李厚佳 王大勇

摘要：對計算機(jī)及自動化控制在中藥提取的應(yīng)用進(jìn)行了討論，介紹了中藥提取生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)設(shè)計中的相關(guān)問題，提出了中藥提取生產(chǎn)過程對自動控制的需求及現(xiàn)階段在生產(chǎn)應(yīng)用的不足。

關(guān)鍵詞：中藥提取自動控制計算機(jī)生產(chǎn)

1中藥提取生產(chǎn)過程及特點(diǎn)

從傳統(tǒng)中藥的特點(diǎn)來看，中藥的提取與精制是必須解決的首要問題。中藥提取就是“存其精華，去其糟粕”的過程，也是中藥制藥的關(guān)鍵所在。自動化中藥提取生產(chǎn)過程，是依據(jù)GMP規(guī)范，按給定的配方，生產(chǎn)一定數(shù)量產(chǎn)品的過程、中藥提取生產(chǎn)采用批量生產(chǎn)方式，也叫間歇生產(chǎn)方式。間歇生產(chǎn)過程又稱批量生產(chǎn)過程，屬于按照給定配方、生產(chǎn)一定量的產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。中藥提取生產(chǎn)普遍采用批量生產(chǎn)過程，即，按給定配方、生產(chǎn)一定量的中藥提取物。中藥提取生產(chǎn)配方主要包括：生產(chǎn)的產(chǎn)品及其原料組分；所需生產(chǎn)設(shè)備；要求的生產(chǎn)操作(如加熱、攪拌、沉淀等)。其主要特點(diǎn)是：小批量、多品種，其特征是：物料流動的不連續(xù)性、物料和設(shè)備的非穩(wěn)態(tài)性、產(chǎn)品及其工藝的不確定性和設(shè)備資源的動態(tài)調(diào)度分配。不連續(xù)性是指物料輸入、輸出是斷續(xù)的，單元操作是按順序進(jìn)行的，沒備運(yùn)行是間斷的，非穩(wěn)態(tài)性是指生產(chǎn)過程中物料和設(shè)備都時常處于變化狀態(tài)。不確定性指的是要根據(jù)市場需求生產(chǎn)不同產(chǎn)品，和增加新產(chǎn)品

既要確保提取藥物成分的質(zhì)量，又要提高提取過程的效率和有效性針對不同的中藥材，選擇和確保提取工藝條件，嚴(yán)格和正確的按提取工藝程序進(jìn)行提取，是中藥生產(chǎn)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

2設(shè)計中藥提取計算機(jī)控制系統(tǒng)

中藥提取自動化控制系統(tǒng)采用完全開放的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。集中管理、綜合調(diào)度、分散控制、技術(shù)先進(jìn)、開放性強(qiáng)、易擴(kuò)展、可互操作、方便升級。根據(jù)我國現(xiàn)狀，中藥生產(chǎn)企業(yè)，一般把綜合間歇控制系統(tǒng)分成兩部分來搞，即生產(chǎn)管理部分(例如ERP)和實(shí)時控制部分。這里討論的中藥提取計算機(jī)控制系統(tǒng)指實(shí)時控制部分也就是程序間歇控制系統(tǒng)。

2.1設(shè)計中藥提取計算機(jī)控制系統(tǒng)可供選擇的設(shè)計目標(biāo)生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程計算機(jī)控制、監(jiān)視：操作和控制靈活、迅速、準(zhǔn)確、一致上縮短每批產(chǎn)品的生產(chǎn)周期；優(yōu)化控制，提高原料、能源和設(shè)備利用率，減少廢品率，計算機(jī)控制參數(shù)管理：計算機(jī)生產(chǎn)歷程數(shù)據(jù)存儲、查詢和報表打印，過程連鎖：可靠的安全連鎖控制：報警，電子簽名。

2.2典型的控制系統(tǒng)方案典型的中藥提取工藝和中藥提取生產(chǎn)線傳統(tǒng)中藥工藝，藥材→水洗→烘干→切碎→水提取三次→過濾→儲存→減壓濃縮→噴霧造?！崭唷蜏馗稍铩俅螡饪s→沉淀→分離→減壓濃縮→再沉淀提取有效成分的現(xiàn)代中藥制備工藝：藥材→水洗→烘干→切碎→水提取三次→過濾→樹脂吸附→水洗滌→洗脫→減壓濃縮→醇沉→過濾→減壓濃縮→低溫干燥或噴霧干燥→成品中藥提取生產(chǎn)線一般可設(shè)計為專用的單生產(chǎn)流程線；專用的多生產(chǎn)流程線，可重組、多生產(chǎn)流程線。

2.3典型中藥提取設(shè)備及其基本操作控制

2.3.1提取罐控制(手動／自動)中藥固液萃取最常用的設(shè)備是提取罐，一般分為動態(tài)提取罐和靜態(tài)提取罐，多個提取罐可構(gòu)成套提裝置。

2.3.2外循環(huán)單效蒸發(fā)器，由加熱器、蒸發(fā)器、分離器等組成，主要用于制藥、植物藥、化工、食品、乳品等領(lǐng)域的酒精回收與濃縮，也可用于料液濃縮。

