自动控制技术在中药制药生产过程中的应用_黄潇

CHINAMEDICINEANDPHARMACY612012年5月第2卷第10期·制剂与技术·自动控制技术在中药制药生产过程中的应用黄 潇1  陈 瑶21.江西中医学院药学院，江西南昌，330004；2.江西中医学院研究生部，江西南昌，330004[摘要]中药制药现代化是中医药现代化的重要环节，将自动控制技术运用到中药制药生产过程当中是实现中药制药现代化的必然途径。本研究主要介绍了目前我国中药制药生产各环节自动控制技术的应用研究现状及其未来发展趋势。[关键词]自动控制技术；中药制药现代化[中图分类号]R943.1[文献标识码]B[文章编号]2095-0616（2012）10-61-021引言1.1 中药制药现代化 “医学科技发展十二五规划”中，将中药现代化列为核心发展方向之一。中药制药现代化是中药现代化的重要环节。中药制药现代化，即运用现代科学技术，对中药制药各环节进行监测和控制，以达到中药生产过程自动化、智能化、高效化的目的。我国中药制药过程多采用传统工艺，产品质量的在线检测和生产系统的集成优化技术比较落后，中药制药装备的标准化和中药质量控制体系也还不完善，最终导致中药产品的质量不稳定。因此，利用数字化技术和自动控制技术，通过对现有中药制药设备进行集成与优化，构建中药生产的自动控制系统，保证中药生产全过程的质量控制，是实现中药制药现代化的必经之路。1.2 自动控制技术中药制药过程的自动控制，是指在没有人员直接参与的情况下，利用外加的硬件设备，使生产过程涉及到的机器、设备按照预定软件程序自动的规律运行，实现对制药生产过程的监控，保证中药产品质量。中药制药过程具有时变性、滞后大、非线性的特点，本研究主要介绍PLC（programmablelogiccontroller）、PID（proportionintegrationdifferentiation）、DCS（distributedcontrolsystem）、NCS（networkedcontrolsystem）等典型和新型自动控制技术在中药制药生产的各环节的应用。2中药制药各环节的自动控制系统2.1 提取过程控制系统提取是以固体中药材作为原料，用选定溶剂充分提取其有效成分的操作，在中药制药工业中广泛应用，是中药制药生产中不可或缺的一个重要环节。许小球[1]介绍了中药提取主要的工艺过程及各环节的操作要领，通过将过程控制系统与批次生产管理信息（配方管理、批调度、批管理）集成，弥补各环节独立过程控制系统存在的不足，实现了中药提取过程的总体优化。刘庆阁等[2]长期以来与国内多家知名药企合作，通过大量实践，改变传统控制模式，研制出以DCS系统为基础，集GMP生产技术管理信息、工艺单元模块化组合、信息化技术、过程分析技术与自动化控制技术于一体的中药提取数字化控制系统。实现中药产品质量的均一性。张金巍等[3]基于微软的COM（组件对象模型）、DCOM（分布式组件对象模型）技术，使用VB+SQLServer和OPC技术开发了现代中药提取控制系统客户端程序，通过采集数据形成历史数据库，使控制系统对整个生产过程的分析与评估更加全面。李作武等[4]通过在中药制剂自动提取过程中对调节阀进行不同阶段的PID控制，使夹套压力稳定地保持在设定值上，从而使反应釜中的药液在不同的工艺阶段保持在不同的温度状态下，提高了中药提取的效率。李作武等[5]通过SIEMENSS7-300PLC，将中央控制系统、现场控制系统和现场设备3层体系构建成为一个中药制剂生产过程在线监控平台，从而实现了对中药制剂生产提取过程的自动控制。程跃等[6]针对中药提取过程温度控制的特点，设计了自适应模糊PID控制系统。该系统的仿真结果具有较好的鲁邦稳定性，应用仿真结果对实际参数进行在线整定，可有效减少提取阶段的温度波动。2.2 浓缩过程控制系统浓缩是将提取工段的药液进行蒸发，使药液的浓度达到生产要求，因此该环节直接关系到中药产品的质量。宋杰贤[7]设计了中药双效浓缩自动控制系统，通过LON（localoperationnetwork）局域操作网的分布集散式系统（DCS），将用于系统级控制与信息管理的上位机与用于对现场工艺参数的采集、检测和控制的下位机各部件通过以太网连接，构成分布式结构的控制系统。并对原有系统的控制程序集操作界面进行了优化，提高了系统与生产过程的适应性。程跃等[8]针对中药浓缩过程药液浓度难以在线测量的问题，利用中药浓缩阶段在线数据和离线分析值选择变量，通过向量回归法建立了中药浓缩阶段药液浓度软测量模型，对中药制药生产各阶段的测控要点和自动化要求进行了分析，研究了中药制药设备集成方案，最终提出了中药制药生产过程集成控制系统的总体设计思想与设计原则。2.3 干燥过程控制系统中药制药生产中物料，如原材料、半成品等都含有一定的湿份，干燥是需要依据加工、储存和运输等工艺要求除去部分湿粉已达到工艺规定的湿份含量的操作过程。张有[9]介绍了集DCS和PLC优点于一体的EUROTHERMDCS在中药粉针冷冻干燥过程自动控制系统中的应用，该系统在冻干机工作期间运行稳定，满足生产工艺要求，保证了产品的质量。