MCGS組態(tài)控制技術(shù)在中藥炮制過程中的應用

蔣 偉，謝 斌，李玉秋，吳 飛

（亳州職業(yè)技術(shù)學院a.電子與電氣工程系；b.藥學院，安徽亳州236800）

MCGS組態(tài)控制技術(shù)在中藥炮制過程中的應用

蔣 偉a，謝 斌a，李玉秋a，吳 飛b

（亳州職業(yè)技術(shù)學院a.電子與電氣工程系；b.藥學院，安徽亳州236800）

為了解決中藥飲片加工生產(chǎn)中存在的設備自動化程度不高、質(zhì)量鑒別沒有量化指標和老藥工流失嚴重的問題，在分析整理傳統(tǒng)中藥炮制的方法、工具、輔料和控制要求的基礎(chǔ)上，設計了基于PLC和MCGS組態(tài)控制技術(shù)的中藥炮制控制方案，重點闡述了如何利用MCGS軟件實現(xiàn)中藥炮制過程的溫度PID參數(shù)整定、設備監(jiān)控、溫度實時曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)報表輸出等功能。實驗結(jié)果表明：該控制方案建立了和諧的人機界面和完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表；PID溫度閉環(huán)控制在中藥炒制環(huán)節(jié)上的應用，使得中藥炮制的火候控制更加準確。

組態(tài)控制技術(shù)；中藥炮制；PID參數(shù)整定；生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表

中藥炮制的傳統(tǒng)基本理論，主要體現(xiàn)在生熟理論和藥性理論方面。通過不同的炮制手段，把生藥制成不同的炮制品（熟藥），是提高組方配伍水平的一個重要措施。因此歷代醫(yī)家在辨證論治時，非常重視“藥之生熟”，要求“生熟有定，依方揀采”。在生產(chǎn)方面，傳統(tǒng)的中藥加工炮制已逐漸由小生產(chǎn)、手工操作向大生產(chǎn)、機械化、智能化加工過渡［1］。

目前，亳州的中藥飲片生產(chǎn)單位以小企業(yè)為主，多數(shù)企業(yè)沒有形成規(guī)模，企業(yè)競爭力不強，企業(yè)發(fā)展存在不少問題。（1）生產(chǎn)設備自動化程度不高，比如現(xiàn)在市面上銷售的炒藥機，不能準確設置時間和溫度，因而經(jīng)驗不是特別豐富的員工就沒辦法使用。（2）對產(chǎn)品質(zhì)量的鑒別還是靠經(jīng)驗來鑒定，沒有統(tǒng)一的量化指標，這導致很多工人在生產(chǎn)過程中沒有參考標準。（3）老藥工流失嚴重，一些身懷絕技的藥工掌握著許多炮制技巧和傳統(tǒng)技術(shù)，許多來自大城市的合資企業(yè)高薪聘請他們，使得人才外流嚴重。另外，有些老藥工的年事己高，急需對他們擁有的中藥炮制技術(shù)和經(jīng)驗予以繼承和整理。因此，利用現(xiàn)代電氣控制技術(shù)提高生產(chǎn)設備的自動化程度，解決中藥飲片加工過程中存在的問題迫在眉睫。本文利用PLC和MCGS軟件完成中藥飲片生產(chǎn)線的組態(tài)設計，實現(xiàn)溫度閉環(huán)控制、動態(tài)演示、過程監(jiān)測、數(shù)據(jù)報表輸出、實時曲線顯示、炒制品的溫度和炒制時間自動設置等功能，甚至可以將老藥工的技術(shù)和經(jīng)驗“拷貝”到控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)中藥飲片生產(chǎn)操作的人性化和過程的可視化［2-3］。

1 中藥炮制的基本方法

中藥炮制的基本方法，通?？煞譃閮糁?、切制、炮制三大類，它們之間的關(guān)系如圖1所示。凈制是中藥炮制的第一道工序，是將原藥材加工成凈藥材的處理過程。切制是中藥炮制的第二道工序，是指將凈選后的藥材，經(jīng)軟化處理后，用一定的工具加工成符合規(guī)定的片、段、絲、塊的過程。經(jīng)凈制、切制后的中藥，有相當一部分尚需進行炮制處理，以便更好地適應臨床辨證論治的需要。

