自動化技術應用于中藥提取生產領域的探討

摘 要：針對中藥提取生產過程中應用自動化技術，采用動態多級逆流提取、多效濃縮和真空低溫連續干燥等新型高效節能單元工藝裝備對中藥提取生產設備進行改造，實現中藥提取生產操作過程及關鍵質量技術參數和工藝條件全程在線監控，達到產品保障質量、實現能源成本下降的目的。文章就中藥提取生產線自動化改造中的相關問題進行探討。

關鍵詞：中藥提??；濃縮；動態提?。蛔詣涌刂葡到y；驗證

1 中藥提取工藝特點

1.1 中藥提取必須符合藥品生產法規要求

在提取工業生產過程中，按照國家藥品生產相關規范要求，藥品的生產必須符合GMP（藥品生產質量管理規范）要求，生產過程必須按照規定生產處方生產，按照規定的工藝規程進行制造。即中藥提取生產須按規定的配方（產品及原輔材料組分）、生產一定量的中藥提取物，按所需生產設備及生產操作條件（加熱、攪拌、沉淀、過濾等）進行生產。

1.2 中藥提取過程是整個中成藥品生產過程中能源消耗最大的環節。中藥提取過程中大量消耗蒸汽、飲用水用于藥物蒸煮，濃縮過程中真空消耗電力能源等。

1.3 中藥成分含量測定準確性，由于中藥成分較為復雜，提取過程的控制對含量具有一定的影響。

2 中藥提取自動控制系統及設備

2.1 控制系統構成

中藥提取生產設備主要為動態提取罐，過濾裝置、雙效濃縮器，乙醇計量罐、真空帶式干燥機等裝備，內容包括：

DCS中控系統、數據庫等；現代化的中央控制平臺（可擴充性、高展示性）；自動化儀器儀表系統；生產設備視頻監控系統；成分在線檢測系統；制造過程能源在線統計系統。

DCS控制系統軟件操作平臺采用WINDOWS2000，應用程序為全中文操作界面，人機界面友好，操作方便、安全。具有數據文字顯示、實時趨勢顯示、棒形圖顯示、工藝流程動態畫面顯示，操作人員可隨時了解提取罐、儲罐、濃縮罐等的運行狀態和各種監控參數。使中藥生產的工藝操作和參數得到科學的、有效的、嚴格的監測和控制，保證生產過程平穩性和可控性，保證產品的穩定和均一，實現中藥生產過程智能化、檢測自動化。

2.2 自動控制操作功能

2.2.1 動態提取工段

實現功能：藥品的批次控制；純化水量，有機溶劑的計量和控制；浸泡、升溫、保溫煎煮溫度、壓力控制；浸泡、保溫煎煮時間控制；提取雙向循環控制；藥渣乙醇回收控制；提取罐底出渣鎖、出渣門開啟裝置的聯鎖與保護；模糊出料控制；提取罐的自動清洗；貯液罐貯存時間自動記錄；斷氣、斷水、斷電實時系統安全保護；生產過程報表、實時報表及曲線、歷史報表及曲線、報警、手自動轉換等功能。

2.2.2 提取工藝控制保護

從設備和人身安全考慮，系統設計時還應考慮到安全保護措施，通過控制系統對提取過程進行有效的保護。

2.2.3 雙效濃縮工段

常見的外循環濃縮包括單效，雙效，三效濃縮，但基本的控制方案一致。濃縮過程主要包括進料，濃縮及出料、酒精回收等四部分，在該工藝過程控制中我們把藥液的進料量、濃縮溫度、真空度、密度、及時消泡、自動回收醇等為主要控制目標。

實現功能：藥品的批次控制；濃縮器溫度、液位、真空度的檢測與控制；濃縮器夾套壓力控制；濃縮器泡沫控制，解決中藥提取液在減壓和加熱狀態下容易發泡的問題；濃縮終點判斷及出料控制；冷凝水受液罐自動排液；夾套冷凝水排放控制；冷卻循環水控制；真空開關控制；濃縮器的自動清洗；生產過程報表、實時報表及曲線、歷史報表及曲線、報警、手自動轉換等功能。

