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[摘 要 ]提取浓缩过程是中药质量保障的关键，在线监控技术的应用，可以有效地提升提取浓缩工艺的稳定性，提升中药质量的稳定性。本文首先介绍中药提取浓缩工艺特性，然后对在线监控系统的应用和设计结构进行探索分析。
[关键词]中药;提取浓缩;在线监控
[中图分类号]TP277 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）07–00–03
[Abstract]The extraction and concentration process is the key to the quality assurance of traditional Chinese medicine. The application of online monitoring technology can effectively improve the stability of extraction and concentration process and improve the stability of traditional Chinese medicine quality. This paper first introduces the characteristics of extraction and concentration of traditional Chinese medicine， and then explores the application and design structure of online monitoring system.
[Keywords]traditional Chinese medicine; extraction and concentration; online monitoring
中药的化学组成成分是比较复杂的，并且其中包括多种有效成分，也包含无效成分，并夹杂着一些有毒物质，所以在提取时只提取其中有效的成分，目的是让中药制剂可以达到最好的治疗效果。所以，提取中药的工艺流程和方法对中药制剂的临床效果有很大的影响。过去的中药提取工艺的控制精度比较差、耗能量大等这些缺点，所以才要和现代制药设备相结合，从而完善中药的提取工艺。目前，大部分中药都是按照传统方式提取分离，有一定的传承性，但是传统提取工艺相对落后，部分环节很难做到精密控制（如提取时间、加入的溶媒量），且存在能耗高等问题。将监控系统应用到浓缩过程中，有利于提高中药提取的效率和质量。
1 中药提取浓缩工艺特性
中药提取工艺流程一般涉及提取、浓缩、干燥、包装等工序，提取工序为在提取罐中利用溶剂将中药有效成分提取出来，通常在加热的条件下进行，并通过溶剂回流以增加提取效率。提取完毕后，溶液通过底部出料阀出料，经过滤后转至浓缩工序，最后浓缩液经过干燥后制成干膏。
浓缩工艺必须要依据中药提取液的特性和蒸发的条件选择适合的浓缩方法和设备。目前部分浓缩设备无法避免浓缩时液泛和局部过热等现象的发生，也不能对浓缩后药液的密度、浓度等实现实时监测，浓缩终点无法进行精确控制，就会导致产品的质量不稳定，批次间的差异较大。因此，将浓缩工艺和设备自动化控制系统结合起来实现浓缩进程中的在线监测，已是大势所趋了。此外有些企业将提取和浓缩结合起来，利用新型节能中药的低温减压提取浓缩装置，解决了提取、浓缩两个重要工序所存在的问题，提高了产品质量，减少了能耗、缩短了生产周期。
2 在线监控系统控制原理
中药的提取浓缩过程在提取罐中完成，因此，在线监控系统主要实现对提取罐工作过程的监控。图1为本文设计的在线监控系统控制原理图，首先计算机会实时采集进料压力、温度等参数，通过D/A转换成执行器可以识别的数字信号，执行器根据工艺参数设置值对进料参数进行调节，确保进料可以根据工艺需求稳定进入提取罐中，提取罐的加热夹套内蒸质量好汽压力P、罐内药液温度T、质量罐内压力Pi对于最终提取中药质量有非常重要的影响，保持这些参数的稳定是提升中药提取浓缩质量的关键。
