自動(dòng)化、清潔化白茶精制加工生產(chǎn)線研究及應(yīng)用

傳統(tǒng)工藝的白茶采用萎凋和烘干的工藝，不炒不揉，因此具有外形松大、比重輕的特點(diǎn)，在精制加工過程中流動(dòng)性較差，難以做到連續(xù)、自動(dòng)化生產(chǎn)加工，因此目前市場上缺乏技術(shù)成熟的成套精制設(shè)備，主要采用人工揀剔雜物、打堆拼配或半機(jī)械、半自動(dòng)化的生產(chǎn)方式，普遍存在斷碎率高、損耗率大，拼配不均勻，夾雜物含量超標(biāo)等問題。

近年來，福建省相關(guān)部門積極倡導(dǎo)“以創(chuàng)新工藝，提高機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化水平來推動(dòng)白茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展”的理念。作為具有71年生產(chǎn)歷史的白茶企業(yè)，福建茶葉進(jìn)出口有限責(zé)任公司積極踐行白茶高質(zhì)量發(fā)展理念，于2017年依托專業(yè)技術(shù)，開展白茶精制加工技術(shù)研發(fā)及流水線成套設(shè)備集成應(yīng)用工作。2018年集成一條自動(dòng)化、清潔化白茶精制生產(chǎn)線，連續(xù)投入使用4年，不僅保障了產(chǎn)品質(zhì)量和衛(wèi)生質(zhì)量，更是極大減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)出效率和經(jīng)濟(jì)效益，有效推動(dòng)白茶的高質(zhì)量發(fā)展。

01

生產(chǎn)線技術(shù)要點(diǎn)及難點(diǎn)

白茶原料或半成品一般需經(jīng)過雜物揀剔、勻堆拼配、包裝等流程后方能作為成品茶，因此白茶精制生產(chǎn)線設(shè)計(jì)配置了風(fēng)力選別、靜電選別、目視揀剔、磁力選別、勻堆拼配、稱量包裝、裝箱打包等工序。

生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)解決了白茶在精制過程中常見的五個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。一是針對白茶外形松大、比重輕的特點(diǎn)，生產(chǎn)線解決了加工過程中容易架空堵塞的流動(dòng)性問題。二是改進(jìn)應(yīng)用“柜式橫鋪豎切”的勻堆拼配技術(shù)，最大限度地減少白茶斷碎率和損耗率，解決白茶拼配過程中清潔化問題，提高茶葉拼配的均勻度。三是針對白茶原料中含有較多草毛等異物難以剔除的問題，研究改進(jìn)措施以提高白茶產(chǎn)品衛(wèi)生質(zhì)量水平。四是采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)化控制技術(shù)，提高白茶精制效率及自動(dòng)化水平。五是改進(jìn)茶塵、噪聲控制技術(shù)，提高白茶精制的清潔化，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。白茶精制工藝流程及生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)如圖1所示。

該條生產(chǎn)線設(shè)計(jì)如圖2所示，生產(chǎn)線配置了2臺(tái)雙排式風(fēng)選機(jī)，頭茶和尾茶分別配置1臺(tái)多功能風(fēng)選機(jī)和1臺(tái)靜電選別機(jī)，4臺(tái)目視揀剔機(jī)，4處3000高斯的磁力滾筒，1處9000高斯的強(qiáng)磁棒，1臺(tái)60m3的自動(dòng)勻堆拼配機(jī)、1套振動(dòng)裝箱機(jī)、1臺(tái)自動(dòng)打包機(jī)，以及10臺(tái)過濾筒式除塵器。整條生產(chǎn)線時(shí)產(chǎn)能可達(dá)到400kg，年產(chǎn)能為700噸精制白茶。

1、解決白茶連續(xù)化精制加工的流動(dòng)性問題

由于白茶外形松大、比重輕，葉片之間容易勾搭、粘連，產(chǎn)生架空、搭橋的現(xiàn)象，在設(shè)備輸送、下料、開堆過程中容易產(chǎn)生堵塞的情況，因此生產(chǎn)線特別設(shè)計(jì)以下改進(jìn)點(diǎn)。

一是在所有下料和輸送環(huán)節(jié)均采用加寬加高的特制白茶投料輸送機(jī)和提升機(jī)；二是研發(fā)方便拆裝和自動(dòng)刮出茶末的茶葉輸送機(jī)及茶葉裝箱振實(shí)機(jī)；三是創(chuàng)新應(yīng)用加寬的雙排式風(fēng)選機(jī)；四是采用勻堆機(jī)加高和抬升底盤，以加大白茶流動(dòng)的落差。以上優(yōu)化措施集中運(yùn)用于白茶去雜、拼配的加工裝置，為白茶精制全程無障礙流動(dòng)提供保障。

