一种茶叶揉捻机自动控制系统和方法与流程

1.本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种茶叶揉捻机自动控制系统和方法。


背景技术：

2.揉捻是茶叶初制的一道工序关键工序，揉捻一方面使茶叶卷紧成条，缩小体积；另一方面通过外力作用，适当破坏叶组织细胞，造成细胞破碎、茶汁溢出。茶汁溢于茶叶表面，有利于增加茶汁的浓度。因此揉捻是茶叶加工过程中极为重要的工序，直接决定了茶叶品质好坏。在揉捻的过程中，揉捻压力是揉捻技术的关键，压力过大茶叶容易成团和破碎；压力过小，茶叶条粗大不紧。揉捻转速亦是揉捻对茶叶品质影响的重要因素，同一品种茶叶，揉捻转速过快，细胞破损率增加。现有的揉捻机已自动控制，部分揉捻机是通过时间设定来完成揉捻控制，没办法实现对揉捻压力和转速精准恒定的控制，而且加压过程连续，导致茶叶揉捻不足或破碎率高，条索不良。
3.上述问题是目前亟待解决的。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的为提供一种茶叶揉捻机自动控制系统和方法，可以解决现有的没办法实现对揉捻压力和转速精准恒定的控制，而且加压过程连续，导致茶叶揉捻不足或破碎率高，条索不良的问题。
5.本发明要克服现有技术的上述至少一个缺点，一方面，本发明提供了一种茶叶揉捻机自动控制系统，所述揉捻机包括盛放茶叶的揉桶和揉桶上方的压盖，带动所述压盖上下移动的电动推杆和在所述电动推杆上设置的压力传感器，所述系统包括：上位机、下位机、转速控制子系统和压力控制子系统；所述上位机为触摸屏，用于对揉捻流程、工艺参数的显示、数据处理与保存以及参数设定的人机界面的设定；所述下位机为plc，用于对揉捻机的传感器进行数据采集、逻辑运算和自动控制；所述转速控制子系统包括：第一模糊控制器、第一a/d转换模块、变频器、第一电机，第一传动执行机构和速度测量反馈模块中的一种或其组合；所述转速控制子系统用于控制揉桶在第一电机和第一传动执行机构的带动下在揉捻盘上做水平圆周运动；所述压力控制子系统包括：模式控制单元和压力控制单元，用于控制所述揉捻机做周期性竖直往复运动。
6.可选的，所述第一传动执行机构包括揉桶、桶毂和曲柄；所述转速控制子系统用于使揉桶在第一电机和第一传动执行机构的带动下在揉捻盘上做水平圆周运动；所述速度测量反馈模块包括测速传感器和第一d/a转换模块；所述测速传感器用于测量所述揉桶的实际转速；所述第一d/a转换模块用于将测量的实际转速模拟量转化为数字量被plc读取。
7.可选的，所述转速控制子系统还用于：速度测量反馈模块将转速的实际值输入到plc中的第一模糊控制器；第一模糊控制器对该实际值进行模糊、量化和查表操作后，计算出该转速和设定转速的偏差以及设定转速变化率与实际变化率的偏差；基于所述转速和设定转速的偏差以及设定转速变化率与实际变化率的偏差生成所述偏差的控制量δkp、δ
ki、δkd；将所述偏差的控制量δkp、δki、δkd写入到第一模糊控制器中得到转速的偏差值；第一模糊控制器将所述偏差值经过第一a/d转换模块进行转换后输出到变频器；通过变频器调节第一电机转速，控制第一传动执行机构恒速运转。
8.可选的，所述模式控制单元用于控制所述揉捻机的工作模式，使所述揉捻机做周期性竖直往复运动。
9.可选的，所述工作模式包括初始模式和揉捻模式；在初始模式下，控制所述电动推杆带动所述压盖连续下压；根据压力传感器的检测数据判断所述压盖是否触碰到茶叶；若是，则结束所述初始模式并进入揉捻模式；在判定所述揉捻工艺步骤完成后，所述电动推杆带动所述压盖连续上移到预设位置。
10.可选的，所述结束所述初始模式并进入揉捻模式包括：根据设定的揉捻工艺步骤确定要进行的工艺步骤和所述压盖的升降方向；按照调整周期逐步调整所述压盖的上下位置；通过所述压力传感器在所述调整周期内静止时间的检测数据与工艺步骤对应的压力参数对比判断是否达到停止要求；若是，则所述压盖静止所述工艺步骤对应的工作时长；当所述压盖静止所述工艺步骤对应的工作时长后，按照调整周期逐步调整所述压盖的上下位置，进入下一个工艺步骤。
