自动化技术应用于中药提取生产领域的探讨
摘 要：针对中药提取生产过程中应用自动化技术，采用动态多级逆流提取、多效浓缩和真空低温连续干燥等新型高效节能单元工艺装备对中药提取生产设备进行改造，实现中药提取生产操作过程及关键质量技术参数和工艺条件全程在线监控，达到产品保障质量、实现能源成本下降的目的。文章就中药提取生产线自动化改造中的相关问题进行探讨。
关键词：中药提取；浓缩；动态提取；自动控制系统；验证
1 中药提取工艺特点
1.1 中药提取必须符合药品生产法规要求
在提取工业生产过程中，按照国家药品生产相关规范要求，药品的生产必须符合GMP（药品生产质量管理规范）要求，生产过程必须按照规定生产处方生产，按照规定的工艺规程进行制造。即中药提取生产须按规定的配方（产品及原辅材料组分）、生产一定量的中药提取物，按所需生产设备及生产操作条件（加热、搅拌、沉淀、过滤等）进行生产。
1.2 中药提取过程是整个中成药品生产过程中能源消耗最大的环节。中药提取过程中大量消耗蒸汽、饮用水用于药物蒸煮，浓缩过程中真空消耗电力能源等。
1.3 中药成分含量测定准确性，由于中药成分较为复杂，提取过程的控制对含量具有一定的影响。
2 中药提取自动控制系统及设备
2.1 控制系统构成
中药提取生产设备主要为动态提取罐，过滤装置、双效浓缩器，乙醇计量罐、真空带式干燥机等装备，内容包括：
DCS中控系统、数据库等；现代化的中央控制平台（可扩充性、高展示性）；自动化仪器仪表系统；生产设备视频监控系统；成分在线检测系统；制造过程能源在线统计系统。
DCS控制系统软件操作平台采用WINDOWS2000，应用程序为全中文操作界面，人机界面友好，操作方便、安全。具有数据文字显示、实时趋势显示、棒形图显示、工艺流程动态画面显示，操作人员可随时了解提取罐、储罐、浓缩罐等的运行状态和各种监控参数。使中药生产的工艺操作和参数得到科学的、有效的、严格的监测和控制，保证生产过程平稳性和可控性，保证产品的稳定和均一，实现中药生产过程智能化、检测自动化。
2.2 自动控制操作功能
2.2.1 动态提取工段
实现功能：药品的批次控制；纯化水量，有机溶剂的计量和控制；浸泡、升温、保温煎煮温度、压力控制；浸泡、保温煎煮时间控制；提取双向循环控制；药渣乙醇回收控制；提取罐底出渣锁、出渣门开启装置的联锁与保护；模糊出料控制；提取罐的自动清洗；贮液罐贮存时间自动记录；断气、断水、断电实时系统安全保护；生产过程报表、实时报表及曲线、历史报表及曲线、报警、手自动转换等功能。
2.2.2 提取工艺控制保护
从设备和人身安全考虑，系统设计时还应考虑到安全保护措施，通过控制系统对提取过程进行有效的保护。
2.2.3 双效浓缩工段
常见的外循环浓缩包括单效，双效，三效浓缩，但基本的控制方案一致。浓缩过程主要包括进料，浓缩及出料、酒精回收等四部分，在该工艺过程控制中我们把药液的进料量、浓缩温度、真空度、密度、及时消泡、自动回收醇等为主要控制目标。
实现功能：药品的批次控制；浓缩器温度、液位、真空度的检测与控制；浓缩器夹套压力控制；浓缩器泡沫控制，解决中药提取液在减压和加热状态下容易发泡的问题；浓缩终点判断及出料控制；冷凝水受液罐自动排液；夹套冷凝水排放控制；冷却循环水控制；真空开关控制；浓缩器的自动清洗；生产过程报表、实时报表及曲线、历史报表及曲线、报警、手自动转换等功能。
2.2.4 浸膏干燥工段
实现与DCS系统的通讯和监控，能够实现本地控制和DCS系统的远程监控的有机融合。真空带式干燥工段的本地控制是通过现场西门子300系统单独控制。
