茶产业自动化 | 铁观音自动化精制生产流水线和包装生产线的升级与创新

安溪铁观音是闽南乌龙茶的代表，因其独特的“兰花香”“观音韵”深受国内外消费者青睐，目前铁观音精制茶包装形态主要分为大包装（散装）茶和小包装茶，出口茶和工业用茶以大包装为主，内销零售以小包装为主。由于铁观音外形卷曲紧结，形状不规则，在包装过程中易断碎，同时由于包装过程中主要依赖人工，难以实现自动化、标准化，劳动强度大、生产效率低，不能适应快速发展的企业需要，必须通过自主研发破解技术难题，利用科技力量实现企业生产需要。

八马茶业技术团队在前几代乌龙茶精制加工生产线的基础上，利用工艺优化与装备升级相结合，融合智能化、信息化、自动化技术，建立最新铁观音自动化精制生产流水线和包出货生产线，运用设备单体接驳方式实现全过程连续化、自动化、清洁化。

铁观音精制工艺流程为：毛茶→拣梗→筛分→风选→匀堆→静电拣杂→拼配→烘焙→成品茶检验→成箱。

针对规模化铁观音精制加工，目前大部分企业采用的机器色选拣剔、平面圆筛机筛分、机器风选、烘干机烘焙，设备与工艺都相对成熟，但在茶叶匀堆工序、茶叶除杂去尘工序、自动化控制系统等方面存在一定缺陷。

改进升级的自动化铁观音精制生产线如图1，茶叶通过机器色选拣剔，上料至匀堆装置；采用滚筒摇摆与定点逻辑控制模式完成智能匀堆运动；利用辊筒摩擦静电除杂，将茶叶中杂质剔除；新增全自动红外光电技术，精准识别次品，通过高速喷嘴剔除次品；采用新一代金属探测除杂技术，进一步对茶叶杂质进行自动检测并剔除；最后进行烘焙、成品茶检验、称量和装箱，整线采用全覆盖负压式作业环境有效回收茶末防止异物落入，并配置智能集散操控系统通过工业无线路由器，实现“一机全控”的功能，达到流水线连续自动清洁化、信息化和智能化。

1、改变传统匀堆运动方式

针对原有的滚筒匀堆机定向转动，滚筒内茶叶搅拌均匀程度受限的问题，通过新增滚筒摇摆与滚筒定点逻辑控制模式，使原料匀堆更均匀融合，并降低茶叶破碎率和设备能耗。

2、改变传统辊筒静电除杂方式

原有静电除杂装备采用高压静电，但由于高压静电容易产生电火花，不宜用于茶叶精制。以摩擦静电替代高压静电，利用摩擦起电的原理，使茶叶沿着辊筒下方倾斜的振动筛面跳跃式向前运动，经过6次的静电吸附基本可将茶叶中的毛发、纤维、灰屑等杂质剔除。

3、改变传统茶叶色选方式

采用红外光电技术，根据物料光学特性的差异，利用红外光电技术将茶叶原料中的异色、异形等非茶类的异物进行自动分拣；定量通过皮带供给原料，在传输过程中通过6组每组64个通道2个InGaAs（铟砷化镓）红外相机进行双面识别，精准识别次品，然后用新式4 mm小口径高速喷嘴（1500次/秒）射出压缩空气剔除次品。工艺创新应用了三段式的多次选别，得到高品质成品。

4、改变传统金属探测除杂方式

采用最新一代的数字信号处理（DSP）技术和德国自动滤波技术（相位调节技术），茶叶原料通过电磁波感应自动检测并剔除铁（φ≥0.8 mm）、不锈钢（φ≥1.5 mm）、铜（φ≥1.2 mm）等金属物质；金属探测机设于工序末端发挥最后一道食品安全检测作用，防止掺杂金属物质的茶叶流出，以此满足SC食品安全生产要求。

