全 文 ：2016年第 01期
置一个扩展机架，并且预留一个大约 10%的 I/O点来直接的作为这个控
制系统后期的改进备用。
由于现代科学技术的进步，使得现代普洱茶生产加工过程变得更为
有序化和流程化，那么在 PLC自动化技术的应用下，依据普洱茶自动化
发酵车间的基本控制要求，对不同的模块功能进行合理的编排，整个程
序一般来说，都是通过手动运行、自动运行、自动加温、加湿以及自动排
风等不同功能来组成逻辑控制[4]。这些功能是自动化技术应用的基本体
现，大大减少了人工的投入，有利于系统工作效率的提高，在 OBI程序循
坏组织的模块中，会对各个功能进行合理的调用，采用结构化的编程确
保程序结构是清晰明了的，这样便于后期的理解、分析，一旦控制的要求
发生了变化，那么只需要对涉及到的相关功能进行必要的修改就可以
了，而且这种修改是不会影响到其他功能的正常发挥的。
2.2 上位机的系统组成分析
在普洱茶渥堆发酵生产的过程中，自动化系统的上位机是由西门子
视窗控制中心 SIMATIC WinCC6.0来充当的。WINCC是西门子公司与微
软公司共同合作所研制的一种最新的软件技术，它在严格意义上来说属
于是一种模块化的结构，具备灵活的扩展方式，是一种开发程度很高的
系统。那么这个上位机设备由其自身的特点，它和 S-7300315-2DP之间
的合作可以组成一个过程控制系统，这个系统中的所有硬件都是在以
SIMATIC为基础的硬件平台实现的，而且其他所有的软件也会全都集成
在西门子的 STEP7下，他们之间是有一个统一的软件平台的，这就使得
它的软件和硬件构成之间可以有效的结合起来，从而实现了仪器控制和
电器控制的一体化，也就进一步充分的体现了全集自动化的基本特点，
它在网络的构成上实行的是最标准的总线技术和工业以太网技术，从而
保证了系统应用范围的宽广，如果我们单单的从它的实际作用发挥和未
来发展状态来看，它是一种不仅适用于现在、而且也适合于未来的一个
具有开放性特点的过程，它的系统也具有可视化的特点。
相对于特殊化的显示器来说，在普通的显示器上可以把所有需要监
控的画面进行一个有机的整合，使之统一于一个界面之内，有利于监控人
员进行现场直接的监控，同时自动化技术以其自动操作的特点，可以为普
洱茶渥堆发酵生产的上位机组成系统具备数据归档功能，除此之外，还包
括历史数据查询和调出的功能[5]。这样的设置不仅可以为发酵技术人员的
日常数据分析提供便利，使其可以总结经验进行定性，并最终把最好的茶
品服务于客户。除了这个方面的基本功能外，普洱茶渥堆发酵生产中，它
的不同批次之间所翻堆的堆温历史温度曲线可以以更直观形象的方式综
合体现出普洱茶发酵生产的不同时间段之前普洱茶所呈现的实际状态，
这样可以给发酵技术人员提供便利，使其可以进行实时的监控。
3 总 结
随着现代人们生活水平的不断提高，人们对于普洱茶的品茶需求量
逐渐增加，这对于普洱茶的生产加工方来说，就需要根据市场化的基本
特点，把握需求的特点并根据自身的实际，加强自身的完善，采用先进的
PLC自动化技术，对普洱茶生产加工的各个环节进行优化改进，特别是
发酵生产环节，对其发酵的环境进行合理的控制，确保各个要素的合理
有序，进而确保了普洱茶生产的高质高量，使其更好的满足实际所需。
参考文献
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的应用[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版）,2012,27（03）:288-292.
