1 导言
中药出产的一个要害进程是中药有用成分的提取，要既保证提取药物成分的质量，又要进步提取进程的功率和经济性，针对不同的中药材，挑选和保证适宜的提取工艺条件，严厉和主动地依照正确的提取工艺程序进行中药的提取，是中药出产和工艺研讨的一个至关重要的环节。我校与天津大明制药设备厂协作树立“中药设备研制中心”，在项目建设中，根据工艺的实践需求，本着先进性、牢靠性、实用性的准则，完结了天然药物中试出产进程各单元的计算机进程操控体系的规划与开发，成功地完结了天然药物中试出产进程各重要工艺参数的计算机主动检测和操控，其间提取单元完结了多种提取办法的全进程计算机操控，然后为科研人员往后对天然药物提取工艺和提取设备的研讨供给了牢靠和有用的手法。
2 提取进程的首要工艺流程和自控要求
2.1 提取工序操控
（1）加料操控
药材投入提取罐内，参加药材的5-l0倍的溶剂。用液位操控法操控溶剂参加量，流程图如图1所示。
图1 液位操控流程图
（2）动态提取
动态提取是中药提取工序的中心，要求操控罐内药液温度、坚持罐内压力为常压，并办理药液循环通道内电磁阀门和手动阀门的开、关及药液循环泵和热油泵的发动和中止。提取罐操控结构图如图2所示 .
图2 提取罐操控结构图
中药提取进程一般选用的溶剂（溶媒）有水或乙醇等。提取溶剂不同，对操控需求也不一样。用水作溶剂时，放空阀要在提取进程中一直处于敞开状况，即罐内压力为常值，只需求在产生意外（如排气通道阻塞）时，报警即可。醇类作溶剂时，放空阀要一直处于关闭状况，欲坚持罐压为常值，其调理状况与水作溶剂时不同。
2.2 测控参数
检测参数：提取罐内的温度、提取罐内的压力、提取罐内的液位、冷却器的冷却水进口温度和出口温度，热油泵的出油口温度和进油口温度等。操控参数：提取罐温度、提取罐压力、进料操控、出料操控、循环泵、热油泵，自吸泵和出液泵的发动和中止操控等。
2. 3 自控要求
根据本项意图中试工艺不确认性的特色，提取部分的自控规划要求是在有限和固定的设备、管线的条件下，便利而灵敏地完结不同提取形式的全进程主动操控，即要求既能够“水提取”，也能够“醇提取”;既能够“单罐提取” ，也能够“双罐提取”;既能够是“循环提取”，也能够“非循环提取”。提取罐加液补液、提取罐升温文恒温、药物浸取、循环提取、提取液出料、直至提取完毕或再次提取的全进程都是牢靠、主动地完结。
提取部分的主动操控回路首要包含了提取罐温度主动操控;提取罐定量和加液主动操控;提取罐出料主动操控;提取罐、提取液储液罐的温度主动检测;提取液储液罐的液位主动检测。一批药材的提取次数、提取温度和循环时刻是由工艺确认的。本计划选用热油对具有夹套的提取罐加热，煎煮罐中的药材，一起用循环泵循环药液。
3 体系特色
在体系的总体规划、选型上坚持与国表里体系同步,然后保证所选用的计算机测控体系在技能上的先进性而且与世界接轨。在考虑国表里相关体系如:霍尼韦尔操控体系、横河μXLDCS和SIEMES操控体系等后,决议挑选SIEMENS操控体系.然后保证了体系的老练性。挑选西门子的体系别的一个原因是这种体系易于保护,易于扩展。对中药出产进程中，常常产生 “泡沫引发逃液”的现象。选用CTN—XM系列双液位全主动消除泡沫操控设备，其间根据电阻呼应原理的泡沫勘探电极具有极强的抗污染才能，因严峻的污染而呈现结垢的状况下，依然能检测出液面方位，然后到达牢靠有用地消除泡沫，到达操控“逃液”的意图。
4 体系的结构与装备
本文选用PROFIBUS-DP构建中药提取进程监控体系的底层网络。新式的现场总线操控体系突破了DCS体系中通讯由专用网络的关闭体系来完结所形成的缺点，把根据关闭的、专用的解决计划变成了根据公开化、规范化的解决计划，现场总线规范有几十种。每种总线规范都有本身的特色，并在特定的运用领域显现本身的优势。进程现场总线PROFIBUS作为一种世界化、开放式、不依赖设备出产商的现场总线规范，作为全集成进程和工厂主动化的现场总线解决计划，已被广泛运用于进程操控和流程工业。PROFIBUS选用OSI模型的物理层,数据链路层。当传输速率为9.6Kbps～12Mbps时，其传输间隔能够到达100m。当传输速率为1.5Mbps时，其传输间隔能够到达为400m。PROFIBUS的传输介质能够是双绞线，也能够是光缆。其最多能够挂接127个子站点。PROFIBUS选用功用模块化规划，不同的运用体系运用不同的模块进行规划。底层体系结构如图3所示。在本级中体系被分为两个层次即设备操控层和监控层。
