MCGS组态控制技术在中药炮制过程中的应用

蒋 伟，谢 斌，李玉秋，吴 飞

（亳州职业技术学院a.电子与电气工程系；b.药学院，安徽亳州236800）

MCGS组态控制技术在中药炮制过程中的应用

蒋 伟a，谢 斌a，李玉秋a，吴 飞b

（亳州职业技术学院a.电子与电气工程系；b.药学院，安徽亳州236800）

为了解决中药饮片加工生产中存在的设备自动化程度不高、质量鉴别没有量化指标和老药工流失严重的问题，在分析整理传统中药炮制的方法、工具、辅料和控制要求的基础上，设计了基于PLC和MCGS组态控制技术的中药炮制控制方案，重点阐述了如何利用MCGS软件实现中药炮制过程的温度PID参数整定、设备监控、温度实时曲线显示、历史数据报表输出等功能。实验结果表明：该控制方案建立了和谐的人机界面和完整的生产数据报表；PID温度闭环控制在中药炒制环节上的应用，使得中药炮制的火候控制更加准确。

组态控制技术；中药炮制；PID参数整定；生产数据报表

中药炮制的传统基本理论，主要体现在生熟理论和药性理论方面。通过不同的炮制手段，把生药制成不同的炮制品（熟药），是提高组方配伍水平的一个重要措施。因此历代医家在辨证论治时，非常重视“药之生熟”，要求“生熟有定，依方拣采”。在生产方面，传统的中药加工炮制已逐渐由小生产、手工操作向大生产、机械化、智能化加工过渡［1］。

目前，亳州的中药饮片生产单位以小企业为主，多数企业没有形成规模，企业竞争力不强，企业发展存在不少问题。（1）生产设备自动化程度不高，比如现在市面上销售的炒药机，不能准确设置时间和温度，因而经验不是特别丰富的员工就没办法使用。（2）对产品质量的鉴别还是靠经验来鉴定，没有统一的量化指标，这导致很多工人在生产过程中没有参考标准。（3）老药工流失严重，一些身怀绝技的药工掌握着许多炮制技巧和传统技术，许多来自大城市的合资企业高薪聘请他们，使得人才外流严重。另外，有些老药工的年事己高，急需对他们拥有的中药炮制技术和经验予以继承和整理。因此，利用现代电气控制技术提高生产设备的自动化程度，解决中药饮片加工过程中存在的问题迫在眉睫。本文利用PLC和MCGS软件完成中药饮片生产线的组态设计，实现温度闭环控制、动态演示、过程监测、数据报表输出、实时曲线显示、炒制品的温度和炒制时间自动设置等功能，甚至可以将老药工的技术和经验“拷贝”到控制系统中，实现中药饮片生产操作的人性化和过程的可视化［2-3］。

1 中药炮制的基本方法

中药炮制的基本方法，通常可分为净制、切制、炮制三大类，它们之间的关系如图1所示。净制是中药炮制的第一道工序，是将原药材加工成净药材的处理过程。切制是中药炮制的第二道工序，是指将净选后的药材，经软化处理后，用一定的工具加工成符合规定的片、段、丝、块的过程。经净制、切制后的中药，有相当一部分尚需进行炮制处理，以便更好地适应临床辨证论治的需要。

图1 中药炮制基本方法示意图

1.1 基本工具

中药炮制过程中所用到的基本工具主要有四类，见表1。

表1 中药炮制过程中所用工具

1.2 常用辅料

中药炮制的常用辅料可分为固体与液体两大类，见表2。

表2 中药炮制常用辅料

1.3 炒制要求

炒制分清炒和辅料炒。清炒据炒制程序不同分为炒黄与炒焦，辅料炒包括麸炒、米炒和土炒。炒制应投料适中、火力均匀、不断翻动。根据不同药材的特性和炮制要求，掌握好投料前锅底预热温度，及投料后的炒制火力、时间及程度，详见表3。

表3 炒制要求说明

2 中药炮制的控制要求

本文以炒制环节为例说明MCGS组态控制系统设计时要考虑的火力控制和炮制方法等。

2.1 根及根茎类中药的炮制控制要求

根及根茎类中药品种多，形态质地差异大，应用广泛，涉及的炮制方法很多。加热炮制类方法中主要有炒黄、炒炭、麸炒、土炒、砂烫、煨制及蒸、煮、炖等。加辅料炮制类方法中主要有酒制、醋制、盐制、蜜炙、姜汁炙、甘草水炙等。该控制系统所选根茎类药物炮制概况见表4。

表4 控制系统所选根及根茎类中药炮制概况

2.2 果实种子类中药的炮制控制要求

果实种子类中药中，约1/2的品种为净制后捣碎药用，其余品种的炮制以炒制为主，故有“逢子必炒”之说。根据药物的性质和用药要求，采用炒黄、炒焦、炒炭、麸炒或麸煨，以及用不同液体辅料炙或蒸制等方法。该控制系统所含种子类药物的炮制概况见表5。

