CN102109846A - 中药生产自动化智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中药生产过程控制方法，特别是一种水提醇沉和水煮醇提工艺中药提取生产过程自动化智能控制方法。本发明通过将整个生产过程分成若干个控制站分别控制，用工业以太网与上位操作员站连接，现场仪表为非PROFIBUS现场总线式仪表，模拟量输入输出信号为4～20mA，开关量输入输出信号为+24VDC，所有仪表均带现场指示，通过与阀门、泵、电机、各类变送器等执行机构连接，实现中药提取生产从投料、提取、浓缩、除杂、收膏、乙醇回收到出渣全过程控制与数据管理。与现有中药提取生产技术比较，本发明药液提取率提高13%，挥发油提取率提高30%，能耗总额降低28%，乙醇和药液回收分别增加35%和25%。

Description

中药生产自动化智能控制方法

技术领域

  本发明涉及一种中药生产过程控制方法，特别是一种中药提取生产过程自动化智能控制方法。

背景技术

 中药生产过程是指从原料投入生产到产品入库的全过程，主要由提取、浓缩、除杂、收膏、制剂、包装、入库等工序组成，其中提取是中药生产过程最关键的环节之一，它直接影响中药制剂的质量。中药提取是一个复杂的物理变化和化学反应过程，是多变量、扰动大、非线性的复杂动态系统，提取过程的各个环节都是典型的多变量耦合控制。由于中药材中有效成分的含量相对较低，而非有效成分含量高且复杂，致使中药有效组分的提取及除杂难度大，中药生产过程控制成为长期困扰中药生产的技术难题。

  应用先进的中药生产设备、生产过程控制、在线质量检测技术和信息化技术，是我国实现中药生产现代化、提高产品质量和生产效率的关键。

  提取是中药生产过程中的关键环节之一，它对中药制剂质量的影响至关重要。据统计，国家药品标准收载的中药成方制剂品种中，采用水煎煮提取、醇沉除杂工艺的品种约占40%，是我国中药生产最常用的提取方法。

  目前，在我国中药制药行业中，对整个中药生产过程进行自动化智能控制技术的研究及应用尚处于空白状态；大多数中药生产工艺粗放、装备水平和自动化水平低、缺乏有效的质控手段、制造过程以落后的单元操作和人工操作为主；少数中药生产企业虽然实现了按工艺流程操作的组合自动化生产线，但这些自动化生产线仅为局部流程控制，参数单一、方式落后、误差较大，中药的药效成分以及生产的各个环节没有科学、严格的控制，难以保证产品质量的稳定性和均一性，能耗大、效率低、劳动强度和生产成本高、可控性差，制约了我国中药产业的发展和竞争力的提升。

  因此，针对我国中药生产的关键性、共性问题，尽快研究开发先进的控制技术，突破中药生产技术瓶颈，提升中药生产过程控制技术水平和装备水平，使生产操作、工艺参数和产品质量得到有效、科学、严格的控制，对于实现中药生产质的飞跃和传统中药工业的现代化建设，形成中药产业在国内乃至国际市场的技术竞争优势，尽快确立我国民族医药工业的优势地位，具有十分重要的经济价值和社会意义。

发明内容

本发明以水提醇沉和水煮醇提提取工艺为研究背景，在不改变现行处方和生产工艺的情况下，本着“分散控制，集中管理”的原则，根据工艺和流程，通过研究开发中药生产过程先进控制技术，将整个系统用若干个分布式I/O（ET200）作为控制站分别控制，通过工业以太网与上位操作员站连接，现场仪表为非PROFIBUS现场总线式仪表，模拟量输入输出信号为4～20mA，开关量输入输出信号为+24VDC，所有仪表均带现场指示，通过与执行机构（阀门、泵、电机、各类变送器等）连接，实现中药提取生产从投料、提取、浓缩、除杂、收膏、乙醇回收到出渣全过程控制与数据管理，构建生产过程控制体系。

