中藥提取過程控制系統(tǒng)的設計與應用

　　中藥生產的一個關鍵過程是中藥有效成分的提取，要既確保提取藥物成分的質量，又要提高提取過程的效率和經濟性，針對不同的中藥材，選擇和確保合適的提取工藝條件，嚴格和自動地按照正確的提取工藝程序進行中藥的提取，是中藥生產和工藝研究的一個至關重要的環(huán)節(jié)。我校與天津大明制藥設備廠合作建立“中藥設備研發(fā)中心”，在項目建設中，根據(jù)工藝的實際需求，本著先進性、可靠性、實用性的原則，完成了天然藥物中試生產過程各單元的計算機過程控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)，成功地實現(xiàn)了天然藥物中試生產過程各重要工藝參數(shù)的計算機自動檢測和控制，其中提取單元實現(xiàn)了多種提取方式的全過程計算機控制，從而為科研人員今后對天然藥物提取工藝和提取設備的研究提供了可靠和有效的手段。[1]

　　2 提取過程的主要工藝流程和自控要求

　　2.1 提取工序控制

　?。?）加料控制

　　藥材投入提取罐內，加入藥材的5-l0倍的溶劑。用液位控制法控制溶劑加入量，流程圖如圖1所示。

圖1 液位控制流程圖

　?。?）動態(tài)提取

　　動態(tài)提取是中藥提取工序的核心，要求控制罐內藥液溫度、保持罐內壓力為常壓，并管理藥液循環(huán)通道內電磁閥門和手動閥門的開、關及藥液循環(huán)泵和熱油泵的啟動和停止。提取罐控制結構圖如圖2所示 .

圖2 提取罐控制結構圖

　　中藥提取過程通常采用的溶劑（溶媒）有水或乙醇等。提取溶劑不同，對控制需求也不一樣。用水作溶劑時，放空閥要在提取過程中始終處于開啟狀態(tài)，即罐內壓力為常值，只需要在發(fā)生意外（如排氣通道堵塞）時，報警即可。醇類作溶劑時，放空閥要始終處于關閉狀態(tài)，欲維持罐壓為常值，其調節(jié)情況與水作溶劑時不同。

　　2.2 測控參數(shù)

　　檢測參數(shù)：提取罐內的溫度、提取罐內的壓力、提取罐內的液位、冷卻器的冷卻水進口溫度和出口溫度，熱油泵的出油口溫度和進油口溫度等?？刂茀?shù)：提取罐溫度、提取罐壓力、進料控制、出料控制、循環(huán)泵、熱油泵，自吸泵和出液泵的啟動和停止控制等。

　　2. 3 自控要求

　　根據(jù)本項目的中試工藝不確定性的特點，提取部分的自控設計要求是在有限和固定的設備、管線的條件下，方便而靈活地實現(xiàn)不同提取模式的全過程自動控制，即要求既可以“水提取”，也可以“醇提取”;既可以“單罐提取” ，也可以“雙罐提取”;既可以是“循環(huán)提取”，也可以“非循環(huán)提取”。提取罐加液補液、提取罐升溫和恒溫、藥物浸取、循環(huán)提取、提取液出料、直至提取結束或再次提取的全過程都是可靠、自動地完成。

　　提取部分的自動控制回路主要包括了提取罐溫度自動控制;提取罐定量和加液自動控制;提取罐出料自動控制;提取罐、提取液儲液罐的溫度自動檢測;提取液儲液罐的液位自動檢測。一批藥材的提取次數(shù)、提取溫度和循環(huán)時間是由工藝確定的。本方案采用熱油對具有夾套的提取罐加熱，煎煮罐中的藥材，同時用循環(huán)泵循環(huán)藥液。

　　3 系統(tǒng)特點

　　在系統(tǒng)的總體設計、選型上保持與國內外系統(tǒng)同步,從而保證所采用的計算機測控系統(tǒng)在技術上的先進性并且與國際接軌。在考慮國內外相關系統(tǒng)如:霍尼韋爾控制系統(tǒng)、橫河µXLDCS和SIEMES控制系統(tǒng)等后,決定選擇SIEMENS控制系統(tǒng).從而確保了系統(tǒng)的成熟性。選擇西門子的系統(tǒng)另外一個原因是這種系統(tǒng)易于維護,易于擴展。對中藥生產過程中，常常發(fā)生 “泡沫引發(fā)逃液”的現(xiàn)象。采用CTN―XM系列雙液位全自動消除泡沫控制裝置，其中依據(jù)電阻響應原理的泡沫探測電極具有極強的抗污染能力，因嚴重的污染而出現(xiàn)結垢的情況下，仍然能檢測出液面位置，從而達到可靠有效地消除泡沫，達到控制“逃液”的目的。[2]

　　4 系統(tǒng)的結構與配置

　　本文采用PROFIBUS-DP構建中藥提取過程監(jiān)控系統(tǒng)的底層網絡。新型的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)突破了DCS系統(tǒng)中通信由專用網絡的封閉系統(tǒng)來實現(xiàn)所造成的缺陷，把基于封閉的、專用的解決方案變成了基于公開化、標準化的解決方案，現(xiàn)場總線標準有幾十種。每種總線標準都有自身的特點，并在特定的應用領域顯示自身的優(yōu)勢。過程現(xiàn)場總線PROFIBUS作為一種國際化、開放式、不依賴設備生產商的現(xiàn)場總線標準，作為全集成過程和工廠自動化的現(xiàn)場總線解決方案，已被廣泛應用于過程控制和流程工業(yè)。PROFIBUS采用OSI模型的物理層,數(shù)據(jù)鏈路層。當傳輸速率為9.6Kbps～12Mbps時，其傳輸距離可以達到100m。當傳輸速率為1.5Mbps時，其傳輸距離可以達到為400m。PROFIBUS的傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜。其最多可以掛接127個子站點。PROFIBUS采用功能模塊化設計，不同的應用系統(tǒng)使用不同的模塊進行設計。底層系統(tǒng)結構如圖3所示。在本級中系統(tǒng)被分為兩個層次即設備控制層和監(jiān)控層。