浙江工业大学
毕业论文开题报告
学生姓名：
学 号：
专 业：
论文题目： 工夫红茶精制生产线设
指导教师：
2008年12月 30日
题目：工夫红茶精制生产线设计
1 课题的背景及意义
茶叶是世界最受欢迎的三大饮品之一。中国是产茶大国，在许多地方茶叶是农业主导产业之一，茶叶产业的发展给许多地方的农民脱贫致富奔小康提供了条件。发展茶业，社会效益和经济效益显著，尤其是在当今优化调整农业生产结构的关键时刻，既是我国山区、半山区、丘陵地区人民脱贫致富的骨干项目，茶叶又是我国传统的重要出口创汇产品，有着极为广阔的发展前景。2009 年中国茶叶产量135 万t ，茶园面积186.7 万hm2，出口30.3 万t ，出口金额7.05 亿美元，茶叶总产值413.6 亿元，各项指标均位居世界前列【1】。但茶产业是劳动密集型产业，机械化生产和初加工环节的相对薄弱和深加工业的缺失， 是产业从做大转向做优、做强的瓶颈。
茶叶的机械化采摘尚未突破。目前，茶叶机采无选择性的缺陷，机采鲜叶分选（级）技术复杂及设备的缺乏，造成了茶叶采摘机械化的缺失。我国当前众多名优绿茶的机械化采摘均在试验探索阶段，尚无成熟机采机械与技术。
茶叶机械设备简陋，机械化、自动化程度低，设备材料较差。目前我国茶叶机械加工技术水平较低，仍处于作坊式的加工状态，生产出的茶叶机械质量较差，机械化、自动化程度不高，同时设备所采用的材料多为碳钢甚至铸铁，对茶叶卫生质量影响较大。当前我国名优茶和传统大宗绿茶生产设备的机械化程度较低，茶厂中大多数加工机械仍延用七八十年代的设备，严重制约了我国名优茶和传统大宗绿茶的生产发展【2】。
茶叶初制机械的发展，突破了手工制作效率低下的瓶颈。由来已久的茶叶手工制作传统，因效率低下难以使茶叶产的量和规模以及效益得到有效扩大和提高。众所周知，茶叶必须经过初制方能饮用和储藏。初加工是茶叶生产的重要环节， 茶叶因加工方法不同及加工工艺的区别， 产生了不同的类别和千百种称谓的品牌。综合国内外食品安全加工技术发展来看，茶叶安全、清洁化生产技术应从加工环境、生产设备和管理手段等多个方面着手解决，特别是应该采用机械化、自动化程度高的生产设备，建立有效的质量管理保证体系。茶叶生产加工机电一体的连续自动化作业，将是茶叶安全生产的有效保障途径。因此，开展茶叶自动化方面的研究工作，将有益于提高我国茶叶加工整体水平。
2课题的主要设计技术参数或研究工作要达到的目标
设计出由PLC 和DCS 的组成的红茶精制生产线。它不仅要求线体上各种机械加工装置能自动地完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格品，而且要求在装卸茶叶、定位茶叶在工序间的输送、加工废料的排除、甚至包装等方面都能自动的完成。为了达到这一要求，人们通过自动输送及其他一些辅助装置按工序顺序将各种机械加工装置连成一体，并通过液压系统、气压系统和电气控制系统将各个部分动作联系起来，使其按照规定的程序自动地进行工作。这些自动化生产线的使用，在提高劳动效率和产品的质量、改善工人劳动条件、降低能源消耗、节约材料等方面均取得了显著的成效
为了执行各种分散管理，控制模块和各级位人－机接口都要靠网络通讯系统连接成为一个整体，从而构成一个局部区域网络（LAN ）。这是一种在小区域内（一个工厂，一般几公里之内）使各种数据通讯设备互连的通讯网络。集散系统传输信息是以完成某种生产为最终目的，因此它又不同于一般的计算机网络：1）具有快速的实时响应能力，一般计算机局域网络平均响应时间为2000ms-6000ms ，而集散系统的控制网络要求10ms-500ms ；2）恶劣工作环境的适应能力强 能抗强电干扰、雷电干扰、电磁干扰和地电位差的干扰；3）具有较高的可靠性，能够连续准确运行，系统利用率在99.999% 以上错误！未找到引用源。。
3 课题研究的主要内容