本发明的技术方案是：着眼于中药提取生产全过程自动化智能控制，通过对中药提取生产工艺流程进行的分析研究及合理的系统设计、装置选型、软件设计和优化策略的实施，结合实际生产工艺技术参数，建立中药提取生产的动态机理模型，在工艺机理定性分析的基础上，通过对中药提取生产过程主要变量的动态模拟，为优化设计和实际生产操作提供依据。

1、机理建模和优化控制

①针对中药生产提取工段控制点多、控制量大、耦合强的工艺特点，以减少提取罐中药液稳定时间、提高有效成份提取量和质量、降低能耗为目标，采用神经网络技术对控制器进行多目标优化，神经网络的权值和结构分别用遗传算法和变结构算法训练。

②挥发油提取回收工段是提取过程的重要环节，为了提高挥发油提取回收过程中的经济效益指标，采用建立在多子群模型的基础之上的基于域进化模型的改进遗传算法，定义迁徙、正聚类、反聚类三种新的遗传算子，引入模糊环境因子概念，实现搜索的快速性和高效性。

③以中药浓缩过程中的双效节能蒸发器为研究对象，对现有浓缩流程采用序贯二次规划法SQP，通过系统数字模拟选择最优操作条件，达到高质、高产和低消耗的目的。在SQP算法的应用中，将优化与序贯模块模拟相结合，建立调优模型和过程模拟模型，满足浓缩过程的生产工艺要求，确保中药产品的浓度要求和产品质量的一致性，并有效提高生产效益。

④在中药浓缩工艺最优操作工况的基础上，分别对浓度参数和蒸发速度参数进行控制方案设计研究，为了实现对药液浓度进行一致性控制，采用鲁棒性强且易于实施的迭代学习控制方法，通过迭代学习过程误差曲线仿真验证跟踪效果。应用基于DMC预测-PID串级结构的双回路蒸发速度控制器，既具有PID控制参数调整方便、鲁棒性强、抗干扰能力强的优点，又具有预测控制可直接处理带有纯滞后的被控对象、跟踪性能良好和对模型失配具有较强鲁棒性的优点。

2、自动化智能控制系统的硬件构成

选用先进的过程控制系统和工业控制计算机构成自动化智能控制系统的硬件。

3、自动化智能控制系统的硬件平台

自动化智能控制系统的硬件平台共分三层，第一层是管理层（MIS系统），第二层是监控层，第三层是设备控制层。

监控层主要完成整个生产过程的在线监测和数据采集，並向设备控制层下达控制指令，所有操作与管理人员及维护工程师都能够在标准、友好和面向工艺的窗口上跟踪过程活动和参与生产控制，同时还能得到报警和操作人员提示。监控层采用客户/服务器结构，客户机与服务器的连接采用标准工业以太网。选择先进的服务器操作系统和客户机操作系统及服务器和客户机一体化软件包，完成数据管理和采集、报警、历史趋势、数据记录及中文报表等工作。

设备控制层的数据传送过程中使用先进的联接方式，将各个分控站连成一个整体，智能化仪表可以实时显示设备工作状态，接受操作员的指令控制生产过程。所有执行机构都通过总线与控制系统连接，实现整个中药提取生产过程的自动控制。

4、自动化智能控制系统的软件结构

①管理层软件模块采用WINDOWS DNA和MTS/COM+技术的业务管理软件。主要功能：

（1）行政管理功能模块。

（2）各工段作业工作管理功能模块。

（3）设备状态信息管理模块。

（4）用户权限管理模块。

（5）数据库导入、导出与备份模块。

（6）与监控层软件接口模块。

（7）故障报警及紧急处理程序模块。

②监控层上位软件采用WINCC、下位软件采用STEP7，软件模块分为系统菜单、报警、数据库、通讯、实时监控、帮助、参数设置、打印输出等。其功能是： 

（1）系统菜单模块：设置操作级别、用户口令，实现用户登陆控制以及权限设定，避免越权操作，杜绝非法用户操作，以此实现操作员站的专人专职管理。登陆后将图形化显示整个生产线工艺流程。