11.可选的，所述模式控制单元还用于：获取对比数据，所述对比数据由所述推力传感器在所述调整周期内所检测的压力值获得；将所述对比数据减去所述工艺步骤对应的压力参数得到相应的差值；判断所述差值是否符合可接受区间的设定，所述可接受区间为针对所述工艺步骤生成的区域范围，当所述差值在所述区域范围内时，则判定所述差值符合所述可接受区间的设定；若是，则判定达到停止要求；反之，则判定未达到停止要求。
12.可选的，所述压力控制单元包括第二模糊控制器、第二d/a转换模块、驱动器、第二电机、第二传动执行机构和压力反馈模块中的一种或其组合；所述压力控制单元用于基于揉捻机的不同工作模式控制所述压盖在第二电机和第二传动执行机构的带动下以恒定压力做竖直运动。
13.可选的，所述压力反馈模块包括：压力传感器以及第二a/d转换模块；所述压力传感器用于获取所述压盖对下方所产生的压力；所述第二a/d转换模块用于将获取的压力模拟量转化为数字量被plc读取；所述压力控制单元还用于：所述压力反馈模块将压力的实际值输入到plc中的第二模糊控制器；第二模糊控制器对该实际值进行模糊、量化和查表操作后，计算出该实际压力和设定压力的偏差以及设定压力变化率与实际变化率的偏差；基于所述实际压力和设定压力的偏差以及设定压力变化率与实际变化率的偏差生成所述偏差的控制量δkp、δki、δkd；将所述偏差的控制量δkp、δki、δkd写入到第二模糊控制器中得到压力的偏差值；第二模糊控制器将所述偏差值经过第二d/a转换模块进行转换后输出到驱动器，通过驱动器调节第二电机转角；第二电机在当前的工作模式下控制压盖以恒定的压力进行揉捻。
14.另一方面，本发明提供了一种茶叶揉捻机自动控制方法，应用于上述的控制系统中的控制单元；所述控制方法包括：基于上位机对揉捻流程、工艺参数的显示、数据处理与保存以及参数设定的人机界面进行设定；基于下位机对揉捻机的传感器进行数据采集、逻辑运算和自动控制；基于转速控制子系统使得揉桶在揉捻盘上做水平圆周运动；基于压力控制子系统使得揉捻机做周期性竖直往复运动。
15.又一方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有一个或一个以上的指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的茶叶揉捻机自动控制方法。
16.再一方面，本发明提供了一种一种电子设备，包括：存储器和处理器；所述存储器中存储有至少一条程序指令；所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现上述的茶叶揉捻机自动控制方法。
17.本发明的有益效果是：本发明提供了一种茶叶揉捻机自动控制系统，所述揉捻机包括盛放茶叶的揉桶和揉桶上方的压盖，带动所述压盖上下移动的电动推杆和在所述电动推杆上设置的压力传感器，所述系统包括：上位机、下位机、转速控制子系统和压力控制子系统；所述上位机为触摸屏，用于对揉捻流程、工艺参数的显示、数据处理与保存以及参数设定的人机界面的设定；所述下位机为plc，用于对揉捻机的传感器进行数据采集、逻辑运算和自动控制；所述转速控制子系统包括：第一模糊控制器、第一a/d转换模块、变频器、第一电机，第一传动执行机构和速度测量反馈模块中的一种或其组合；所述转速控制子系统用于控制揉桶在第一电机和第一传动执行机构的带动下在揉捻盘上做水平圆周运动；所述压力控制子系统包括：模式控制单元和压力控制单元，用于控制所述揉捻机做周期性竖直往复运动。通过plc控制转速控制子系统和压力控制子系统可以使得揉捻机在运行的过程中能够以精准恒定的转速和压力对茶叶进行揉捻，提高了茶叶的品质，并且也可以实现缓慢和断续的加压过程，使茶叶条索紧致，均匀，破损率小。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
19.图1是本发明实施例所提供的一种茶叶揉捻机自动控制系统结构图。
20.图2是本发明实施例提供的转速控制子系统结构框图。
21.图3是本发明实施例提供的变频器与plc电气接线示意图。