图2为特征提取框图，在溶剂为水的情况下，中药提取浓缩过程中罐内压力为常压，则罐内压力控制较为简单，只需要实现对防空阀控制。控制的关键参数为夹套蒸汽压质量好力P和罐内温度T。
在忽略滞后因素情况下，根据上述的特征提取框图，取罐的特征提取方程可表示为：
由上述的方程能够计算出秩也是2。
通过上述建立的方程模型可以对提取罐中的P和T两个参数进行控制，其中参数受到罐的结构影响，而且具体数值可以通过热力学理论计算获得。
如果提取过程中采用的是易挥发的溶剂时，由于提取时罐内压力会发生变化，此时，监控系统需要同时对P、T和Pi三个进行控制，但是控制方法与上述的相同，因此，采用上述方法可以有效、准确的对中药提取浓缩参数进行监控。
3 在线监控系统设计
根据重要提取浓缩技术的要求和现场控制管理，整个监控系统由上位机和下位机组成，实现中药提取浓缩过程中的设备运行参数的在线监测。记录设备运行状态和过程，分析参数的变化趋势，及时发布和预报运行情况，实施诊断和报警，实现远程控制，指导操作人员管理生产工艺过程。
3.1 監控系统设计方案
在线监控系统结构如图3所质量好示。整个监控系统主要包括上位机、下位机以及通信系统组成。
（1）上位机系统实现整个工艺流程的设备运行状态的实时监控，将工艺流程以直观的画面显示出来。记录在线监测的参数，记录设备运行状态和过程，分析参数的变化趋势，及时发布和预报运行情况，实施诊断和报警，并完成系统参数的分析和处理，对不能直接测量的参数进行软测量。 （2）下位机系统主要完成数据采集，计算和逻辑运算。执行PID闭环控制输出。对工艺要求的设备、泵、阀系统，能够根据实时处理情况和要求，控制设备的启停和时序的安排，达到设备的最优化调度，节约制剂的投放量，提高中药的提取效率，保证处理的效果。
（3）网络通讯系统将上、下位机之间连接，现场控制站数据能正确、及时反映到上位机，上位机的控制信号能及时传达到下位机，实现远程控制。
3.2 监控系统软件设计
软件程序是各个功能模块实现的关键之一，主要是包括PLC程序、通信程序、组态软件程序三方面，软件具体设计方案如图4所示。
PLC程序主要是包括开关量和模拟量采集传输模块程序设计，以及控制纹路模块程序设计。上位机组态软件主要是实现人机互动，用户可以根据实际需要对整个系统进行设置，设计内容主要包括工艺流程、参数的设置，报警界面设置等，具体如图4所示。
监控系统软件运行流程如图5所示。
本文在进行上位机组态软件设计时，采用WinCC对软件程序进行编辑。首先将监控系统所需要具备的压力、温度、阀门等控制功能程序在STEP7中进行编辑，然后将编辑完成的程序转移到PLC设备中，从而实现PLC控制各个模块的功能。
3.3 通信模块设计
本设计采用的PLC型号为S7-300系列，在WinCC中为西门子S7系列的PLC设计了专有通信程序SIMATIC S7 Protocol Suite，大幅度减低了程序设计的难度。只需要按照添加通信驱动程序、连接PLC、设置属性的流程，即可实现PLC之间的通信程序设计任务，不需要重新编辑程序。
4 结语
影响中药提取浓缩效果的因素非常多，如提取方法、溶媒质量、药材研磨程度、混合提取等，都会影响到中药材有效成分提取浓缩效果，同时不同的提取工艺，生产出的中药产品质量也有所不同。采用传统的手工提取浓缩，由于存在人工操作的不一性，会导致中药质量不稳定。而采用在线监控技术，重要的整个中药提取浓缩过程都可以得到有效监控，确保药品生产质量，促进中药治疗效果的提升。
参考文献
[1] 孙凤利.影响中药饮片调剂质量因素分析及整改措施[J].光明中医，2018，33（9）：1358-1360.
[2] 栾彦虎.探析中药提取工艺对药品质量的影响[J].化工管理，2017（29）：31.
[3] 肖海英.中药提取工艺对药品质量的影响分析[J].中国科技投资，2017（4）：320.
[4] 祝银灿.中药提取过程监控系统的设计与研究[D].天津：天津科技大学，2015.
[5] 孙伟，柳永刚.中药提取液浓缩时溢沫监控系统设计方案探讨[J].化工与医药工程，2018，39（5）：36-38.