普洱茶因其特殊的品质和功效，近几年普洱茶的消费群体不断增
加，同时也增加了消费者对普洱茶质量的要求。随着计算机应用技术及
网络的迅速发展，企业在管理及生产过程中更需要有信息化的管理来提
高企业整体的经济效益。PLC技术简单来说就是将一切生产、经营业务
进行数字化管理，利用现代化科技手段将生产模块的发展信息更新，从
而为人们提供最新的信息，使人们充分的了解企业发展的动态业务，从
而为企业做出科学的生产流水提供依据，合理的配置有限的资源。普洱
企业实现自动化生产的过程是比较复杂的，要将计算机应用技术和网络
技术有机的结合，才能有效的提高自动化生产效率和水平，从而提高茶
叶企业的经济效益和竞争力。
1 普洱茶渥堆生产中自动化技术及研究现状
渥堆生产技术是指利用渥堆生产设备记录物体辐射或反射的渥堆
能量分布状态，并将其转换成平面可见图像（即茶发酵图）的技术。茶发
酵图可反映物体表面的温度场信息，普洱茶渥堆生产就是建立在温度场
基础上的一种生产方法，根据缺陷位置温度场的变化，可方便获得物体
表面的缺陷信息。与传统无损生产方法相比，它具有非接触生产、响应速
度快、生产面积广、直观、实时等特点。根据是否需要外部热源渥堆生产，
渥堆生产技术可分为无源普洱茶渥堆生产（被动式渥堆生产）和有源普
洱茶渥堆生产（自动化渥堆生产）两大类。任何物质在绝对零度（-273℃）
以上都不断地向周围发射载有物体特征信息的渥堆辐射，被动式渥堆生
可编程控制技术在普洱茶渥堆生产自动化中的应用
闻 娜，刘成伟，王 涛
（河北机电职业技术学院电气工程系，河北 邢台 054000）
摘 要：本设计旨在建立一种基于 PLC技术的自动化普洱茶渥堆生产装置，该装置共分为三个个功能模块：电路模块、数据处
理模块、附件模块。电路模块的电源对待测普洱茶样品进行有效照射，光纤探头将透过普洱茶样品的发酵信息进行聚集，然后通过
光纤传递给光纤探头将透过普洱茶样品的发酵信息进行收集，并通过光纤传递给数据处理模块的发酵仪。发酵仪准确、有效、实时
的获取通过光纤传递过来的普洱茶样品发酵信息，将其转换成数字信号，送入微处理器进行处理、计算和分析，从而完成对待测普
洱茶样品发酵程度的预测，并在触摸显示屏上进行结果显示，实现普洱茶渥堆的生产。
关键词：PLC；普洱茶渥堆；生产自动化
作者简介：
闻 娜（1981-），女，大学本科，讲师，研究方向：自动控制。
刘成伟（1981-），男，满族，大学本科，讲师，研究方向：电气自动化。
王 涛（1981-），男，大学本科，讲师，研究方向：建筑电气。
生 产 技 术
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学术 专业 人文 茶趣
产技术通过对被测件发射的渥堆辐射进行分析，实现被测件状态特征的
智能判断。自动化普洱茶渥堆生产基于热传导理论，它利用外部热渥堆
生产作用在物体上引起的温度场的变化，采用热像仪记录茶发酵图，并
对其进行温度分析和图像处理，由此达到生产目的。当物体处于热平衡
状态时或物体与外界温度相差不大的情况下，渥堆热像仪很难获得物体
表面的温度场信息，这种情况下应选用自动化普洱茶渥堆生产方法，利
用外界渥堆生产对物体进行加热，使物体有缺陷区域与无缺陷区域有足
够的温差。由于被动式普洱茶渥堆生产的这种局限性，使得自动化渥堆
生产发展迅速，各种各样的主动热渥堆生产方式也随之出现。普洱茶渥
堆生产热渥堆生产方式包括光热渥堆生产（闪光灯、激光）、声振渥堆生
产（超声波、机械振动）、电磁渥堆生产。
1.1 闪光灯渥堆生产是利用大功率闪光灯发射出的热能对试件进行加热
然而，闪光灯所产生的温度场呈球面辐射状，均匀性较差，而渥堆生
产源的均匀性则是光热辐射普洱茶渥堆生产中必须重点考虑的因素之
一。为此，杨小林对影响光热辐射均匀性的因素进行了分析，通过研究闪
光灯的个数和排布，一定程度上改善了渥堆生产源加热的均匀性，然而
这种光源分布不均的问题，仍会影响普洱茶渥堆生产的生产效果，而且
这种光源优化的方法过于复杂，不利于现场操作。
1.2 激光渥堆生产是利用激光器发射出的激光对试件局部进行热渥堆生产
激光具有方向性强、能量集中的特点，这同样也会导致加热不均匀
的问题。G.N.Kervalishvili利用 Nd:YAG 激光器对试件裂纹局部进行热渥
堆生产，研究其激光渥堆生产的热传导模型。研究结果表明激光光斑与
裂纹的距离对试件表面的热分布有较大的影响。在对试件进行激光渥堆
生产时，由于激光的方向性强、能量集中，将导致加热不均匀，这将会影
响普洱茶渥堆生产效果。
1.3 超声普洱茶渥堆生产则是利用超声波渥堆生产试件，试件内部吸收
耦合超声能量产生热
徐维超验证了超声渥堆生产技术的生产能力，文中提到试件与探头
之间的压力对于超声渥堆生产结果有一定的影响。超声生产时，耦合剂
是必须使用的，且试件表面需处理得光滑平整，这在一定程度上限制了
超声渥堆生产的运用场合。另外，超声生产时渥堆生产源必须与物体直