22.图4是本发明实施例提供的压力控制单元结构框图。
23.图5是本发明实施例所提供的一种茶叶揉捻机自动控制方法流程图。
24.图6是本发明实施例所提供的电子设备的部分框图。
具体实施方式
25.在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
26.应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。
27.现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
28.实施例
29.为了便于后续理解，茶叶揉捻机的工作原理是茶叶揉捻机是一种对茶叶进行揉捻同时让部分茶叶组织细胞破损，对茶叶的成条率和碎茶率进行控制，且方便制茶人员操作的茶叶揉捻设备。茶叶在完成杀青后送入揉捻桶中进行揉捻，由主电机带动揉捻桶在揉捻盘上和揉捻盘平行的方式做圆周运动。同时，由侧边的步进电机通过传动机构来控制揉捻盖的升降实现对揉桶内茶叶的揉捻。在此期间，揉捻桶壁、揉捻盖和揉捻盘里的棱骨等多个方向的堆、压、扭和摩擦等多种力作用在茶叶上，使得茶叶按各自的主叶脉揉卷成条状，并使得部分叶组织细胞破损，茶汁溢出于茶叶表面，提高了茶叶的饮用价值。
30.参考图1，为一种茶叶揉捻机自动控制系统结构示意图。
31.作为示例，所述揉捻机包括盛放茶叶的揉桶和揉桶上方的压盖，带动所述压盖上下移动的电动推杆和在所述电动推杆上设置的压力传感器，述系统包括：上位机、下位机、转速控制子系统和压力控制子系统；所述上位机为触摸屏，用于对揉捻流程、工艺参数的显示、数据处理与保存以及参数设定的人机界面的设定；所述下位机为plc，用于对揉捻机的传感器进行数据采集、逻辑运算和自动控制；所述转速控制子系统包括：第一模糊控制器、第一a/d转换模块、变频器、第一电机，第一传动执行机构和速度测量反馈模块中的一种或其组合；所述转速控制子系统用于控制揉桶在第一电机和第一传动执行机构的带动下在揉捻盘上做水平圆周运动；所述压力控制子系统包括：模式控制单元和压力控制单元，用于控制所述揉捻机做周期性竖直往复运动。
32.可选的，在上位机设置揉捻桶转速、揉捻压力和揉捻时间，利用串口将参数传给plc控制系统，由plc控制揉捻桶盖的启停、揉捻时间、揉捻桶转速和揉捻压力。
33.可选的，所述第一传动执行机构包括揉桶、桶毂和曲柄；所述转速控制子系统用于使揉桶在第一电机和第一传动执行机构的带动下在揉捻盘上做水平圆周运动；所述速度测量反馈模块包括测速传感器和第一d/a转换模块；所述测速传感器用于测量所述揉桶的实际转速；所述第一d/a转换模块用于将测量的实际转速模拟量转化为数字量被plc读取。由于采集的转速和压力数据不能直接由上位机采集显示出来，因此通过plc的d/a转换模块将这些数据读入到plc中，由plc对其进行运算分析，再将这些数据经由plc传输给上位机。
34.可选的，如图2所示，为转速控制子系统结构框图。所述转速控制子系统还用于：速度测量反馈模块将转速的实际值输入到plc中的第一模糊控制器；第一模糊控制器对该实际值进行模糊、量化和查表操作后，计算出该转速和设定转速的偏差以及设定转速变化率与实际变化率的偏差；基于所述转速和设定转速的偏差以及设定转速变化率与实际变化率的偏差生成所述偏差的控制量δkp、δki、δkd；将所述偏差的控制量δkp、δki、δkd写入到第一模糊控制器中得到转速的偏差值；第一模糊控制器将所述偏差值经过第一a/d转换模块进行转换后输出到变频器；通过变频器调节第一电机转速，控制第一传动执行机构恒速运转。具体地，系统中传感器采集被控量转速值，采集值经第一a/d转换模块由计算机读取，将该采集值与设定值进行比较计算出被控量的误差值，将该误差值进行模糊化处理后经模糊规则进行决策，输出模糊控制量。最后对该模糊控制量解模糊输出精确量，该数值经过第一d/a转换模块转换输入到第一传动执行机构，由此来调整第一传动执行机构输出的
被控量。其中，模糊控制器的主要作用是将精确量转化为模糊量，然后根据语法控制规则，进行模糊推理，最后将模糊推理的结果精确化，实现对被控对象的控制。具体地，可以采用mamdani模型作为模糊控制模型，由于模糊控制技术在现有技术中已经非常成熟，因此在此处不再赘述。其中设定的转速可以为50r/min。
