中藥提取過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　中藥生產(chǎn)的一個關(guān)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(zhì)量，又要提高提取過程的效率和經(jīng)濟(jì)性，針對不同的中藥材，選擇和確保合適的提取工藝條件，嚴(yán)格和自動地按照正確的提取工藝程序進(jìn)行中藥的提取，是中藥生產(chǎn)和工藝研究的一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。我校與天津大明制藥設(shè)備廠合作建立“中藥設(shè)備研發(fā)中心”，在項(xiàng)目建設(shè)中，根據(jù)工藝的實(shí)際需求，本著先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性的原則，完成了天然藥物中試生產(chǎn)過程各單元的計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，成功地實(shí)現(xiàn)了天然藥物中試生產(chǎn)過程各重要工藝參數(shù)的計(jì)算機(jī)自動檢測和控制，其中提取單元實(shí)現(xiàn)了多種提取方式的全過程計(jì)算機(jī)控制，從而為科研人員今后對天然藥物提取工藝和提取設(shè)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(nèi)，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

　　（2）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(nèi)藥液溫度、保持罐內(nèi)壓力為常壓，并管理藥液循環(huán)通道內(nèi)電磁閥門和手動閥門的開、關(guān)及藥液循環(huán)泵和熱油泵的啟動和停止。提取罐控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示 .

圖2 提取罐控制結(jié)構(gòu)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(shí)，放空閥要在提取過程中始終處于開啟狀態(tài)，即罐內(nèi)壓力為常值，只需要在發(fā)生意外（如排氣通道堵塞）時(shí)，報(bào)警即可。醇類作溶劑時(shí)，放空閥要始終處于關(guān)閉狀態(tài)，欲維持罐壓為常值，其調(diào)節(jié)情況與水作溶劑時(shí)不同。

　　2.2 測控參數(shù)

　　檢測參數(shù)：提取罐內(nèi)的溫度、提取罐內(nèi)的壓力、提取罐內(nèi)的液位、冷卻器的冷卻水進(jìn)口溫度和出口溫度，熱油泵的出油口溫度和進(jìn)油口溫度等?？刂茀?shù)：提取罐溫度、提取罐壓力、進(jìn)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(xiàng)目的中試工藝不確定性的特點(diǎn)，提取部分的自控設(shè)計(jì)要求是在有限和固定的設(shè)備、管線的條件下，方便而靈活地實(shí)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(bǔ)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(jié)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(shí)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(shí)用循環(huán)泵循環(huán)藥液。

　　3 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　在系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、選型上保持與國內(nèi)外系統(tǒng)同步,從而保證所采用的計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)在技術(shù)上的先進(jìn)性并且與國際接軌。在考慮國內(nèi)外相關(guān)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(hù),易于擴(kuò)展。對中藥生產(chǎn)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(yīng)原理的泡沫探測電極具有極強(qiáng)的抗污染能力，因嚴(yán)重的污染而出現(xiàn)結(jié)垢的情況下，仍然能檢測出液面位置，從而達(dá)到可靠有效地消除泡沫，達(dá)到控制“逃液”的目的。[2]

　　4 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與配置

　　本文采用PROFIBUS-DP構(gòu)建中藥提取過程監(jiān)控系統(tǒng)的底層網(wǎng)絡(luò)。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(wǎng)絡(luò)的封閉系統(tǒng)來實(shí)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(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)有幾十種。每種總線標(biāo)準(zhǔn)都有自身的特點(diǎn)，并在特定的應(yīng)用領(lǐng)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(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)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(dāng)傳輸速率為9.6Kbps～12Mbps時(shí)，其傳輸距離可以達(dá)到100m。當(dāng)傳輸速率為1.5Mbps時(shí)，其傳輸距離可以達(dá)到為400m。PROFIBUS的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜。其最多可以掛接127個子站點(diǎn)。PROFIBUS采用功能模塊化設(shè)計(jì)，不同的應(yīng)用系統(tǒng)使用不同的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。底層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。在本級中系統(tǒng)被分為兩個層次即設(shè)備控制層和監(jiān)控層。