（2）报警功能模块：当某一设备工作故障时，能给出声光报警，显示相应的提示信息和画面，並记录在报警数据库中，及时打印。

（3）数据库模块：数据库中存放系统的静态、动态描述。分工段保存生产的实时和历史状态以及设备运行状况。可自动或手动实现数据的添加、修改、维护和更新。

（4）通讯模块：与管理层软件及设备控制层软件接口模块，实现数据的双向传递。

（5）实时监控模块：实时显示设备运行状况以及生产状态，对生产过程中的参数进行实时监控。

（6）帮助：详细介绍整个系统的操作方法及流程。

（7）参数设置模块：提供生产工艺参数的录入、查询、修改、存储等功能，实现按工艺要求对整个生产流程的质量控制。

（8）打印输出模块：在生产过程中自动生成并记录各批次产品的工作报表，可及时打印所需的各类工作报表。

③设备控制层软件模块下位机编程软件采用PCS7的功能块FC编程，主控制器接收现场仪表提供标准的输入信号 4-20mA DC，发出标准的输出信号4-20mA DC给调节阀门，发出+24VDC信号给开关阀门。采用S7-400系列（CPU412-2DP-512K）处理器，实现分设备、分工艺的模块化，使各工段控制程序相对独立且流程清晰。数据块DB的有序分类，使数据结构更合理、数据读写更安全。现场的TP270触摸屏与中控室的上位机配合，实现集中式控制与分布式控制的多种控制模式，便于操作人员更好地操作和监控，既能提高控制的实时相应速度，又能提高控制的精度。设备控制层软件分为以下几个功能模块：

（1）模/数转换模块：接受电磁流量计、质量流量计、液位计、温度变送器、压力变送器等传感器从现场传来的模拟信号，进行模/数转换。

（2）调节阀控制模块：接受监控层软件发来的控制信号，与阀门反馈的状态信号进行相关运算后输出相应的模拟量控制调节阀的开度。

（3）开关阀控制模块：接受监控层软件发来的控制信号，顺序控制一组开关阀的动作，达到对各工段、各生产参数的调节。

（4）通讯模块：与上层软件进行双向数据交换。

5、自动化智能控制系统的仪表

    本发明的仪表包括温度、液位、流量、压力、差压、浓度、密度等检测仪表，提供标准4-20mA DC. 输入信号，流量检测采用电磁、涡街或金属浮子流量计，压力检测采用扩散硅式压力变送器，液位检测采用差压液位计,储罐液位采用磁翻转液位计。

6、自动化智能控制系统的电气

本发明的配电柜内装马达启停控制回路包括断路器、接触器、热继电器、互感器、电流表、电压表、指示灯、按钮等,配电柜装有与PLC的通讯接口，配电柜内主要元器件均采用施奈德公司产品，每台电机现场设不锈钢防爆按钮盒，执行电机的现场启动、停止和手自动转换功能。

本发明有益的效果

1、中药提取生产过程大多是多输入多输出（MIMO）系统，本发明将约束条件作为滚动优化的一部分加以考虑，结合有效的非线性规划方法数值地解出最优解，通过构造实际控制对象的前置补偿和后置补偿器，将复杂的控制对象进行预测模型的转换，采用多变量约束预测控制策略，解决具有严重耦合性的复杂MIMO问题。

2、温度是中药提取生产过程各环节的重要参数，本发明对表征煎煮、浓缩情况的升温过程曲线进行了深入研究，得到有效的升温过程特征向量，有效控制煎煮、浓缩过程。

3、本发明的可靠性和稳定性高、反应灵敏、控制器的速度快、容量大、客户/服务器的结构简单、使用方便，集中的、从上至下的组态方式使人机界面更加人性化，人机界面友好，操作简单、方便。

