基于智能生產(chǎn)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(chǎn)線對(duì)草本植物中藥成分的提取方法。我們主要借助智能手段結(jié)合草本植物的提取方法，根據(jù)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(chǎn)實(shí)踐，事實(shí)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(guān)鍵詞：草本植物；智能生產(chǎn)線；中藥提取

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

中圖分類號(hào)：R285 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǎn)工藝。我國(guó)傳統(tǒng)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(shù)、大孔吸附樹脂分離純化技術(shù)、組織破碎提取法和酶法提取技術(shù)與其他技術(shù)的聯(lián)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(xué)成分相對(duì)比較少，傳統(tǒng)的提純手段及工藝都有待提升。目前隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及信息物理融合技術(shù)的發(fā)展，利用智能生產(chǎn)線去提取草本植物中的中藥成分已經(jīng)變成了可能。

目前，我國(guó)傳統(tǒng)的草本植物中提取中藥成分還是人工或者半機(jī)械化的生產(chǎn)，而且提取中的參數(shù)不能準(zhǔn)確地掌控，所以藥品的質(zhì)量得不到很好的保障，也難以達(dá)到GMP的規(guī)范?；趥鹘y(tǒng)提取方法的缺點(diǎn)，如果將現(xiàn)在飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的中藥提取技術(shù)相結(jié)合，用計(jì)算機(jī)來監(jiān)控國(guó)藥提取的過程，就可以實(shí)現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)效率，在提取參數(shù)上控制更為精確。本文在了解PLC和IPC等工業(yè)控制軟件及CPS的基礎(chǔ)，使用層次化的方法設(shè)計(jì)了一個(gè)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(tài)軟件為核心，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)設(shè)備和創(chuàng)新性的控制方法對(duì)傳統(tǒng)的草本植物中藥提取的生產(chǎn)流程進(jìn)行改良，提高了在提取藥物時(shí)可靠性，并且保證了在提取藥物過程中的參數(shù)更為精確，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)草本植物中藥提取生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和智能化改良。

1 相關(guān)研究

斯黎明[1]曾提到，中藥的提取技術(shù)非常復(fù)雜，過程繁多，當(dāng)中的一個(gè)小細(xì)節(jié)將會(huì)影響到藥品的品質(zhì)。所以，現(xiàn)在大量的研究主要集中在如何改進(jìn)提取技術(shù)。例如超臨界超聲波提取技術(shù)、微波提取技術(shù)、流體萃取技術(shù)等先進(jìn)提取工藝[1-3]。于佳琦等人探討了中醫(yī)質(zhì)量的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用[4]。中藥裝備使用了計(jì)算機(jī)的監(jiān)控技術(shù)和連續(xù)逆流溢出原理，大大加快了提速的速度，產(chǎn)品的品質(zhì)和工藝提取準(zhǔn)確度也得到了提高。這款裝備的研發(fā)成功是中國(guó)中藥提取設(shè)備技術(shù)的一大重大突破[1-6]。

2 草本植物中藥成分提取智能生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

集散控制系統(tǒng)（DCS，Distributed Control System）將原來孤立的控制單元整合起來，可以用于生產(chǎn)過程全局化。DCS是相對(duì)于用集中方式來控制的設(shè)備來說的一種新興的計(jì)算機(jī)控制設(shè)備，它是在集中方式控制設(shè)備的基礎(chǔ)上改進(jìn)，演化而誕生的，它的設(shè)計(jì)初衷就是對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行分散單獨(dú)控制，但是在管理上是集中的。因此具有控制能力強(qiáng)、管理簡(jiǎn)單、安全性高、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)，如今已經(jīng)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(dòng)化程度高，參數(shù)控制的精準(zhǔn)度高且產(chǎn)量高等。因此我們使用新興的FCS控制技術(shù)與草本植物中藥提取的生產(chǎn)過程相結(jié)合，形成智能化過程的體系結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbus Control System）是世界上最新型的控制系統(tǒng)，它是在現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展從而帶動(dòng)了自動(dòng)化控制系統(tǒng)的一場(chǎng)變革，具有強(qiáng)大的控制能力。在現(xiàn)時(shí)代的自動(dòng)化與智能化控制裝備中，為了將各個(gè)裝備的性能優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致，普遍會(huì)將一些邏輯控制、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)查尋、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jìn)行。那么就必須要現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的連接，集中管理。因此FCS不斷的興起，并且已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)DCS。FCS的構(gòu)造形式是以現(xiàn)場(chǎng)總線為連接，形成自底向上的控制網(wǎng)絡(luò)。在草本植物中藥提取智能生產(chǎn)過程中，F(xiàn)CS的主要作用是在中藥提取中各個(gè)參數(shù)步驟監(jiān)測(cè)和對(duì)設(shè)備的控制。因此，F(xiàn)CS是將傳統(tǒng)DCS的支配站分化零散，各個(gè)智能化裝備通過現(xiàn)場(chǎng)總線被獨(dú)立分開分布，完全意義上做到了徹底的分開掌控，構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