3.1 课题设计(或研究) 的基本原理及技术方案
控制方式为全线PLC 程序控制，实现顺控、逻辑控制、联动和联锁，以及信号传输、报警和数据采集等，必要时人工(通过按钮或旋转开关) 参与紧急处理甚至停机。PLC 作为全线枢纽，必需具备如下特性：(1) 实现无接点控制，减少继电器接触系统频繁出现接触不良故障。(2) 可方便地实现逻辑控制、数字运算。(3) 拥有大存储量的内、外存储器，能建立生产过程的多种数据库。(4) 编程较容易，能用多种方式编程。(5) 能与上位机联网，以及完成与各控制单元之间的通信，实现自动化控制与管理。(6) 可靠性高，具有故障自诊断的能力。(7) 可按装置要求选择标准模块进行组合。(8) 抗干扰能力强，有多种屏蔽和联锁措施，适合在电炉的强磁场条件下工作
DCS 的技术特点
（1）分级递阶式系统结构。DCS 在垂直方向和水平方向都采用了分级式结构，以实现系统要求的功能分散、危险分散、高可靠性和灵活性、低成本、便于维修和升级等目标。
（2）分散控制。分散控制是集散控制系统的最突出特点之一。除了控制分散，还包括功能分散、设备分散、危险分散等。 错误！未找到引用源。。
（3）功能强大。DCS 可以完成从简单的单回路控制到复杂的多变量模型优化控制，可以进行反馈控制、顺序控制、逻辑控制，可以实现监控、显示、打印、报警、历史数据存储等功能。口、可编程调节器也会相继出现。
（4）高可靠性。DCS 系统结构采用容错设计，使得在任一单元失效的情况下，仍然保持系统的完整性，即使全局性通信或管理站失效，局部站仍能维持工作。
（5）人机界面友好。DCS 软件面向工业控制技术人员、工艺技术人员和生产操作人员，采用简洁实用的人机对话系统，CRT 高分辨率交互图形显，示，复合窗口技术，画面丰富【5】。
集散系统的控制就是利用计算机技术和网络技术对现代工厂的整个生产过程进行集中的操作、分散的管理、监视的控制技术。它是各种工业过程控制的核心技术，它的蓬勃发展必将引领整个中国工业自动化控制的进程。
调整工夫红茶精制技术工艺定级归堆由于红毛茶老嫩不匀、大小混杂, 从而可适当放宽毛茶加工等级标准, 一般可比毛茶标准样低一魂等, 以达到充分发挥原料的经济价值和多提多制“ 高档” 茶的目的。毛茶付制实行单级付制、多级回收, 尽量精取细做。高档茶叮以生熟混做, 中低档原料一律复火熟做。加工中细做各级号头茶, 以利于风选、拣剔等工序的作业。滚筒圆筛由于红毛茶归堆较松, 因此, 必须使用滚筒筛机初分毛茶大小, 减少了付切且, 也便于毛抖作业时取料, 并且提高了工效【6】。
抖筛无论毛抖还是紧门工序, 付抖量不宜过大, 否则, 细嫩茶从筛面滑过, 会造成
“ 跑抖” 的现象。紧门时应该只敲不刮, 减小茶条的断裂与短饨。撩蹄付徐较平圆筛分筛路六投料要均匀一致。从小号头茶始撩, 撩头单独进行二次付撩, 投料略减, 二次撩头归筋梗单做, 以此来达到部分去梗的目的。
机拣投里一定不能大, 让付拣的茶叶不重益地均匀分布的机盘上, 茶梗与机盘的摩擦力小能滑过盘中间距。以此来降低误拣比, 避免不必要的紧条茶付切。机拣头复火松切后过撩筛, 归筋梗路加工。
风选基本要求是剖扇轻、精扇重, 补火之后要清风。剖扇粗分轻重, 可分各口的毛坯, 不能定级, 因而, 程度要轻。精扇又称定级扇, 是风选取料的主要过程, 要求做到合理配风, 按质取料, 取足主级, 兼顾下级, 级级清楚, 防止走料或屈料。
成品拼配转变拼配的习惯理念, 以市场对商品茶的需要来进行拼配, 力求避免工夫红茶因级别等次过多过细, 而增加一些不必要的成本费用。尽量做到先确定商品茶的样茶, 然后按样拼配【7】。
3.2 课题的可行性分析