图3 PROFIBUS底层网络结构
3.1 设备操控层
在设备操控层中选用西门子的PROFIBUS-DP把各种电磁阀、离心泵、电机、温度传感器、压力传感器以及ET200分站等功用单元联结成一个全体。温度传感器选用Pt1O0铂电阻温度传感器，输出4—20mA电流信号，它抗干扰才能强，易于信号远传。压力传感器选用阻隔式传感器组件和%&&&&&%组件技能出产的耐蒸汽高温的压力传感器，具有线性好、温漂小、时刻稳定性好等长处。
该层所涉及到的现场设备有：水提取罐、醇提取罐、储液罐、收回溶媒罐、浓缩罐、精馏塔、过滤器、冷凝器、加热器等。操控上述设备的下位执行机构有操控开关阀、PID调理阀、电磁流量计、液位计、温度变送器、压力变送器、自吸泵，出液泵以及热油泵等。底层PLC硬件装备：西门子公司的S7-300系列PLC，CPU的类型选用CPU315-2DP，ET200M模块6ES7 l53—2AA02—0XB0，电源模块6ES7 307-1KA00-0AA0，32点24V数字量输入模块6ES7 321—1BL00—0AA0，16点继电器输出模块6ES7 322—1HH00—0AA0，8路模拟量输入模块6ES7 331—7KF01—0AB0，8路热电阻输入模块6ES7 331-7PF00-0AB0，4路PID模块6ES7 355—0VH10—0AE0等。
在该体系中选用电炉进行加热，因为电炉的升温文保温是靠电阻丝加热，降温则是依托自然环境冷却，当温度一旦呈现超调就无法运用操控手法使其降温，具有升温单向性、非线性、不均匀增益和大滞后等特性，数学模型难以树立。因为体系具有大滞后和升温单向性特性，用惯例PID操控办法，很简单形成积分饱满，因而难以得到满足的操控作用。为此，先用阶跃呼应曲线法树立加热炉的开端数学模型，获得其大致的放大系数K，时刻常数T和滞后时刻r;然后用Ziegler—Nichols法整定PID参数，选用分段变系数增量式PID操控战略，完结对加热炉的操控。具体办法如图4所示，在开端至A点之前，能够给最大的操控量，使体系快速升温;AB两点之间选用PD操控;在临界稳态区，为了消除体系稳态差错，需求参加积分作用，选用PID操控;当超调大于5%时，输出为0中止加热。在本体系中选用西门子公司的S7-300系列的功用模块FM-355-2C完结PID操控。
图4 阶跃呼应曲线示意图
3.2 监控层
监控层上位机部分:服务器选用Windows 2000 Server操作体系，监控软件选用西门子SIMAT%&&&&&% WINCC6.0 SP1。WINCC（Windows Control Center）组态软件是西门子公司与微软公司共同开发的，它承当了数据办理和收集、报警、前史趋势、数据记载及报表等作业。[3-5]其多级权限办理，电子记载等契合FDA 21 CFR PART 11的要求。提取部分的画面包含：提取工艺的静态流程图、动态流程图、操控外表回路、加热部分、冷却部分、循环操控部分、事情报警、参数设定、报表打印、实时曲线和前史曲线显现、用户办理、OPC服务器、长途监控办理和协助部分等。WINCC能够经过0DBC技能调用MicroSoft SQL Server树立数据库，数据库具有查询、删去、修正、备份、导入、导出等强壮的功用支撑。WINCC还能够经过DDE技能调用Excel树立数据报表。
监控层下位机部分: 下位机编程软件选用西门子公司的STEP 7软件，经过功用块FC编程完结分设备、分工艺的模块化，使各段操控程序相对独立且流程明晰。数据块DB的有序分类，使数据结构更合理、数据读写更安全。整套体系设置了主动和手动两套运转计划，在程序规划中将体系动作划分红多个动作段，使得体系在运转进程中随时能够“暂停”下来，坚持在当时状况;还能再经过“持续”功用使体系在从前状况下持续运转下去。然后使得体系能够随时应对在运转进程中或许呈现的一些突发事情，削减因为意外状况形成的程序运转中止，进步体系运转的安全牢靠性。
5 定论
本文介绍的中药提取监控体系，使用PROFIBUS技能构建底层网络,对每个要害工序进行数据监测、操控，施行整个进程的盯梢。体系既能进行单元操作，又能找出最佳工况条件,该体系已经成为中心的科研人员从事天然药物出产工艺研讨、中试开发的有用手法并在实践运用中获得杰出的作用。
