探讨中药生产的自动化

刘佩岩，胡晓梅，周国忠

（颈复康药业集团有限公司，河北 承德）

0 引言

现阶段，国内大部分中药的生产仍以人工为主，直接影响了产品的产量与质量稳定性。为此，在中药生产中合理运用计算机计算控制系统，即可实现生产过程的自动化以及连续化，确保中药药品产量，并不断提高生产的合格率。

1 中药生产控制系统结构阐释

在中药生产中引入控制系统的目标就是自动化地监控多种公用系统，集中包括中药提取生产线、中药制粉生产线、空调以及水处理等等[1]。在此系统中，涵括大量监控点以及调节回路，控制对象模块也相对复杂，所以系统本身需具备一定的控制运算能力[2]。由RockwellAutomation 公司所研制的Control-Logix 系统，模块化与小型化特征明显，同时具备较强的网络通讯能力，进而能够在复杂工作环境中运行，且带电维护能力突出，所以将此系统应用于中药生产中，并作为主体控制系统使用。

1.1 系统硬件结构

上位机、执行器、现场仪表和控制站等是组成系统的主要硬件结构。在系统中，合理设置CPU 热备冗余控制站，数量为5 个，主要负责对中药提取生产线和中药制粉生产线、公用系统的控制[3]。因煎煮工段与主控室距离相对较远，所以同样设置现场操作站。各站与扩展机架即可利用Controllnet 控制网实现连接目的。而控制站同样负责浮点运算、模拟控制以及逻辑时序控制等多种功能的运行，借助安全栅隔离后，系统内本安仪表信号即可进入到控制站内。

参考生产工艺和操作监视基本要求，系统内还设置了操作员站以及工程师站，可借助冗余网络以及控制站实现连接目的[4]。而且，各站都能够综合管理系统信息，能够对系统的实际运行情况、故障报警以及参数存档等多种功能进行实时监视，同样可以独立操作系统。操作人员利用人机接口，能够对生产状态和记录的历史事件形成深入了解，更好地控制并调度中药的实际生产。

为确保控制系统运行的可靠性与稳定性，将双网冗余运用在计算机和控制器通讯中，而控制器则运用的是1:1 的冗余配置方式[5]。

1.2 系统网格结构

在此控制系统中，其网络通讯功能突出，而网络结构则涵括了信息网络、设备网络以及控制网络。

1.2.1 设备网络分析

控制系统中设置超过1000 个的两位式气动阀门，分布在各工艺设备和附近管道之上，集中性较强。结合现场的实际情况，还设置了超过50 个的阀门控制器，利用网桥在控制网上分组挂接，且各阀门控制器能够对两位式阀门输入与输出进行必要控制[6]。

在布局方面，选择使用Devicenet 现场总线，能够使现场的布线与安装等费用与工作量明显减少，安装材料也显著减少，调试与校对工作随之减少。其中，Devicenet 主要是对CAN 数据链路层进行使用的MAC 协议。特别是CAN 协议配置十分灵活，具有报文优先权，在系统范围内数据相对连贯。正是因为Devicenet 的通讯协议是公开的，所以在网络中可集成各厂家设备，开放性特性突出。

1.2.2 控制网络分析

在此控制系统中，控制网络选择使用了Controllnet 网络，其属于工业局域网络，性能理想，且网络标准是IEC61158实际的通讯速率达到5MB。

网络在生产者模式或者是消费者模式下，通过对时间片技术的运用，即可在原理层面对网络阻塞的问题予以及时解决，使得网络效率显著提升。而且，控制网络的诊断功能极强，冗余配置也具有一定的可靠性特征[7]。

在对控制网络使用的过程中，CPU 即可监控全部I/O 模块以及Devicenet 模块，同样能够实现彼此间的正常通讯。另外，操作员站与工程师站能够借助控制网络，在特定权限范围内监控控制系统，进而完成组态以及保存信息的任务。

1.2.3 信息网络分析

对于信息网络而言，主要使用的是100MB 的以太网，可保证操作员站、工厂管理网络和工程师站之间信息的有效传输，且实现资源的共享。在对信息网络运用的过程中，能够实现远程监控以及诊断的目标，创建综合实时信息库，使企业在调度与决策方面获得有价值的参考依据。

1.3 系统现场仪表与执行器

此控制系统能够自动化地检测中药生产期间的实际流量、密度以及压力、液位和温度等多种参量，同时科学化地控制两位式气动阀门、气动调节阀门、计量泵和变频器、电磁阀等多种类型执行器，对不同类型的泵与电机同样可加以控制。系统内涵括的阀门、仪表以及执行器都选择的是进口设备亦或是国内的优质产品，具有较高的精准度以及可靠性能[8]。

2 中药制药设备自动化改造与研发

综合考虑中药制药工艺和自动控制具体需求，对制药设备进行了系统研制和改进。而对于不同的子系统以及传统制药设备，同样展开了自动化的改造以及研发。

2.1 研制全自动化设备

在中药生产过程中，要想顺利完成醇沉、水洗、酸沉以及碱沉等连续性的生产过程，需要对相关全自动化设备进行研制，以确保进药环节、配药环节、静置环节、出药环节以及清洗环节生产的自动化。其中，自控的功能集中体现在以下几个方面：

①自动化计量原药膏量；

②自动化计算并计量全部所需配药量；

③自动混合控制原药以及配药；

④自动控制搅拌速度以及方向；

⑤控制搅拌桨的定位（在特定位置定位搅拌桨，有效规避抽药浮球）；

⑥控制静置的时间；

⑦控制上清液的抽取；

⑧控制除渣；

⑨控制清洗的自动化。

2.2 研制全自动煎煮罐

在改进煎煮设备的过程中，要求在加药环节、加溶媒环节、浸泡环节、升温环节、沸腾环节、出药环节和清洗除渣环节中实现自动化控制目标[9]。此设备的自控功能集中体现在以下几个方面：

①自动化计算药品和加溶媒量的比例；

②自动化计量加溶媒量；

③控制升温阶段的温度（对升温曲线进行自动化跟踪）；

④自动化控制沸腾阶段压力（适应各沸腾状态的基本需求）；

⑤具备闭路电视监控系统（对药物悬浮状态和沸腾状态形成实时了解）；

⑥自动控制罐底开关气缸且实现除渣系统联锁；

⑦保证储液罐出药的自动化。

2.3 研制全自动化浓缩设备

对自动化浓缩器与组合式浓缩锅进行系统研制，确保在进药环节、浓缩环节、出药环节和清洗环节能够实现控制的自动化。此设备所具备的自控功能主要体现在以下几个方面：

①自动化控制液位；

②自动化控制温度与压力；

③自动化控制消泡（主要的目的是避免跑药问题的发生）；

④具备真空系统的自动控制功能；

⑤实现冷却循环水系统的温度以及水循环的自动化控制；

⑥自动化控制冷凝水的排放；

⑦自动化控制中药药液的密度；

⑧控制出药的自动性；

⑨清洗控制的自动化。

3 讨论

综上所述，以上研究的控制系统已经在大部分中药生产过程中被应用。究其原因，此系统的传感器、控制系统和执行器均具有先进性，且布局合理性较高，具有理想的开放性特征，进而有效地监控并记录中药生产的具体过程。另外，系统本身涵括远程管理接口，所以中药生产的流水生产线实现了全自动化，一定程度上优化了中药药品的产量，且药品质量也愈加稳定。另外，要想与中药自动化生产需求相适应，也成功研制出全新制药自控设备，对老旧设备加以改造，在中药生产自动化领域展开了全面探索，效果突出。