探討中藥生產的自動化

劉佩巖，胡曉梅，周國忠

（頸復康藥業集團有限公司，河北 承德）

0 引言

現階段，國內大部分中藥的生產仍以人工為主，直接影響了產品的產量與質量穩定性。為此，在中藥生產中合理運用計算機計算控制系統，即可實現生產過程的自動化以及連續化，確保中藥藥品產量，并不斷提高生產的合格率。

1 中藥生產控制系統結構闡釋

在中藥生產中引入控制系統的目標就是自動化地監控多種公用系統，集中包括中藥提取生產線、中藥制粉生產線、空調以及水處理等等[1]。在此系統中，涵括大量監控點以及調節回路，控制對象模塊也相對復雜，所以系統本身需具備一定的控制運算能力[2]。由RockwellAutomation 公司所研制的Control-Logix 系統，模塊化與小型化特征明顯，同時具備較強的網絡通訊能力，進而能夠在復雜工作環境中運行，且帶電維護能力突出，所以將此系統應用于中藥生產中，并作為主體控制系統使用。

1.1 系統硬件結構

上位機、執行器、現場儀表和控制站等是組成系統的主要硬件結構。在系統中，合理設置CPU 熱備冗余控制站，數量為5 個，主要負責對中藥提取生產線和中藥制粉生產線、公用系統的控制[3]。因煎煮工段與主控室距離相對較遠，所以同樣設置現場操作站。各站與擴展機架即可利用Controllnet 控制網實現連接目的。而控制站同樣負責浮點運算、模擬控制以及邏輯時序控制等多種功能的運行，借助安全柵隔離后，系統內本安儀表信號即可進入到控制站內。

參考生產工藝和操作監視基本要求，系統內還設置了操作員站以及工程師站，可借助冗余網絡以及控制站實現連接目的[4]。而且，各站都能夠綜合管理系統信息，能夠對系統的實際運行情況、故障報警以及參數存檔等多種功能進行實時監視，同樣可以獨立操作系統。操作人員利用人機接口，能夠對生產狀態和記錄的歷史事件形成深入了解，更好地控制并調度中藥的實際生產。

為確保控制系統運行的可靠性與穩定性，將雙網冗余運用在計算機和控制器通訊中，而控制器則運用的是1:1 的冗余配置方式[5]。

1.2 系統網格結構

在此控制系統中，其網絡通訊功能突出，而網絡結構則涵括了信息網絡、設備網絡以及控制網絡。

1.2.1 設備網絡分析

控制系統中設置超過1000 個的兩位式氣動閥門，分布在各工藝設備和附近管道之上，集中性較強。結合現場的實際情況，還設置了超過50 個的閥門控制器，利用網橋在控制網上分組掛接，且各閥門控制器能夠對兩位式閥門輸入與輸出進行必要控制[6]。

在布局方面，選擇使用Devicenet 現場總線，能夠使現場的布線與安裝等費用與工作量明顯減少，安裝材料也顯著減少，調試與校對工作隨之減少。其中，Devicenet 主要是對CAN 數據鏈路層進行使用的MAC 協議。特別是CAN 協議配置十分靈活，具有報文優先權，在系統范圍內數據相對連貫。正是因為Devicenet 的通訊協議是公開的，所以在網絡中可集成各廠家設備，開放性特性突出。

1.2.2 控制網絡分析

在此控制系統中，控制網絡選擇使用了Controllnet 網絡，其屬于工業局域網絡，性能理想，且網絡標準是IEC61158實際的通訊速率達到5MB。

網絡在生產者模式或者是消費者模式下，通過對時間片技術的運用，即可在原理層面對網絡阻塞的問題予以及時解決，使得網絡效率顯著提升。而且，控制網絡的診斷功能極強，冗余配置也具有一定的可靠性特征[7]。

在對控制網絡使用的過程中，CPU 即可監控全部I/O 模塊以及Devicenet 模塊，同樣能夠實現彼此間的正常通訊。另外，操作員站與工程師站能夠借助控制網絡，在特定權限范圍內監控控制系統，進而完成組態以及保存信息的任務。

