自動化技術應用于中藥提取生產領域的探討

摘 要：針對中藥提取生產過程中應用自動化技術，采用動態(tài)多級逆流提取、多效濃縮和真空低溫連續(xù)干燥等新型高效節(jié)能單元工藝裝備對中藥提取生產設備進行改造，實現(xiàn)中藥提取生產操作過程及關鍵質量技術參數(shù)和工藝條件全程在線監(jiān)控，達到產品保障質量、實現(xiàn)能源成本下降的目的。文章就中藥提取生產線自動化改造中的相關問題進行探討。

關鍵詞：中藥提??；濃縮；動態(tài)提??；自動控制系統(tǒng)；驗證

1 中藥提取工藝特點

1.1 中藥提取必須符合藥品生產法規(guī)要求

在提取工業(yè)生產過程中，按照國家藥品生產相關規(guī)范要求，藥品的生產必須符合GMP（藥品生產質量管理規(guī)范）要求，生產過程必須按照規(guī)定生產處方生產，按照規(guī)定的工藝規(guī)程進行制造。即中藥提取生產須按規(guī)定的配方（產品及原輔材料組分）、生產一定量的中藥提取物，按所需生產設備及生產操作條件（加熱、攪拌、沉淀、過濾等）進行生產。

1.2 中藥提取過程是整個中成藥品生產過程中能源消耗最大的環(huán)節(jié)。中藥提取過程中大量消耗蒸汽、飲用水用于藥物蒸煮，濃縮過程中真空消耗電力能源等。

1.3 中藥成分含量測定準確性，由于中藥成分較為復雜，提取過程的控制對含量具有一定的影響。

2 中藥提取自動控制系統(tǒng)及設備

2.1 控制系統(tǒng)構成

中藥提取生產設備主要為動態(tài)提取罐，過濾裝置、雙效濃縮器，乙醇計量罐、真空帶式干燥機等裝備，內容包括：

DCS中控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等；現(xiàn)代化的中央控制平臺（可擴充性、高展示性）；自動化儀器儀表系統(tǒng)；生產設備視頻監(jiān)控系統(tǒng)；成分在線檢測系統(tǒng)；制造過程能源在線統(tǒng)計系統(tǒng)。

DCS控制系統(tǒng)軟件操作平臺采用WINDOWS2000，應用程序為全中文操作界面，人機界面友好，操作方便、安全。具有數(shù)據(jù)文字顯示、實時趨勢顯示、棒形圖顯示、工藝流程動態(tài)畫面顯示，操作人員可隨時了解提取罐、儲罐、濃縮罐等的運行狀態(tài)和各種監(jiān)控參數(shù)。使中藥生產的工藝操作和參數(shù)得到科學的、有效的、嚴格的監(jiān)測和控制，保證生產過程平穩(wěn)性和可控性，保證產品的穩(wěn)定和均一，實現(xiàn)中藥生產過程智能化、檢測自動化。

2.2 自動控制操作功能

2.2.1 動態(tài)提取工段

實現(xiàn)功能：藥品的批次控制；純化水量，有機溶劑的計量和控制；浸泡、升溫、保溫煎煮溫度、壓力控制；浸泡、保溫煎煮時間控制；提取雙向循環(huán)控制；藥渣乙醇回收控制；提取罐底出渣鎖、出渣門開啟裝置的聯(lián)鎖與保護；模糊出料控制；提取罐的自動清洗；貯液罐貯存時間自動記錄；斷氣、斷水、斷電實時系統(tǒng)安全保護；生產過程報表、實時報表及曲線、歷史報表及曲線、報警、手自動轉換等功能。

2.2.2 提取工藝控制保護

從設備和人身安全考慮，系統(tǒng)設計時還應考慮到安全保護措施，通過控制系統(tǒng)對提取過程進行有效的保護。

2.2.3 雙效濃縮工段

常見的外循環(huán)濃縮包括單效，雙效，三效濃縮，但基本的控制方案一致。濃縮過程主要包括進料，濃縮及出料、酒精回收等四部分，在該工藝過程控制中我們把藥液的進料量、濃縮溫度、真空度、密度、及時消泡、自動回收醇等為主要控制目標。

實現(xiàn)功能：藥品的批次控制；濃縮器溫度、液位、真空度的檢測與控制；濃縮器夾套壓力控制；濃縮器泡沫控制，解決中藥提取液在減壓和加熱狀態(tài)下容易發(fā)泡的問題；濃縮終點判斷及出料控制；冷凝水受液罐自動排液；夾套冷凝水排放控制；冷卻循環(huán)水控制；真空開關控制；濃縮器的自動清洗；生產過程報表、實時報表及曲線、歷史報表及曲線、報警、手自動轉換等功能。

