淺析中藥提取工藝自動化系統(tǒng)程序設(shè)計

1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文以西門子PCs7亞洲版V8.1平臺實現(xiàn)的中藥提取自動化生產(chǎn)系統(tǒng)為研究對象,系統(tǒng)主要包括控制站、操作服務(wù)器、操作員站、工程師站、現(xiàn)場儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),一般具有設(shè)備控制、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)管理、信息通信和系統(tǒng)管理維護(hù)功能,適合所有中藥提取自動化應(yīng)用,是中藥提取企業(yè)理想的選擇。

設(shè)備控制程序在控制站運行,人機(jī)界面軟件運行在操作員站,數(shù)據(jù)管理一般運行在操作服務(wù)器或工程師站,系統(tǒng)管理維護(hù)在工程師站完成。

設(shè)備控制程序由自控專業(yè)人員開發(fā),下裝并保存在控制站內(nèi)。程序開發(fā)依據(jù)產(chǎn)品工藝流程,可以設(shè)計成不同工藝流程的控制程序,滿足多品種生產(chǎn)要求。

人機(jī)界面由自控專業(yè)人員組態(tài)生成,下裝并運行于操作員站,主要用于設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)視和對生產(chǎn)設(shè)備的操作。

系統(tǒng)管理維護(hù)在工程師站完成,包括授權(quán)管理和訪問許可、程序修改、數(shù)據(jù)維護(hù)等。

2中藥提取生產(chǎn)工藝自動化控制程序構(gòu)建

中藥提取過程自動化依賴于對設(shè)備單元進(jìn)行精確控制,嚴(yán)格按工藝流程執(zhí)行每一步操作,通過最優(yōu)、最穩(wěn)定控制,產(chǎn)出形狀均一、穩(wěn)定、高質(zhì)量的產(chǎn)品。工藝自動化流程需按照工藝、自控、質(zhì)量管理等相關(guān)要求有機(jī)組合起來。

2.1煎煮過程設(shè)計

提取煎煮生產(chǎn)流程包括:投料一進(jìn)溶媒一升溫煎煮一保溫一出液一排渣。

通常中藥提取自動化以投料自動控制、進(jìn)溶媒控制、提取溫度均勻控制、出藥結(jié)束判斷、堵料自動控制、出渣系統(tǒng)聯(lián)動、控制罐底鎖與罐底開啟裝置的聯(lián)鎖與保護(hù)等為主要控制目標(biāo)。為了使提取罐內(nèi)部受熱均勻,當(dāng)提取罐內(nèi)上下部溫差較大時,提取罐內(nèi)藥液需要能夠自動循環(huán)形成對流。

程序通過以下參數(shù)進(jìn)行各個階段的具體控制:

進(jìn)溶劑量:每次加乙醇或純化水的設(shè)定量。

保溫時間:升溫后的每次保溫煎煮時間設(shè)定。

出液量:每次保溫結(jié)束的出液量設(shè)定。

升溫溫度:升溫到目標(biāo)值進(jìn)入保溫。

升溫蒸汽壓力:升溫階段蒸汽調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)的目標(biāo)壓力值。

保溫蒸汽壓力:保溫階段蒸汽調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)的目標(biāo)壓力值。

開循環(huán)時間:升溫、保溫過程中循環(huán)開的時間。

關(guān)循環(huán)時間:升溫、保溫過程中循環(huán)間隔時間。

靜置時間:靜置出液前靜置時間。

堵塞沖洗時間:判斷為堵塞后自動沖洗時間。

判堵低流量:出液量未達(dá)到設(shè)定提取出液量,流量小于判堵低流量判斷為堵塞。

出液結(jié)束低流量:出液量達(dá)到設(shè)定提取出液量并且流量小于結(jié)束低流量出液結(jié)束。

罐內(nèi)保護(hù)壓力:升溫、保溫過程中罐內(nèi)壓力超過保護(hù)值自動打開放空閥。

蒸汽保護(hù)壓力:升溫、保溫過程中蒸汽壓力超過保護(hù)壓力自動關(guān)閉蒸氣調(diào)節(jié)閥。

罐內(nèi)保護(hù)壓力:保溫過程中溫度到達(dá)設(shè)定的保護(hù)溫度自動關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥。

將提取的工藝過程拆分為下面幾個主要步驟。多次煎煮過程可以按照工藝流程的先后順序排列各步驟,最多可以選擇20步,如圖1所示。用戶根據(jù)實際藥品需求可以自行組態(tài)步驟執(zhí)行順序,未選的步驟不執(zhí)行,如圖2所示。

第1步:提取投藥材。發(fā)送投料請求,收到現(xiàn)場按鈕反饋或中控給信號,按順序開投料鎖、開投料門和降投料桶進(jìn)行投料。投料結(jié)束后系統(tǒng)收到投料系統(tǒng)的投料結(jié)束信號,然后按順序升投料桶、關(guān)投料門和關(guān)投料鎖,投料結(jié)束,進(jìn)入下一步。

