自動化、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，在精制加工過程中流動性較差，難以做到連續(xù)、自動化生產(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、打堆拼配或半機械、半自動化的生產(chǎn)方式，普遍存在斷碎率高、損耗率大，拼配不均勻，夾雜物含量超標等問題。

近年來，福建省相關(guān)部門積極倡導“以創(chuàng)新工藝，提高機械化、標準化水平來推動白茶產(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)，福建茶葉進出口有限責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強度，提高了產(chǎn)出效率和經(jīng)濟效益，有效推動白茶的高質(zhì)量發(fā)展。

01

生產(chǎn)線技術(shù)要點及難點

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)計配置了風力選別、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)計解決了白茶在精制過程中常見的五個技術(shù)難點。一是針對白茶外形松大、比重輕的特點，生產(chǎn)線解決了加工過程中容易架空堵塞的流動性問題。二是改進應(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，研究改進措施以提高白茶產(chǎn)品衛(wèi)生質(zhì)量水平。四是采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)、自動化控制技術(shù)，提高白茶精制效率及自動化水平。五是改進茶塵、噪聲控制技術(shù)，提高白茶精制的清潔化，達到節(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)要點如圖1所示。

該條生產(chǎn)線設(shè)計如圖2所示，生產(chǎn)線配置了2臺雙排式風選機，頭茶和尾茶分別配置1臺多功能風選機和1臺靜電選別機，4臺目視揀剔機，4處3000高斯的磁力滾筒，1處9000高斯的強磁棒，1臺60m3的自動勻堆拼配機、1套振動裝箱機、1臺自動打包機，以及10臺過濾筒式除塵器。整條生產(chǎn)線時產(chǎn)能可達到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)計以下改進點。

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和提升機；二是研發(fā)方便拆裝和自動刮出茶末的茶葉輸送機及茶葉裝箱振實機；三是創(chuàng)新應(yīng)用加寬的雙排式風選機；四是采用勻堆機加高和抬升底盤，以加大白茶流動的落差。以上優(yōu)化措施集中運用于白茶去雜、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的優(yōu)勢，改進“柜式勻堆”技術(shù)，采用“柜式橫鋪豎切”技術(shù)，設(shè)計輔助茶葉流動的耙子及推動器，搭載的機械耙手在開堆時可將白茶豎向撥動，由上至下地縱向混合各嘜號茶葉，從而提高茶葉拼配的均勻度，柜式茶葉勻堆拼配機結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

此外還可通過電腦自動控制勻堆下料行車的行程、步進幅度，從而達到均勻鋪灑各嘜號茶葉的勻堆效果。該項技術(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選設(shè)備，設(shè)計并改進了用于白茶選別的雙排式風選機，結(jié)構(gòu)如圖4所示。風選機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。雙排式風選機是由單風道風選機加寬一倍并配備雙排鼓風機升級設(shè)備，設(shè)有砂石口、正茶口和草毛口三個出口。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)過雙排式風選機處理后產(chǎn)生的含砂石、頭茶及輕飄物尾茶，分別依次經(jīng)過多功能風選機和靜電選別機進行二次處理，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)備的基本要求進行選型，配置篩分風選、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)用自動稱量、自動裝箱、自動打包、自動偵測、報警保護、視頻監(jiān)控等自動化控制技術(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，自動化水平明顯提升。

（1）自動化稱量控制系統(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）作為下位機直接控制設(shè)備運行，可極大提高茶葉設(shè)備運行的靈活性，設(shè)置復雜的運行程序，滿足不同工藝的需求，輔以自動送箱、自動定位等功能，提高精制過程的自動化水平。采用工控機作為上位機，對下位機以及智能儀表等進行組態(tài)整合，實現(xiàn)流程監(jiān)視和控制。采用智能儀表實現(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，同時具備歷史記錄保存和報表打印等功能。

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

（2）智能化偵測和安全保護技術(shù)

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

（3）配套中央控制臺在線控制

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

（4）生產(chǎn)過程信息即時處理功能

運用現(xiàn)代化的人機界面，可自動采集、處理的數(shù)據(jù)，關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況、重要參數(shù)及報警記錄等上傳至管理人員的桌面，利于對整線系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)生產(chǎn)線的現(xiàn)代化管理。系統(tǒng)采用動畫、圖形動態(tài)形式呈現(xiàn)系統(tǒng)的運行，可對各種數(shù)據(jù)和參數(shù)進行分析。

（5）智能化故障跟蹤監(jiān)控

對從下位機送來的有關(guān)運行信息進行故障跟蹤監(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)計了一種帶除塵功能的茶葉投料裝置如圖6所示，各個機臺基本采用封閉式安裝，使得機器運轉(zhuǎn)過程中茶粉塵不會散落飄逸。各個關(guān)鍵節(jié)點配置12臺新型的脈沖濾筒除塵器，精細到各個設(shè)備銜接環(huán)節(jié)的茶塵控制布置點，茶塵凈化效率達到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)生的粉塵標準。此外，可在車間內(nèi)直接排放尾氣，空氣循環(huán)使用，實現(xiàn)對外零排放、零污染的目標。

全程的封閉式機臺、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)生的噪聲標準（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分貝的國家標準，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)驗基礎(chǔ)上，由專業(yè)技術(shù)團隊經(jīng)多年研發(fā)、改進，建成了白茶精制生產(chǎn)線。通過改進投料輸送等措施解決了流動性差的問題；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)計雙排式風選機聯(lián)合多功能風選單機和靜電選別單機克服了異物剔除難的問題；運用自動化控制、智能化偵測、安全保護、除塵降噪控制等系列技術(shù)，有效提高生產(chǎn)效率，進一步減少差錯率，基本達到機械化換人、自動化減人、信息化管理、智能化管控的“四化”目的。該條自動化生產(chǎn)線具有操作簡單、效率高、產(chǎn)能大、結(jié)實耐用、維護成本低等優(yōu)點，生產(chǎn)工藝流程設(shè)計及設(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行拼配變成現(xiàn)在全程機械化一道流水完成，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/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)進行復制推廣使用。

03

結(jié)語

文章論述了白茶精制過程的關(guān)鍵技術(shù)要點，集成一條連續(xù)化、自動化、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，同時也取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。但其風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、X光檢測機、新型靜電機等更先進的去雜設(shè)備進行替代、改進。

作者簡介：

危賽明

中國茶葉股份有限公司原副總經(jīng)理、福建茶葉進出口有限責任公司原總經(jīng)理，高級工程師，中國茶葉技術(shù)委員會主任委員、資深專家，全國茶葉標準化技術(shù)委員會委員，商務(wù)部對外援助物資項目評審專家，國家科技專家?guī)鞂＜?，享受國?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)體系管理認證、市場營銷、內(nèi)外交流、專業(yè)授課、學術(shù)論著、行業(yè)標準制定、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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