2.2.4 浸膏干燥工段

實現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的通訊和監(jiān)控，能夠實現(xiàn)本地控制和DCS系統(tǒng)的遠程監(jiān)控的有機融合。真空帶式干燥工段的本地控制是通過現(xiàn)場西門子300系統(tǒng)單獨控制。

實現(xiàn)功能：浸膏預熱溫度遠程監(jiān)控；布料器出液速度監(jiān)控；干燥機筒體內加熱段和冷卻段溫度監(jiān)控；履帶速度監(jiān)控；干燥真空度監(jiān)控；生產數(shù)據(jù)曲線記錄；超限報警；生產報表自動記錄。

3 中藥提取生產控制系統(tǒng)設計

3.1 編程軟件的選擇

程序語言一般采用控制設備（西門子、歐姆龍等）供應商提供的編程/組態(tài)語言，主要有：LD（梯形圖語言）、FB（功能塊圖）、SFC（順序功能圖）、ST（結構化文本語言）和C++、VB等專用編程語言。選擇編程軟件時，應根據(jù)不同情況，進行合理選擇多種語言。

3.2 上位機組態(tài)軟件的選擇

在用上位機+下位機構造控制系統(tǒng)時，上位機（操作員站、工程師站）組態(tài)軟件可選擇硬件廠商提供的軟件，也可選擇通用組態(tài)軟件。選擇時，不僅要看其常用組態(tài)功能是否完整，還要了解其是否可提供的如下可選軟件包：BATCH（批量控制）、SPC/SQC（在線或離線統(tǒng)計過程控制）、ERP管理信息系統(tǒng)接口等。

3.3 軟件功能及結構設計

一般包含如下內容：實時生產管理，操作順序控制，泵/電機的邏輯控制，溫度、壓力等模擬量的連續(xù)調節(jié)控制，過程連鎖，安全連鎖，過程I/O。實時生產管理功能，在上位機實現(xiàn)，其它功能在控制器實現(xiàn)，在需要進行過程重組的應用中，操作順序控制應在服務器上實現(xiàn)。軟件設計一般遵循結構化設計原則。整個生產線控制軟件應層級設計，分成生產線單元、設備單元、模塊與操作單元三個層次。

4 控制點設置和自動化儀表、閥門的選擇

4.1 控制點的設置

控制方式的選擇和控制點的設置，一般由生產工藝人員提出條件，自控和設備人員聯(lián)合設計，設計時應基于工藝處方、設備、儀器儀表、閥門等因素綜合考慮。

4.2 自動化儀表、閥門的選型

選型基本原則應采用可靠、穩(wěn)定、符合GMP要求。儀表選擇盡量選用衛(wèi)生型。中藥生產各種罐的底部經常有一些膠質、鞣質、黏質，應盡量避免采用靜壓式和電纜式液位計，尤其是纜式液位其與藥品接觸的材質不能提供驗證，保證其不發(fā)生藥液變化，流量計的選擇應該根據(jù)藥液特性分別選擇不同形式。根據(jù)藥液特性以及各種閥門的特點、流體曲線來選擇閥門型號。

用于藥液、水、酒精等介質管道的開關閥采用氣動衛(wèi)生球閥，重點物料流動性、粘性、含固量對閥門的影響，采購閥門前，可先提供物料特性個閥門供應商，避免在日后運行過程中閥門故障對系統(tǒng)正常運行的影響。流量、液位、壓力等變送器選擇應該考慮容易清潔和可耐高溫消毒；閥門及控制器件應符合國家有關防爆要求。

4.3 控制系統(tǒng)方案評估與驗證

目前國內對中藥制造業(yè)提取濃縮干燥成套設備自動化改造的研究仍屬初級階段。國內制藥企業(yè)應用中藥提取自動化改造有較多成功案例，但也有因工藝、選型等原因造成改造不盡人意，因此，中藥提取控制系統(tǒng)的方案應對其先進性、完整性、可靠性、可維護性、開放性、經濟性、售后服務等進行全面評估。

中藥提取自動控制系統(tǒng)建成后，應根據(jù)藥品GMP法規(guī)的要求，進行計算機系統(tǒng)驗證，應對系統(tǒng)設計確認、安裝確認、運行確認、性能確認，確保系統(tǒng)符合藥品生產質量要求。

當今能源壓力巨大、國家提倡節(jié)約型社會。自動控制技術應用于高效節(jié)能單元裝備，在提高藥材利用率、減少溶劑用量、縮短生產時間等方面優(yōu)勢顯著，大大地降低了能耗和生產成本。這些有益效果，將有助于制藥裝備研究人員對設備節(jié)能減排關鍵技術進行深入研究，提高我國制藥裝備的整體技術水平和國際競爭力。

參考文獻

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作者簡介：張志文（1981-），男，廣東韶關人，職稱助理工程師，學歷：本科，主要研究方向：動力及制藥設備電氣自動化改造。