实现功能：浸膏预热温度远程监控；布料器出液速度监控；干燥机筒体内加热段和冷却段温度监控；履带速度监控；干燥真空度监控；生产数据曲线记录；超限报警；生产报表自动记录。
3 中药提取生产控制系统设计
3.1 编程软件的选择
程序语言一般采用控制设备（西门子、欧姆龙等）供应商提供的编程/组态语言，主要有：LD（梯形图语言）、FB（功能块图）、SFC（顺序功能图）、ST（结构化文本语言）和C++、VB等专用编程语言。选择编程软件时，应根据不同情况，进行合理选择多种语言。
3.2 上位机组态软件的选择
在用上位机+下位机构造控制系统时，上位机（操作员站、工程师站）组态软件可选择硬件厂商提供的软件，也可选择通用组态软件。选择时，不仅要看其常用组态功能是否完整，还要了解其是否可提供的如下可选软件包：BATCH（批量控制）、SPC/SQC（在线或离线统计过程控制）、ERP管理信息系统接口等。
3.3 软件功能及结构设计
一般包含如下内容：实时生产管理，操作顺序控制，泵/电机的逻辑控制，温度、压力等模拟量的连续调节控制，过程连锁，安全连锁，过程I/O。实时生产管理功能，在上位机实现，其它功能在控制器实现，在需要进行过程重组的应用中，操作顺序控制应在服务器上实现。软件设计一般遵循结构化设计原则。整个生产线控制软件应层级设计，分成生产线单元、设备单元、模块与操作单元三个层次。
4 控制点设置和自动化仪表、阀门的选择
4.1 控制点的设置
控制方式的选择和控制点的设置，一般由生产工艺人员提出条件，自控和设备人员联合设计，设计时应基于工艺处方、设备、仪器仪表、阀门等因素综合考虑。
4.2 自动化仪表、阀门的选型
选型基本原则应采用可靠、稳定、符合GMP要求。仪表选择尽量选用卫生型。中药生产各种罐的底部经常有一些胶质、鞣质、黏质，应尽量避免采用静压式和电缆式液位计，尤其是缆式液位其与药品接触的材质不能提供验证，保证其不发生药液变化，流量计的选择应该根据药液特性分别选择不同形式。根据药液特性以及各种阀门的特点、流体曲线来选择阀门型号。
用于药液、水、酒精等介质管道的开关阀采用气动卫生球阀，重点物料流动性、粘性、含固量对阀门的影响，采购阀门前，可先提供物料特性个阀门供应商，避免在日后运行过程中阀门故障对系统正常运行的影响。流量、液位、压力等变送器选择应该考虑容易清洁和可耐高温消毒；阀门及控制器件应符合国家有关防爆要求。
4.3 控制系统方案评估与验证
目前国内对中药制造业提取浓缩干燥成套设备自动化改造的研究仍属初级阶段。国内制药企业应用中药提取自动化改造有较多成功案例，但也有因工艺、选型等原因造成改造不尽人意，因此，中药提取控制系统的方案应对其先进性、完整性、可靠性、可维护性、开放性、经济性、售后服务等进行全面评估。
中药提取自动控制系统建成后，应根据药品GMP法规的要求，进行计算机系统验证，应对系统设计确认、安装确认、运行确认、性能确认，确保系统符合药品生产质量要求。
当今能源压力巨大、国家提倡节约型社会。自动控制技术应用于高效节能单元装备，在提高药材利用率、减少溶剂用量、缩短生产时间等方面优势显著，大大地降低了能耗和生产成本。这些有益效果，将有助于制药装备研究人员对设备节能减排关键技术进行深入研究，提高我国制药装备的整体技术水平和国际竞争力。
参考文献
[1]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，2010，228（S1）：183-185.
[2]许小球.中药提取生产过程与自动化控制[J].机电信息，2009，242（32）：25-26.
作者简介：张志文（1981-），男，广东韶关人，职称助理工程师，学历：本科，主要研究方向：动力及制药设备电气自动化改造。