CN110275502B - 一种中药饮片清洗过程质量控制系统 - Google Patents

Abstract

一种中药饮片清洗过程质量控制系统，包括参数设置单元、智能加热单元、实时检测单元和智能监控中心，所述参数设置单元用于设置超声波参数、清洗阈值和预定温度值，所述智能加热单元用于对超声波清洗机内的清洗液进行加热，所述实时检测单元用于检测超声波清洗机排出的清洗液的浑浊度，并将检测得到的浑浊度传输至智能监控中心，智能监控中心根据检测到的清洗液的浑浊度控制超声波清洗机中清洗液的添加流量和排出流量，当检测到排出的清洗液的浑浊度值达到设置的清洗阈值时，即停止清洗。本发明有益效果为：实时检测排出的清洗液的浑浊度，在检测到的浑浊度达到预先设定的清洗阈值时自动停止清洗，实现了清洗过程质量的自动控制。

Description

一种中药饮片清洗过程质量控制系统

技术领域

本发明创造涉及中药清洗领域，具体涉及一种中药饮片清洗过程质量控制系统。

背景技术

清洗，是中药饮片加工的首个环节，也是影响后续加工质量的重要环节，特别是根茎类 中草药，其药用部位与土壤直接接触，表面相对粗糙，枝杈间藏有泥土病菌等，因此对根茎 类中草药的清洗要求更加严格，清洗效果对后续的中药饮片的制造影响很大。超声波清洗是 利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用，对浸没在清洗液中的清洗物产 生直接、间接的冲击，使污染物被分离、乳化、剥离而达到清洗目的。将超声波清洗技术应 用到中药饮片清洗中，具有省时、省力，清洁度高，中药材有效成分损失量少的优点，是理 想的中药饮片清洗方法。

针对中药饮片超声波清洗过程复杂，目前自动化程度不高的问题，本发明提供一种中药 饮片清洗过程质量控制系统，该质量控制系统在线实时检测超声波清洗机排出的清洗液的浑 浊度，并根据检测的浑浊度控制超声波清洗机的清洗液的进水流量和排水流量，并在检测到 的清洗液的浑浊度达到预先设定的清洗阈值时自动停止清洗，实现了清洗过程质量的自动控 制。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种中药饮片清洗过程质量控制系统。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现：

一种中药饮片清洗过程质量控制系统，包括参数设置单元、智能加热单元、实时检测单 元和智能监控中心，所述参数设置单元用于设置超声波清洗机的超声波参数、中药饮片的清 洗阈值和智能加热单元的预定温度值，所述智能加热单元布设在超声波清洗机内，用于对超 声波清洗机内的清洗液进行加热，所述实时检测单元布设在超声波清洗机的排水口，用于检 测排水口中清洗液的浑浊度，并将检测结果传输至智能监控中心，智能监控中心根据接收的 检测结果确定排水口中清洗液的浑浊度，并根据该浑浊度控制超声波清洗机中清洗液的添加 流量和排出流量，当检测到排水口中清洗液的浑浊度达到设置的清洗阈值时，即令超声波清 洗机停止清洗；所述智能加热单元包括温度检测单元、加热控制系统和加热模块，所述温度 检测单元用于实时检测超声波清洗机内清洗液的温度值，并对检测所得的温度值进行修正， 设k时刻检测的温度值为w(k)，选取k时刻前d个检测的温度值组成集合Q＝{w(k-d)，w(k- d+1)，...，w(k-1)}，选取k时刻后d个检测的温度值组成集合H＝{w(k+1)，w(k+ 2)，...，w(k+d)}，定义第一阈值W₁和第二阈值W₂，则k时刻检测的温度值w(k)的修正值w′(k) 为：

式中，m(Q)表示集合Q中温度值的中值，m(H)表示集合H中温度值的中值，α和β为预设 的权重值，且α+β＝1，W₁为设置的第一阈值，W₂为设置的第二阈值，且W₁和W₂的表达式 分别为：