圖1 中藥炮制基本方法示意圖

1.1 基本工具

中藥炮制過程中所用到的基本工具主要有四類，見表1。

表1 中藥炮制過程中所用工具

1.2 常用輔料

中藥炮制的常用輔料可分為固體與液體兩大類，見表2。

表2 中藥炮制常用輔料

1.3 炒制要求

炒制分清炒和輔料炒。清炒據(jù)炒制程序不同分為炒黃與炒焦，輔料炒包括麩炒、米炒和土炒。炒制應投料適中、火力均勻、不斷翻動。根據(jù)不同藥材的特性和炮制要求，掌握好投料前鍋底預熱溫度，及投料后的炒制火力、時間及程度，詳見表3。

表3 炒制要求說明

2 中藥炮制的控制要求

本文以炒制環(huán)節(jié)為例說明MCGS組態(tài)控制系統(tǒng)設計時要考慮的火力控制和炮制方法等。

2.1 根及根莖類中藥的炮制控制要求

根及根莖類中藥品種多，形態(tài)質(zhì)地差異大，應用廣泛，涉及的炮制方法很多。加熱炮制類方法中主要有炒黃、炒炭、麩炒、土炒、砂燙、煨制及蒸、煮、燉等。加輔料炮制類方法中主要有酒制、醋制、鹽制、蜜炙、姜汁炙、甘草水炙等。該控制系統(tǒng)所選根莖類藥物炮制概況見表4。

表4 控制系統(tǒng)所選根及根莖類中藥炮制概況

2.2 果實種子類中藥的炮制控制要求

果實種子類中藥中，約1/2的品種為凈制后搗碎藥用，其余品種的炮制以炒制為主，故有“逢子必炒”之說。根據(jù)藥物的性質(zhì)和用藥要求，采用炒黃、炒焦、炒炭、麩炒或麩煨，以及用不同液體輔料炙或蒸制等方法。該控制系統(tǒng)所含種子類藥物的炮制概況見表5。

2.3 其他類中藥的炮制控制要求

草類、葉類、花類、皮類、藤類和樹脂類中藥，以凈制、切制后生用居多。僅大薊、小薊、荊芥、燈心草、卷柏、艾葉、側(cè)柏葉、荷葉、棕櫚、雞冠花、槐花、金銀花、蒲黃有制炭品，芫花、乳香、沒藥有醋制品，肉蓯蓉、豨簽草有酒制品，麻黃、桑白皮、枇杷葉、桑葉、旋覆花、款冬花、桑白皮有蜜制品，杜仲、黃柏有鹽制品，厚樸、竹茹有姜制品，椿皮有麩炒品，淫羊藿有油制品。質(zhì)地堅硬的動物甲殼、骨骼類藥材，多用煅、砂燙、砂燙醋淬、油炸等高溫炮制方法，使其便于粉碎應用，以及矯臭矯味或增強療效，如瓦楞子、牡蠣、龜甲、豹骨等。質(zhì)地疏松的動物類中藥，為了去腥矯味、降低毒性和增強療效，多采用一些溫度較低的炮制方法，如清炒、麩炒、米炒、酒炙、醋炙等。

表5 該控制系統(tǒng)所含果實種子類中藥炮制概況

3 組態(tài)設計方案

MCGS組態(tài)軟件提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線顯示、報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡等功能［4-6］。

3.1 中藥炮制過程的組態(tài)設計

3.1.1 新建工程

進入MCGS組態(tài)環(huán)境，新建工程“PLC和MCGS組態(tài)控制技術(shù)在中藥炮制過程中的應用”，如圖2所示。炒制過程設計如下幾個窗口：PID參數(shù)設定窗口（圖3）、數(shù)據(jù)報表窗口、溫度實時曲線窗口、溫度歷史曲線窗口、報警窗口和操作員窗口（圖4）。