智能控制設(shè)備被分成兩級(jí)，分為基于IPC的集中管理級(jí)和基于PLC設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)，他們形成了一個(gè)上位機(jī)與下位機(jī)的兩層體系結(jié)構(gòu)。PLC的設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)控制能力是由許多個(gè)控制部件所組成，每個(gè)控制部件都是單獨(dú)工作完成生產(chǎn)過程中的提煉、濃縮、淬煉、層析、烘干等操作。然而，各個(gè)單獨(dú)分開的部件之間的信息傳輸通信，是通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接組成。因此，完整的生產(chǎn)過程中的所有單元裝備具有很強(qiáng)的單獨(dú)操作力和組建的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)有著很高的控制擴(kuò)展性。

因此，整個(gè)草本植物中藥提取的生產(chǎn)過程系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是由3部分組成，分別為上位機(jī)、下位機(jī)和它們之間通信的網(wǎng)絡(luò)。通訊的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)上位機(jī)與下位機(jī)之間的監(jiān)控與管理的通訊。上位機(jī)和它的組態(tài)環(huán)境主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)線過程中的監(jiān)控、報(bào)警、數(shù)據(jù)處理、歷史曲線等功能。下位機(jī)是由PLC系統(tǒng)所組成，主要負(fù)責(zé)控制所有操作設(shè)備。

3 智能化提取的設(shè)備構(gòu)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(shè)備有PLC及擴(kuò)展模塊、HMI設(shè)備、智能儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和多功能提取罐。智能化提取的設(shè)備構(gòu)造如圖2所示。

在圖2中，HMI（Human Machine Interface）設(shè)備的主要作用是將PLC、數(shù)字智能儀表、直流調(diào)速器、變頻器等數(shù)字化工控設(shè)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(shè)備。HMI在智能化提取的過程中主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)流程監(jiān)控、生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)保存、配方的管理、圖形曲線顯示等常規(guī)功能。HMI在IPC出現(xiàn)故障時(shí)，依舊可以獨(dú)立工作，規(guī)避生產(chǎn)線處于全面停止所帶來的損失。

PLC系統(tǒng)主要是和IPC的組態(tài)環(huán)境進(jìn)行通訊，負(fù)責(zé)處理并執(zhí)行上位機(jī)的命令和對(duì)智能儀表發(fā)送控制命令。它們可以通過接觸器、中間繼電器等設(shè)備去調(diào)控其他的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。其中組態(tài)環(huán)境是由工控組態(tài)軟件構(gòu)成，有著可擴(kuò)充性良好，易學(xué)易用，通用性好等特點(diǎn)。

智能儀表中有著事先設(shè)定好的生產(chǎn)過程中要用到的各個(gè)參數(shù)，比如多功能提取罐的溫度和壓力等。在生產(chǎn)過程中智能儀表會(huì)對(duì)比事先設(shè)定好的參數(shù)，用對(duì)比的結(jié)果做相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和發(fā)出控制命令，讓多功能提取罐的工藝參數(shù)達(dá)到預(yù)定值。

4 結(jié)束語

本文主要依靠現(xiàn)在飛速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及信息物理融合技術(shù)，提出了基于智能生產(chǎn)線對(duì)草本植物中藥成分的提取方法。主要借助智能手段結(jié)合草本植物的提取方法，根據(jù)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(tǒng)用于實(shí)踐上操作起來也十分簡(jiǎn)易，操作工人只需要簡(jiǎn)單的引導(dǎo)便可以輕松掌握系統(tǒng)的操作流程。因此，草本植物中藥成分提取智能生產(chǎn)線是具備很好的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

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