4、本发明结构开放，可以准确地进行通讯联系和数据传送。

5、本发明提供统一格式的各类信息，使各种统计工作简化，信息成本低。

6、本发明能及时、全面地提供不同要求、不同细度的信息，分析解释快，能及时正确地进行控制。

7、本发明全面系统地保存大量的原始记录，并能很快查询和综合，为企业决策提供信息支持。

8、本发明利用数字方法和各种模型处理信息，综合分析各工段设备的工作状态，准确预测未来和科学地进行决策。

9、本发明数据库具有相对独立性，使数据查询的时间尽可能短，数据库布局合理，尽量靠近信息源和使用点，减少中间环节，确保信息畅通，尽量减少数据冗余，保证数据的唯一性，确保数据库的安全性和完整性，对数据库的各类操作具有统一的管理和控制功能。

10、本发明对共享数据库采取保护和备份措施，保证数据的完整性和一致性。

11、本发明有关报表及相互交流的综合信息数据库设计（如质量报表、设备管理报表、设备维护维修保养报表、原料用量报表、运行统计报表等）完全采用国家新版药品GMP认证和中药生产行业规定的统一格式。

12、与现有中药提取生产技术比较，本发明药液提取率提高13%，挥发油提取率提高30%，能耗总额降低28%，乙醇和药液回收分别增加35%和25%。

具体实施方式

1、界面：开计算机输入密码进入生产界面。首先从数据库中调出生产相关文件，输入相关数据后进入生产准备（点击此键），公共系统开始启动一切工作（提取罐内及外挂装置等投料）就绪后点击生产开始进入自控生产程序。进入哪个工序哪个工序的流程画面显示到屏幕上，供机前人员观察。

2、自动化智能控制工艺程序（各阀门应保持在关闭状态下）

2.1水提自动化智能控制工艺程序

①投料工序：此工序为实施生产的准备过程，自动开启投料门，投料达到工艺要求后自动关闭，自动检查出渣门的密封无泄漏后给出指令开始进行下道工序。

②加溶媒工序：点击生产开始后三通转换阀自动开启，溶媒进液阀根据设定的参数分别进行启闭计量, 开启溶媒罐出液阀和溶媒泵。达到溶媒计量参数值后停泵。

③蒸汽加热：在溶媒泵启动的同时，提取罐底部蒸汽阀门开启给提取罐加热，开启蒸汽阀门及疏水旁通阀，5-10秒内直排冷凝水，避免低效率换热，同时流量计对流量过大和过小进行调控，随着溶媒量逐渐的增加到工艺参数时，提取罐夹套蒸汽阀门开启、开始加热。当提取罐内达到沸腾后夹套蒸汽阀门关闭，采用底部蒸汽加热维持沸腾。

④提取工序：溶媒泵停止以后溶媒阀关闭，提取罐自循环工序开启。

自循环：设定在提取沸腾前，沸腾以后随着加热形成的气态流进行加热交换。

（1）底部出液通过泵进行上循环，加快溶质与溶媒的热交换，同时利用切线进液方式快速浸润漂浮的药材：开启提取罐出液阀、过滤器进液阀、出液阀、提取罐上循环阀，启动泵进行循环提取。

（2）中部出液进行底部循环，防止堵网出液难：开启出液阀、过滤器进液阀、出液阀、提取罐下循环阀，启动泵进行循环提取。

（3）外置提取循环，防止提取过程药粉堵网：开启底部出液阀、上循环阀，启动泵进行循环提取。

⑤出液工序：根据提取设定的时间，指令提取完成进入出液程序。关闭提取罐底部蒸汽阀门，停止蒸汽加热，开启出液阀、过滤进出液阀、提取液储罐进液阀，启动泵进行提取出液。根据出液泵后压力数据及储液罐液位数据判断出液状况并同时可开启出液阀辅助出液。出液完成后按设定程序进行二煎，启动溶媒进液、提取加热、循环程序开始提取直至二煎出液完成。给出指令进入出渣工序。