2、升級“柜式橫鋪豎切”勻堆拼配技術(shù)

目前，國內(nèi)大部分白茶的拼配過程基本是在瓷磚槽或是金屬槽上由人工完成，這種作業(yè)模式不僅工作量大、而且拼配不均勻，勻堆、開堆過程中人工踩壓造成的斷碎與損耗率也較高，存在人工接觸污染、粉塵量大等產(chǎn)品衛(wèi)生隱患。

生產(chǎn)線在茶葉拼配環(huán)節(jié)充分利用茶葉勻堆拼配機(jī)的優(yōu)勢，改進(jìn)“柜式勻堆”技術(shù)，采用“柜式橫鋪豎切”技術(shù)，設(shè)計(jì)輔助茶葉流動(dòng)的耙子及推動(dòng)器，搭載的機(jī)械耙手在開堆時(shí)可將白茶豎向撥動(dòng)，由上至下地縱向混合各嘜號(hào)茶葉，從而提高茶葉拼配的均勻度，柜式茶葉勻堆拼配機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

此外還可通過電腦自動(dòng)控制勻堆下料行車的行程、步進(jìn)幅度，從而達(dá)到均勻鋪灑各嘜號(hào)茶葉的勻堆效果。該項(xiàng)技術(shù)可降低白茶精制過程的斷碎率和損耗率，提高產(chǎn)品的清潔度。

3、解決白茶原料中異物剔除難的問題

白茶原料中含有的草毛、沙石等異物，即使依靠人工目視揀剔，仍然難以剔除干凈。

生產(chǎn)線基于條形茶加工風(fēng)選設(shè)備，設(shè)計(jì)并改進(jìn)了用于白茶選別的雙排式風(fēng)選機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖4所示。風(fēng)選機(jī)能有效剔除各種沙石和草毛類雜物，大幅提升了白茶產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量水平。雙排式風(fēng)選機(jī)是由單風(fēng)道風(fēng)選機(jī)加寬一倍并配備雙排鼓風(fēng)機(jī)升級設(shè)備，設(shè)有砂石口、正茶口和草毛口三個(gè)出口。砂石口處為頭茶，即砂石和茶葉的混合物；正茶口處為選別后的干凈茶葉；草毛口處則為尾茶，即草毛等輕飄物質(zhì)與茶葉的混合物。經(jīng)過雙排式風(fēng)選機(jī)處理后產(chǎn)生的含砂石、頭茶及輕飄物尾茶，分別依次經(jīng)過多功能風(fēng)選機(jī)和靜電選別機(jī)進(jìn)行二次處理，能有效回收頭茶和尾茶中的茶葉，從而減少茶葉的損耗。

4、集成茶葉生產(chǎn)線自動(dòng)化控制技術(shù)

根據(jù)白茶精加工生產(chǎn)線設(shè)備的基本要求進(jìn)行選型，配置篩分風(fēng)選、靜電選別、目視除雜、電磁選別、勻堆裝箱等重要工序的精制設(shè)備，集成應(yīng)用自動(dòng)稱量、自動(dòng)裝箱、自動(dòng)打包、自動(dòng)偵測、報(bào)警保護(hù)、視頻監(jiān)控等自動(dòng)化控制技術(shù)，大大提高了茶葉生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)效率。生產(chǎn)線自動(dòng)化控制界面如圖5所示，操作人員從原來的24人減少到12人，有效改善了白茶產(chǎn)業(yè)人工依賴程度較高的現(xiàn)狀，自動(dòng)化水平明顯提升。

（1）自動(dòng)化稱量控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)借鑒應(yīng)用其他行業(yè)生產(chǎn)線常用的可編程控制器（PLC）作為下位機(jī)直接控制設(shè)備運(yùn)行，可極大提高茶葉設(shè)備運(yùn)行的靈活性，設(shè)置復(fù)雜的運(yùn)行程序，滿足不同工藝的需求，輔以自動(dòng)送箱、自動(dòng)定位等功能，提高精制過程的自動(dòng)化水平。采用工控機(jī)作為上位機(jī)，對下位機(jī)以及智能儀表等進(jìn)行組態(tài)整合，實(shí)現(xiàn)流程監(jiān)視和控制。采用智能儀表實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示和設(shè)定功能，數(shù)據(jù)采集后可轉(zhuǎn)化為數(shù)字和曲線，同時(shí)具備歷史記錄保存和報(bào)表打印等功能。

