探討中藥生產(chǎn)的自動(dòng)化

劉佩巖，胡曉梅，周?chē)?guó)忠

（頸復(fù)康藥業(yè)集團(tuán)有限公司，河北 承德）

0 引言

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)大部分中藥的生產(chǎn)仍以人工為主，直接影響了產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量穩(wěn)定性。為此，在中藥生產(chǎn)中合理運(yùn)用計(jì)算機(jī)計(jì)算控制系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化以及連續(xù)化，確保中藥藥品產(chǎn)量，并不斷提高生產(chǎn)的合格率。

1 中藥生產(chǎn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)闡釋

在中藥生產(chǎn)中引入控制系統(tǒng)的目標(biāo)就是自動(dòng)化地監(jiān)控多種公用系統(tǒng)，集中包括中藥提取生產(chǎn)線、中藥制粉生產(chǎn)線、空調(diào)以及水處理等等[1]。在此系統(tǒng)中，涵括大量監(jiān)控點(diǎn)以及調(diào)節(jié)回路，控制對(duì)象模塊也相對(duì)復(fù)雜，所以系統(tǒng)本身需具備一定的控制運(yùn)算能力[2]。由RockwellAutomation 公司所研制的Control-Logix 系統(tǒng)，模塊化與小型化特征明顯，同時(shí)具備較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，進(jìn)而能夠在復(fù)雜工作環(huán)境中運(yùn)行，且?guī)щ娋S護(hù)能力突出，所以將此系統(tǒng)應(yīng)用于中藥生產(chǎn)中，并作為主體控制系統(tǒng)使用。

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

上位機(jī)、執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制站等是組成系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)中，合理設(shè)置CPU 熱備冗余控制站，數(shù)量為5 個(gè)，主要負(fù)責(zé)對(duì)中藥提取生產(chǎn)線和中藥制粉生產(chǎn)線、公用系統(tǒng)的控制[3]。因煎煮工段與主控室距離相對(duì)較遠(yuǎn)，所以同樣設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)操作站。各站與擴(kuò)展機(jī)架即可利用Controllnet 控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接目的。而控制站同樣負(fù)責(zé)浮點(diǎn)運(yùn)算、模擬控制以及邏輯時(shí)序控制等多種功能的運(yùn)行，借助安全柵隔離后，系統(tǒng)內(nèi)本安儀表信號(hào)即可進(jìn)入到控制站內(nèi)。

參考生產(chǎn)工藝和操作監(jiān)視基本要求，系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置了操作員站以及工程師站，可借助冗余網(wǎng)絡(luò)以及控制站實(shí)現(xiàn)連接目的[4]。而且，各站都能夠綜合管理系統(tǒng)信息，能夠?qū)ο到y(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況、故障報(bào)警以及參數(shù)存檔等多種功能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，同樣可以獨(dú)立操作系統(tǒng)。操作人員利用人機(jī)接口，能夠?qū)ιa(chǎn)狀態(tài)和記錄的歷史事件形成深入了解，更好地控制并調(diào)度中藥的實(shí)際生產(chǎn)。

為確保控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性，將雙網(wǎng)冗余運(yùn)用在計(jì)算機(jī)和控制器通訊中，而控制器則運(yùn)用的是1:1 的冗余配置方式[5]。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

在此控制系統(tǒng)中，其網(wǎng)絡(luò)通訊功能突出，而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則涵括了信息網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)以及控制網(wǎng)絡(luò)。

1.2.1 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)分析

控制系統(tǒng)中設(shè)置超過(guò)1000 個(gè)的兩位式氣動(dòng)閥門(mén)，分布在各工藝設(shè)備和附近管道之上，集中性較強(qiáng)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，還設(shè)置了超過(guò)50 個(gè)的閥門(mén)控制器，利用網(wǎng)橋在控制網(wǎng)上分組掛接，且各閥門(mén)控制器能夠?qū)晌皇介y門(mén)輸入與輸出進(jìn)行必要控制[6]。

在布局方面，選擇使用Devicenet 現(xiàn)場(chǎng)總線，能夠使現(xiàn)場(chǎng)的布線與安裝等費(fèi)用與工作量明顯減少，安裝材料也顯著減少，調(diào)試與校對(duì)工作隨之減少。其中，Devicenet 主要是對(duì)CAN 數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行使用的MAC 協(xié)議。特別是CAN 協(xié)議配置十分靈活，具有報(bào)文優(yōu)先權(quán)，在系統(tǒng)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)相對(duì)連貫。正是因?yàn)镈evicenet 的通訊協(xié)議是公開(kāi)的，所以在網(wǎng)絡(luò)中可集成各廠家設(shè)備，開(kāi)放性特性突出。

1.2.2 控制網(wǎng)絡(luò)分析

在此控制系統(tǒng)中，控制網(wǎng)絡(luò)選擇使用了Controllnet 網(wǎng)絡(luò)，其屬于工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)，性能理想，且網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)是IEC61158實(shí)際的通訊速率達(dá)到5MB。

網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)者模式或者是消費(fèi)者模式下，通過(guò)對(duì)時(shí)間片技術(shù)的運(yùn)用，即可在原理層面對(duì)網(wǎng)絡(luò)阻塞的問(wèn)題予以及時(shí)解決，使得網(wǎng)絡(luò)效率顯著提升。而且，控制網(wǎng)絡(luò)的診斷功能極強(qiáng)，冗余配置也具有一定的可靠性特征[7]。

在對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)使用的過(guò)程中，CPU 即可監(jiān)控全部I/O 模塊以及Devicenet 模塊，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)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(wǎng)絡(luò)，在特定權(quán)限范圍內(nèi)監(jiān)控控制系統(tǒng)，進(jìn)而完成組態(tài)以及保存信息的任務(wù)。