式中，w(k-d+j+1)表示(k-d+j+1)时刻检测的温度值，w(k-d+j)表示 (k-d+j)时刻检测的温度值，d表示集合Q和集合H中数据的长度，m(Q)表示集合Q中温度 值的中值，m(H)表示集合H中温度值的中值，所述加热控制系统采用PID控制器根据修正后 的温度值和预定温度值之间的偏差控制加热模块对超声波清洗机内的清洗液进行加热

优选地，所述超声波参数包括超声波功率和超声波频率。

优选地，超声波清洗机内的清洗液为普通自来水。

优选地，通过粒子群算法对加热控制系统的PID控制器的参数进行整定，所述粒子群算 法采用ITAE性能指标作为粒子群算法的适应度函数。

本发明创造的有益效果：

1.提供一种中药饮片清洗过程质量控制系统，该质量控制系统实时检测超声波清洗机排 出的清洗液的浑浊度，并根据检测的浑浊度控制超声波清洗机的清洗液的添加流量和排出流 量，并在检测到的浑浊度达到预先设定的清洗阈值时自动停止清洗，实现了清洗过程质量的 自动控制。

2.我们采用PID控制器实现温度值的控制，PID控制器是根据预设的温度值和采集得到 的温度值之间的差值对加热系统进行控制，但是采集得到的温度值中会有一些异常值，就比 如说很高或者很低的值。中药是活性物质，对温度要求是比较严格的，而且不同的中药温度 要求不同，所以温度控制还是要求比较高的；此外还能通过精确控制温度，在清洗过程中完 成一些如生物发酵的中药改性操作。

附图说明

利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制， 对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它 的附图。

图1是本发明结构示意图。

附图标记：

参数设置单元1；智能加热单元2；实时检测单元3；智能监控中心4；温度检测单元21； 加热控制系统22；加热模块23。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例一种中药饮片清洗过程质量控制系统，包括参数设置单元1、智能加 热单元2、实时检测单元3和智能监控中心4，所述参数设置单元1用于设置超声波清洗机的 超声波参数、中药饮片的清洗阈值和智能加热单元的预定温度值，所述智能加热单元2布设 在超声波清洗机内，用于对超声波清洗机内的清洗液进行加热，所述实时检测单元3布设在 超声波清洗机的排水口，用于检测排水口中清洗液的浑浊度，并将检测结果传输至智能监控 中心4，智能监控中心4根据接收的检测结果确定排水口中清洗液的浑浊度，并根据该浑浊 度控制超声波清洗机中清洗液的添加流量和排出流量，当检测到排水口中清洗液的浑浊度达 到设置的清洗阈值时，即令超声波清洗机停止清洗；所述智能加热单元2包括温度检测单元 21、加热控制系统22和加热模块23，所述温度检测单元21用于实时检测超声波清洗机内清 洗液的温度值，并对检测所得的温度值进行修正，设k时刻检测的温度值为w(k)，选取k时刻 前d个检测的温度值组成集合Q＝{w(k-d)，w(k-d+1)，...，w(k-1)}，选取k时刻后d个检 测的温度值组成集合H＝{w(k+1)，w(k+2)，...，w(k+d)}，定义第一阈值W₁和第二阈值W₂， 则k时刻检测的温度值w(k)的修正值w′(k)为：

式中，m(Q)表示集合Q中温度值的中值，m(H)表示集合H中温度值的中值，α和β为预设 的权重值，且α+β＝1，W₁为设置的第一阈值，W₂为设置的第二阈值，且W₁和W₂的表达式 分别为：

式中，z(k-d+j+1)表示(k-d+j+1)时刻检测的温度值，z(k-d+j)表示 (k-d+j)时刻检测的温度值，d表示集合Q和集合H中数据的长度，m(Q)表示集合Q中温度 值的中值，m(H)表示集合H中温度值的中值；所述加热控制系统22采用PID控制器根据修 正后的温度值和预定温度值之间的偏差控制加热模块23对超声波清洗机内的清洗液进行加 热。