[6] 侯超，张振涛，杨鲁伟，等.中药提取液蒸发浓缩过程采用机械蒸汽再压缩技术特性研究[J].现代化工，2016（11）：172-174.
[7] 隋丞琳.中药提取过程在线NIR分析平台的开发与适用性研究[D].北京：北京中医药大学，2013.
[8] 倪力军，史晓浩，高秀蛟，等.NIR在线检测，分析技术在丹参水提过程质量监控中的应用[J].中国药学杂志，2004，39（8）：628.
[9] 張金巍，张延莹，刘岩，等.近红外光谱法在线质量监控白芍工业化提取[J].中草药，2011（12）：2459-2461.
[10] 孙永海.中药生产在线pH监测——在线监测应用于苦碟子注射液的生产质量控制[J].流程工业，2012（20）：76.
[关键词]中药;提取浓缩;在线监控
[中图分类号]TP277 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）07–00–03
[Abstract]The extraction and concentration process is the key to the quality assurance of traditional Chinese medicine. The application of online monitoring technology can effectively improve the stability of extraction and concentration process and improve the stability of traditional Chinese medicine quality. This paper first introduces the characteristics of extraction and concentration of traditional Chinese medicine， and then explores the application and design structure of online monitoring system.
[Keywords]traditional Chinese medicine; extraction and concentration; online monitoring
中药的化学组成成分是比较复杂的，并且其中包括多种有效成分，也包含无效成分，并夹杂着一些有毒物质，所以在提取时只提取其中有效的成分，目的是让中药制剂可以达到最好的治疗效果。所以，提取中药的工艺流程和方法对中药制剂的临床效果有很大的影响。过去的中药提取工艺的控制精度比较差、耗能量大等这些缺点，所以才要和现代制药设备相结合，从而完善中药的提取工艺。目前，大部分中药都是按照传统方式提取分离，有一定的传承性，但是传统提取工艺相对落后，部分环节很难做到精密控制（如提取时间、加入的溶媒量），且存在能耗高等问题。将监控系统应用到浓缩过程中，有利于提高中药提取的效率和质量。
1 中药提取浓缩工艺特性
中药提取工艺流程一般涉及提取、浓缩、干燥、包装等工序，提取工序为在提取罐中利用溶剂将中药有效成分提取出来，通常在加热的条件下进行，并通过溶剂回流以增加提取效率。提取完毕后，溶液通过底部出料阀出料，经过滤后转至浓缩工序，最后浓缩液经过干燥后制成干膏。
浓缩工艺必须要依据中药提取液的特性和蒸发的条件选择适合的浓缩方法和设备。目前部分浓缩设备无法避免浓缩时液泛和局部过热等现象的发生，也不能对浓缩后药液的密度、浓度等实现实时监测，浓缩终点无法进行精确控制，就会导致产品的质量不稳定，批次间的差异较大。因此，将浓缩工艺和设备自动化控制系统结合起来实现浓缩进程中的在线监测，已是大势所趋了。此外有些企业将提取和浓缩结合起来，利用新型节能中药的低温减压提取浓缩装置，解决了提取、浓缩两个重要工序所存在的问题，提高了产品质量，减少了能耗、缩短了生产周期。
2 在线监控系统控制原理