35.可选的，如图3所示，为变频器与plc电气接线示意图。以plc的d/a转换模块的iout端输出0-20ma的电流信号(模拟量)作为变频器的控制端ai2的输入，然后经该变频器调制输出高频脉冲给第一电机；同时由测速传感器将揉桶测得的转速经d/a转换模块由模拟信号转换为数字信号返回到plc中，由plc进行运算通过转速的偏差信号来控制异步电机的恒速运行。通过采用变频器可以使得将输入电源频率变换为设定的频率，使得输出为某设定频率的交流电，这样可以保证电机的恒速运行。其中，plc的可以选择型号为fx3u-16mr/es-a型plc，变频器型号可以选为fr-e740-1.5k-cht型通用型变频器，需要说明的是，此处不对plc和变频器的型号进行限制，相关技术人员可以基于实际需求更换不同型号的plc或变频器。
36.作为示例，所述模式控制单元用于控制所述揉捻机的工作模式，使所述揉捻机做周期性竖直往复运动。所述工作模式包括初始模式和揉捻模式；在初始模式下，控制所述电动推杆带动所述压盖连续下压；根据压力传感器的检测数据判断所述压盖是否触碰到茶叶；若是，则结束所述初始模式并进入揉捻模式；在判定所述揉捻工艺步骤完成后，所述电动推杆带动所述压盖连续上移到预设位置。
37.可选的，初始模式和揉捻模式为预先设定的工作模式。在初始模式下，电动推杆带动压盖进行连续运动；在揉捻模式时，电动推杆动压盖在设定时长内进行连续运动，其运动时间被限定，用于实现压盖短距离移动，在揉捻模式时，压盖上下移动。
38.可选的，茶叶揉捻机中有揉捻工艺步骤的数据库，可以根据茶叶的不同匹配出对应的揉捻工艺步骤；也可以是，操作人员手工输入设定工艺步骤和其参数形成揉捻工艺步骤；揉捻工艺步骤是无压揉捻、轻压揉捻、回退揉捻、重压揉捻的排列组合构成；另外，调整周期包括一个调整时间即压盖短暂移动的过程，例如0.1-0.2s，下压2-3mm左右，调整周期还包括一个静止时间，静止时间内压盖在上下方向静止；应当说的是，在一些实施例中，调整时间是固定的，静止时间可以根据茶叶的情况不同进行相应的调整，以实现加工质量和加工效率方面的平衡；应当说的是，在一些实施例中，调整时间是可以调整的，通过调整时间的调整可以控制压盖在调整周期的移动距离，可以根据茶叶的情况不同进行相应的调整对茶叶施力情况，以实现加工质量和加工效率方面的平衡；应当说的是，压盖的上下位置即压盖相对揉桶的位置，越靠近揉桶，压盖位置越向下。
39.可选的，所述模式控制单元还用于：根据设定的揉捻工艺步骤确定要进行的工艺步骤和所述压盖的升降方向；按照调整周期逐步调整所述压盖的上下位置；通过所述压力传感器在所述调整周期内静止时间的检测数据与工艺步骤对应的压力参数对比判断是否达到停止要求；若是，则所述压盖静止所述工艺步骤对应的工作时长；当所述压盖静止所述工艺步骤对应的工作时长后，按照调整周期逐步调整所述压盖的上下位置，进入下一个工艺步骤。具体地，可以设定的工艺步骤顺序依次为：无压揉捻、轻压揉捻、回退揉捻和重压揉捻，到下一工艺压盖的移动方向分别对应为向下、向上、向下、向上，对应的压力参数分别为大于0kg、5kg、0kg、10kg，对应的时长分别为10min、20min、0min、20min。也即，当压盖静止工
艺步骤对应的工作时长后，则认为完成相应的工艺步骤，进而可以通过调整周期的调整进入下一个工艺步骤，当整个揉捻工艺步骤结束后，没有下一个工艺步骤，揉捻模式进入初始模式，电动推杆带动压盖连续上移到设定上下位置，即为压盖的初始位置。