基于现在的PLC 和集散系统的功能的开发程度，完全能够满足关于红茶精制生产线的设计。随着微处理技术的快速进步，原来一台大型综合计算机能完成的任务，现在可以由几十甚至上百台微处理机来协作完成，各小型的微处理机之间通过使用计算机网络通讯技术连接起来，以此构成了一个完备的控制系统。微处理机能够被方便的安装到各个控制对象的周围，从而可以节约大量的电缆和安装费用。这样的控制结构，使得一台微处理机只用于较少的几个回路的控制，从而大大分散了控制的危险性。
可编程控制器作为控制系统的核心，并结合交流伺服技术、传感器技术、气动技术实现对自动生产线输送系统的控制【8】。系统经过实际运行表明：其自动输送的能力可以满足各种产品的生产需求，具有控制灵活、响应速度快、定位精度高等特点，大大地提高了输送效率并降低了生产成本。
3.3 课题主要解决的技术关键问题及创新点
现今阶段, 自动化生产线应满足众多的要求, 主要涉及到下列几项指标:（1）提高质量；
（2）增加生产；（3）为适应生产变化而更换模具的时间短；（4）生产过程的监控；（5） 操作人员的安全。
调整工夫红茶精制技术工艺定级归堆由于红毛茶老嫩不匀、大小混杂, 从而可适当放宽毛茶加工等级标准, 一般可比毛茶标准样低一魂等, 以达到充分发挥原料的经济价值和多提多制“ 高档” 茶的目的。毛茶付制实行单级付制、多级回收, 尽量精取细做。高档茶叮以生熟混做, 中低档原料一律复火熟做。加工中细做各级号头茶, 以利于风选、拣剔等工序的作业。滚筒圆筛由于红毛茶归堆较松, 因此, 必须使用滚筒筛机初分毛茶大小, 减少了付切且, 也便于毛抖作业时取料, 并且提高了工效【9】。
3.4 课题研究工作的技术路线
采用西门子公司STEP7 - Micro /W IN32 软件, 在上位机上使用较为直观的梯形图或语句表按控制流程和控制算法进行编程, 程序编译成功后, 通过连接上位机和PLC 的PC /PPI电缆将程序下载至PLC 中。
变频调速系统需要1个模拟量输入点和一个模拟量输出点。测速电机测量电机的转速, 电压值信号接入模拟输入点, 经过与给定值比较、PID 运算, 运算结果从模拟量输出点输出, 作为变频器的控制信号, 实现变频调速【10】。
4课题计划进度
参 考 文 献
【1】翁炎生, 王巍. 机械化在茶叶产业发展与提升中的作用探析[J]. 中国农机化, 2011, (1): 48~50
【2】肖宏儒， 朱志祥 肖宏儒(农业部南京农业机械化研究所) ， 朱志祥(江苏溧阳龙潭林场) ：农业装备技术年，卷(期) ： 2005,31(6)
【3】周 洁1 王立新2(1. 盐城技师学院, 江苏盐城 224051 ; 2. 盐城生物工程高等学校, 江苏盐城 224051) 农业与技术 第25 卷 第6 期 2005 年 12 月
【4】. 朱学军，分布式控制系统发展综述[J].机床电器，2004（1）：5-8
【5】 程正群，现场总线与DCS 控制系统，化工自动化及仪表，1999，26（3）
【6】范永胜，王岷． 电气控制与PLC 应用［M ］． 北京: 中国电力出版社，2004:178 －188．
【7】李道霖． 电气控制与PLC 原理及应用［M ］． 北京: 电子工业出版社，2004: 105 －108．
【8】王轶卿, 张湜. 集散控制系统课程教学与实践[J]. 中国电力教育,2009,(1):92-93.
【9】 R. Jacobsen, W. Meyer and B. Schrage, Density independent moisture meter at X-band Proc. of the 10th European Microwave Conference, pp.216-220,1980
【10】 E.Nyfors and P. Vainikainen, Industrial Microwave sensors. Artech House, In c . , 1989,ch.4,pp.202-2 1 1 .