第2步:提取加溶劑。按照選擇的溶劑是水或乙醇開啟相應(yīng)的飲用水進(jìn)液閥或乙醇進(jìn)液閥和進(jìn)液總閥。由流量計累計的加溶劑量達(dá)到設(shè)定值,關(guān)閉開啟的進(jìn)液閥門后進(jìn)入下一步。

第3步:提取升溫＋循環(huán)。開啟蒸汽調(diào)節(jié)閥(根據(jù)設(shè)定的升溫蒸汽壓力自動調(diào)節(jié)開度),開啟中部、底部的蒸汽隔斷閥和循環(huán)水閥門。根據(jù)循環(huán)開時間和關(guān)時間打開或關(guān)閉循環(huán)管路的相關(guān)閥門和泵。升溫過程中如果蒸汽夾套壓力超過設(shè)定的蒸汽保護(hù)壓力或溫度超過罐內(nèi)保護(hù)壓力都會關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥和蒸汽隔斷閥。罐內(nèi)壓力超過罐內(nèi)保護(hù)壓力會開啟放空閥。提取罐溫度達(dá)到設(shè)定的提取升溫溫度進(jìn)入下一步(循環(huán)是為了使提取罐內(nèi)部各位置溫差較小)。

第4步:提取溫控(保溫)。開啟蒸汽調(diào)節(jié)閥(根據(jù)設(shè)定的保溫蒸汽壓力自動調(diào)節(jié)開度),開啟底部的蒸汽隔斷閥和循環(huán)水閥門。根據(jù)循環(huán)開時間和關(guān)時間打開或關(guān)閉循環(huán)管路的相關(guān)閥門和泵。保溫過程中如果蒸汽夾套壓力超過設(shè)定的蒸汽保護(hù)壓力或溫度超過罐內(nèi)保護(hù)壓力都會關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥和蒸汽隔斷閥。罐內(nèi)壓力超過罐內(nèi)保護(hù)壓力會開啟放空閥。提取溫度一直維持設(shè)定溫度直到保溫實際時間達(dá)到設(shè)定的保溫時間。

第5步:提取正常出料。關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥和蒸汽隔斷閥,打開提取出液管路相應(yīng)閥門和提取液儲罐進(jìn)液閥,開啟出液泵進(jìn)行出液,當(dāng)出液量達(dá)到設(shè)定的提取出液量出液結(jié)束,關(guān)閉出液泵和開啟的出液閥門。出液過程中如果出液量未達(dá)到設(shè)定的出液量,并且出液流速小于設(shè)定的提取判堵低流量,判堵出液堵塞,自動啟動沖洗程序,關(guān)閉出液泵和相關(guān)出液閥門,打開雙聯(lián)過濾器飲用水進(jìn)液閥和排污閥進(jìn)行沖洗,沖洗時間到關(guān)閉過濾器飲用水進(jìn)液閥和排污閥,打開出液相關(guān)閥門和出液泵繼續(xù)出液。

程序運行過程中按暫停,程序會自動記錄運行狀態(tài)然后復(fù)位所有自控設(shè)備,再按繼續(xù)按鈕后程序自動回到暫停記錄的狀態(tài)接著自動運行。按停止按鈕結(jié)束自動程序,并復(fù)位所有自控設(shè)備。

2.2雙效濃縮設(shè)計

濃縮過程包括:濃縮液進(jìn)液二濃縮液補液二濃縮二出液二冷凝液回收或排放。

該工藝過程需通過溫度監(jiān)控、真空度監(jiān)控、密度檢測,實現(xiàn)對濃縮過程中物料溫度、物料密度、物料成分在線分析等質(zhì)量目標(biāo)的控制,實現(xiàn)濃縮終點判斷和出液自動化控制。增加濃縮器泡沫檢測,解決中藥提取液在減壓和加熱狀態(tài)下跑料問題:實現(xiàn)濃縮液在濃縮過程中連續(xù)進(jìn)液功能,同時基于冷凝液受液器液位檢測裝置,實現(xiàn)自動排液功能,保證蒸發(fā)過程連續(xù)進(jìn)行。

程序流程設(shè)計如下:

(1)雙效抽真空,打開真空閥,關(guān)閉放空閥。

(2)當(dāng)一效和二效的真空都達(dá)到設(shè)定真空值時,打開儲罐的出液閥,雙效的一、二效進(jìn)液閥開始進(jìn)液。當(dāng)一效液位高度達(dá)到一效進(jìn)液液位結(jié)束值結(jié)束一效進(jìn)液,二效液位高度達(dá)到二效進(jìn)液液位結(jié)束值結(jié)束二效進(jìn)液,都達(dá)到高位值關(guān)閉儲罐的出液閥。

