1C,同时完成了硬件系统的设计。在系统功能流程图的基础上，根据P1C的软件工作特点，绘制了程序流程图，以

2、流程图为基础设计了梯形图软件，并进行了仿真。仿真的结果表明，本系统设计的P1C梯形图功能完善，逻辑正确，满足系统的要求。关键词：茶叶揉捻；P1C;控制系统；P1C应用设计资料网：AbstractAsoneofthethreemajorinternationa1teadrinks,hasavastmarketinthewor1d,thetraditiona1tearo11ingoperationwhi1ethero11ingeffectisgood,butitneedsa1otofmanpower,isnotconduciveto1arge-sca1eproductionofteaproduct

3、s.ThispaperusesP1Casthecoreofthecontro1system,thedesignofanautomatictearo11ingequipmentcontro1systemsimp1e,canrea1izeautomaticcontro1ofro11ingprocess,haveverystrongpracticabi1ity.Basedonthedescriptionoftheapp1icationofthestatusquoofro11ingequipmentandcontro1system,isdesignedtosystematica11y4CR-55typ

4、etearo11ingcontro1systemremember.Firstofa11,thecontro1processofthesystemisintroduced,andthentheI/Osigna1oftheP1Cisana1yzed.Fina11y,theCPUmode1istheMITSUBISHIFX2N-32MRP1C,andthehardwaresystemisdesigned.Onthebasisofthefunctionf1owchartofthesystem,accordingtothecharacteristicsofP1Csoftware,theprogramf1

5、owchartisdrawn,andthe1adderdiagramsoftwareisdesignedonthebasisofthef1owchart.Thesimu1ationresu1tsshowthatthedesignoftheP1C1adderdiagramfunctionisperfect,the1ogiciscorrect,tomeettherequirementsofthesystem.Keyword:Tearo11ing;P1C;Contro1System;P1CApp1ications摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题研究背景11.2 国内外研究现状11.

6、3 本文的主要研究内容2第2章茶叶揉捻设备的工作原理及控制系统设计思路42.1 揉捻机的工作原理42.1.1 茶叶揉捻的工艺介绍42.1.2 6CR-55型茶叶揉捻设备介绍42.2 揉捻设备的控制要求52.2.1 设备的总体控制要求52.2.2 工艺控制要求62.3 控制系统的设计思路72.4 本章小结8第3章控制系统的硬件电路设计92.1 电机及控制器的选型92.2 P1C选型及I/O信号地址分配102.2.1 P1C的选型102.2.2 P1C外围I/O地址规划设计112.3 设备明细112.4 P1C接线原理图设计122.5 本章小结13第4章控制系统的软件设计144.1 控制系统的流程

7、图144.2 梯形图程序编程144.2.1 三菱P1C编程软件简介144.2.2 编程过程154.3 程序的仿真174.4 本章小结18总结19参考文献20致谢21附录22附录AP1C程序221.1 课题研究背景我国自有饮茶历史以来，在数千年的历史中，茶叶从中国而起，逐渐走向世界,成为世界三大饮料之一。我国近40年的改革开放进程，进一步扩大了茶叶在国际上得以影响力，茶叶的出口量以及茶叶的种植面积以及产量各方面，都得到了长足的发展。茶叶作为我国农业生产产品的一个重要种类，屡屡创下农产品出口额新高，茶叶的工业化制造和生产相关技术的研究，也随之展开。茶叶揉捻机是进行自动化茶叶成品生产的自动化机器，它

8、能够代替传统的人工操作实现高效率的茶叶揉捻工艺操作。茶叶揉捻机的问世，使我国茶叶生产终于由传统的作坊式生产转向现代化大型工业生产，由于茶叶的需求量随着人们的经济生活水平的提高也呈现猛增的态势，而传统的人工揉捻作业生产方式，肯定不适合现代化茶叶生产的需求，因此，这种以自动化机械代替人工劳动的方式实现自动茶叶揉捻作业的新式机器，对茶叶生产从业人员而言，是一个重大的突破，极大的提高了茶叶的生产效率和降低了人力资源成本的投入，更适合大规模化的茶叶生产，对茶叶揉捻机的机械和控制技术的研究，也是对这个领域的更深层次的突破，如何能设计和改进传统的简陋揉捻设备，使新式的茶叶揉捻机不但能完成既定的茶叶揉捻工艺，

9、而且在揉捻速度、揉捻压力方面，更加接近完美的揉捻过程，是对揉捻机相关技术研究的新方向。之所以要进行茶叶的揉捻，是为了保证茶叶的质量，使茶叶在生产过程中不被过度破坏其内部的纤维组织，由于茶叶粗细以及种类不同，按照白茶、绿茶和黄茶乌龙茶等各种茶品种类的不同，其揉捻的过程也有较大的区别。为了能够适应这一特殊的生产工艺，就需要针对不同的茶叶种类和工艺要求，在揉捻过程中不断的更换配方工艺，使茶叶揉捻机具有灵活的工作功能。1.2 国内外研究现状新中国建立以来，尤其是改革开放以后，茶叶的加工生产逐渐朝工业机械化方向发展，各类茶叶的工业生产机械研制成功，也先后应用于各种茶叶生产线上。截止目前，我国90%以上的