1.2.3 信息網(wǎng)絡(luò)分析

對(duì)于信息網(wǎng)絡(luò)而言，主要使用的是100MB 的以太網(wǎng)，可保證操作員站、工廠管理網(wǎng)絡(luò)和工程師站之間信息的有效傳輸，且實(shí)現(xiàn)資源的共享。在對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用的過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及診斷的目標(biāo)，創(chuàng)建綜合實(shí)時(shí)信息庫(kù)，使企業(yè)在調(diào)度與決策方面獲得有價(jià)值的參考依據(jù)。

1.3 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)儀表與執(zhí)行器

此控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)化地檢測(cè)中藥生產(chǎn)期間的實(shí)際流量、密度以及壓力、液位和溫度等多種參量，同時(shí)科學(xué)化地控制兩位式氣動(dòng)閥門(mén)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)、計(jì)量泵和變頻器、電磁閥等多種類型執(zhí)行器，對(duì)不同類型的泵與電機(jī)同樣可加以控制。系統(tǒng)內(nèi)涵括的閥門(mén)、儀表以及執(zhí)行器都選擇的是進(jìn)口設(shè)備亦或是國(guó)內(nèi)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，具有較高的精準(zhǔn)度以及可靠性能[8]。

2 中藥制藥設(shè)備自動(dòng)化改造與研發(fā)

綜合考慮中藥制藥工藝和自動(dòng)控制具體需求，對(duì)制藥設(shè)備進(jìn)行了系統(tǒng)研制和改進(jìn)。而對(duì)于不同的子系統(tǒng)以及傳統(tǒng)制藥設(shè)備，同樣展開(kāi)了自動(dòng)化的改造以及研發(fā)。

2.1 研制全自動(dòng)化設(shè)備

在中藥生產(chǎn)過(guò)程中，要想順利完成醇沉、水洗、酸沉以及堿沉等連續(xù)性的生產(chǎn)過(guò)程，需要對(duì)相關(guān)全自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行研制，以確保進(jìn)藥環(huán)節(jié)、配藥環(huán)節(jié)、靜置環(huán)節(jié)、出藥環(huán)節(jié)以及清洗環(huán)節(jié)生產(chǎn)的自動(dòng)化。其中，自控的功能集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①自動(dòng)化計(jì)量原藥膏量；

②自動(dòng)化計(jì)算并計(jì)量全部所需配藥量；

③自動(dòng)混合控制原藥以及配藥；

④自動(dòng)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(guī)避抽藥浮球）；

⑥控制靜置的時(shí)間；

⑦控制上清液的抽取；

⑧控制除渣；

⑨控制清洗的自動(dòng)化。

2.2 研制全自動(dòng)煎煮罐

在改進(jìn)煎煮設(shè)備的過(guò)程中，要求在加藥環(huán)節(jié)、加溶媒環(huán)節(jié)、浸泡環(huán)節(jié)、升溫環(huán)節(jié)、沸騰環(huán)節(jié)、出藥環(huán)節(jié)和清洗除渣環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制目標(biāo)[9]。此設(shè)備的自控功能集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①自動(dòng)化計(jì)算藥品和加溶媒量的比例；

②自動(dòng)化計(jì)量加溶媒量；

③控制升溫階段的溫度（對(duì)升溫曲線進(jìn)行自動(dòng)化跟蹤）；

④自動(dòng)化控制沸騰階段壓力（適應(yīng)各沸騰狀態(tài)的基本需求）；

⑤具備閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（對(duì)藥物懸浮狀態(tài)和沸騰狀態(tài)形成實(shí)時(shí)了解）；

⑥自動(dòng)控制罐底開(kāi)關(guān)氣缸且實(shí)現(xiàn)除渣系統(tǒng)聯(lián)鎖；

⑦保證儲(chǔ)液罐出藥的自動(dòng)化。

2.3 研制全自動(dòng)化濃縮設(shè)備

對(duì)自動(dòng)化濃縮器與組合式濃縮鍋進(jìn)行系統(tǒng)研制，確保在進(jìn)藥環(huán)節(jié)、濃縮環(huán)節(jié)、出藥環(huán)節(jié)和清洗環(huán)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)控制的自動(dòng)化。此設(shè)備所具備的自控功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①自動(dòng)化控制液位；

②自動(dòng)化控制溫度與壓力；

③自動(dòng)化控制消泡（主要的目的是避免跑藥問(wèn)題的發(fā)生）；

④具備真空系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能；

⑤實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的溫度以及水循環(huán)的自動(dòng)化控制；

⑥自動(dòng)化控制冷凝水的排放；

⑦自動(dòng)化控制中藥藥液的密度；

⑧控制出藥的自動(dòng)性；

⑨清洗控制的自動(dòng)化。

3 討論

綜上所述，以上研究的控制系統(tǒng)已經(jīng)在大部分中藥生產(chǎn)過(guò)程中被應(yīng)用。究其原因，此系統(tǒng)的傳感器、控制系統(tǒng)和執(zhí)行器均具有先進(jìn)性，且布局合理性較高，具有理想的開(kāi)放性特征，進(jìn)而有效地監(jiān)控并記錄中藥生產(chǎn)的具體過(guò)程。另外，系統(tǒng)本身涵括遠(yuǎn)程管理接口，所以中藥生產(chǎn)的流水生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化，一定程度上優(yōu)化了中藥藥品的產(chǎn)量，且藥品質(zhì)量也愈加穩(wěn)定。另外，要想與中藥自動(dòng)化生產(chǎn)需求相適應(yīng)，也成功研制出全新制藥自控設(shè)備，對(duì)老舊設(shè)備加以改造，在中藥生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域展開(kāi)了全面探索，效果突出。