⑥出渣工序：出渣车接到指令后开始进入提取出渣位置，到位后发出指令提取出渣门压缩气阀门开启：

（1）出渣门控制程序：出渣门锁紧气缸动作开启（信号反馈）—启闭气缸动作开启，出渣门慢慢开启卸渣。

（2）卸渣完毕进入清洗工序，清洗完毕发出指令，启闭气缸动作关闭—锁紧气缸动作关闭，自来水阀开启注入工艺要求的水后关阀检测密封，发出指令可以投料。

⑦清洗工序：当排渣完成后开启清洗阀门进行设备清洗，清洗过程中出渣门要进行两次启闭动作，清洗底部余液及滤网，清洗完成后关阀，关闭出渣门后，发出指令出渣车离开。

⑧报警：当出现各种质量工艺指标不符合要求、罐满、罐空、完成投料和出料、堵料及当一个操作开始时，前一工序和后一工序已准备好等情形时，均发出声光报警。

2.2醇提自动化智能控制工艺程序

①投料工序：此工序为实施生产的准备过程，在开启投料门前，为防止投料药材砸破底出液部滤网以及投料后出渣门不密封，应先自动开启酒精配置计量罐的出液阀、酒精输送泵出口三通阀以及酒精输送泵向提取罐内注入工艺参数要求的配醇液，然后自动关闭，检查出渣门的密封无泄漏后投料，投料结束后，给出指令开始进行下道工序。

②加溶媒工序：点击生产开始后，自动开启酒精配置计量罐的出液阀、酒精输送泵出口三通阀以及酒精输送泵，根据SOP设定的参数向提取罐内注入配醇液，达到溶媒计量参数值后停泵。

③蒸汽加热：酒精输送泵启动的同时，提取罐底部蒸汽阀门开启给提取罐加热，开启蒸汽阀门及疏水旁通阀，5-10秒内直排冷凝水，避免低效率换热，同时流量计对流量过大和过小进行调控，随着溶媒量逐渐的增加到工艺参数时，提取罐夹套蒸汽阀门开启、开始加热。当提取罐内达到沸腾后夹套蒸汽阀门关闭，采用底部蒸汽加热维持沸腾。

④提取工序:溶媒泵停止以后溶媒阀关闭，提取罐自循环工序开启

自循环：设定在提取沸腾前，沸腾以后随着加热形成的气态流进行加热交换。底部出液通过泵进行上循环，加快溶质与溶媒的热交换，同时利用切线进液方式快速浸润漂浮的药材。开启提取出液阀、泵后出液阀、提取出液泵进行循环提取。

⑤出液工序: 根据提取设定的时间，指令提取完成进入出液程序。关闭提取罐底部蒸汽阀门，停止蒸汽加热，开启出液阀、过滤进出液阀、提取液储罐进液阀，启动泵进行提取出液。根据出液泵后压力数据及储液罐液位数据判断出液状况并同时可开启出液阀辅助出液。出液完成后按设定程序进行二煎，启动溶媒进液、提取加热、循环程序开始提取直至二煎出液完成。给出指令进入出渣工序。

⑥出渣工序：出渣车接到指令后开始进入提取出渣位置，到位后发出指令提取出渣门压缩气阀门开启：

（1）出渣门控制程序：出渣门锁紧气缸动作开启（信号反馈）—启闭气缸动作开启，出渣门慢慢开启卸渣。

（2）卸渣完毕进入清洗工序，清洗完毕发出指令，启闭气缸动作关闭—锁紧气缸动作关闭，自来水阀开启注入工艺要求的水后关阀检测密封，发出指令可以投料。

⑦清洗工序：当排渣完成后开启清洗阀门进行设备清洗，清洗过程中出渣门要进行两次启闭动作，清洗底部余液及滤网，清洗完成后关阀，关闭出渣门后，发出指令出渣车离开。

⑧报警：当出现各种质量工艺指标不符合要求、罐满、罐空、完成投料和出料、堵料及当一个操作开始时，前一工序和后一工序已准备好等情形时，均发出声光报警。

2.3浓缩自动化智能控制工艺程序

①双效浓缩自动化智能控制工艺程序

（1）提取液进入储罐后指令真空系统启动，待各项参数达到工艺要求后进入浓缩生产工序。

（2）真空启动程序：开启真空阀门、气动控制阀和气动蝶阀，进入浓缩生产工序。

（3）进液程序：开启储液罐出液阀、进液调节阀,当流量达到工艺参数后，开启浓缩蒸汽调节阀。

（4）蒸汽加热程序：开启蒸汽阀门，并瞬间开启疏水旁通阀，5-10秒直排冷凝水后关闭，避免低效率换热，同时流量计对流量过大和过小进行调控或报警，随着液位的增高（设定值）及蒸汽流量达到一定的稳定状态后调节进液阀控制进液流量，平衡进液与蒸发。当液位过高、皂甙过大出现跑料现象时，破真空阀瞬间开启降低液位避免跑料。