1.2.3 信息網絡分析

對于信息網絡而言，主要使用的是100MB 的以太網，可保證操作員站、工廠管理網絡和工程師站之間信息的有效傳輸，且實現資源的共享。在對信息網絡運用的過程中，能夠實現遠程監控以及診斷的目標，創建綜合實時信息庫，使企業在調度與決策方面獲得有價值的參考依據。

1.3 系統現場儀表與執行器

此控制系統能夠自動化地檢測中藥生產期間的實際流量、密度以及壓力、液位和溫度等多種參量，同時科學化地控制兩位式氣動閥門、氣動調節閥門、計量泵和變頻器、電磁閥等多種類型執行器，對不同類型的泵與電機同樣可加以控制。系統內涵括的閥門、儀表以及執行器都選擇的是進口設備亦或是國內的優質產品，具有較高的精準度以及可靠性能[8]。

2 中藥制藥設備自動化改造與研發

綜合考慮中藥制藥工藝和自動控制具體需求，對制藥設備進行了系統研制和改進。而對于不同的子系統以及傳統制藥設備，同樣展開了自動化的改造以及研發。

2.1 研制全自動化設備

在中藥生產過程中，要想順利完成醇沉、水洗、酸沉以及堿沉等連續性的生產過程，需要對相關全自動化設備進行研制，以確保進藥環節、配藥環節、靜置環節、出藥環節以及清洗環節生產的自動化。其中，自控的功能集中體現在以下幾個方面：

①自動化計量原藥膏量；

②自動化計算并計量全部所需配藥量；

③自動混合控制原藥以及配藥；

④自動控制攪拌速度以及方向；

⑤控制攪拌槳的定位（在特定位置定位攪拌槳，有效規避抽藥浮球）；

⑥控制靜置的時間；

⑦控制上清液的抽取；

⑧控制除渣；

⑨控制清洗的自動化。

2.2 研制全自動煎煮罐

在改進煎煮設備的過程中，要求在加藥環節、加溶媒環節、浸泡環節、升溫環節、沸騰環節、出藥環節和清洗除渣環節中實現自動化控制目標[9]。此設備的自控功能集中體現在以下幾個方面：

①自動化計算藥品和加溶媒量的比例；

②自動化計量加溶媒量；

③控制升溫階段的溫度（對升溫曲線進行自動化跟蹤）；

④自動化控制沸騰階段壓力（適應各沸騰狀態的基本需求）；

⑤具備閉路電視監控系統（對藥物懸浮狀態和沸騰狀態形成實時了解）；

⑥自動控制罐底開關氣缸且實現除渣系統聯鎖；

⑦保證儲液罐出藥的自動化。

2.3 研制全自動化濃縮設備

對自動化濃縮器與組合式濃縮鍋進行系統研制，確保在進藥環節、濃縮環節、出藥環節和清洗環節能夠實現控制的自動化。此設備所具備的自控功能主要體現在以下幾個方面：

①自動化控制液位；

②自動化控制溫度與壓力；

③自動化控制消泡（主要的目的是避免跑藥問題的發生）；

④具備真空系統的自動控制功能；

⑤實現冷卻循環水系統的溫度以及水循環的自動化控制；

⑥自動化控制冷凝水的排放；

⑦自動化控制中藥藥液的密度；

⑧控制出藥的自動性；

⑨清洗控制的自動化。

3 討論

綜上所述，以上研究的控制系統已經在大部分中藥生產過程中被應用。究其原因，此系統的傳感器、控制系統和執行器均具有先進性，且布局合理性較高，具有理想的開放性特征，進而有效地監控并記錄中藥生產的具體過程。另外，系統本身涵括遠程管理接口，所以中藥生產的流水生產線實現了全自動化，一定程度上優化了中藥藥品的產量，且藥品質量也愈加穩定。另外，要想與中藥自動化生產需求相適應，也成功研制出全新制藥自控設備，對老舊設備加以改造，在中藥生產自動化領域展開了全面探索，效果突出。