圖2 組態(tài)主畫面

圖3 溫度PID參數(shù)設定窗口

圖4 操作員窗口組態(tài)畫面

3.1.2 定義變量

在MCGS組態(tài)軟件中，定義變量之前先對變量進行分配，然后進入“實時數(shù)據(jù)庫”窗口定義變量，定義結(jié)果如圖5所示。

圖5 實時數(shù)據(jù)庫

3.2 程序編寫

中藥炮制過程炒制單元的控制要求如下：進入控制系統(tǒng)的主界面后，點擊登錄按鈕，選擇員工姓名，輸入登錄密碼后即可進入各操作窗口，“技術(shù)員”和“操作員”有不同的權(quán)限，操作員進不去PID參數(shù)設定窗口，主界面還留有“修改用戶權(quán)限”“修改密碼”和“設定屏保時間”功能選擇按鈕。在首次進行設備調(diào)試時，“技術(shù)員”進入PID參數(shù)設定窗口，根據(jù)炒藥機溫度實時采樣值的大小，將設定值手動設為大于“采樣值+150”，點擊開始按鈕，控制系統(tǒng)即開始自動調(diào)諧運行，等自動調(diào)諧結(jié)束時，可得到PID控制的比例增益Kp和積分時間Ti。以后“操作員”在對炒藥機進行溫度設定時，控制系統(tǒng)即按此時得到的值進行PID運算，從而得到加熱管在每個周期中的加熱時間。操作員窗口是正常生產(chǎn)時使用最多的，設有手動和自動功能，手動功能區(qū)可以設置溫度設定值和滾筒轉(zhuǎn)速、加熱開始和停止控制、電動機正反轉(zhuǎn)和停止控制等；自動功能區(qū)可以直接選擇要炒制的中藥品名，根據(jù)前述三類中藥的炮制控制要求，程序自動設定炒制火候和炒制時間等參數(shù)。本課題組會在后續(xù)的工作中進一步將老藥工的中藥炮制技術(shù)和經(jīng)驗進行整理，逐一完善各個品種控制的精細程度，直至達到智能控制的程度。為了生產(chǎn)管理的需要，中藥炮制控制系統(tǒng)創(chuàng)建了數(shù)據(jù)報表窗口和歷史曲線窗口，定期記錄生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，比如最近一個月該炒藥機有哪些“操作員”操作過，炒制過哪些品種等。

4 調(diào)試

系統(tǒng)開發(fā)完成后，課題組對該系統(tǒng)進行了調(diào)試，并選擇市面上某型號的智能電加熱滾筒式炒藥機進行對比試驗，測試數(shù)據(jù)見表6。

表6 中藥炮制組態(tài)控制系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

將MCGS組態(tài)控制技術(shù)應用在中藥炮制過程中，建立了和諧的人機界面和完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表，使得中藥學在定量研究和科學性方面更具有說服力。同時，PID控制在中藥炮制過程中炒制環(huán)節(jié)上的應用，使得中藥炮制的火候控制更加準確。

［1］呂文海.中藥炮制學［M］.北京：科學出版社，1992：1-293.

［2］蔣偉，謝斌，呂洪善，等.中藥炮制機械智能炒藥機溫控系統(tǒng)設計［J］.湖南理工學院學報（自然科學版），2014（4）：58-62.

［3］馬靈珍.亳州地區(qū)中藥飲片行業(yè)現(xiàn)狀調(diào)查［J］.湖南大眾傳媒職業(yè)技術(shù)學院學報，2012（2）：86-89.

［4］張伏，王唯，張亞坤，等.PLC和MCGS組態(tài)軟件在溫室控制中的應用［J］.農(nóng)機化研究，2014（10）：205-208.

［5］徐峰，王蔚，王聰，等.中草藥微波真空連續(xù)干燥機控制系統(tǒng)的設計［J］.機電工程，2014（1）：67-71.

［6］王其獻.對中藥飲片GMP認證中廠房設施、工藝流程設計的改進及優(yōu)化［D］.濟南：山東大學，2009.

【責任編輯 黃艷芹】

The Application of MCGS Configuration Control Technology in the Traditional Chinese Medicine Processing

JIANG Weia，XIE Bina，LI Yuqiua，WU Feib
（a.Department of Electronic and Electrical Engineering；
b.College of Pharmacy，Bozhou Vocational and Technical College，Bozhou 236800，China）

In order to solve all kinds of problems in the processing of Chinese herbal medicine，such as the relatively low automation degree，no quantitative indicator of quality identification，the serious outflow of old drug workers.Based on the analysis of traditional Chinese medicine processing methods，tools，accessories and control requirements，R&D personnel have applied PLC and MCGS configuration technology to the design of the Chinese medicine processing control system.The paper has focused on how to use the MCGS software to conduct temperature PID parameter tuning，equipment monitoring，real-time temperature curve and historical data reports in the processing of Chinese traditional medicine.Commissioning process and experimental data have showed that the control scheme established a harmonious man-machine interface and a complete production data report.The design of PID temperature closed-loop system has controlled the temperature of Chinese traditional medicine processing more accurately.

configuration control technology；traditional Chinese medicine processing；PID parameter tuning；production data report

R283；TP273

A

2095-7726（2015）12-0048-06

2015-04-06

安徽省2013年質(zhì)量工程項目（2013tszy066）；安徽省亳州市第二批創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才科研團隊建設項目（zzbbz005）；安徽省高等學校省級教學研究項目（2013jyxm372）

蔣偉（1982-），男，安徽亳州人，講師，碩士，研究方向：電力電子與電力傳動。