计算机在中药提取过程的应用

计算机在中药提取过程的应用

李厚佳1王大勇2

李厚佳1王大勇2（1.哈药集团中药有限公司；2.哈药集团制药总厂）

摘要：对计算机及自动化控制在中药提取的应用进行了讨论，介绍了中药提取生产线自动控制系统设计中的相关问题，提出了中药提取生产过程对自动控制的需求及现阶段在生产应用的不足。

关键词：中药提取自动控制计算机生产

1中药提取生产过程及特点

从传统中药的特点来看，中药的提取与精制是必须解决的首要问题。中药提取就是“存其精华，去其糟粕”的过程，也是中药制药的关键所在。自动化中药提取生产过程，是依据GMP规范，按给定的配方，生产一定数量产品的过程、中药提取生产采用批量生产方式，也叫间歇生产方式。间歇生产过程又称批量生产过程，属于按照给定配方、生产一定量的产品的生产过程。中药提取生产普遍采用批量生产过程，即：按给定配方、生产一定量的中药提取物。中药提取生产配方主要包括：生产的产品及其原料组分；所需生产设备；要求的生产操作（如加热、搅拌、沉淀等）。其主要特点是：小批量、多品种，其特征是：物料流动的不连续性、物料和设备的非稳态性、产品及其工艺的不确定性和设备资源的动态调度分配。不连续性是指物料输入、输出是断续的，单元操作是按顺序进行的，没备运行是间断的，非稳态性是指生产过程中物料和设备都时常处于变化状态。不确定性指的是要根据市场需求生产不同产品，和增加新产品.

既要确保提取药物成分的质量，又要提高提取过程的效率和有效性．针对不同的中药材，选择和确保提取工艺条件．严格和正确的按提取工艺程序进行提取，是中药生产至关重要的环节。

2设计中药提取计算机控制系统

中药提取自动化控制系统采用完全开放的标准结构。集中管理、综合调度、分散控制、技术先进、开放性强、易扩展、可互操作、方便升级。根据我国现状，中药生产企业，一般把综合间歇控制系统分成两部分来搞，即生产管理部分（例如：ERP）和实时控制部分。这里讨论的中药提取计算机控制系统指实时控制部分也就是程序间歇控制系统。

2.1设计中药提取计算机控制系统可供选择的设计目标生产过程远程计算机控制、监视；操作和控制灵活、迅速、准确、一致；缩短每批产品的生产周期；优化控制，提高原料、能源和设备利用率，减少废品率；计算机控制参数管理；计算机生产历程数据存储、查询和报表打印；过程连锁；可靠的安全连锁控制；报警；电子签名。

2.2典型的控制系统方案典型的中药提取工艺和中药提取生产线传统中药工艺：药材→水洗→烘干→切碎→水提取三次→过滤→储存→减压浓缩→喷雾造粒→收膏→低温干燥→再次浓缩→沉淀→分离→减压浓缩→再沉淀提取有效成分的现代中药制备工艺:药材→水洗→烘干→切碎→水提取三次→过滤→树脂吸附→水洗涤→洗脱→减压浓缩→醇沉→过滤→减压浓缩→低温干燥或喷雾干燥→成品中药提取生产线一般可设计为专用的单生产流程线；专用的多生产流程线；可重组、多生产流程线。