（5）并罐程序：当批次进液完成后，二效的液位逐渐降低到设定值、比重逐渐增大到设定值，此时开始进入并罐程序，开启或关闭二效上蝶阀，开启二效破真空阀、二效出液阀和一效进液阀，开始并液，并液完毕后，根据流量控制关阀。一效继续浓缩直至达到比重设定要求，停机出膏。

（6）出膏程序：浓度自动检测达到设定值，发出指令，浓缩液储罐真空阀开启，一效蒸汽调节阀门关闭，开启一效破真空阀、出液阀、浓缩液储罐进液阀，浓缩出液完毕，空气进入罐内真空度快速下降，关进液阀、真空阀，进入醇沉或干燥程序。

（7）清洗程序：罐内出液阀关闭后（液位指令）发出清洗指令，开启清洗阀、排污阀。按照设定时间进行清洗。更换品种时要进行一级清洗。

（8）报警：当出现各种质量工艺指标不符合要求、罐满、罐空、完成投料和出料、堵料及当一个操作开始时，前一工序和后一工序已准备好等情形时，均发出声光报警。

②单效浓缩自动化智能控制工艺程序

（1）醇提液进入储罐后，发出指令，启动真空系统，待各项参数达到工艺要求后进入浓缩生产工序。

（2）真空启动程序：开启真空阀门进入浓缩生产工序。

（3）进液程序：开启储液罐出液阀、进液调节阀,当流量达到工艺要求后，加热器蒸汽调节阀开启。

（4）蒸汽加热程序：开启蒸汽阀门，并瞬间开启疏水旁通阀，5-10秒直排冷凝水后关闭，避免低效率换热，同时流量计对流量过大和过小进行调控或报警，随着液位的增高（设定值）及蒸汽流量达到一定的稳定状态后调节进液阀控制进液流量，平衡进液与蒸发。当液位过高、皂甙过大出现跑料现象时，破真空阀瞬间开启降低液位避免跑料。

（5）出膏程序：浓度自动检测达到设定值，发出指令，浓缩液储罐真空阀开启，蒸汽阀门关闭，破真空阀、出液阀、浓缩液储罐进液阀开启，浓缩出液完毕，空气进入罐内真空度快速下降，关储罐进液阀、真空阀，进入水沉或干燥程序。

（6）清洗程序：罐内出液阀关闭后（液位指令）发出清洗指令，开启清洗阀、排污阀。按照设定时间进行清洗。更换品种时要进行一级清洗。

（7）报警：当出现各种质量工艺指标不符合要求、罐满、罐空、完成投料和出料、堵料及当一个操作开始时，前一工序和后一工序已准备好等情形时，均发出声光报警。

2.4醇沉自动化智能控制工艺程序

①进乙醇程序：开启醇沉罐的进液阀和三通转换阀，启动酒精输送泵将酒精输入到醇沉罐内，达到设定值后停泵关阀。

②进液程序：开启醇沉罐进液转换阀、浓缩液储罐出液阀、醇沉罐进液阀，启动自吸泵向醇沉罐泵入浓缩液，达到设定值后停泵关阀，冷却水同时开启。

③搅拌分配程序：开启醇沉罐搅拌电机，达到设定的搅拌时间后停止搅拌。

开启醇沉罐底部出液阀、静置罐进液阀，启动自吸泵给静置罐进行分配，分配完毕开始进入静置工序。

④静置：按工艺要求（设定值）时间静置完成后进入出液程序。

⑤出液程序：开启上清液储罐真空阀（真空度设定）、醇沉罐出液阀上清液进液阀，待储罐液位达到上限时储罐液的进液阀开启、上清液进液阀关闭。直至醇沉上清液出液完成，进入排渣工序。判断出液完成通过真空压力的变化及出液量（储罐的液位）控制阀门启闭。