优选地，超声波参数包括超声波功率和超声波频率。

优选地，超声波清洗机内的清洗液为普通自来水。

本优选实施例提供一种中药饮片清洗过程质量控制系统，该质量控制系统在线实时检测 超声波清洗机排出的清洗液的浑浊度，并根据检测的浑浊度控制超声波清洗机的清洗液的添 加流量和排出流量，并在检测到的浑浊度达到预先设定的清洗阈值时自动停止清洗，实现了 清洗过程质量的自动控制；所述智能加热单元对清洗机内清洗液的温度进行检测，并对检测 得到的温度值进行修正，提高了温度值检测的准确性，使得PID控制器能够根据预设的温度 值和修正后的温度值对清洗液进行加热；在对检测到的温度值进行修正时，设置第一阈值W₁和第二阈值W₂判断检测到的温度值是否需要修正，设置的第一阈值W₁中引入了集合Q中温度 值的变化趋势对温度值进行预测，使得第一阈值W₁根据温度值的变化趋势自适应性的进行调 整，增加了判断结果的准确性，设置的第二阈值W₂由集合H中温度值的中值和集合Q中温度 值的变化趋势综合决定，选取温度值的中值作为参考温度值，可以避免异常值对阈值设置的 合理性的影响，采用集合Q中温度值的变化趋势替代集合H中温度值的变化趋势对第二阈值进 行调整，能够避免集合H中异常温度值对阈值设置合理性的影响，因此，设置的第一阈值W₁和 第二阈值W₂能够根据温度值的变化趋势自适应的调整，对于数据是否需要修正能够进行准确 判断，使得温度值调整更加接近于真实值，符合温度值变化的规律。

优选地，通过粒子群算法对加热控制系统22采用的PID控制器的参数进行整定，所述粒 子群算法采用ITAE性能指标作为粒子群算法的适应度函数，粒子的适应度值越小，代表粒子 的寻优效果越好。

优选地，在所述粒子群算法中定义调整阈值T，每次迭代时，每个粒子随机产生一个0 到1之间的随机数，当产生的随机数小于调整阈值T时，即对该粒子的位置进行更新调整，否 则不进行更新调整，其中，粒子i在第t次迭代时所对应的调整阈值为T_i(t)，则T_i(t)的计算公 式为：

式中，f_max(t)表示第t次迭代时种群中的最大适应度值，f_min(t)表示第t次迭代时种群中 的最小适应度值，f_i(t)表示第t次迭代时粒子i的适应度值，t表示当前迭代次数，T_max表示最 大迭代次数，D表示算法的搜索空间大小，N表示种群规模。

本优选实施例定义了种群中粒子位置的调整阈值T，所述调整阈值根据粒子当前的适应 度值和迭代过程不断变化，使得算法在早期粒子调整较少，迭代后期再增大对粒子位置的调 整，从而避免算法陷入局部最优值；粒子的适应度值反应了粒子的当前寻优效果，根据粒子 的适应度值对粒子对应的调整阈值进行调整，增大了粒子较差位置的调整机会，减少了较优 位置粒子的调整机会，避免了不必要的位置调整造成的资源浪费，提高了算法的寻优能力； 在调整阈值中，引入算法的搜索空间大小和种群规模进行限定，使得粒子能够根据搜索空间 较大和种群规模的大小确定粒子的调整机会，避免增加算法的运行时间。

优选地，当粒子i产生的随机数大于等于调整阈值T_i(t)时，即不对粒子i的位置进行调整， 当产生的随机数小于调整阈值T_i(t)时，采用下式对种群中粒子i进行调整：

x_i(t+1)＝x_i(t)+v_i(t+1)