40.可选的，所述模式控制单元还用于：获取对比数据，所述对比数据由所述推力传感器在所述调整周期内所检测的压力值获得；将所述对比数据减去所述工艺步骤对应的压力参数得到相应的差值；判断所述差值是否符合可接受区间的设定，所述可接受区间为针对所述工艺步骤生成的区域范围，当所述差值在所述区域范围内时，则判定所述差值符合所述可接受区间的设定；若是，则判定达到停止要求；反之，则判定未达到停止要求。其中，可以取推力传感器在调整周期内所检测的压力值的平均值作为对比数据。可接受区间为针对工艺步骤生成的区域范围，当差值在区域范围内时，代表相应的工艺步骤可以继续进行；可接受区间可以是根据不同茶叶的加工要求自动生成的，例如不同茶叶类型，相同类型的工艺步骤对应的可接受区间也不同，具体与预先设置有关，在此就不一一赘述；在一些实施例中，可以通过差值与可接受区间的端值(即区域范围的端值)对比判断差值是否符合可接受区间的设定。
41.可选的，无压揉捻时，推力传感器检测的压力值在设定的无压区间以内或者压盖在初始接触茶叶后的设定个数的调整周期内；轻压揉捻时，推力传感器检测的压力值在设定的轻压区间以内；回退揉捻时，推力传感器检测的压力值逐步降为零；重压揉捻时，推力传感器检测的压力值在设定的重压区间以内。
42.通过根据设定的揉捻工艺步骤，按照调整周期逐步调整压盖的上下位置，逐步调整对茶叶的压力，实现缓慢和断续的加压过程，使茶叶条索紧致，均匀，破损率小，解决现有加压过程连续，导致茶叶揉捻不足或破碎率高，条索不良的问题。
43.作为示例，所述压力控制单元包括第二模糊控制器、第二d/a转换模块、驱动器、第二电机、第二传动执行机构和压力反馈模块中的一种或其组合；所述压力控制单元用于基于揉捻机的不同工作模式控制所述压盖在第二电机和第二传动执行机构的带动下以恒定压力做竖直运动。
44.可选的，如图4所示，为压力控制单元结构框图。所述压力反馈模块包括：压力传感器以及第二a/d转换模块；所述压力传感器用于获取所述压盖对下方所产生的压力；所述第二a/d转换模块用于将获取的压力模拟量转化为数字量被plc读取；所述压力控制单元还用于：所述压力反馈模块将压力的实际值输入到plc中的第二模糊控制器；第二模糊控制器对该实际值进行模糊、量化和查表操作后，计算出该实际压力和设定压力的偏差以及设定压力变化率与实际变化率的偏差；基于所述实际压力和设定压力的偏差以及设定压力变化率与实际变化率的偏差生成所述偏差的控制量δkp、δki、δkd；将所述偏差的控制量δkp、δki、δkd写入到第二模糊控制器中得到压力的偏差值；第二模糊控制器将所述偏差值经过第二d/a转换模块进行转换后输出到驱动器，通过驱动器调节第二电机转角；第二电机在当前的工作模式下控制压盖以恒定的压力进行揉捻。
45.其中，驱动器的型号可以选为dm542c步进电机驱动器。需要说明的是，在此处不限制驱动器的型号，相关技术人员可以基于实际需求更换不同型号的驱动器。
46.可选的，基于模式控制单元可以获取到揉捻机当前所处的工作模式，基于该工作模式可以确定在此工作模式下压盖需要施加的压力，也即为压力控制单元的给定压力，通
过压力控制单元可以使得在当前工作模式下揉捻机可以以精准恒定的压力对茶叶进行揉捻。也即，若揉捻机的工作模式发生改变，则与之对应的给定压力也会发生变化。
47.简而言之，揉捻机的整个工作流程为开始揉捻-变频器启动并设置方向和频率-第一电机正转-进入加压阶段-获取工作模式-驱动器发送压力和频率信号-第二电机开始工作-单次揉捻结束。
48.通过上述实施例可知，本技术一方面通过转速控制子系统可以使得揉捻机在对茶叶进行揉捻的过程中以精准恒定的转速进行揉捻，减少揉捻过程中的碎茶率，也防止揉捻同种茶叶时揉捻桶转速变动导致茶叶温度的变化，引起茶叶焖黄，促使茶叶揉捻成条的产生。另一方面，本技术通过模式控制单元根据设定的揉捻工艺步骤，按照调整周期逐步调整压盖的上下位置，逐步调整对茶叶的压力，可以实现缓慢和断续的加压过程，使茶叶条索紧致，均匀，破损率小，解决现有加压过程连续，导致茶叶揉捻不足或破碎率高，条索不良的问题。再一方面通过压力控制单元可以有使对压盖施加的压力是精准恒定的，这样可以有效的提高茶叶的品质。
49.实施例2
50.请参阅图5，本实施例提供了一种茶叶揉捻机自动控制方法，特征在于，应用于上述的控制系统中的控制单元；所述控制方法包括：
51.s510：基于上位机对揉捻流程、工艺参数的显示、数据处理与保存以及参数设定的人机界面进行设定。
52.s520：基于下位机对揉捻机的传感器进行数据采集、逻辑运算和自动控制。
