計算機在中藥提取過程的應用

摘要：對計算機及自動化控制在中藥提取的應用進行了討論，介紹了中藥提取生產線自動控制系統設計中的相關問題，提出了中藥提取生產過程對自動控制的需求及現階段在生產應用的不足。

關鍵詞：中藥提取 自動控制 計算機 生產

1 中藥提取生產過程及特點

從傳統中藥的特點來看，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，也是中藥制藥的關鍵所在。自動化中藥提取生產過程，是依據GMP規范，按給定的配方，生產一定數量產品的過程、中藥提取生產采用批量生產方式，也叫間歇生產方式。間歇生產過程又稱批量生產過程，屬于按照給定配方、生產一定量的產品的生產過程。中藥提取生產普遍采用批量生產過程，即，按給定配方、生產一定量的中藥提取物。中藥提取生產配方主要包括：生產的產品及其原料組分；所需生產設備；要求的生產操作(如加熱、攪拌、沉淀等)。其主要特點是：小批量、多品種，其特征是：物料流動的不連續性、物料和設備的非穩態性、產品及其工藝的不確定性和設備資源的動態調度分配。不連續性是指物料輸入、輸出是斷續的，單元操作是按順序進行的，沒備運行是間斷的，非穩態性是指生產過程中物料和設備都時常處于變化狀態。不確定性指的是要根據市場需求生產不同產品，和增加新產品

既要確保提取藥物成分的質量，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，嚴格和正確的按提取工藝程序進行提取，是中藥生產至關重要的環節。

2 設計中藥提取計算機控制系統

中藥提取自動化控制系統采用完全開放的標準結構。集中管理、綜合調度、分散控制、技術先進、開放性強、易擴展、可互操作、方便升級。根據我國現狀，中藥生產企業，一般把綜合間歇控制系統分成兩部分來搞，即生產管理部分(例如ERP)和實時控制部分。這里討論的中藥提取計算機控制系統指實時控制部分也就是程序間歇控制系統。

2.1設計中藥提取計算機控制系統可供選擇的設計目標生產過程遠程計算機控制、監視：操作和控制靈活、迅速、準確、一致上縮短每批產品的生產周期；優化控制，提高原料、能源和設備利用率，減少廢品率，計算機控制參數管理：計算機生產歷程數據存儲、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典型的控制系統方案典型的中藥提取工藝和中藥提取生產線傳統中藥工藝，藥材→水洗→烘干→切碎→水提取三次→過濾→儲存→減壓濃縮→噴霧造粒→收膏→低溫干燥→再次濃縮→沉淀→分離→減壓濃縮→再沉淀提取有效成分的現代中藥制備工藝：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→成品中藥提取生產線一般可設計為專用的單生產流程線；專用的多生產流程線，可重組、多生產流程線。

2.3典型中藥提取設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備是提取罐，一般分為動態提取罐和靜態提取罐，多個提取罐可構成套提裝置。

2.3.2外循環單效蒸發器，由加熱器、蒸發器、分離器等組成，主要用于制藥、植物藥、化工、食品、乳品等領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、蒸發器、分離器等組成，適用于制藥、植物藥、化工、食品、乳品等領域的料液濃縮。等。

3 基于計算機技術的間歇控制應用軟件及系統硬件主要有軟件

3.1管理軟件工藝流程圖畫面通過多幅畫面動態、形象、直觀地顯示提取車間生產各工序的生產、運行狀況。如在畫面中相應位置顯示及設定液位、溫度、壓力等參數值并通過不同顏色表示出各設備的開／關狀態及相應的參數值，使工作人員對現場的運行狀況一目了然，做到心中有數，以實現最優控制。管理軟件還可實現參數顯示、成組圖顯示及參數設定、趨勢圖顯示、自動診斷、歷史數據管理、報警聯鎖、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各工序的自動控制功能。當手／自動切換開關轉到自動時，由控制系統自動完成生產過程。主要實現：

數據采集

控制系統自動對液位、壓力、密度、溫度等工藝參數進行自動采集，對閥門、電機、泵、等運行狀態進行自動采集，將數據傳輸給主控制室，同時接收來自上位機的指令。

自動控制

生產過程自動控制，如對提取溫度、壓力、濃度等進行控制，各工序工藝閥門的自動開閉、順序控制、聯鎖控制等等。

故障處理

當設備出現故障時，有相應聯鎖停機功能。

硬件：

集散控制系統(DCS)、可編程控制器(PIC)、一體化控制器、現場總線等。

Dcs主要用來進行多回路及復雜回路控制，處理模擬量能力強，普遍提供可選的間歇控制產品組件，技術成熟，功能完備，價格昂貴，適用于大型間歇控制項目。

現場總線系統是控制技術與計算機通訊技術結合的產物，其特點是全數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態特性，物料的物理性質不斷發生變化，這些變化會對一些儀表的測量產生影響，儀表選型時要注意。此外，儀表選型時還要考慮衛生和防暴方面的要求。間歇生產過程的過程操作、單元操作、操作階段以及操作步都是按順序進行的，編程軟件應符合IEC61131-3標準，提供順序控制編程語言(例如SFC)。人機界面組態軟件，應選擇能提供批管理(處理)選件的產品，和提供過程管理驗證所需要的組件或功能?？刂瞥绦蛟O計應采用模塊化分層結構，例如：分成過程單元控制程序、設備單元控制程序、操作階段控制程序、操作步控制程序、設備模塊控制或元件控制程序。

4 中藥提取自動化系統規劃及實施

規劃和實施一個中藥提取自動化系統項目有關的規范包括：GMP、21 CFRPARTIL，ISAS95、ISA-ds00.0.1和GAMP4。ISA-ds880.1給出了間歇生產模型、間歇控制模型和術語定義。

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