2.3典型中药提取设备及其基本操作控制

2.3.1提取罐控制（手动/自动）中药固液萃取最常用的设备是提取罐，一般分为动态提取罐和静态提取罐，多个提取罐可构成套提装置。

2.3.2外循环单效蒸发器，由加热器、蒸发器、分离器等组成，主要用于制药、植物药、化工、食品、乳品等领域的酒精回收与浓缩，也可用于料液浓缩。

2.3.3双效或多效浓缩器，由两个或多个加热器、蒸发器、分离器等组成，适用于制药、植物药、化工、食品、乳品等领域的料液浓缩。等。

3基于计算机技术的间歇控制应用软件及系统硬件主要有软件：

3.1管理软件工艺流程图画面通过多幅画面动态、形象、直观地显示提取车间生产各工序的生产、运行状况。如在画面中相应位置显示及设定液位、温度、压力等参数值．并通过不同颜色表示出各设备的开/关状态及相应的参数值，使工作人员对现场的运行状况一目了然，做到心中有数，以实现最优控制。管理软件还可实现参数显示、成组图显示及参数设定、趋势图显示、自动诊断、历史数据管理、报警联锁、报表打印、安全保密等功能。

3.2控制软件控制软件完成提取车间生产各工序的自动控制功能。当手／自动切换开关转到自动时，由控制系统自动完成生产过程。主要实现：

数据采集

控制系统自动对液位、压力、密度、温度等工艺参数进行自动采集，对阀门、电机、泵、等运行状态进行自动采集，将数据传输给主控制室，同时接收来自上位机的指令。

自动控制

生产过程自动控制，如对提取温度、压力、浓度等进行控制，各工序工艺阀门的自动开闭、顺序控制、联锁控制等等。

故障处理

当设备出现故障时，有相应联锁停机功能。

硬件：

集散控制系统(DCS)、可编程控制器(PlC)、一体化控制器、现场总线等。

Dcs主要用来进行多回路及复杂回路控制，处理模拟量能力强，普遍提供可选的间歇控制产品组件，技术成熟，功能完备，价格昂贵，适用于大型间歇控制项目。

现场总线系统是控制技术与计算机通讯技术结合的产物，其特点是全数字通讯和全分散控制，是中药提取自动控制的理想选择。

由于中药提取过程具有非稳态特性，物料的物理性质不断发生变化，这些变化会对一些仪表的测量产生影响，仪表选型时要注意。此外，仪表选型时还要考虑卫生和防暴方面的要求。间歇生产过程的过程操作、单元操作、操作阶段以及操作步都是按顺序进行的，编程软件应符合IEC61131-3标准，提供顺序控制编程语言(例如SFC)。人机界面组态软件，应选择能提供批管理(处理)选件的产品，和提供过程管理验证所需要的组件或功能。控制程序设计应采用模块化分层结构，例如：分成过程单元控制程序、设备单元控制程序、操作阶段控制程序、操作步控制程序、设备模块控制或元件控制程序。

4中药提取自动化系统规划及实施

规划和实施一个中药提取自动化系统项目有关的规范包括：GMP、21CFRPARTlL，ISAS95、ISA-ds00.0.1和GAMP4。ISA-ds88.0.1给出了间歇生产模型、间歇控制模型和术语定义。

总之，中药提取自动化应用，是中药提取企业理想的选择。有效地提高控制和生产管理效率，降低确认或法规依从成本，降低操作和生命周期成本。我国已经投入运行的中药提取过程控制系统，大多是独立运行的自控系统，这些系统不问程度地解决了优化控制问题，提高了生产的安全性和生产效率，保证了设备控制得一致性但大多存在以下不足：①控制程序固定，添加新产品时，往往需要编程人员添加、修改控制程序；②企业必须把产品生产工艺流程细节完全介绍给项目承包单位负责控制软件编程的技术人员，不利于保密；③虽然具备工艺参数管理功能，但功能大多不规范、不完整，不具有版本控制和审计跟踪功能；④不具有规范的批电子汜录功能，不能生成符合21CFRPARTll的电子批记录，大量的生产记录还要靠手工完成，手工汜录的数据往往与自控过程数据不匹配；⑤自动控制系统与生产操作、生产凋度、生产管理和工艺管理之间没有规范、完整的交互界面，信息交互零乱、效率低；⑥生产管理人员，不能从控制系统直接获得完整的过程信息；⑦如果要求与批生产管理系统或批MES集成，则需要对硬件和软件进行修改和重组。