生產(chǎn)線裝箱系統(tǒng)配有自動(dòng)計(jì)量秤，在PLC中設(shè)置所需的重量和誤差范圍后即可自動(dòng)稱重和裝箱。按下啟動(dòng)按鈕，物料通過給料皮帶流入稱重倉。此時(shí)，觸摸屏上會(huì)顯示實(shí)時(shí)重量，累計(jì)數(shù)量和累計(jì)重量，并且將數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)保存。稱重控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量功能，多種設(shè)置參數(shù)可永久保存，使用時(shí)直接調(diào)用相應(yīng)設(shè)置，無需重復(fù)設(shè)置，大大降低員工的操作難度。

（2）智能化偵測和安全保護(hù)技術(shù)

一般生產(chǎn)線僅有電路方面的安全保護(hù)，沒有安裝料位檢測和異常報(bào)警裝置，一旦發(fā)生堵料或是設(shè)備局部故障時(shí)，可能引發(fā)整條生產(chǎn)線的故障。通過設(shè)置料位堵塞報(bào)警裝置和電機(jī)變頻控制保護(hù)裝置，當(dāng)發(fā)生茶葉堵塞或電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)異常時(shí)，中控電腦便會(huì)自動(dòng)暫停機(jī)臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)并發(fā)出報(bào)警聲音。此外，各個(gè)控制工序都設(shè)置了多道漏電、過載、高溫保護(hù)裝置，以保障安全生產(chǎn)。

（3）配套中央控制臺(tái)在線控制

上位機(jī)除對現(xiàn)場的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面實(shí)時(shí)跟蹤顯示外，還可以對下位機(jī)及控制設(shè)備進(jìn)行投運(yùn)和停止控制，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的在線控制。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是控制系統(tǒng)的中心系統(tǒng)，生產(chǎn)線配有人機(jī)界面，工作人員可通過鼠標(biāo)和鍵盤操作，控制和查詢各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)可執(zhí)行操作人員的指令，收集來自下位機(jī)的所有狀態(tài)，分析生成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行各類情況的分析，使控制系統(tǒng)處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）生產(chǎn)過程信息即時(shí)處理功能

運(yùn)用現(xiàn)代化的人機(jī)界面，可自動(dòng)采集、處理的數(shù)據(jù)，關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況、重要參數(shù)及報(bào)警記錄等上傳至管理人員的桌面，利于對整線系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的現(xiàn)代化管理。系統(tǒng)采用動(dòng)畫、圖形動(dòng)態(tài)形式呈現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行，可對各種數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行分析。

（5）智能化故障跟蹤監(jiān)控

對從下位機(jī)送來的有關(guān)運(yùn)行信息進(jìn)行故障跟蹤監(jiān)控，一旦出現(xiàn)不正常的情況，立即顯示發(fā)生故障的畫面及故障的性質(zhì)、部位，能快速發(fā)現(xiàn)問題或故障，便于有針對性、快速地解決問題。

5、除塵、降噪控制技術(shù)

生產(chǎn)線研發(fā)設(shè)計(jì)了一種帶除塵功能的茶葉投料裝置如圖6所示，各個(gè)機(jī)臺(tái)基本采用封閉式安裝，使得機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中茶粉塵不會(huì)散落飄逸。各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)配置12臺(tái)新型的脈沖濾筒除塵器，精細(xì)到各個(gè)設(shè)備銜接環(huán)節(jié)的茶塵控制布置點(diǎn)，茶塵凈化效率達(dá)到99%以上。每班生產(chǎn)結(jié)束后收集到的茶粉塵統(tǒng)一處理，粉塵排放濃度控制在2mg/m3以內(nèi)，符合職業(yè)衛(wèi)生的粉塵標(biāo)準(zhǔn)。此外，可在車間內(nèi)直接排放尾氣，空氣循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)對外零排放、零污染的目標(biāo)。

全程的封閉式機(jī)臺(tái)、分區(qū)隔斷降噪處理，使生產(chǎn)噪音從傳統(tǒng)設(shè)備83~88分貝降到80分貝左右，低于職業(yè)衛(wèi)生的噪聲標(biāo)準(zhǔn)（85分貝）的要求。廠界噪聲低于60分貝，滿足晝間廠界噪聲低于65分貝的國家標(biāo)準(zhǔn)，符合環(huán)保要求。

