基于智能生產線的草本植物中藥成分提取研究

章芳芳

摘要：本文提出了基于智能生產線對草本植物中藥成分的提取方法。我們主要借助智能手段結合草本植物的提取方法，根據不同草本植物，利用智能感知及智能算法采用不同的加工手段及處理方法，提出具體可行的解決方案。我們還將我們的研究成果用于生產實踐，事實證明我們的研究成果能夠以高效的方式提取草本植物的中藥成分。

Abstract： This paper proposes a method for extracting Chinese medicine components from herbaceous plants based on intelligent production lines. We mainly use intelligent means and the extraction method of herbaceous plants， according to different herbs， use intelligent sensing and intelligent algorithms to adopt different processing methods and processing methods， and propose concrete and feasible solutions. We have also used the research results in production practices， and it turns out that the research results can extract the traditional Chinese medicine ingredients from herbs in an efficient way.

關鍵詞：草本植物；智能生產線；中藥提取

Key words： herbaceous plants；intelligent production line；Chinese medicine extraction

中圖分類號：R285 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）28-0239-02

0 引言

在草本植物中提取中藥成分是最主要的中藥生產工藝。我國傳統草本植物中藥成分提取方法主要包括超高壓提取、酶解、半仿生提取、真空冷凍干燥、超聲提取、高速逆流色譜分離技術、大孔吸附樹脂分離純化技術、組織破碎提取法和酶法提取技術與其他技術的聯用等。然而，目前基于草本植物的中藥成分提取的方法效率比較低，而且提取的化學成分相對比較少，傳統的提純手段及工藝都有待提升。目前隨著物聯網技術以及信息物理融合技術的發展，利用智能生產線去提取草本植物中的中藥成分已經變成了可能。

目前，我國傳統的草本植物中提取中藥成分還是人工或者半機械化的生產，而且提取中的參數不能準確地掌控，所以藥品的質量得不到很好的保障，也難以達到GMP的規范。基于傳統提取方法的缺點，如果將現在飛速發展的計算機技術與傳統的中藥提取技術相結合，用計算機來監控國藥提取的過程，就可以實現草本植物中中藥提取的智能過程。本文通過提出基于智能生產線來提取草本植物中藥成分，可以大大降低提取成本，提高生產效率，在提取參數上控制更為精確。本文在了解PLC和IPC等工業控制軟件及CPS的基礎，使用層次化的方法設計了一個基于CPS的智能控制框架。CPS的智能控制框架是以PLC、IPC和工控組態軟件為核心，采用先進的計算機設備和創新性的控制方法對傳統的草本植物中藥提取的生產流程進行改良，提高了在提取藥物時可靠性，并且保證了在提取藥物過程中的參數更為精確，從而實現對傳統草本植物中藥提取生產過程的自動化和智能化改良。

1 相關研究

斯黎明[1]曾提到，中藥的提取技術非常復雜，過程繁多，當中的一個小細節將會影響到藥品的品質。所以，現在大量的研究主要集中在如何改進提取技術。例如超臨界超聲波提取技術、微波提取技術、流體萃取技術等先進提取工藝[1-3]。于佳琦等人探討了中醫質量的設計方法和應用[4]。中藥裝備使用了計算機的監控技術和連續逆流溢出原理，大大加快了提速的速度，產品的品質和工藝提取準確度也得到了提高。這款裝備的研發成功是中國中藥提取設備技術的一大重大突破[1-6]。

2 草本植物中藥成分提取智能生產線設計

集散控制系統（DCS，Distributed Control System）將原來孤立的控制單元整合起來，可以用于生產過程全局化。DCS是相對于用集中方式來控制的設備來說的一種新興的計算機控制設備，它是在集中方式控制設備的基礎上改進，演化而誕生的，它的設計初衷就是對各個設備進行分散單獨控制，但是在管理上是集中的。因此具有控制能力強、管理簡單、安全性高、可移植性好等優點，如今已經普遍用在過程控制工程上。

