中藥提取過(guò)程控制系統的設計與應用

　　中藥生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)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(guò)程的效率和經(jīng)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(dòng)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(gè)至關(guān)重要的環(huán)節。我校與天津大明制藥設備廠(chǎng)合作建立“中藥設備研發(fā)中心”，在項目建設中，根據工藝的實(shí)際需求，本著(zhù)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(guò)程各單元的計算機過(guò)程控制系統的設計與開(kāi)發(fā)，成功地實(shí)現了天然藥物中試生產(chǎn)過(guò)程各重要工藝參數的計算機自動(dòng)檢測和控制，其中提取單元實(shí)現了多種提取方式的全過(guò)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(guò)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(dòng)態(tài)提取

　　動(dòng)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(mén)和手動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)及藥液循環(huán)泵和熱油泵的啟動(dòng)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(guò)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(guò)程中始終處于開(kāi)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(shí)，報警即可。醇類(lèi)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，其調節情況與水作溶劑時(shí)不同。

　　2.2 測控參數

　　檢測參數：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(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担禾崛」逌囟?、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(dòng)和停止控制等。

　　2. 3 自控要求

　　根據本項目的中試工藝不確定性的特點(diǎn)，提取部分的自控設計要求是在有限和固定的設備、管線(xiàn)的條件下，方便而靈活地實(shí)現不同提取模式的全過(guò)程自動(dòng)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(guò)程都是可靠、自動(dòng)地完成。

　　提取部分的自動(dòng)控制回路主要包括了提取罐溫度自動(dòng)控制;提取罐定量和加液自動(dòng)控制;提取罐出料自動(dòng)控制;提取罐、提取液儲液罐的溫度自動(dòng)檢測;提取液儲液罐的液位自動(dòng)檢測。一批藥材的提取次數、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 系統特點(diǎn)

　　在系統的總體設計、選型上保持與國內外系統同步,從而保證所采用的計算機測控系統在技術(shù)上的先進(jìn)性并且與國際接軌。在考慮國內外相關(guān)系統如:霍尼韋爾控制系統、橫河µXLDCS和SIEMES控制系統等后,決定選擇SIEMENS控制系統.從而確保了系統的成熟性。選擇西門(mén)子的系統另外一個(gè)原因是這種系統易于維護,易于擴展。對中藥生產(chǎn)過(guò)程中，常常發(fā)生 “泡沫引發(fā)逃液”的現象。采用CTN―XM系列雙液位全自動(dòng)消除泡沫控制裝置，其中依據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 系統的結構與配置

　　本文采用PROFIBUS-DP構建中藥提取過(guò)程監控系統的底層網(wǎng)絡(luò )。新型的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統突破了DCS系統中通信由專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的封閉系統來(lái)實(shí)現所造成的缺陷，把基于封閉的、專(zhuān)用的解決方案變成了基于公開(kāi)化、標準化的解決方案，現場(chǎng)總線(xiàn)標準有幾十種。每種總線(xiàn)標準都有自身的特點(diǎn)，并在特定的應用領(lǐng)域顯示自身的優(yōu)勢。過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS作為一種國際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)設備生產(chǎn)商的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，作為全集成過(guò)程和工廠(chǎng)自動(dòng)化的現場(chǎng)總線(xiàn)解決方案，已被廣泛應用于過(guò)程控制和流程工業(yè)。PROFIBUS采用OSI模型的物理層,數據鏈路層。當傳輸速率為9.6Kbps～12Mbps時(shí)，其傳輸距離可以達到100m。當傳輸速率為1.5Mbps時(shí)，其傳輸距離可以達到為400m。PROFIBUS的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)，也可以是光纜。其最多可以?huà)旖?27個(gè)子站點(diǎn)。PROFIBUS采用功能模塊化設計，不同的應用系統使用不同的模塊進(jìn)行設計。底層系統結構如圖3所示。在本級中系統被分為兩個(gè)層次即設備控制層和監控層。