5、改变传统茶末回收净化方式

茶叶精制过程容易产生粉末，工艺创新设计71个净化点，含有密封罩29.5 m2，12台（10组1.5 kw风机、40组5 μm涤纶）除尘器，全线新增防尘密封装置304不锈钢封闭设计，实现精制工序全线覆盖负压式作业环境，有效回收茶末的同时防止异物落入。

6、配置智能集散操控系统

控制系统采用西门子PLC（可编程逻辑控制器）作为下位机，直接控制设备运行；采用现场触摸屏实现数据的显示和设定，监测设备状态，检修控制与报警，具有极强的可操作性；上位机采用工控机，对西门子下位机等进行组态整合，实现生产线的连续控制以及流程监控；项目新配置了移动终端操控系统通过工业无线路由器，分配给所有连接到网络的移动终端，实现“一机全控”的功能。

铁观音小包装工艺流程主要为：精制成品茶→小泡装（抽真空）→装盒（罐）→成箱→出货，如图2所示。

对传统铁观音小包装生产流水线改进升级，如图3所示。

A-B区，结合应用茶叶包装机组与防尘供料装置，由原来的茶叶包装单机加料生产方式改为10台/组的自动加料收料方式，泡袋茶物料传输方式采用AGV（无人搬运车）和泡茶立库缓存装置，分装工作站要料信号发出后，RCS（机器人调度系统）接收并发出调度指令，立库指派物料出货，AGV取料送料，工作站收料下料，人工取料装罐，AGV取空筐回送，完成指令一系列的连动逻辑来完成茶叶物料转运。

C区人工将内罐分装至礼盒后输送至称重喷码集成设备，合格品上传系统重量后传输至三维覆膜机，不良品剔除，该区域集成机组、喷码头、同步带传输调宽装置、制袋组件等关键部件，全部配备三轴伺服/步进电机驱动方式，实现配方保存、一键快速转型等功能来达到柔性生产的目的；线体还配备了实时生产数据看板系统如图4，实时更新工序关键参数（线体稼动率、生产合格率、故障明细、工作站点在席信息等）并上传至数据库，便于管理者全方位监控线体运行状况。

该流水线在茶叶分装领域实现AGV智能协作机器人的运用，全自动智能搬运模式替代了传统流水线输送方式，货到人的设计理念，降低劳动强度的同时也解决了传送带、链式传输设计占地空间大的缺点。整线可兼容多种规格产品，包括礼盒、方盒、圆罐，以此实现柔性自动化生产模式，并引入实时看板系统以便于企业管理者全方位监控各制程产品品质以及设备运行状况，更加全面地提升了企业制造需求。

通过对自动化铁观音散装茶精制生产流水线、小包装流水线关键技术进行创新升级，以及采用茶叶自动化综合柔性包装技术，实现从原料预处理到包装出货全过程自动化、清洁化、标准化，可提高生产效率150%以上，每条生产线小包装产能可达900盒/小时，产品优良率达99.5%以上，车间茶末净化率可达99.5%以上，能耗节省30%以上，为提高我国茶叶精加工科技水平提供参考。

成果的产业化推广应用凝聚了茶人的智慧和经验，是茶叶科学技术与实践经验的丰硕成果。面对乌龙茶主产区的茶叶设备半自动化、效率和品质跟不上等卡脖子问题，成果的实施推广实现了乌龙茶现代化、规模化、智能化加工的技术革新，有效提高了产品的优质率。

保证产品不落地生产，创新性引入茶叶分装领域机器人，是茶叶在品控方面做的一个新的尝试，既节约了人力成本，也降低因人为因素造成的品控问题。大大提高茶产业的经济效益。与此同时，八马茶业作为行业标杆企业，将持续提供技术咨询及参观学习，为乌龙茶现代化加工技术起到示范推广的作用，对于推动茶行业技术改革创新具有里程碑的意义。

基金项目：国家茶叶产业技术体系项目（CARS-19）

具体内容详见《中国茶叶加工》杂志，2022年第3期文章《铁观音自动化精制包装生产线的升级与创新》，页码：65-68 ,77，作者：林荣溪，吴忠霖，周灼能，林金俗，林荣川，佐明兴。