中藥提取濃縮過程在線監控技術研究

劉明

[摘 ? ?要 ]提取濃縮過程是中藥質量保障的關鍵，在線監控技術的應用，可以有效地提升提取濃縮工藝的穩定性，提升中藥質量的穩定性。本文首先介紹中藥提取濃縮工藝特性，然后對在線監控系統的應用和設計結構進行探索分析。

[關鍵詞]中藥;提取濃縮;在線監控

[中圖分類號]TP277 [文獻標志碼]A [文章編號]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

中藥的化學組成成分是比較復雜的，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，所以在提取時只提取其中有效的成分，目的是讓中藥制劑可以達到最好的治療效果。所以，提取中藥的工藝流程和方法對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，所以才要和現代制藥設備相結合，從而完善中藥的提取工藝。目前，大部分中藥都是按照傳統方式提取分離，有一定的傳承性，但是傳統提取工藝相對落后，部分環節很難做到精密控制（如提取時間、加入的溶媒量），且存在能耗高等問題。將監控系統應用到濃縮過程中，有利于提高中藥提取的效率和質量。

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，提取工序為在提取罐中利用溶劑將中藥有效成分提取出來，通常在加熱的條件下進行，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，經過濾后轉至濃縮工序，最后濃縮液經過干燥后制成干膏。

濃縮工藝必須要依據中藥提取液的特性和蒸發的條件選擇適合的濃縮方法和設備。目前部分濃縮設備無法避免濃縮時液泛和局部過熱等現象的發生，也不能對濃縮后藥液的密度、濃度等實現實時監測，濃縮終點無法進行精確控制，就會導致產品的質量不穩定，批次間的差異較大。因此，將濃縮工藝和設備自動化控制系統結合起來實現濃縮進程中的在線監測，已是大勢所趨了。此外有些企業將提取和濃縮結合起來，利用新型節能中藥的低溫減壓提取濃縮裝置，解決了提取、濃縮兩個重要工序所存在的問題，提高了產品質量，減少了能耗、縮短了生產周期。

2 在線監控系統控制原理

中藥的提取濃縮過程在提取罐中完成，因此，在線監控系統主要實現對提取罐工作過程的監控。圖1為本文設計的在線監控系統控制原理圖，首先計算機會實時采集進料壓力、溫度等參數，通過D/A轉換成執行器可以識別的數字信號，執行器根據工藝參數設置值對進料參數進行調節，確保進料可以根據工藝需求穩定進入提取罐中，提取罐的加熱夾套內蒸質量好汽壓力P、罐內藥液溫度T、質量罐內壓力Pi對于最終提取中藥質量有非常重要的影響，保持這些參數的穩定是提升中藥提取濃縮質量的關鍵。

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壓力為常壓，則罐內壓力控制較為簡單，只需要實現對防空閥控制。控制的關鍵參數為夾套蒸汽壓質量好力P和罐內溫度T。

在忽略滯后因素情況下，根據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算出秩也是2。

通過上述建立的方程模型可以對提取罐中的P和T兩個參數進行控制，其中參數受到罐的結構影響，而且具體數值可以通過熱力學理論計算獲得。

如果提取過程中采用的是易揮發的溶劑時，由于提取時罐內壓力會發生變化，此時，監控系統需要同時對P、T和Pi三個進行控制，但是控制方法與上述的相同，因此，采用上述方法可以有效、準確的對中藥提取濃縮參數進行監控。

3 在線監控系統設計

根據重要提取濃縮技術的要求和現場控制管理，整個監控系統由上位機和下位機組成，實現中藥提取濃縮過程中的設備運行參數的在線監測。記錄設備運行狀態和過程，分析參數的變化趨勢，及時發布和預報運行情況，實施診斷和報警，實現遠程控制，指導操作人員管理生產工藝過程。

3.1 監控系統設計方案

在線監控系統結構如圖3所質量好示。整個監控系統主要包括上位機、下位機以及通信系統組成。

（1）上位機系統實現整個工藝流程的設備運行狀態的實時監控，將工藝流程以直觀的畫面顯示出來。記錄在線監測的參數，記錄設備運行狀態和過程，分析參數的變化趨勢，及時發布和預報運行情況，實施診斷和報警，并完成系統參數的分析和處理，對不能直接測量的參數進行軟測量。

（2）下位機系統主要完成數據采集，計算和邏輯運算。執行PID閉環控制輸出。對工藝要求的設備、泵、閥系統，能夠根據實時處理情況和要求，控制設備的啟停和時序的安排，達到設備的最優化調度，節約制劑的投放量，提高中藥的提取效率，保證處理的效果。

（3）網絡通訊系統將上、下位機之間連接，現場控制站數據能正確、及時反映到上位機，上位機的控制信號能及時傳達到下位機，實現遠程控制。

3.2 監控系統軟件設計

軟件程序是各個功能模塊實現的關鍵之一，主要是包括PLC程序、通信程序、組態軟件程序三方面，軟件具體設計方案如圖4所示。

PLC程序主要是包括開關量和模擬量采集傳輸模塊程序設計，以及控制紋路模塊程序設計。上位機組態軟件主要是實現人機互動，用戶可以根據實際需要對整個系統進行設置，設計內容主要包括工藝流程、參數的設置，報警界面設置等，具體如圖4所示。

監控系統軟件運行流程如圖5所示。

本文在進行上位機組態軟件設計時，采用WinCC對軟件程序進行編輯。首先將監控系統所需要具備的壓力、溫度、閥門等控制功能程序在STEP7中進行編輯，然后將編輯完成的程序轉移到PLC設備中，從而實現PLC控制各個模塊的功能。

3.3 通信模塊設計

本設計采用的PLC型號為S7-300系列，在WinCC中為西門子S7系列的PLC設計了專有通信程序SIMATIC S7 Protocol Suite，大幅度減低了程序設計的難度。只需要按照添加通信驅動程序、連接PLC、設置屬性的流程，即可實現PLC之間的通信程序設計任務，不需要重新編輯程序。

4 結語

影響中藥提取濃縮效果的因素非常多，如提取方法、溶媒質量、藥材研磨程度、混合提取等，都會影響到中藥材有效成分提取濃縮效果，同時不同的提取工藝，生產出的中藥產品質量也有所不同。采用傳統的手工提取濃縮，由于存在人工操作的不一性，會導致中藥質量不穩定。而采用在線監控技術，重要的整個中藥提取濃縮過程都可以得到有效監控，確保藥品生產質量，促進中藥治療效果的提升。

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