(3)打開蒸汽調(diào)節(jié)閥、蒸汽隔斷閥、循環(huán)水進(jìn)出閥,開始濃縮。蒸汽調(diào)節(jié)閥按照濃縮蒸汽壓力設(shè)定值自動調(diào)節(jié)開度。濃縮過程中打開受液器循環(huán)閥門。

(4)濃縮過程中夾套蒸汽壓力超過濃縮蒸汽壓力保護(hù)值,一、二效真空大于設(shè)定的各自真空保護(hù)值,或者溫度超過濃縮溫度保護(hù)值,都關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥和隔斷閥。一、二效罐內(nèi)液位小于各自的補液開始液位值開始補液,液位大于補液結(jié)束液位值結(jié)束補液。當(dāng)受液器的高位浮子開關(guān)亮起時,打開受液器泵前出液閥和出液泵,出液循環(huán)10s后關(guān)閉循環(huán)閥,打開泵后出液閥排廢水。當(dāng)排液時間達(dá)到設(shè)定的受液器排液時間時,關(guān)閉出液泵,關(guān)閉泵前后出液閥,打開循環(huán)閥。

(5)當(dāng)補液過程中一、二效真空達(dá)到各自進(jìn)料真空破空值判斷前罐進(jìn)液完全,停止補液程序,繼續(xù)濃縮。

(6)當(dāng)一、二效體積和小于等于雙效倒料體積開始值,二效開始往一效倒液。

(7)倒液結(jié)束后二效開始加飲用水,一效繼續(xù)濃縮。當(dāng)一效濃縮密度大于設(shè)定的濃縮結(jié)束密度值,關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥、隔斷閥,關(guān)閉循環(huán)水閥,關(guān)閉真空閥,打開放空閥,結(jié)束濃縮。

雙效通過以下程序參數(shù)對整個濃縮過程進(jìn)行控制:一效進(jìn)料真空設(shè)定值:雙效罐一效真空達(dá)到設(shè)定值后開始進(jìn)料。二效進(jìn)料真空設(shè)定值:雙效罐二效真空達(dá)到設(shè)定值后開始進(jìn)料。濃縮蒸汽壓力設(shè)定值:濃縮過程中蒸汽調(diào)節(jié)閥根據(jù)該值調(diào)節(jié)開度大小。一效進(jìn)液液位結(jié)束值:一效進(jìn)液過程中液位達(dá)到該值結(jié)束進(jìn)液或補液。二效進(jìn)液液位結(jié)束值:二效進(jìn)液過程中液位達(dá)到該值結(jié)束進(jìn)液或補液。一效補液開始液位值:濃縮過程中一效液位小于該值開始補液。二效補液開始液位值:濃縮過程中二效液位小于該值開始補液。雙效倒料體積開始值:補液結(jié)束后濃縮一、二效體積和小于該值開始倒液。二效補水液位目標(biāo)值:加飲用水到該設(shè)定值結(jié)束加水。濃縮結(jié)束密度值:雙效最后濃縮密度達(dá)到該設(shè)定值結(jié)束濃縮。

受液器排液時間值:受液器到高位開啟受液器出液閥和出液泵排廢水,時間到關(guān)泵關(guān)閥。

一效真空保護(hù)值:濃縮過程中一效真空大于該值自動關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥、隔斷閥。二效真空保護(hù)值:濃縮過程中二效真空大于該值自動關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥、隔斷閥。濃縮蒸汽壓力保護(hù)值:濃縮過程中蒸汽夾套壓力超過該值自動關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥、隔斷閥。

一效溫度保護(hù)值:濃縮過程中一效溫度超過該值自動關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥、隔斷閥。二效溫度保護(hù)值:濃縮過程中二效溫度超過該值自動關(guān)閉蒸汽調(diào)節(jié)閥、隔斷閥。

3結(jié)語

中藥提取和濃縮兩個工藝階段相對成熟,工藝流程可量化程度較高,將這兩個工段工藝按照本文程序設(shè)計,實際實施效果較好,可大大減少操作人員的工作量,操作人員按照產(chǎn)品工藝選擇對應(yīng)的執(zhí)行策略,并設(shè)置好對應(yīng)的參數(shù),程序自動執(zhí)行,有利于生產(chǎn)單位減少人員編制,優(yōu)化成本管理。

自控系統(tǒng)可以完整記錄整個生產(chǎn)過程中的參數(shù)及人員操作,做到可追溯、可追蹤,方便工藝生產(chǎn)分析及追溯,做到整個生產(chǎn)過程設(shè)備參數(shù)可查、人員操作可控,為企業(yè)工藝優(yōu)化及信息化提供數(shù)據(jù)來源。