中藥提取濃縮過程在線監(jiān)控技術(shù)研究

劉明

[摘 ? ?要 ]提取濃縮過程是中藥質(zhì)量保障的關(guān)鍵，在線監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，可以有效地提升提取濃縮工藝的穩(wěn)定性，提升中藥質(zhì)量的穩(wěn)定性。本文首先介紹中藥提取濃縮工藝特性，然后對(duì)在線監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索分析。

[關(guān)鍵詞]中藥;提取濃縮;在線監(jiān)控

[中圖分類號(hào)]TP277 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）07–00–03

[Abstract]The extraction and concentration process is the key to the quality assurance of traditional Chinese medicine. The application of online monitoring technology can effectively improve the stability of extraction and concentration process and improve the stability of traditional Chinese medicine quality. This paper first introduces the characteristics of extraction and concentration of traditional Chinese medicine， and then explores the application and design structure of online monitoring system.

[Keywords]traditional Chinese medicine; extraction and concentration; online monitoring

中藥的化學(xué)組成成分是比較復(fù)雜的，并且其中包括多種有效成分，也包含無效成分，并夾雜著一些有毒物質(zhì)，所以在提取時(shí)只提取其中有效的成分，目的是讓中藥制劑可以達(dá)到最好的治療效果。所以，提取中藥的工藝流程和方法對(duì)中藥制劑的臨床效果有很大的影響。過去的中藥提取工藝的控制精度比較差、耗能量大等這些缺點(diǎn)，所以才要和現(xiàn)代制藥設(shè)備相結(jié)合，從而完善中藥的提取工藝。目前，大部分中藥都是按照傳統(tǒng)方式提取分離，有一定的傳承性，但是傳統(tǒng)提取工藝相對(duì)落后，部分環(huán)節(jié)很難做到精密控制（如提取時(shí)間、加入的溶媒量），且存在能耗高等問題。將監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到濃縮過程中，有利于提高中藥提取的效率和質(zhì)量。

1 中藥提取濃縮工藝特性

中藥提取工藝流程一般涉及提取、濃縮、干燥、包裝等工序，提取工序?yàn)樵谔崛」拗欣萌軇⒅兴幱行С煞痔崛〕鰜?，通常在加熱的條件下進(jìn)行，并通過溶劑回流以增加提取效率。提取完畢后，溶液通過底部出料閥出料，經(jīng)過濾后轉(zhuǎn)至濃縮工序，最后濃縮液經(jīng)過干燥后制成干膏。

濃縮工藝必須要依據(jù)中藥提取液的特性和蒸發(fā)的條件選擇適合的濃縮方法和設(shè)備。目前部分濃縮設(shè)備無法避免濃縮時(shí)液泛和局部過熱等現(xiàn)象的發(fā)生，也不能對(duì)濃縮后藥液的密度、濃度等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，濃縮終點(diǎn)無法進(jìn)行精確控制，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定，批次間的差異較大。因此，將濃縮工藝和設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)濃縮進(jìn)程中的在線監(jiān)測，已是大勢所趨了。此外有些企業(yè)將提取和濃縮結(jié)合起來，利用新型節(jié)能中藥的低溫減壓提取濃縮裝置，解決了提取、濃縮兩個(gè)重要工序所存在的問題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了能耗、縮短了生產(chǎn)周期。

2 在線監(jiān)控系統(tǒng)控制原理

中藥的提取濃縮過程在提取罐中完成，因此，在線監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)提取罐工作過程的監(jiān)控。圖1為本文設(shè)計(jì)的在線監(jiān)控系統(tǒng)控制原理圖，首先計(jì)算機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)采集進(jìn)料壓力、溫度等參數(shù)，通過D/A轉(zhuǎn)換成執(zhí)行器可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，執(zhí)行器根據(jù)工藝參數(shù)設(shè)置值對(duì)進(jìn)料參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保進(jìn)料可以根據(jù)工藝需求穩(wěn)定進(jìn)入提取罐中，提取罐的加熱夾套內(nèi)蒸質(zhì)量好汽壓力P、罐內(nèi)藥液溫度T、質(zhì)量罐內(nèi)壓力Pi對(duì)于最終提取中藥質(zhì)量有非常重要的影響，保持這些參數(shù)的穩(wěn)定是提升中藥提取濃縮質(zhì)量的關(guān)鍵。

圖2為特征提取框圖，在溶劑為水的情況下，中藥提取濃縮過程中罐內(nèi)壓力為常壓，則罐內(nèi)壓力控制較為簡單，只需要實(shí)現(xiàn)對(duì)防空閥控制?？刂频年P(guān)鍵參數(shù)為夾套蒸汽壓質(zhì)量好力P和罐內(nèi)溫度T。