10、茶叶成品，都是通过工业机械化生产而来的，但一些加工工艺复杂且产量极少的名优茶品，仍然采用传统的纯手工制作工艺。近年来，在制茶机械自动控制方面也有所突破，如以继电器为基础控制元件的自动控制技术在匀堆拼配设备中应用；机电控制系统在揉捻机上的应用；1987年通过部级鉴定的“计算机控制茶叶烘干机及在乌龙茶做青工艺中的应用；圆电脑控制型龙井茶炒制机的研制成功等，这些研究成果对我国茶叶机械的自动化和连续化必将起劲推动作用。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、

11、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，国外茶叶加工已进人第三、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。我国的茶叶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加工，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的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先进水平差距甚远。针对我国不同茶叶生产过程的特色和上述主要问题，引进一批世界先进水平的种植和加工技术、理念

12、、设备和装置等，在消化吸收的基础上，结合必要的创新研究，整合过去几十年来提出的成熟技术成果，力求改善加工设备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、大宗绿茶）、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的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。1.3 本文的主要研究内容本文的研究对象是一套茶叶揉捻设备的控制系统，根据揉捻过程实际工作原理,结合揉捻设备及传感器、电机的结构组成，合理的统计P1C的通道数，并进行I/O地址的分配，在正确的P1C选型基础上，对控制系统的硬件系统、软件系统分别设计，控制系统要求具有较高的自动化程度

13、和高度的可靠性。本系统选取的P1C最终确定为三菱FX2N系歹J,通过对P1C的外围电路的设计，结合控制对象的工作流程，完成课题的全部设计任务。概括而言，本文的主要内容如下：第一章：为绪论部分，首先对茶叶揉捻生产的工业控制技术的研究现状以及本课题的研究背景进行了分析，在P1C的广泛应用大环境下，对本文的研究意义的重要性进行总结。第二章：为系统的总体方案设计，首先对被控对象也就是揉捻机系统的工作流程进行分析，对控制对象对控制系统的具体要求简要描述，为对本课题的设计思路进行规划，为后续的设计夯实基础。第三章：为硬件设计部分，首先根据控制对象的需要，总结出P1C系统的外围I/O通道数量，并对P1C的外

14、围信号地址进行分配。对关键的电气元件进行选型，在电气控制系统的硬件选型确定的基础上，完成电气控制硬件连接电路图的设计。第四章：为软件设计部分，在控制系统的工作流程图基础上，详细分析了各被控对象的动作特点，并根据被控系统的特点，设计了三菱P1C的梯形图程序。最后，对控制系统的设计过程进行回顾，对课题中遇到的问题和取得的收获进行总结。第2章茶叶揉捻设备的工作原理及控制系统设计思路本课题讨论的是一套农园的茶叶揉捻设备控制系统的方案设计，有必要对该系统的组成结构及工作进行分析，首先揉捻设备的外形示意图见图2-1所示：2.1 图27茶叶揉捻机的外形示意图2.2 揉捻机的工作原理2.2.1 茶叶揉捻的工艺

15、介绍所谓茶叶的揉捻，就是使用模拟人工揉搓的方式，对茶叶的组织细胞进行挤压，使茶叶的植物细胞中的汁液流出，让茶叶的叶片最终形成条状的茶叶成品。茶叶的揉捻是为了茶叶的初步成形而进行的，通过揉捻的操作，茶叶的叶面缩小卷曲，成为条状。由于茶叶的揉捻过程需要用力轻柔，所以需要对揉捻的揉搓力进行较准确的控制。2.2.2 6CR-55型茶叶揉捻设备介绍茶叶揉捻设备主要是通过揉桶和揉盘作相对回转运动而将茶叶搓揉成条、挤出茶汁的机械，我国茶叶揉捻设备现已成系列化标准化制造和生产，其中较为成熟的几个机种都按照我国茶叶揉捻工业设备标准进行命名，其中6CR-55型茶叶揉捻机是一个代表机型。6CR-55机型的代号名称含义如下：6：为第六代茶叶揉捻机系列；C:是“茶”的中文拼音首字母；R：是揉捻工艺的揉”的中文中文拼音首字母；55：为揉桶的直径；6CR-55型揉捻机的主要设备参数如下表：表2-16CR-55型茶叶揉捻机设备主要参数参数名称参数单位揉桶外径X高度540X385mm容叶量3035Kg/桶加压形式丝杆式加压-转速501R/min11报警指示Q0.4台时产量Kg/h100140主电机功率2.2KW设备供电AC220V外形(长X宽X高)1500X1500X1400Mm