⑥出渣及回收程序：醇沉出液阀关闭给出渣门的开启发出指令，压缩气阀门开启，按序分别开启底部蝶阀启动螺旋输送器，进入渣液回收工序，自动回收醇沉药渣中的药液和乙醇。

⑦清洗程序：出渣完成后，开启管道排污阀、醇沉罐底阀、自来水阀进行设备清洗。

⑧报警：当出现各种质量工艺指标不符合要求、罐满、罐空、完成投料和出料、堵料及当一个操作开始时，前一工序和后一工序已准备好等情形时，均发出声光报警。

2.5回收乙醇浓缩收膏自动化智能控制工艺程序

①真空程序：上清液进入储罐后,发出指令，启动真空系统，待各项参数达到工艺要求后，开启浓缩真空阀门进入浓缩生产工序。

②进液程序：储液罐出液阀开启，进液调节阀开启,当进液流量达到工艺参数要求时，加热器蒸汽调节阀开启。

③蒸汽加热程序：蒸汽阀门开启的同时，疏水旁通阀瞬间开启5-10秒直排冷凝水后关闭，避免低效率换热，同时流量计对流量过大和过小进行调控或报警。随着液位的增高（设定值）及蒸汽流量达到一定的稳定后调节进液阀控制进液流量平衡进液与蒸发（当液位过高、皂甙过大出现跑料现象时，破真空阀瞬间开启,降低液位避免跑料）。

④浓缩并罐程序：比重达到工艺条件时，比重计发出指令，气动阀开启、蒸汽阀门关闭，破真空阀开启，气动蝶阀关闭。加热器出液阀开启，蒸发器进液阀开始并液。并液完成后（流量反馈）关闭进液阀，开启夹套蒸汽阀继续浓缩，直至达到工艺要求的比重。

⑤出膏程序：浓度自动检测达到设定值，发出指令，蒸汽阀门关闭，破真空阀、出膏阀开启出膏。

⑥清洗程序：罐内出液阀关闭后（液位指令）发出清洗指令，开启清洗阀、排污阀。按照设定时间进行清洗。更换品种时要进行一级清洗。

⑦报警：当出现各种质量工艺指标不符合要求、罐满、罐空、完成投料和出料、堵料及当一个操作开始时，前一工序和后一工序已准备好等情形时，均发出声光报警。

2.6精馏自动化智能控制工艺程序

①稀乙醇进液程序：开启稀乙醇罐的出液阀开始向塔釜进液，达到1/3液位时开始启动塔釜蒸汽阀门给塔釜加热，同时开启疏水旁通阀门 5-10秒直排冷凝水后关闭，此时稀乙醇进液阀关闭。待塔顶温度上升至79℃时再次开启进液阀进入精馏程序。

②精馏程序：根据稳流罐的液位（液位达到2/3时），开阀启动计量泵开始全回流，待塔顶温度稳定、乙醇浓度达到工艺要求后，调节回收阀控制回流流量，稳定在规定工艺参数时开始采出。

③回收程序：开阀启动泵，调节回收阀开始采出。采出量的大小根据进液浓度及流量、蒸汽流量大小而定，关键是要控制稳定回流流量，它决定着合格乙醇浓度的采出流量。

④残液排放程序：随着进液塔釜液位在不断的上升（根据塔釜温度97-100℃及液位2/3决定排放程序）达到2/3处开启塔釜出液启动出液泵经热水罐排放，利用塔釜液温度95℃给热水罐预热。

⑤停机程序：批次进液完成后（待温度变化升高），开启稀乙醇罐进液阀门，关闭采出回流阀，进行稀乙醇回收直至塔顶温度上升至90℃，停止蒸汽加热。塔釜部分回流液待下次精馏时再进行回收。

