武夷岩茶做青自动化智能化控制关键技术研究及其应用

摘要

武夷岩茶具有浓郁的花果香，以及醇厚的滋味独特的岩韵享誉海内外。做青工艺是武夷岩茶初加工过程中的关键工序，对武夷岩茶的香气和滋味等品质特征的形成影响很大。目前，在武夷岩茶生产过程中，做青工艺掌握不易,做青过程又消耗大量人力物力财力，增大了武夷岩茶的采制难度与加工成本，从而影响武夷岩茶生产的经济效益。针对茶叶生产“用工荒”、劳动力成本上涨、乌龙茶做青过程高强度的劳力投入以及人工控制不稳定等问题，本论文围绕做青自动化与智能化控制系统的开发及其相关试验，开展乌龙茶智能化做青系统关键技术及应用研究，主要研究结果如下。
　　1.基于触摸屏与PLC的做青自动化控制系统。研发了“1拖16”基于触控屏与PLC的做青自动化控制系统，建立了乌龙茶做青可控实验室，实现做青机2种档位的准确切换，操作简单，输入参数灵活多样，投资成本低，适合于生产型做青机的自动化精细化控制。
　　2.基于PC机与PLC的做青智能化控制系统。研发了“1拖16”基于PC机+PLC的智能化控制系统，在自动化做青的基础上实现智能化控制做青。本系统包括下位机、上位机、通讯模块等组成具有多参数的在线采集、检测功能，实现做青工艺数据在线存储。以温度传感器、湿度传感器、视频传感器以及采用微型摇青机和压力传感器制成的青叶在线水分检测装置为在线检测装置，采集温、湿、水分、现场视频等因素，使做青环境监测更加全面。
　　3.摇青、晾青模糊控制器研究。研发三输入（温湿度、减重率）、单输出（摇晾青时间）的摇青、晾青模糊控制器。各参数基本论域及数学模型：做青环境温度偏差的基本论域为（-1.5℃,1.5℃）；做青环境相对湿度偏差的基本论域为（-15％,15％）；摇（晾）青时间控制量的基本论域为（-20％t摇（晾）,20％t摇（晾））。
　　三输入单输出摇青时间模糊控制器数学模型：U摇=（RT摇 UT+ RH摇 UH+ RL摇 UL）×F摇
　　三输入单输出晾青时间模糊控制器数学模型：U晾=（RT晾UT+ RH晾 UH+ RL晾 UL）×F晾
　　4.做青过程温湿度与水分在线采集。做青机温湿度在线采集结果表明，摇青时，温度下降，相对湿度上升；晾青时，温度略为提高而相对湿度下降；做青前半段，温湿度值偏低，做青后半段环境温湿度有所上升。微型做青机青叶减重率在线采集结果表明，做青过程在制叶减重率不断上升，做青叶减重率为17%左右；微型做青机在制叶含水率比做青机在制叶含水率低0.34%~3.48%，这是微型做青机滚筒直径小，气流扰动小所致，可通过采取减小测定青叶量，增大气流速度等措施，减小在线实测值与实际值之间偏差，同时通过函数拟合修正以减少误差。
　　5.电脑自动程控做青系统对比试验。电脑自动程控做青对比试验表明，与手动控制做青方法相比，毛茶水浸出物、茶多酚、氨基酸、儿茶素、黄酮类含量的差异不显著，自动做青毛茶的生化成分变化与手工做青毛茶的接近。同批次毛茶变异系数小于人工控制，茶叶品质的稳定性与均一度得到有效提高，体现了自动做青控制系统的稳定性与可靠性。
　　6.做青自动化智能化控制技术的发展前景。自动化控制做青机比人工控制做青节约劳力84%，节约人工成本75%，减低劳动强度70%，单套做青自动化控制系统（1拖16）每年可节约成本51750元。深入茶区开展生产调研，做青自动控制工作性能稳定，人机界面友好，便于收集贮藏专家的做青工艺经验，操作方便，降低了劳动成本和劳动强度，做到轻松做青。问卷调查结果表明，省力高效的自动化做青系统具有广阔的应用前景。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2本项目国内外研究进展

1.3 研究目的意义和研究内容

第二章 基于PLC与触摸屏的岩茶做青自动化控制系统

2.1武夷岩茶做青影响因子分析

2.2触摸屏自动化控制系统整体构架

2.3 触摸屏自动化控制系统组成

2.4触摸屏+PLC自动控制系统设计

2.5本章小结

第三章 基于PC与PLC智能控制系统组成与操作界面

3.1做青智能控制系统设计要求与构建目标

3.2基于PC机与PLC做青机智能控制系统构架及组成

3.3智能控制系统操作界面设计

3.4本章小结

第四章 智能做青系统模糊控制器开发

4.1智能做青模糊控制原理

4.2做青模糊控制器结构

4.3智能模糊控制器设计

4.4本章小结

第五章 做青过程温湿度及青叶水分在线采集及修正拟合

5.1材料与方法

5.2结果与分析

5.3本章小结

第六章 武夷岩茶自动化做青对比试验

6.1材料与方法

6.2结果与分析

6.3本章小结

第七章 武夷岩茶做青自动化控制的发展前景分析

7.1武夷岩茶做青自动化控制技术经济效益分析

7.2做青自动化控制技术推广应用问卷调查

7.3本章小结

第八章 总结与展望

8.1 总结

8.2 讨论与展望

参考文献

附件

攻读硕士学位期间研究成果

致谢