02

生產(chǎn)線技術(shù)應(yīng)用推廣情況

在公司70多年的茶葉生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，由專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)多年研發(fā)、改進(jìn)，建成了白茶精制生產(chǎn)線。通過改進(jìn)投料輸送等措施解決了流動(dòng)性差的問題；應(yīng)用“柜式橫鋪豎切”的勻堆拼配技術(shù)有效提高了茶葉拼配的均勻度；設(shè)計(jì)雙排式風(fēng)選機(jī)聯(lián)合多功能風(fēng)選單機(jī)和靜電選別單機(jī)克服了異物剔除難的問題；運(yùn)用自動(dòng)化控制、智能化偵測、安全保護(hù)、除塵降噪控制等系列技術(shù)，有效提高生產(chǎn)效率，進(jìn)一步減少差錯(cuò)率，基本達(dá)到機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、信息化管理、智能化管控的“四化”目的。該條自動(dòng)化生產(chǎn)線具有操作簡單、效率高、產(chǎn)能大、結(jié)實(shí)耐用、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)及設(shè)備選配對國內(nèi)組建白茶精制加工生產(chǎn)線具有重要的借鑒意義。

2018年，生產(chǎn)線投產(chǎn)運(yùn)行后，白茶產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)出效率有所提升，單位成本也隨之降低，產(chǎn)能和產(chǎn)值進(jìn)一步增長，應(yīng)用效果較佳。雜物剔除效果顯著，白茶拼配工藝也得到簡化，從以前人工揀剔兩遍后再進(jìn)行拼配變成現(xiàn)在全程機(jī)械化一道流水完成，拼配效率明顯提高。

此外，白茶損耗率得到有效控制，成品出成率達(dá)到98%以上。白茶精制加工的生產(chǎn)效率從1噸/班提高到3噸/班（按8小時(shí)/每班測算），茶葉產(chǎn)量顯著提升，如表1所示。

加工成本方面，每千克成品茶加工成本從2017年的18.67元降為15元左右，低于福建省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳統(tǒng)計(jì)的16元的行業(yè)平均值，加工成本節(jié)省幅度在16%~26%。

自2018年應(yīng)用至今，累計(jì)加工成品白茶1427噸，創(chuàng)造產(chǎn)值4.74億元，節(jié)省加工成本約520萬元。

目前，自動(dòng)化、清潔化白茶精制生產(chǎn)線已在中茶公司內(nèi)部和福建多家茶葉企業(yè)推廣應(yīng)用，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果和反饋，下一步將在福建福鼎、政和、松溪等白茶產(chǎn)區(qū)進(jìn)行復(fù)制推廣使用。

03

結(jié)語

文章論述了白茶精制過程的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，集成一條連續(xù)化、自動(dòng)化、清潔化的白茶精制加工生產(chǎn)線，改善白茶精制對人工依賴程度較高的現(xiàn)狀，提高白茶精制的自動(dòng)化、清潔化水平。生產(chǎn)線投入使用后，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到提升，生產(chǎn)安全更有保障，同時(shí)也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但其風(fēng)選和靜電工序仍屬于傳統(tǒng)的茶葉去雜設(shè)備范疇，對毛發(fā)類雜物的去除仍有一定的局限性，未來可以研究采用紅外色選機(jī)、X光檢測機(jī)、新型靜電機(jī)等更先進(jìn)的去雜設(shè)備進(jìn)行替代、改進(jìn)。

作者簡介：

危賽明

中國茶葉股份有限公司原副總經(jīng)理、福建茶葉進(jìn)出口有限責(zé)任公司原總經(jīng)理，高級工程師，中國茶葉技術(shù)委員會(huì)主任委員、資深專家，全國茶葉標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員，商務(wù)部對外援助物資項(xiàng)目評審專家，國家科技專家?guī)鞂＜遥硎車鴦?wù)院政府特殊津貼。主要從事茉莉花茶、烏龍茶、白茶等福建特種茶的生產(chǎn)加工、審評鑒定、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量與安全體系管理、企業(yè)體系管理認(rèn)證、市場營銷、內(nèi)外交流、專業(yè)授課、學(xué)術(shù)論著、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定、人才培養(yǎng)與企業(yè)管理等工作。

具體內(nèi)容詳見《中國茶葉加工》雜志，2021年第4期文章《自動(dòng)化、清潔化白茶精制加工生產(chǎn)線研究及應(yīng)用》，頁碼：10-15，作者：危賽明，羅星火，陳炳生，陳添義。

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