浙江工业大学
毕业论文开题报告
学生姓名：
学 号：
专 业：
论文题目： 工夫红茶精制生产线设
指导教师：
2008年12月 30日
题目：工夫红茶精制生产线设计
1 课题的背景及意义
茶叶是世界最受欢迎的三大饮品之一。中国是产茶大国，在许多地方茶叶是农业主导产业之一，茶叶产业的发展给许多地方的农民脱贫致富奔小康提供了条件。发展茶业，社会效益和经济效益显著，尤其是在当今优化调整农业生产结构的关键时刻，既是我国山区、半山区、丘陵地区人民脱贫致富的骨干项目，茶叶又是我国传统的重要出口创汇产品，有着极为广阔的发展前景。2009 年中国茶叶产量135 万t ，茶园面积186.7 万hm2，出口30.3 万t ，出口金额7.05 亿美元，茶叶总产值413.6 亿元，各项指标均位居世界前列【1】。但茶产业是劳动密集型产业，机械化生产和初加工环节的相对薄弱和深加工业的缺失， 是产业从做大转向做优、做强的瓶颈。
茶叶的机械化采摘尚未突破。目前，茶叶机采无选择性的缺陷，机采鲜叶分选（级）技术复杂及设备的缺乏，造成了茶叶采摘机械化的缺失。我国当前众多名优绿茶的机械化采摘均在试验探索阶段，尚无成熟机采机械与技术。
茶叶机械设备简陋，机械化、自动化程度低，设备材料较差。目前我国茶叶机械加工技术水平较低，仍处于作坊式的加工状态，生产出的茶叶机械质量较差，机械化、自动化程度不高，同时设备所采用的材料多为碳钢甚至铸铁，对茶叶卫生质量影响较大。当前我国名优茶和传统大宗绿茶生产设备的机械化程度较低，茶厂中大多数加工机械仍延用七八十年代的设备，严重制约了我国名优茶和传统大宗绿茶的生产发展【2】。
茶叶初制机械的发展，突破了手工制作效率低下的瓶颈。由来已久的茶叶手工制作传统，因效率低下难以使茶叶产的量和规模以及效益得到有效扩大和提高。众所周知，茶叶必须经过初制方能饮用和储藏。初加工是茶叶生产的重要环节， 茶叶因加工方法不同及加工工艺的区别， 产生了不同的类别和千百种称谓的品牌。综合国内外食品安全加工技术发展来看，茶叶安全、清洁化生产技术应从加工环境、生产设备和管理手段等多个方面着手解决，特别是应该采用机械化、自动化程度高的生产设备，建立有效的质量管理保证体系。茶叶生产加工机电一体的连续自动化作业，将是茶叶安全生产的有效保障途径。因此，开展茶叶自动化方面的研究工作，将有益于提高我国茶叶加工整体水平。
2课题的主要设计技术参数或研究工作要达到的目标
设计出由PLC 和DCS 的组成的红茶精制生产线。它不仅要求线体上各种机械加工装置能自动地完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格品，而且要求在装卸茶叶、定位茶叶在工序间的输送、加工废料的排除、甚至包装等方面都能自动的完成。为了达到这一要求，人们通过自动输送及其他一些辅助装置按工序顺序将各种机械加工装置连成一体，并通过液压系统、气压系统和电气控制系统将各个部分动作联系起来，使其按照规定的程序自动地进行工作。这些自动化生产线的使用，在提高劳动效率和产品的质量、改善工人劳动条件、降低能源消耗、节约材料等方面均取得了显著的成效
为了执行各种分散管理，控制模块和各级位人－机接口都要靠网络通讯系统连接成为一个整体，从而构成一个局部区域网络（LAN ）。这是一种在小区域内（一个工厂，一般几公里之内）使各种数据通讯设备互连的通讯网络。集散系统传输信息是以完成某种生产为最终目的，因此它又不同于一般的计算机网络：1）具有快速的实时响应能力，一般计算机局域网络平均响应时间为2000ms-6000ms ，而集散系统的控制网络要求10ms-500ms ；2）恶劣工作环境的适应能力强 能抗强电干扰、雷电干扰、电磁干扰和地电位差的干扰；3）具有较高的可靠性，能够连续准确运行，系统利用率在99.999% 以上错误！未找到引用源。。
3 课题研究的主要内容