53.s530：基于转速控制子系统使得揉桶在揉捻盘上以恒定转速做水平圆周运动。
54.s540：基于压力控制子系统使得揉捻机在不同的运动周期以与之对应的恒定压力做竖直往复运动。
55.实施例3
56.本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有茶叶揉捻机自动控制方法，所述茶叶揉捻机自动控制程序被处理器执行时实现如上文所述的茶叶揉捻机自动控制方法的步骤。由于本存储介质采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
57.实施例4
58.请参阅图6，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器；所述存储器中存储有至少一条程序指令；所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现实施例2所提供的茶叶揉捻机自动控制方法。
59.存储器602和处理器601采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器601和存储器602的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器601处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器601。
60.处理器601负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接
口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器302可以被用于存储处理器601在执行操作时所使用的数据。
61.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种茶叶揉捻机自动控制系统，所述揉捻机包括盛放茶叶的揉桶和揉桶上方的压盖，带动所述压盖上下移动的电动推杆和在所述电动推杆上设置的压力传感器，其特征在于，所述系统包括：上位机、下位机、转速控制子系统和压力控制子系统；所述上位机为触摸屏，用于对揉捻流程、工艺参数的显示、数据处理与保存以及参数设定的人机界面的设定；所述下位机为plc，用于对揉捻机的传感器进行数据采集、逻辑运算和自动控制；所述转速控制子系统包括：第一模糊控制器、第一a/d转换模块、变频器、第一电机，第一传动执行机构和速度测量反馈模块中的一种或其组合；所述转速控制子系统用于控制揉桶在第一电机和第一传动执行机构的带动下在揉捻盘上做水平圆周运动；所述压力控制子系统包括：模式控制单元和压力控制单元，用于控制所述揉捻机做周期性竖直往复运动。2.如权利要求1所述的茶叶揉捻机自动控制系统，其特征在于，所述第一传动执行机构包括揉桶、桶毂和曲柄；所述转速控制子系统用于使揉桶在第一电机和第一传动执行机构的带动下在揉捻盘上做水平圆周运动；所述速度测量反馈模块包括测速传感器和第一d/a转换模块；所述测速传感器用于测量所述揉桶的实际转速；所述第一d/a转换模块用于将测量的实际转速模拟量转化为数字量被plc读取。3.如权利要求2所述的茶叶揉捻机自动控制系统，其特征在于，所述转速控制子系统还用于：速度测量反馈模块将转速的实际值输入到plc中的第一模糊控制器；第一模糊控制器对该实际值进行模糊、量化和查表操作后，计算出该转速和设定转速的偏差以及设定转速变化率与实际变化率的偏差；基于所述转速和设定转速的偏差以及设定转速变化率与实际变化率的偏差生成所述偏差的控制量δkp、δki、δkd；将所述偏差的控制量δkp、δki、δkd写入到第一模糊控制器中得到转速的偏差值；第一模糊控制器将所述偏差值经过第一a/d转换模块进行转换后输出到变频器；通过变频器调节第一电机转速，控制第一传动执行机构恒速运转。4.如权利要求1所述的茶叶揉捻机自动控制系统，其特征在于，所述模式控制单元用于控制所述揉捻机的工作模式，使所述揉捻机做周期性竖直往复运动。5.如权利要求4所述的茶叶揉捻机自动控制系统，其特征在于，所述工作模式包括初始模式和揉捻模式；所述模式控制单元用于：在初始模式下，控制所述电动推杆带动所述压盖连续下压；根据压力传感器的检测数据判断所述压盖是否触碰到茶叶；若是，则结束所述初始模式并进入揉捻模式；在判定所述揉捻工艺步骤完成后，所述电动推杆带动所述压盖连续上移到预设位置。6.如权利要求5所述的茶叶揉捻机自动控制系统，其特征在于，所述模式控制单元还用