霍艳忠等[10]针对中药制药干燥过程的温度偏高，有效成分损失严重的问题，采用西门子公司的PLCS7-200，通过对磁控管电源、灯丝电流及整机三部分的自动控制，设计了基于隧道式干燥机构的中药丸微波干燥自动控制系统，初步探讨了微波干燥系统的设计方法。廖枝平等[11]利用模糊控制理论，设计了中草药快62CHINAMEDICINEANDPHARMACY2012年5月第2卷第10期·制剂与技术·速干燥控制系统。该系统采用高性价比单片机作为核心硬件，运用软件控制技术，通过采用智能化控制思想中的模糊控制技术，大大提高了干燥过程的自动化水平，体现了模糊控制系统的优越性。2.4 包装过程控制系统包装是将中药产品定量并封装，作为中国药生产的最后环节，实现对其生产线的自动控制尤为重要。闫茹等[12]提出了中药滴丸包装车间的药料输送小车控制系统方案，该方案基于无线收发芯片nRF401，从硬件和软件两方面介绍了该控制系统的设计要点，实现了药料从料仓到灌装机的自动输送。孟秀玉[13]通过对多种控制方案的比较，采用以太网通讯方式，设计了以双机热备工控机为中心的控制室结构，实现了工控机与远程I/O的连接与通讯，使控制更加及时准确。姜东华等[14]选用SIMATICS7-300PLC设计了中药蜜丸补丸机电气控制系统，系统采用光电式传感器进行检测，运行调试的结果表明该自动控制系统在补丸过程中运行可靠。3总结与展望3.1 总结中医药是中华民族灿烂文化的重要组成部分，是我国在世界上有较大影响的学术领域之一，采用传统理论与先进科学技术相结合的方法可以使中医药向着现代化方向发展。自动控制技术应用于中药制药过程，设计合适的生产控制系统，对中药产品稳定性的提高，生产成本的降低，生产周期的缩短都具有较大意义，是中药生产技术现代化的一次革命。我国目前关于中药制药控制系统的研究还处于初期阶段，但发展十分迅速，在中药制药生产中的主要环节都有涉及。3.2 展望随着我国中药制药装备标准化和中药质量控制体系的逐步完善，自动控制系统的设计将会更加合理和有针对性，更加符合我国中药制药现代化的要求。由于中药制药生产过程各环节涉及的参数大量而复杂，现阶段的中药制药过程的自动控制系统基本上是针对各环节的单独控制，是典型的间歇性操作。关于中药制药生产的整体过程的控制系统研究比较少见。但相信随着计算机技术、分析仪器加工制造技术和软件测技术的进一步发展，通过自动控制技术能将中药制药的各环节进行串联，可以真正实现中药制药生产全过程的自动化。[参考文献][1]许小球.中药提取生产过程与自动化控制[J].机电信息，2009（32）：31-32.[2]刘庆阁，唐晓彬，高斌，等.中药提取数字化控制系统[J].中国仪器仪表，2010（S1）：183-185.[3]张金巍，贾铭，赵国磊，等.OPC技术在现代中药提取控制系统中的应用[J].机械工程与自动化，2010（2）：201-202.[4]李作武，赵凯，汪炼.PID控制在中药制剂自动提取中的应用[J].兵工自动化，2010，29（12）：84-86.[5]李作武，赵凯，汪炼.中药制剂自动生产提取控制系统的设计与实现[J].四川兵工学报，2011，32（4）：81-82.[6]程跃，程文明，郑严.基于自适应模糊PID的中药提取温度控制[J].控制工程，2009，16（5）：527-530.[7]宋杰贤.中药双效浓缩设备的自动控制系统涉及[D].广州：华南理工大学，2010.[8]程跃，程文明，郑严.中药制药过程控制系统设计研究[J].微计算机信息，2009（25）：28-29.[9]张有.EUROTHERMDCS在中药冷冻干燥中的应用[J].黑龙江科技信息，2011（8）：42.[10]霍艳忠，姜重然，臧克江，等.基于PLC的中药丸微波干燥控制系统设计[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2009，27（6）：866-869.[11]廖枝平，鲁聪达，吕超群，等.中草药快速干燥模糊控制系统的设计[J].轻工机械，2007，25（1）：94-96.[12]闫茹，曹巨江.基于nRF401的送药小车控制系统设计[J].包装食品机械，2009，27（5）：20-21.[13]孟秀玉.中药滴丸自动化包装车间实时监控系统——上位机系统的研究与开发[D].陕西：陕西科技大学，2009.[14]姜东华，龙泽明，邵东伟，等.中药蜜丸补丸机的电气控制系统设计[J].机械工程，2011（1）：28-29.（收稿日期：2012-04-06）本刊数学式和反应式的要求1.文章中重要的或后文将要重新提及的数学式、反应式等可另行起排，并用阿拉伯数字连续编序号（式码）。序号加圆括号，右侧顶格排。公式应比正文小1号字排。2.长数学式超过1行时，应在“＝”、“≈”、“＜”、“＞”等关系符号，或在“＋”、“－”、“×”、“÷”等运算符号之后转行，居中排列的公式尽可能在“=”处对齐。3.反应式在反应方向符号“→”、“＝”等之后转行。式中的反应条件应该用比正文小一号的字符标注于反应方向符号的上方或者下方。4.在不引起误解的前提下，上下叠排分式应尽量改成横排分式或负数幂。5.化学实验式、分子式、离子式、电子式、反应式、结构式和数学式等的编排，应遵守有关规则。结构式中化学键的符号与数学符号应严格区别，如单键“—”与减号“－”，双键“＝”与等号“=”等不应混淆。