3.1 课题设计(或研究) 的基本原理及技术方案
控制方式为全线PLC 程序控制，实现顺控、逻辑控制、联动和联锁，以及信号传输、报警和数据采集等，必要时人工(通过按钮或旋转开关) 参与紧急处理甚至停机。PLC 作为全线枢纽，必需具备如下特性：(1) 实现无接点控制，减少继电器接触系统频繁出现接触不良故障。(2) 可方便地实现逻辑控制、数字运算。(3) 拥有大存储量的内、外存储器，能建立生产过程的多种数据库。(4) 编程较容易，能用多种方式编程。(5) 能与上位机联网，以及完成与各控制单元之间的通信，实现自动化控制与管理。(6) 可靠性高，具有故障自诊断的能力。(7) 可按装置要求选择标准模块进行组合。(8) 抗干扰能力强，有多种屏蔽和联锁措施，适合在电炉的强磁场条件下工作
DCS 的技术特点
（1）分级递阶式系统结构。DCS 在垂直方向和水平方向都采用了分级式结构，以实现系统要求的功能分散、危险分散、高可靠性和灵活性、低成本、便于维修和升级等目标。
（2）分散控制。分散控制是集散控制系统的最突出特点之一。除了控制分散，还包括功能分散、设备分散、危险分散等。 错误！未找到引用源。。
（3）功能强大。DCS 可以完成从简单的单回路控制到复杂的多变量模型优化控制，可以进行反馈控制、顺序控制、逻辑控制，可以实现监控、显示、打印、报警、历史数据存储等功能。口、可编程调节器也会相继出现。
（4）高可靠性。DCS 系统结构采用容错设计，使得在任一单元失效的情况下，仍然保持系统的完整性，即使全局性通信或管理站失效，局部站仍能维持工作。
（5）人机界面友好。DCS 软件面向工业控制技术人员、工艺技术人员和生产操作人员，采用简洁实用的人机对话系统，CRT 高分辨率交互图形显，示，复合窗口技术，画面丰富【5】。
集散系统的控制就是利用计算机技术和网络技术对现代工厂的整个生产过程进行集中的操作、分散的管理、监视的控制技术。它是各种工业过程控制的核心技术，它的蓬勃发展必将引领整个中国工业自动化控制的进程。
调整工夫红茶精制技术工艺定级归堆由于红毛茶老嫩不匀、大小混杂, 从而可适当放宽毛茶加工等级标准, 一般可比毛茶标准样低一魂等, 以达到充分发挥原料的经济价值和多提多制“ 高档” 茶的目的。毛茶付制实行单级付制、多级回收, 尽量精取细做。高档茶叮以生熟混做, 中低档原料一律复火熟做。加工中细做各级号头茶, 以利于风选、拣剔等工序的作业。滚筒圆筛由于红毛茶归堆较松, 因此, 必须使用滚筒筛机初分毛茶大小, 减少了付切且, 也便于毛抖作业时取料, 并且提高了工效【6】。
抖筛无论毛抖还是紧门工序, 付抖量不宜过大, 否则, 细嫩茶从筛面滑过, 会造成
“ 跑抖” 的现象。紧门时应该只敲不刮, 减小茶条的断裂与短饨。撩蹄付徐较平圆筛分筛路六投料要均匀一致。从小号头茶始撩, 撩头单独进行二次付撩, 投料略减, 二次撩头归筋梗单做, 以此来达到部分去梗的目的。
机拣投里一定不能大, 让付拣的茶叶不重益地均匀分布的机盘上, 茶梗与机盘的摩擦力小能滑过盘中间距。以此来降低误拣比, 避免不必要的紧条茶付切。机拣头复火松切后过撩筛, 归筋梗路加工。
风选基本要求是剖扇轻、精扇重, 补火之后要清风。剖扇粗分轻重, 可分各口的毛坯, 不能定级, 因而, 程度要轻。精扇又称定级扇, 是风选取料的主要过程, 要求做到合理配风, 按质取料, 取足主级, 兼顾下级, 级级清楚, 防止走料或屈料。
成品拼配转变拼配的习惯理念, 以市场对商品茶的需要来进行拼配, 力求避免工夫红茶因级别等次过多过细, 而增加一些不必要的成本费用。尽量做到先确定商品茶的样茶, 然后按样拼配【7】。
3.2 课题的可行性分析