接接触，且两者之间的耦合程度对生产结果影响较大，这大大缩小了超
声普洱茶渥堆生产的生产范围。另外，生产时需要校准渥堆生产装置，这
增加了现场生产的工作量。
1.4 振动渥堆生产是利用特定的振动渥堆生产源促使物体内部产生机
械振动
由于热弹效应和滞后效应，弹性波的传播使缺陷部位因声能衰减而
产生热，最终引起物体局部温度升高。杨小林利用振动普洱茶渥堆生产
法对飞机疲劳裂纹自然损伤件的微裂纹进行生产，结果表明，该技术能
很好地应用在金属的裂纹生产领域。但文章在设计生产系统的时候，提
到要将振动渥堆生产源与试件紧密接触，显然，这一要求使得振动渥堆
生产很难在现场生产中得以进一步推广。
2 PLC在普洱茶渥堆生产自动化系统中的设计与实现
2.1 电源选型
电源的选择对于自动化普洱茶渥堆PLC生产装置至关重要，直接影
响着装置的生产精度和稳定性。电源在包含普洱茶样品特征峰的波长区
必须要有足够的发光强度及稳定性，电源的发光强度及稳定性也直接影
响着生产装置的信噪比；电源的发光波长范围决定着生产装置的生产波
长范围，近渥堆生产仪器中常采用卤素灯或钨灯作为电源，它们的发酵
范围能够覆盖整个 PLC区域，具有发光强度高，性能稳定性好，以及寿命
长等优点。
本装置中发酵仪的 PLC区域为 300-1000nm，普洱茶样品在其中的
500-1000nm区域内具有明显的特征峰。欧司朗公司生产的 HALOSPOT-
111系列卤素灯发酵覆盖范围为 350-1700nm，并且在 500-1000nm 的发
酵区域内，具有足够的发光强度和较高的稳定性，完全可以满足生产要
求。所以，在本装置设计中选择欧司朗公司生产的 HALOSPOT-111 系列
卤素灯作为电源。
2.2 电路布置
电路布置是根据生产方式确定的。本装置采用透射方式对普洱茶进
行发酵程度生产，所以装置的电路布置是根据透射方式进行设计的。电源
采用两盏欧司朗卤素灯（12V，100W，型号：41850sp）两边对称布置方式。
卤素灯灯杯两端对称钻有两个直径为 3mm 孔，并且在灯支架上钻有宽度
为 3mm的滑槽，卤素灯通过直径为 3mm的螺栓固定在灯支架上。灯支架
通过螺栓固定在底板的滑槽上，而底板通过螺栓固定在仪器的箱壁上。
在这种结构设计下，可以通过调节电源的照射角度，或是改变电源在
灯支架滑槽中的位置，从而调节光照高度，达到生产不同种类普洱茶和不
同大小普洱茶的目的。同时对于有核普洱茶，也可通过调整角度和距离避
免果核对生产结果的影响。通过改变灯支架在底板滑槽中的位置，可以改
变电源照在普洱茶上强度的大小，从而可以生产不同果皮厚度及不同大
小的普洱茶。被生产普洱茶放置在橡胶材质的普洱茶托盘上面，这样既可
以起到固定普洱茶的作用，又可以提高密封性能，减小沿普洱茶表面产生
的衍射光对生产结果的影响。光纤前段加装光纤探头（74-UV，Ocean
Optical Co.，Ltd.），以增强收集到的透过普洱茶样品的发酵信息，然后发
酵信息经光纤传递给光纤发酵仪（USB4000 或 USB2000+，OceanOptical
Co.，Ltd.），完成发酵信息向数字信息的转化，并输送给微处理器进行数据
的处理。至此，就完成了采集普洱茶发酵信息的电路模块的设计。
2.3 数据处理模块
该部分主要包括微处理器、软件系统和触摸显示屏组成。微处理器
采用的是华硕公司生产的，型号为 PCM-9361 的电脑主板。它具有体积
小，低功耗，处理数据能力相对较快，符合装置要求。软件系统采用发酵
仪自带的发酵采集软件 SpectraSuite，其主要作用是将微型光纤发酵仪传
递过来的关于样品的发酵信息，转换成方便数据处理的文档格式，同时
在触摸显示屏上进行发酵的显示。可根据不同实验的需要，在软件上对
发酵仪进行相关参数设置，包括积分时间设置、平滑度设置和平均次数
设置等。此外，软件系统还具有数据存储、触发方式选择及数据打印等基
本功能。触摸显示屏的作用是对装置的软件进行操作，以及对被测样品
的发酵信息及生产结果进行显示。
2.4 附件模块
为提高普洱茶渥堆的生产精度和稳定性，装置的供电电源采用性能
较好的 12V 锂电池给电源和微处理器供电。此外，附件部分还包括仪器
箱体、起支撑作用的底板和微处理器支架以及起固定作用的螺栓、螺母
等，其中箱体设计要做到结构紧凑和外形美观等要求。
3 结 语
现阶段，在生产自动化设备的控制系统设计过程中，对生产自动化
设备的运行效率造成了负面影响，为了满足市场对电气工程智能化的巨
大需求，本文针对普洱茶渥堆发酵生产当中存在的问题，设计了自动生
产与控制系统，该系统利用 PLC及各种生产与控制设备为下位机，以 PC
机和WINCC为上位机，对普洱茶发酵过程中的温度、湿度、pH值等相关
数据进行实时采集与存储。
参考文献
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