自动控制技术在中药制药生产过程中的应用

自动控制技术在中药制药生产过程中的应用

杨忠厚

天津同仁堂集团股份有限公司 天津市 300385

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。主要原因是中药制药过程多采用传统工艺，装备落后，且自动化水平低，缺乏质量在线检测手段和生产系统的集成和优化。

关键词：自动控制技术 中药制药 应用

引言

中药产业是我国制药产业的重要组成部分，是独具特色和优势的民族产业。传统中药生产长期使用大锅煎煮提取药材且无质量标准，产品质量和疗效不够稳定。我国现阶段的中药技术与国外先进制药技术还存在一定差距，导致中成药质量不稳定，有效成分含量低。中药制药过程具有非线性、时变性、大滞后的特点，常规的一些控制算法如PID控制较难满足中药制药的要求，需要先进的智能控制算法，而DCS网络阻碍了先进控制算法在过程中的应用。因此设计符合中药生产特点的过程控制系统，对中药生产厂现有设备进行集成化技术研究具有重要意义。

1.中药生产工艺主要环节及其特点

1.1提取工段

中药提取过程是溶质从固相药材高浓度向液相低浓度渗透的传质过程，其提取浸出扩散力来源于提取溶剂与固相药材组织内有效成分的浓度差，浓度差越大，扩散传质的动力越大，浸出速度越快，有效成分浸出率越高。在中药有效成分的提取过程中，既要确保有效成分的提取率，又要保证不同批次提取液的质量稳定性。如果温度、压力、加溶剂的比例、提取时间等参数控制得当，就能获得较高的提取率，否则有可能造成有效成分损失较大。因此，针对不同的中药材选择合适的提取工艺并按照正确的提取工艺进行提取，是中药生产和工艺研究的一个至关重要的环节。

1.2浓缩工段

中草药提取液的浓缩是中药制药的重要工序之一，是中药制药生产过程中能耗最多的工段，也是中药制药现代化的重要组成部分。目前，该工段存在着浓缩温度高、浓缩时间长、有效成分及挥发性成分有损失、一步浓缩难以实现高相对密度的质量要求、设备易结垢以及废液排放等问题，给后续操作带来困难，并会影响中药产品的质量与疗效。

传统的真空浓缩方法由于物料长时间受热，容易造成有效成分损失，且药液中固形物易粘附于加热管壁，造成结垢传热速度减慢、浪费能源，而且会使垢层炭化造成滤液污染。此外，真空浓缩进料难以控制，容易造成进料过多导致跑料。为了解决这些问题，开发了一系列先进的中药提取液浓缩新工艺和新技术，如悬浮冷冻浓缩、渐进冷冻浓缩、自然外循环两相流浓缩、在线防挂壁三相流浓缩、反渗透、膜蒸馏、渗透蒸馏、大孔吸附树脂分离浓缩等。这些技术针对不同中药提取液浓缩的特点，改进了传统浓缩技术中的一些不足之处，具有各自的特点和应用价值。

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。

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。宋杰贤设计了中药双效浓缩自动控制系统， 通过 LON（local operationnetwork） 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。张有介绍了集 DCS 和 PLC 优点于一体的 EUROTHERM DCS 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 PLC S7-200，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。廖枝平等利用模糊控制理论，设计了中草药快速干燥控制系统。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。

3.结束语

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.