于：根据设定的揉捻工艺步骤确定要进行的工艺步骤和所述压盖的升降方向；按照调整周期逐步调整所述压盖的上下位置；通过所述压力传感器在所述调整周期内静止时间的检测数据与工艺步骤对应的压力参数对比判断是否达到停止要求；若是，则所述压盖静止所述工艺步骤对应的工作时长；当所述压盖静止所述工艺步骤对应的工作时长后，按照调整周期逐步调整所述压盖的上下位置，进入下一个工艺步骤。7.如权利要求6所述的茶叶揉捻机自动控制系统，其特征在于，所述模式控制单元还用于：获取对比数据，所述对比数据由所述推力传感器在所述调整周期内所检测的压力值获得；将所述对比数据减去所述工艺步骤对应的压力参数得到相应的差值；判断所述差值是否符合可接受区间的设定，所述可接受区间为针对所述工艺步骤生成的区域范围，当所述差值在所述区域范围内时，则判定所述差值符合所述可接受区间的设定；若是，则判定达到停止要求；反之，则判定未达到停止要求。8.如权利要求1所述的茶叶揉捻机自动控制系统，其特征在于，所述压力控制单元包括第二模糊控制器、第二d/a转换模块、驱动器、第二电机、第二传动执行机构和压力反馈模块中的一种或其组合；所述压力控制单元用于基于揉捻机的不同工作模式控制所述压盖在第二电机和第二传动执行机构的带动下以恒定压力做竖直运动。9.如权利要求8所述的茶叶揉捻机自动控制系统，其特征在于，所述压力反馈模块包括：压力传感器以及第二a/d转换模块；所述压力传感器用于获取所述压盖对下方所产生的压力；所述第二a/d转换模块用于将获取的压力模拟量转化为数字量被plc读取；所述压力控制单元还用于：所述压力反馈模块将压力的实际值输入到plc中的第二模糊控制器；第二模糊控制器对该实际值进行模糊、量化和查表操作后，计算出该实际压力和设定压力的偏差以及设定压力变化率与实际变化率的偏差；基于所述实际压力和设定压力的偏差以及设定压力变化率与实际变化率的偏差生成所述偏差的控制量δkp、δki、δkd；将所述偏差的控制量δkp、δki、δkd写入到第二模糊控制器中得到压力的偏差值；第二模糊控制器将所述偏差值经过第二d/a转换模块进行转换后输出到驱动器，通过驱动器调节第二电机转角；第二电机在当前的工作模式下控制压盖以恒定的压力进行揉捻。10.一种茶叶揉捻机自动控制方法，特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的控制系统中的控制单元；所述控制方法包括：
基于上位机对揉捻流程、工艺参数的显示、数据处理与保存以及参数设定的人机界面进行设定；基于下位机对揉捻机的传感器进行数据采集、逻辑运算和自动控制；基于转速控制子系统使得揉桶在揉捻盘上以恒定转速做水平圆周运动；基于压力控制子系统使得揉捻机在不同的运动周期以与之对应的恒定压力做竖直往复运动。

技术总结
本发明提供了一种茶叶揉捻机自动控制系统，包括：上位机、下位机、转速控制子系统和压力控制子系统；所述上位机用于对揉捻流程、工艺参数的显示、数据处理与保存以及参数设定的人机界面的设定；所述下位机用于对揉捻机的传感器进行数据采集、逻辑运算和自动控制；所述转速控制子系统用于控制揉桶在第一电机和第一传动执行机构的带动下在揉捻盘上做水平圆周运动；所述压力控制子系统包括：模式控制单元和压力控制单元，用于控制所述揉捻机做周期性竖直往复运动。可以使得揉捻机在运行的过程中能够以精准恒定的转速和压力对茶叶进行揉捻，提高了茶叶的品质。提高了茶叶的品质。提高了茶叶的品质。


技术研发人员：陈成富 竹锋樵
受保护的技术使用者：浙江陀曼控股集团有限公司
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/8/14