2.3.3雙效或多效濃縮器，由兩個或多個加熱器、蒸發(fā)器、分離器等組成，適用于制藥、植物藥、化工、食品、乳品等領(lǐng)域的料液濃縮。等。

3基于計算機(jī)技術(shù)的間歇控制應(yīng)用軟件及系統(tǒng)硬件主要有軟件

3.1管理軟件工藝流程圖畫面通過多幅畫面動態(tài)、形象、直觀地顯示提取車間生產(chǎn)各工序的生產(chǎn)、運(yùn)行狀況。如在畫面中相應(yīng)位置顯示及設(shè)定液位、溫度、壓力等參數(shù)值并通過不同顏色表示出各設(shè)備的開／關(guān)狀態(tài)及相應(yīng)的參數(shù)值，使工作人員對現(xiàn)場的運(yùn)行狀況一目了然，做到心中有數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。管理軟件還可實(shí)現(xiàn)參數(shù)顯示、成組圖顯示及參數(shù)設(shè)定、趨勢圖顯示、自動診斷、歷史數(shù)據(jù)管理、報警聯(lián)鎖、報表打印、安全保密等功能。

3.2控制軟件控制軟件完成提取車間生產(chǎn)各工序的自動控制功能。當(dāng)手／自動切換開關(guān)轉(zhuǎn)到自動時，由控制系統(tǒng)自動完成生產(chǎn)過程。主要實(shí)現(xiàn)：

數(shù)據(jù)采集

控制系統(tǒng)自動對液位、壓力、密度、溫度等工藝參數(shù)進(jìn)行自動采集，對閥門、電機(jī)、泵、等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動采集，將數(shù)據(jù)傳輸給主控制室，同時接收來自上位機(jī)的指令。

自動控制

生產(chǎn)過程自動控制，如對提取溫度、壓力、濃度等進(jìn)行控制，各工序工藝閥門的自動開閉、順序控制、聯(lián)鎖控制等等。

故障處理

當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，有相應(yīng)聯(lián)鎖停機(jī)功能。

硬件：

集散控制系統(tǒng)(DCS)、可編程控制器(PIC)、一體化控制器、現(xiàn)場總線等。

Dcs主要用來進(jìn)行多回路及復(fù)雜回路控制，處理模擬量能力強(qiáng)，普遍提供可選的間歇控制產(chǎn)品組件，技術(shù)成熟，功能完備，價格昂貴，適用于大型間歇控制項(xiàng)目。

現(xiàn)場總線系統(tǒng)是控制技術(shù)與計算機(jī)通訊技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，其特點(diǎn)是全數(shù)字通訊和全分散控制，是中藥提取自動控制的理想選擇。

由于中藥提取過程具有非穩(wěn)態(tài)特性，物料的物理性質(zhì)不斷發(fā)生變化，這些變化會對一些儀表的測量產(chǎn)生影響，儀表選型時要注意。此外，儀表選型時還要考慮衛(wèi)生和防暴方面的要求。間歇生產(chǎn)過程的過程操作、單元操作、操作階段以及操作步都是按順序進(jìn)行的，編程軟件應(yīng)符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，提供順序控制編程語言(例如SFC)。人機(jī)界面組態(tài)軟件，應(yīng)選擇能提供批管理(處理)選件的產(chǎn)品，和提供過程管理驗(yàn)證所需要的組件或功能?？刂瞥绦蛟O(shè)計應(yīng)采用模塊化分層結(jié)構(gòu)，例如：分成過程單元控制程序、設(shè)備單元控制程序、操作階段控制程序、操作步控制程序、設(shè)備模塊控制或元件控制程序。

4中藥提取自動化系統(tǒng)規(guī)劃及實(shí)施

規(guī)劃和實(shí)施一個中藥提取自動化系統(tǒng)項(xiàng)目有關(guān)的規(guī)范包括：GMP、21 CFRPARTIL，ISAS95、ISA-ds00.0.1和GAMP4。ISA-ds880.1給出了間歇生產(chǎn)模型、間歇控制模型和術(shù)語定義。

總之，中藥提取自動化應(yīng)用，是中藥提取企業(yè)理想的選擇。有效地提高控制和生產(chǎn)管理效率，降低確認(rèn)或法規(guī)依從成本，降低操作和生命周期成本。我國已經(jīng)投入運(yùn)行的中藥提取過程控制系統(tǒng)，大多是獨(dú)立運(yùn)行的自控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)不間程度地解決了優(yōu)化控制問題，提高了生產(chǎn)的安全性和生產(chǎn)效率，保證了設(shè)備控制得一致性但大多存在以下不足：①控制程序固定，添加新產(chǎn)品時，往往需要編程人員添加、修改控制程序；②企業(yè)必須把產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程細(xì)節(jié)完全介紹給項(xiàng)目承包單位負(fù)責(zé)控制軟件編程的技術(shù)人員，不利于保密；⑨雖然具備工藝參數(shù)管理功能，但功能大多不規(guī)范、不完整，不具有版本控制和審計跟蹤功能；④不具有規(guī)范的批電子記錄功能，不能生成符合21CFRPARTII的電子批記錄，大量的生產(chǎn)記錄還要靠手工完成，手工記錄的數(shù)據(jù)往往與自控過程數(shù)據(jù)不匹配；⑤自動控制系統(tǒng)與生產(chǎn)操作、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)管理和工藝管理之間沒有規(guī)范、完整的交互界面，信息交互零亂、效率低；⑥生產(chǎn)管理人員，不能從控制系統(tǒng)直接獲得完整的過程信息：⑦如果要求與批生產(chǎn)管理系統(tǒng)或批MES集成，則需要對硬件和軟件進(jìn)行修改和重組。