2.2.4 浸膏干燥工段

實現與DCS系統的通訊和監控，能夠實現本地控制和DCS系統的遠程監控的有機融合。真空帶式干燥工段的本地控制是通過現場西門子300系統單獨控制。

實現功能：浸膏預熱溫度遠程監控；布料器出液速度監控；干燥機筒體內加熱段和冷卻段溫度監控；履帶速度監控；干燥真空度監控；生產數據曲線記錄；超限報警；生產報表自動記錄。

3 中藥提取生產控制系統設計

3.1 編程軟件的選擇

程序語言一般采用控制設備（西門子、歐姆龍等）供應商提供的編程/組態語言，主要有：LD（梯形圖語言）、FB（功能塊圖）、SFC（順序功能圖）、ST（結構化文本語言）和C++、VB等專用編程語言。選擇編程軟件時，應根據不同情況，進行合理選擇多種語言。

3.2 上位機組態軟件的選擇

在用上位機+下位機構造控制系統時，上位機（操作員站、工程師站）組態軟件可選擇硬件廠商提供的軟件，也可選擇通用組態軟件。選擇時，不僅要看其常用組態功能是否完整，還要了解其是否可提供的如下可選軟件包：BATCH（批量控制）、SPC/SQC（在線或離線統計過程控制）、ERP管理信息系統接口等。

3.3 軟件功能及結構設計

一般包含如下內容：實時生產管理，操作順序控制，泵/電機的邏輯控制，溫度、壓力等模擬量的連續調節控制，過程連鎖，安全連鎖，過程I/O。實時生產管理功能，在上位機實現，其它功能在控制器實現，在需要進行過程重組的應用中，操作順序控制應在服務器上實現。軟件設計一般遵循結構化設計原則。整個生產線控制軟件應層級設計，分成生產線單元、設備單元、模塊與操作單元三個層次。

4 控制點設置和自動化儀表、閥門的選擇

4.1 控制點的設置

控制方式的選擇和控制點的設置，一般由生產工藝人員提出條件，自控和設備人員聯合設計，設計時應基于工藝處方、設備、儀器儀表、閥門等因素綜合考慮。

4.2 自動化儀表、閥門的選型

選型基本原則應采用可靠、穩定、符合GMP要求。儀表選擇盡量選用衛生型。中藥生產各種罐的底部經常有一些膠質、鞣質、黏質，應盡量避免采用靜壓式和電纜式液位計，尤其是纜式液位其與藥品接觸的材質不能提供驗證，保證其不發生藥液變化，流量計的選擇應該根據藥液特性分別選擇不同形式。根據藥液特性以及各種閥門的特點、流體曲線來選擇閥門型號。

用于藥液、水、酒精等介質管道的開關閥采用氣動衛生球閥，重點物料流動性、粘性、含固量對閥門的影響，采購閥門前，可先提供物料特性個閥門供應商，避免在日后運行過程中閥門故障對系統正常運行的影響。流量、液位、壓力等變送器選擇應該考慮容易清潔和可耐高溫消毒；閥門及控制器件應符合國家有關防爆要求。

4.3 控制系統方案評估與驗證

目前國內對中藥制造業提取濃縮干燥成套設備自動化改造的研究仍屬初級階段。國內制藥企業應用中藥提取自動化改造有較多成功案例，但也有因工藝、選型等原因造成改造不盡人意，因此，中藥提取控制系統的方案應對其先進性、完整性、可靠性、可維護性、開放性、經濟性、售后服務等進行全面評估。

中藥提取自動控制系統建成后，應根據藥品GMP法規的要求，進行計算機系統驗證，應對系統設計確認、安裝確認、運行確認、性能確認，確保系統符合藥品生產質量要求。

當今能源壓力巨大、國家提倡節約型社會。自動控制技術應用于高效節能單元裝備，在提高藥材利用率、減少溶劑用量、縮短生產時間等方面優勢顯著，大大地降低了能耗和生產成本。這些有益效果，將有助于制藥裝備研究人員對設備節能減排關鍵技術進行深入研究，提高我國制藥裝備的整體技術水平和國際競爭力。

參考文獻

[1]劉慶閣，唐曉彬，高斌等.中藥提取數字化控制系統[J].中國儀器儀表，2010，228（S1）：183-185.

[2]許小球.中藥提取生產過程與自動化控制[J].機電信息，2009，242（32）：25-26.

作者簡介：張志文（1981-），男，廣東韶關人，職稱助理工程師，學歷：本科，主要研究方向：動力及制藥設備電氣自動化改造。