劉明

[摘 ? ?要 ]提取濃縮過程是中藥質(zhì)量保障的關(guān)鍵，在線監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，可以有效地提升提取濃縮工藝的穩(wěn)定性，提升中藥質(zhì)量的穩(wěn)定性。本文首先介紹中藥提取濃縮工藝特性，然后對在線監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計結(jié)構(gòu)進行探索分析。

[關(guān)鍵詞]中藥;提取濃縮;在線監(jiān)控

[中圖分類號]TP277 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）07–00–03

[Abstract]The extraction and concentration process is the key to the quality assurance of traditional Chinese medicine. The application of online monitoring technology can effectively improve the stability of extraction and concentration process and improve the stability of traditional Chinese medicine quality. This paper first introduces the characteristics of extraction and concentration of traditional Chinese medicine， and then explores the application and design structure of online monitoring system.

[Keywords]traditional Chinese medicine; extraction and concentration; online monitoring

中藥的化學(xué)組成成分是比較復(fù)雜的，并且其中包括多種有效成分，也包含無效成分，并夾雜著一些有毒物質(zhì)，所以在提取時只提取其中有效的成分，目的是讓中藥制劑可以達到最好的治療效果。所以，提取中藥的工藝流程和方法對中藥制劑的臨床效果有很大的影響。過去的中藥提取工藝的控制精度比較差、耗能量大等這些缺點，所以才要和現(xiàn)代制藥設(shè)備相結(jié)合，從而完善中藥的提取工藝。目前，大部分中藥都是按照傳統(tǒng)方式提取分離，有一定的傳承性，但是傳統(tǒng)提取工藝相對落后，部分環(huán)節(jié)很難做到精密控制（如提取時間、加入的溶媒量），且存在能耗高等問題。將監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到濃縮過程中，有利于提高中藥提取的效率和質(zhì)量。

1 中藥提取濃縮工藝特性

中藥提取工藝流程一般涉及提取、濃縮、干燥、包裝等工序，提取工序為在提取罐中利用溶劑將中藥有效成分提取出來，通常在加熱的條件下進行，并通過溶劑回流以增加提取效率。提取完畢后，溶液通過底部出料閥出料，經(jīng)過濾后轉(zhuǎn)至濃縮工序，最后濃縮液經(jīng)過干燥后制成干膏。

濃縮工藝必須要依據(jù)中藥提取液的特性和蒸發(fā)的條件選擇適合的濃縮方法和設(shè)備。目前部分濃縮設(shè)備無法避免濃縮時液泛和局部過熱等現(xiàn)象的發(fā)生，也不能對濃縮后藥液的密度、濃度等實現(xiàn)實時監(jiān)測，濃縮終點無法進行精確控制，就會導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定，批次間的差異較大。因此，將濃縮工藝和設(shè)備自動化控制系統(tǒng)結(jié)合起來實現(xiàn)濃縮進程中的在線監(jiān)測，已是大勢所趨了。此外有些企業(yè)將提取和濃縮結(jié)合起來，利用新型節(jié)能中藥的低溫減壓提取濃縮裝置，解決了提取、濃縮兩個重要工序所存在的問題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了能耗、縮短了生產(chǎn)周期。

2 在線監(jiān)控系統(tǒng)控制原理

中藥的提取濃縮過程在提取罐中完成，因此，在線監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對提取罐工作過程的監(jiān)控。圖1為本文設(shè)計的在線監(jiān)控系統(tǒng)控制原理圖，首先計算機會實時采集進料壓力、溫度等參數(shù)，通過D/A轉(zhuǎn)換成執(zhí)行器可以識別的數(shù)字信號，執(zhí)行器根據(jù)工藝參數(shù)設(shè)置值對進料參數(shù)進行調(diào)節(jié)，確保進料可以根據(jù)工藝需求穩(wěn)定進入提取罐中，提取罐的加熱夾套內(nèi)蒸質(zhì)量好汽壓力P、罐內(nèi)藥液溫度T、質(zhì)量罐內(nèi)壓力Pi對于最終提取中藥質(zhì)量有非常重要的影響，保持這些參數(shù)的穩(wěn)定是提升中藥提取濃縮質(zhì)量的關(guān)鍵。

圖2為特征提取框圖，在溶劑為水的情況下，中藥提取濃縮過程中罐內(nèi)壓力為常壓，則罐內(nèi)壓力控制較為簡單，只需要實現(xiàn)對防空閥控制?？刂频年P(guān)鍵參數(shù)為夾套蒸汽壓質(zhì)量好力P和罐內(nèi)溫度T。