中药的提取浓缩过程在提取罐中完成，因此，在线监控系统主要实现对提取罐工作过程的监控。图1为本文设计的在线监控系统控制原理图，首先计算机会实时采集进料压力、温度等参数，通过D/A转换成执行器可以识别的数字信号，执行器根据工艺参数设置值对进料参数进行调节，确保进料可以根据工艺需求稳定进入提取罐中，提取罐的加热夹套内蒸质量好汽压力P、罐内药液温度T、质量罐内压力Pi对于最终提取中药质量有非常重要的影响，保持这些参数的稳定是提升中药提取浓缩质量的关键。
图2为特征提取框图，在溶剂为水的情况下，中药提取浓缩过程中罐内压力为常压，则罐内压力控制较为简单，只需要实现对防空阀控制。控制的关键参数为夹套蒸汽压质量好力P和罐内温度T。
在忽略滞后因素情况下，根据上述的特征提取框图，取罐的特征提取方程可表示为：
由上述的方程能够计算出秩也是2。
通过上述建立的方程模型可以对提取罐中的P和T两个参数进行控制，其中参数受到罐的结构影响，而且具体数值可以通过热力学理论计算获得。
如果提取过程中采用的是易挥发的溶剂时，由于提取时罐内压力会发生变化，此时，监控系统需要同时对P、T和Pi三个进行控制，但是控制方法与上述的相同，因此，采用上述方法可以有效、准确的对中药提取浓缩参数进行监控。
3 在线监控系统设计
根据重要提取浓缩技术的要求和现场控制管理，整个监控系统由上位机和下位机组成，实现中药提取浓缩过程中的设备运行参数的在线监测。记录设备运行状态和过程，分析参数的变化趋势，及时发布和预报运行情况，实施诊断和报警，实现远程控制，指导操作人员管理生产工艺过程。
3.1 監控系统设计方案
在线监控系统结构如图3所质量好示。整个监控系统主要包括上位机、下位机以及通信系统组成。
（1）上位机系统实现整个工艺流程的设备运行状态的实时监控，将工艺流程以直观的画面显示出来。记录在线监测的参数，记录设备运行状态和过程，分析参数的变化趋势，及时发布和预报运行情况，实施诊断和报警，并完成系统参数的分析和处理，对不能直接测量的参数进行软测量。 （2）下位机系统主要完成数据采集，计算和逻辑运算。执行PID闭环控制输出。对工艺要求的设备、泵、阀系统，能够根据实时处理情况和要求，控制设备的启停和时序的安排，达到设备的最优化调度，节约制剂的投放量，提高中药的提取效率，保证处理的效果。
（3）网络通讯系统将上、下位机之间连接，现场控制站数据能正确、及时反映到上位机，上位机的控制信号能及时传达到下位机，实现远程控制。
3.2 监控系统软件设计
软件程序是各个功能模块实现的关键之一，主要是包括PLC程序、通信程序、组态软件程序三方面，软件具体设计方案如图4所示。
PLC程序主要是包括开关量和模拟量采集传输模块程序设计，以及控制纹路模块程序设计。上位机组态软件主要是实现人机互动，用户可以根据实际需要对整个系统进行设置，设计内容主要包括工艺流程、参数的设置，报警界面设置等，具体如图4所示。
监控系统软件运行流程如图5所示。
本文在进行上位机组态软件设计时，采用WinCC对软件程序进行编辑。首先将监控系统所需要具备的压力、温度、阀门等控制功能程序在STEP7中进行编辑，然后将编辑完成的程序转移到PLC设备中，从而实现PLC控制各个模块的功能。
3.3 通信模块设计
本设计采用的PLC型号为S7-300系列，在WinCC中为西门子S7系列的PLC设计了专有通信程序SIMATIC S7 Protocol Suite，大幅度减低了程序设计的难度。只需要按照添加通信驱动程序、连接PLC、设置属性的流程，即可实现PLC之间的通信程序设计任务，不需要重新编辑程序。
4 结语
影响中药提取浓缩效果的因素非常多，如提取方法、溶媒质量、药材研磨程度、混合提取等，都会影响到中药材有效成分提取浓缩效果，同时不同的提取工艺，生产出的中药产品质量也有所不同。采用传统的手工提取浓缩，由于存在人工操作的不一性，会导致中药质量不稳定。而采用在线监控技术，重要的整个中药提取浓缩过程都可以得到有效监控，确保药品生产质量，促进中药治疗效果的提升。
参考文献
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[10] 孙永海.中药生产在线pH监测——在线监测应用于苦碟子注射液的生产质量控制[J].流程工业，2012（20）：76.