在忽略滯后因素情況下，根據(jù)上述的特征提取框圖，取罐的特征提取方程可表示為：

由上述的方程能夠計(jì)算出秩也是2。

通過上述建立的方程模型可以對(duì)提取罐中的P和T兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制，其中參數(shù)受到罐的結(jié)構(gòu)影響，而且具體數(shù)值可以通過熱力學(xué)理論計(jì)算獲得。

如果提取過程中采用的是易揮發(fā)的溶劑時(shí)，由于提取時(shí)罐內(nèi)壓力會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)需要同時(shí)對(duì)P、T和Pi三個(gè)進(jìn)行控制，但是控制方法與上述的相同，因此，采用上述方法可以有效、準(zhǔn)確的對(duì)中藥提取濃縮參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。

3 在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)重要提取濃縮技術(shù)的要求和現(xiàn)場控制管理，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)中藥提取濃縮過程中的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的在線監(jiān)測。記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和過程，分析參數(shù)的變化趨勢，及時(shí)發(fā)布和預(yù)報(bào)運(yùn)行情況，實(shí)施診斷和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，指導(dǎo)操作人員管理生產(chǎn)工藝過程。

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

在線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所質(zhì)量好示。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括上位機(jī)、下位機(jī)以及通信系統(tǒng)組成。

（1）上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝流程的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將工藝流程以直觀的畫面顯示出來。記錄在線監(jiān)測的參數(shù)，記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和過程，分析參數(shù)的變化趨勢，及時(shí)發(fā)布和預(yù)報(bào)運(yùn)行情況，實(shí)施診斷和報(bào)警，并完成系統(tǒng)參數(shù)的分析和處理，對(duì)不能直接測量的參數(shù)進(jìn)行軟測量。

（2）下位機(jī)系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)采集，計(jì)算和邏輯運(yùn)算。執(zhí)行PID閉環(huán)控制輸出。對(duì)工藝要求的設(shè)備、泵、閥系統(tǒng)，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)處理情況和要求，控制設(shè)備的啟停和時(shí)序的安排，達(dá)到設(shè)備的最優(yōu)化調(diào)度，節(jié)約制劑的投放量，提高中藥的提取效率，保證處理的效果。

（3）網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)將上、下位機(jī)之間連接，現(xiàn)場控制站數(shù)據(jù)能正確、及時(shí)反映到上位機(jī)，上位機(jī)的控制信號(hào)能及時(shí)傳達(dá)到下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件程序是各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵之一，主要是包括PLC程序、通信程序、組態(tài)軟件程序三方面，軟件具體設(shè)計(jì)方案如圖4所示。

PLC程序主要是包括開關(guān)量和模擬量采集傳輸模塊程序設(shè)計(jì)，以及控制紋路模塊程序設(shè)計(jì)。上位機(jī)組態(tài)軟件主要是實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括工藝流程、參數(shù)的設(shè)置，報(bào)警界面設(shè)置等，具體如圖4所示。

監(jiān)控系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程如圖5所示。

本文在進(jìn)行上位機(jī)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，采用WinCC對(duì)軟件程序進(jìn)行編輯。首先將監(jiān)控系統(tǒng)所需要具備的壓力、溫度、閥門等控制功能程序在STEP7中進(jìn)行編輯，然后將編輯完成的程序轉(zhuǎn)移到PLC設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)PLC控制各個(gè)模塊的功能。

3.3 通信模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的PLC型號(hào)為S7-300系列，在WinCC中為西門子S7系列的PLC設(shè)計(jì)了專有通信程序SIMATIC S7 Protocol Suite，大幅度減低了程序設(shè)計(jì)的難度。只需要按照添加通信驅(qū)動(dòng)程序、連接PLC、設(shè)置屬性的流程，即可實(shí)現(xiàn)PLC之間的通信程序設(shè)計(jì)任務(wù)，不需要重新編輯程序。

4 結(jié)語

影響中藥提取濃縮效果的因素非常多，如提取方法、溶媒質(zhì)量、藥材研磨程度、混合提取等，都會(huì)影響到中藥材有效成分提取濃縮效果，同時(shí)不同的提取工藝，生產(chǎn)出的中藥產(chǎn)品質(zhì)量也有所不同。采用傳統(tǒng)的手工提取濃縮，由于存在人工操作的不一性，會(huì)導(dǎo)致中藥質(zhì)量不穩(wěn)定。而采用在線監(jiān)控技術(shù)，重要的整個(gè)中藥提取濃縮過程都可以得到有效監(jiān)控，確保藥品生產(chǎn)質(zhì)量，促進(jìn)中藥治療效果的提升。

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