在忽略滯后因素情況下，根據(jù)上述的特征提取框圖，取罐的特征提取方程可表示為：

由上述的方程能夠計算出秩也是2。

通過上述建立的方程模型可以對提取罐中的P和T兩個參數(shù)進行控制，其中參數(shù)受到罐的結(jié)構(gòu)影響，而且具體數(shù)值可以通過熱力學(xué)理論計算獲得。

如果提取過程中采用的是易揮發(fā)的溶劑時，由于提取時罐內(nèi)壓力會發(fā)生變化，此時，監(jiān)控系統(tǒng)需要同時對P、T和Pi三個進行控制，但是控制方法與上述的相同，因此，采用上述方法可以有效、準(zhǔn)確的對中藥提取濃縮參數(shù)進行監(jiān)控。

3 在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)重要提取濃縮技術(shù)的要求和現(xiàn)場控制管理，整個監(jiān)控系統(tǒng)由上位機和下位機組成，實現(xiàn)中藥提取濃縮過程中的設(shè)備運行參數(shù)的在線監(jiān)測。記錄設(shè)備運行狀態(tài)和過程，分析參數(shù)的變化趨勢，及時發(fā)布和預(yù)報運行情況，實施診斷和報警，實現(xiàn)遠程控制，指導(dǎo)操作人員管理生產(chǎn)工藝過程。

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

在線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所質(zhì)量好示。整個監(jiān)控系統(tǒng)主要包括上位機、下位機以及通信系統(tǒng)組成。

（1）上位機系統(tǒng)實現(xiàn)整個工藝流程的設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，將工藝流程以直觀的畫面顯示出來。記錄在線監(jiān)測的參數(shù)，記錄設(shè)備運行狀態(tài)和過程，分析參數(shù)的變化趨勢，及時發(fā)布和預(yù)報運行情況，實施診斷和報警，并完成系統(tǒng)參數(shù)的分析和處理，對不能直接測量的參數(shù)進行軟測量。

（2）下位機系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)采集，計算和邏輯運算。執(zhí)行PID閉環(huán)控制輸出。對工藝要求的設(shè)備、泵、閥系統(tǒng)，能夠根據(jù)實時處理情況和要求，控制設(shè)備的啟停和時序的安排，達到設(shè)備的最優(yōu)化調(diào)度，節(jié)約制劑的投放量，提高中藥的提取效率，保證處理的效果。

（3）網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)將上、下位機之間連接，現(xiàn)場控制站數(shù)據(jù)能正確、及時反映到上位機，上位機的控制信號能及時傳達到下位機，實現(xiàn)遠程控制。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件程序是各個功能模塊實現(xiàn)的關(guān)鍵之一，主要是包括PLC程序、通信程序、組態(tài)軟件程序三方面，軟件具體設(shè)計方案如圖4所示。

PLC程序主要是包括開關(guān)量和模擬量采集傳輸模塊程序設(shè)計，以及控制紋路模塊程序設(shè)計。上位機組態(tài)軟件主要是實現(xiàn)人機互動，用戶可以根據(jù)實際需要對整個系統(tǒng)進行設(shè)置，設(shè)計內(nèi)容主要包括工藝流程、參數(shù)的設(shè)置，報警界面設(shè)置等，具體如圖4所示。

監(jiān)控系統(tǒng)軟件運行流程如圖5所示。

本文在進行上位機組態(tài)軟件設(shè)計時，采用WinCC對軟件程序進行編輯。首先將監(jiān)控系統(tǒng)所需要具備的壓力、溫度、閥門等控制功能程序在STEP7中進行編輯，然后將編輯完成的程序轉(zhuǎn)移到PLC設(shè)備中，從而實現(xiàn)PLC控制各個模塊的功能。

3.3 通信模塊設(shè)計

本設(shè)計采用的PLC型號為S7-300系列，在WinCC中為西門子S7系列的PLC設(shè)計了專有通信程序SIMATIC S7 Protocol Suite，大幅度減低了程序設(shè)計的難度。只需要按照添加通信驅(qū)動程序、連接PLC、設(shè)置屬性的流程，即可實現(xiàn)PLC之間的通信程序設(shè)計任務(wù)，不需要重新編輯程序。

4 結(jié)語

影響中藥提取濃縮效果的因素非常多，如提取方法、溶媒質(zhì)量、藥材研磨程度、混合提取等，都會影響到中藥材有效成分提取濃縮效果，同時不同的提取工藝，生產(chǎn)出的中藥產(chǎn)品質(zhì)量也有所不同。采用傳統(tǒng)的手工提取濃縮，由于存在人工操作的不一性，會導(dǎo)致中藥質(zhì)量不穩(wěn)定。而采用在線監(jiān)控技術(shù)，重要的整個中藥提取濃縮過程都可以得到有效監(jiān)控，確保藥品生產(chǎn)質(zhì)量，促進中藥治療效果的提升。

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