⑦清洗程序：品种不同的乙醇回收进行后，进行水的蒸发及清洗。罐内出液阀关闭后（液位指令）发出清洗指令，开启清洗阀、排污阀。按照设定时间进行清洗。更换品种时要进行一级清洗。

⑧报警：当出现各种质量工艺指标不符合要求、罐满、罐空、完成投料和出料、堵料及当一个操作开始时，前一工序和后一工序已准备好等情形时，均发出声光报警。 

Claims (9)

1.一种中药生产自动化智能控制方法，其特征在于它是对水提醇沉和水煮醇提工艺的中药提取生产过程控制方法，通过将整个生产过程分成若干个控制站分别控制，用工业以太网与上位操作员站连接，现场仪表为非PROFIBUS现场总线式仪表，模拟量输入输出信号为4～20mA，开关量输入输出信号为+24VDC，所有仪表均带现场指示，通过与阀门、泵、电机、各类变送器等执行机构连接，实现中药提取生产从投料、提取、浓缩、除杂、收膏、乙醇回收到出渣全过程控制与数据管理。

2.权利要求１所述的一种中药生产自动化智能控制方法，其特征在于它的提取工段自动化智能控制模型采用神经网络技术对控制器进行多目标优化，神经网络的权值和结构分别用遗传算法和变结构算法训练。

3.权利要求１所述的一种中药生产自动化智能控制方法，其特征在于它的挥发油提取回收工段自动化智能控制模型采用建立在多子群模型的基础之上的基于域进化模型的改进遗传算法，定义迁徙、正聚类、反聚类三种新的遗传算子，引入模糊环境因子概念，实现搜索的快速性和高效性。

4.权利要求１所述的一种中药生产自动化智能控制方法，其特征在于它的浓缩工段自动化智能控制模型采用序贯二次规划法SQP，将优化与序贯模块模拟相结合，建立调优模型和过程模拟模型。

5.权利要求１所述的一种中药生产自动化智能控制方法，其特征在于它采用鲁棒性强且易于实施的迭代学习控制方法，应用基于DMC预测-PID串级结构的双回路蒸发速度控制器，分别对浓度参数和蒸发速度参数进行控制。

6.权利要求１所述的一种中药生产自动化智能控制方法，其特征在于它的自动化智能控制系统的硬件由先进的过程控制系统和工业控制计算机构成，其硬件平台由管理层、监控层和设备控制层组成。

7.权利要求１所述的一种中药生产自动化智能控制方法，其特征在于它的自动化智能控制系统管理层软件模块采用WINDOWS DNA和MTS/COM+技术的业务管理软件；监控层上位软件采用WINCC、下位软件采用STEP7，软件模块分为系统菜单、报警、数据库、通讯、实时监控、帮助、参数设置、打印输出等；设备控制层软件模块下位机编程软件采用PCS7的功能块FC编程，主控制器接收现场仪表提供标准的输入信号 4-20mA DC，发出标准的输出信号4-20mA DC给调节阀门，发出+24VDC信号给开关阀门，采用S7-400系列处理器，实现分设备、分工艺的模块化，使各工段控制程序相对独立且流程清晰，数据块DB的有序分类，使数据结构更合理、数据读写更安全，现场的TP270触摸屏与中控室的上位机配合，实现集中式控制与分布式控制的多种控制模式。

8.权利要求１所述的一种中药生产自动化智能控制方法，其特征在于它的自动化智能控制系统的仪表包括但不限于温度、液位、流量、压力、差压、浓度、密度等检测仪表，提供标准4-20mA DC. 输入信号，流量检测采用电磁、涡街或金属浮子流量计，压力检测采用扩散硅式压力变送器，液位检测采用差压液位计,储罐液位采用磁翻转液位计。

9.权利要求１所述的一种中药生产自动化智能控制方法，其特征在于它的自动化智能控制系统的配电柜内装马达启停控制回路，包括但不限于断路器、接触器、热继电器、互感器、电流表、电压表、指示灯、按钮等,配电柜装有与PLC的通讯接口。