基于现在的PLC 和集散系统的功能的开发程度，完全能够满足关于红茶精制生产线的设计。随着微处理技术的快速进步，原来一台大型综合计算机能完成的任务，现在可以由几十甚至上百台微处理机来协作完成，各小型的微处理机之间通过使用计算机网络通讯技术连接起来，以此构成了一个完备的控制系统。微处理机能够被方便的安装到各个控制对象的周围，从而可以节约大量的电缆和安装费用。这样的控制结构，使得一台微处理机只用于较少的几个回路的控制，从而大大分散了控制的危险性。
可编程控制器作为控制系统的核心，并结合交流伺服技术、传感器技术、气动技术实现对自动生产线输送系统的控制【8】。系统经过实际运行表明：其自动输送的能力可以满足各种产品的生产需求，具有控制灵活、响应速度快、定位精度高等特点，大大地提高了输送效率并降低了生产成本。
3.3 课题主要解决的技术关键问题及创新点
现今阶段, 自动化生产线应满足众多的要求, 主要涉及到下列几项指标:（1）提高质量；
（2）增加生产；（3）为适应生产变化而更换模具的时间短；（4）生产过程的监控；（5） 操作人员的安全。
调整工夫红茶精制技术工艺定级归堆由于红毛茶老嫩不匀、大小混杂, 从而可适当放宽毛茶加工等级标准, 一般可比毛茶标准样低一魂等, 以达到充分发挥原料的经济价值和多提多制“ 高档” 茶的目的。毛茶付制实行单级付制、多级回收, 尽量精取细做。高档茶叮以生熟混做, 中低档原料一律复火熟做。加工中细做各级号头茶, 以利于风选、拣剔等工序的作业。滚筒圆筛由于红毛茶归堆较松, 因此, 必须使用滚筒筛机初分毛茶大小, 减少了付切且, 也便于毛抖作业时取料, 并且提高了工效【9】。
3.4 课题研究工作的技术路线
采用西门子公司STEP7 - Micro /W IN32 软件, 在上位机上使用较为直观的梯形图或语句表按控制流程和控制算法进行编程, 程序编译成功后, 通过连接上位机和PLC 的PC /PPI电缆将程序下载至PLC 中。
变频调速系统需要1个模拟量输入点和一个模拟量输出点。测速电机测量电机的转速, 电压值信号接入模拟输入点, 经过与给定值比较、PID 运算, 运算结果从模拟量输出点输出, 作为变频器的控制信号, 实现变频调速【10】。
4课题计划进度
参 考 文 献
【1】翁炎生, 王巍. 机械化在茶叶产业发展与提升中的作用探析[J]. 中国农机化, 2011, (1): 48~50
【2】肖宏儒， 朱志祥 肖宏儒(农业部南京农业机械化研究所) ， 朱志祥(江苏溧阳龙潭林场) ：农业装备技术年，卷(期) ： 2005,31(6)
【3】周 洁1 王立新2(1. 盐城技师学院, 江苏盐城 224051 ; 2. 盐城生物工程高等学校, 江苏盐城 224051) 农业与技术 第25 卷 第6 期 2005 年 12 月
【4】. 朱学军，分布式控制系统发展综述[J].机床电器，2004（1）：5-8
【5】 程正群，现场总线与DCS 控制系统，化工自动化及仪表，1999，26（3）
【6】范永胜，王岷． 电气控制与PLC 应用［M ］． 北京: 中国电力出版社，2004:178 －188．
【7】李道霖． 电气控制与PLC 原理及应用［M ］． 北京: 电子工业出版社，2004: 105 －108．
【8】王轶卿, 张湜. 集散控制系统课程教学与实践[J]. 中国电力教育,2009,(1):92-93.
【9】 R. Jacobsen, W. Meyer and B. Schrage, Density independent moisture meter at X-band Proc. of the 10th European Microwave Conference, pp.216-220,1980
【10】 E.Nyfors and P. Vainikainen, Industrial Microwave sensors. Artech House, In c . , 1989,ch.4,pp.202-2 1 1 .