草本植物中藥成分提取過程需要有高的安全性，自動化程度高，參數控制的精準度高且產量高等。因此我們使用新興的FCS控制技術與草本植物中藥提取的生產過程相結合，形成智能化過程的體系結構?，F場總線控制系統（FCS，Fieldbus Control System）是世界上最新型的控制系統，它是在現在計算機技術快速發展從而帶動了自動化控制系統的一場變革，具有強大的控制能力。在現時代的自動化與智能化控制裝備中，為了將各個裝備的性能優勢發揮到極致，普遍會將一些邏輯控制、數據計算、數據采集、實時或歷史數據查尋、狀態監控、數據存儲表格的生成、告警處理、表格打印等工作分散到不同的控制裝備中進行。那么就必須要現場總線對其進行統一的連接，集中管理。因此FCS不斷的興起，并且已經逐漸取代傳統DCS。FCS的構造形式是以現場總線為連接，形成自底向上的控制網絡。在草本植物中藥提取智能生產過程中，FCS的主要作用是在中藥提取中各個參數步驟監測和對設備的控制。因此，FCS是將傳統DCS的支配站分化零散，各個智能化裝備通過現場總線被獨立分開分布，完全意義上做到了徹底的分開掌控，構建體系結構如圖1所示。

智能控制設備被分成兩級，分為基于IPC的集中管理級和基于PLC設備的現場控制級，他們形成了一個上位機與下位機的兩層體系結構。PLC的設備的現場控制能力是由許多個控制部件所組成，每個控制部件都是單獨工作完成生產過程中的提煉、濃縮、淬煉、層析、烘干等操作。然而，各個單獨分開的部件之間的信息傳輸通信，是通過現場總線連接組成。因此，完整的生產過程中的所有單元裝備具有很強的單獨操作力和組建的設備網絡有著很高的控制擴展性。

因此，整個草本植物中藥提取的生產過程系統的體系結構是由3部分組成，分別為上位機、下位機和它們之間通信的網絡。通訊的網絡系統主要負責上位機與下位機之間的監控與管理的通訊。上位機和它的組態環境主要負責生產線過程中的監控、報警、數據處理、歷史曲線等功能。下位機是由PLC系統所組成，主要負責控制所有操作設備。

3 智能化提取的設備構造

在草本植物中藥提取的智能化過程中主要用到的控制設備有PLC及擴展模塊、HMI設備、智能儀表、執行機構和多功能提取罐。智能化提取的設備構造如圖2所示。

在圖2中，HMI（Human Machine Interface）設備的主要作用是將PLC、數字智能儀表、直流調速器、變頻器等數字化工控設備連接在一起。HMI的觸摸屏可以使用來顯示和輸入，是方便人們操作的主要設備。HMI在智能化提取的過程中主要負責生產流程監控、生產中的數據保存、配方的管理、圖形曲線顯示等常規功能。HMI在IPC出現故障時，依舊可以獨立工作，規避生產線處于全面停止所帶來的損失。

PLC系統主要是和IPC的組態環境進行通訊，負責處理并執行上位機的命令和對智能儀表發送控制命令。它們可以通過接觸器、中間繼電器等設備去調控其他的現場設備。其中組態環境是由工控組態軟件構成，有著可擴充性良好，易學易用，通用性好等特點。

智能儀表中有著事先設定好的生產過程中要用到的各個參數，比如多功能提取罐的溫度和壓力等。在生產過程中智能儀表會對比事先設定好的參數，用對比的結果做相應的數據處理和發出控制命令，讓多功能提取罐的工藝參數達到預定值。

4 結束語

本文主要依靠現在飛速發展的物聯網技術以及信息物理融合技術，提出了基于智能生產線對草本植物中藥成分的提取方法。主要借助智能手段結合草本植物的提取方法，根據不同草本植物，利用智能感知及智能算法采用不同的加工手段及處理方法，提出具體可行的解決方案。而且本文的智能化提取系統用于實踐上操作起來也十分簡易，操作工人只需要簡單的引導便可以輕松掌握系統的操作流程。因此，草本植物中藥成分提取智能生產線是具備很好的實用性。

參考文獻：

[1]斯黎明.逆流動態那更要提取工藝[J].醫藥工程設計雜志，2003，24（4）：23-24.

[2]姜杰.黃花敗醬乙酸乙酯萃取相的化學成分研究[D].安徽大學，2017.

[3]魏杭立.中藥提取自動化智能控制設計分析[J].化工管理，2017（29）.

[4]于佳琦，徐冰，姚璐，等.中藥質量源于設計方法和應用：智能制造[J].世界中醫藥，2018（3）.

[5]宋鎧鈺，王民，張維，等.智能機床生產線的智能特征分析[J].北京工業大學學報，2018（2）：186-192.

[6]王文軒，劉黎青.草本植物藥用成分提取物抗癲癇作用的研究進展[J].山東中醫藥大學學報，2017（4）：383-385.