2.3 其他类中药的炮制控制要求

草类、叶类、花类、皮类、藤类和树脂类中药，以净制、切制后生用居多。仅大蓟、小蓟、荆芥、灯心草、卷柏、艾叶、侧柏叶、荷叶、棕榈、鸡冠花、槐花、金银花、蒲黄有制炭品，芫花、乳香、没药有醋制品，肉苁蓉、豨签草有酒制品，麻黄、桑白皮、枇杷叶、桑叶、旋覆花、款冬花、桑白皮有蜜制品，杜仲、黄柏有盐制品，厚朴、竹茹有姜制品，椿皮有麸炒品，淫羊藿有油制品。质地坚硬的动物甲壳、骨骼类药材，多用煅、砂烫、砂烫醋淬、油炸等高温炮制方法，使其便于粉碎应用，以及矫臭矫味或增强疗效，如瓦楞子、牡蛎、龟甲、豹骨等。质地疏松的动物类中药，为了去腥矫味、降低毒性和增强疗效，多采用一些温度较低的炮制方法，如清炒、麸炒、米炒、酒炙、醋炙等。

表5 该控制系统所含果实种子类中药炮制概况

3 组态设计方案

MCGS组态软件提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能完成现场数据采集、实时历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线显示、报表输出以及企业监控网络等功能［4-6］。

3.1 中药炮制过程的组态设计

3.1.1 新建工程

进入MCGS组态环境，新建工程“PLC和MCGS组态控制技术在中药炮制过程中的应用”，如图2所示。炒制过程设计如下几个窗口：PID参数设定窗口（图3）、数据报表窗口、温度实时曲线窗口、温度历史曲线窗口、报警窗口和操作员窗口（图4）。

图2 组态主画面

图3 温度PID参数设定窗口

图4 操作员窗口组态画面

3.1.2 定义变量

在MCGS组态软件中，定义变量之前先对变量进行分配，然后进入“实时数据库”窗口定义变量，定义结果如图5所示。

图5 实时数据库

3.2 程序编写

中药炮制过程炒制单元的控制要求如下：进入控制系统的主界面后，点击登录按钮，选择员工姓名，输入登录密码后即可进入各操作窗口，“技术员”和“操作员”有不同的权限，操作员进不去PID参数设定窗口，主界面还留有“修改用户权限”“修改密码”和“设定屏保时间”功能选择按钮。在首次进行设备调试时，“技术员”进入PID参数设定窗口，根据炒药机温度实时采样值的大小，将设定值手动设为大于“采样值+150”，点击开始按钮，控制系统即开始自动调谐运行，等自动调谐结束时，可得到PID控制的比例增益Kp和积分时间Ti。以后“操作员”在对炒药机进行温度设定时，控制系统即按此时得到的值进行PID运算，从而得到加热管在每个周期中的加热时间。操作员窗口是正常生产时使用最多的，设有手动和自动功能，手动功能区可以设置温度设定值和滚筒转速、加热开始和停止控制、电动机正反转和停止控制等；自动功能区可以直接选择要炒制的中药品名，根据前述三类中药的炮制控制要求，程序自动设定炒制火候和炒制时间等参数。本课题组会在后续的工作中进一步将老药工的中药炮制技术和经验进行整理，逐一完善各个品种控制的精细程度，直至达到智能控制的程度。为了生产管理的需要，中药炮制控制系统创建了数据报表窗口和历史曲线窗口，定期记录生产过程数据，比如最近一个月该炒药机有哪些“操作员”操作过，炒制过哪些品种等。

4 调试

系统开发完成后，课题组对该系统进行了调试，并选择市面上某型号的智能电加热滚筒式炒药机进行对比试验，测试数据见表6。

表6 中药炮制组态控制系统测试数据

5 结束语

将MCGS组态控制技术应用在中药炮制过程中，建立了和谐的人机界面和完整的生产数据报表，使得中药学在定量研究和科学性方面更具有说服力。同时，PID控制在中药炮制过程中炒制环节上的应用，使得中药炮制的火候控制更加准确。

［1］吕文海.中药炮制学［M］.北京：科学出版社，1992：1-293.

［2］蒋伟，谢斌，吕洪善，等.中药炮制机械智能炒药机温控系统设计［J］.湖南理工学院学报（自然科学版），2014（4）：58-62.

［3］马灵珍.亳州地区中药饮片行业现状调查［J］.湖南大众传媒职业技术学院学报，2012（2）：86-89.

［4］张伏，王唯，张亚坤，等.PLC和MCGS组态软件在温室控制中的应用［J］.农机化研究，2014（10）：205-208.

［5］徐峰，王蔚，王聪，等.中草药微波真空连续干燥机控制系统的设计［J］.机电工程，2014（1）：67-71.

［6］王其献.对中药饮片GMP认证中厂房设施、工艺流程设计的改进及优化［D］.济南：山东大学，2009.

【责任编辑 黄艳芹】

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年质量工程项目（2013tszy066）；安徽省亳州市第二批创新创业领军人才科研团队建设项目（zzbbz005）；安徽省高等学校省级教学研究项目（2013jyxm372）

蒋伟（1982-），男，安徽亳州人，讲师，硕士，研究方向：电力电子与电力传动。