式中，x_i(t+1)和v_i(t+1)分别为第(t+1)次迭代时粒子i的位置和速度，x_i(t)和v_i(t)分 别为第t次迭代时粒子i的位置和速度，gbest为所有粒子搜索到的全局最优解，ω(t)为第t次迭 代时的惯性权重，δ为调节参数，且f_i(t)为第t次迭代时粒子i的适应 度值，f_i(t-1)为第(t-1)次迭代时粒子i的适应度值，r₁和r₂分别为介于[0，1]之间的随机数， a₁为局部加速因子，且c₁为传统粒子群算法中的认知参数，D表示算法的搜 索空间大小，且D＝3，N为种群规模，a₂为全局加速因子，且

c₂为传统 粒子群算法中的社会参数，

为t次迭代时种群中所有适应度值低于粒子i的适应度值的粒 子位置的均值。

本优选实施例在对粒子位置进行调整时，在惯性权重因子ω(t)中引入调节参数δ，只有当 进化后的粒子的适应度值优于之前，才会让粒子向原有的速度进行学习，从而避免了粒子向 位置较差粒子学习而导致的算法效率降低；在速度更新公式的第二项中，引入

代替传统 粒子群速度更新公式中的个体最优值，使得粒子向优于其自身适应度值的粒子的位置均值学 习，既增加了粒子种群的多样性，又保证了粒子向着最优解方向收敛，避免了算法陷入局部 最优解的缺陷，此外，在定义的局部加速因子中，引入算法的搜索空间和种群规模对传统粒 子群算法中的认知参数进行调节，使得粒子根据搜索空间和种群规模确定对局部搜索的比重， 从而在搜索空间较小，种群规模较大时减少位置均值

对算法的影响，在定义的全局加速 因子中，引入迭代次数对传统粒子群算法中的社会参数进行调节，使得粒子在迭代末期使粒 子获得丰富的社会经验以能够更多的向种群中全局最优位置靠近。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围 的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种中药饮片清洗过程质量控制系统，其特征是，包括参数设置单元、智能加热单元、实时检测单元和智能监控中心，所述参数设置单元用于设置超声波清洗机的超声波参数、中药饮片的清洗阈值和智能加热单元的预定温度值，所述智能加热单元布设在超声波清洗机内，用于对超声波清洗机内的清洗液进行加热，所述实时检测单元布设在超声波清洗机的排水口，用于检测排水口中清洗液的浑浊度，并将检测结果传输至智能监控中心，智能监控中心根据接收的检测结果确定排水口中清洗液的浑浊度，并根据该浑浊度控制超声波清洗机中清洗液的添加流量和排出流量，当检测到排水口中清洗液的浑浊度达到设置的清洗阈值时，即令超声波清洗机停止清洗；所述智能加热单元包括温度检测单元、加热控制系统和加热模块，所述温度检测单元用于实时检测超声波清洗机内清洗液的温度值，并对检测所得的温度值进行修正，设k时刻检测的温度值为w(k)，选取k时刻前d个检测的温度值组成集合Q＝{w(k-d)，w(k-d+1)，...，w(k-1)}，选取k时刻后d个检测的温度值组成集合H＝{w(k+1)，w(k+2)，...，w(k+d)}，定义第一阈值W₁和第二阈值W₂，则k时刻检测的温度值w(k)的修正值w′(k)为：

式中，m(Q)表示集合Q中温度值的中值，m(H)表示集合H中温度值的中值，α和β为预设的权重值，且α+β＝1，W₁为设置的第一阈值，W₂为设置的第二阈值，且W₁和W₂的表达式分别为：

式中，w(k-d+j+1)表示(k-d+j+1)时刻检测的温度值，w(k-d+j)表示(k-d+j)时刻检测的温度值，d表示集合Q和集合H中数据的长度，m(Q)表示集合Q中温度值的中值，m(H)表示集合H中温度值的中值；所述加热控制系统采用PID控制器根据修正后的温度值和预定温度值之间的偏差控制加热模块对超声波清洗机内的清洗液进行加热。

2.根据权利要求1所述的一种中药饮片清洗过程质量控制系统，其特征是，所述超声波参数包括超声波功率和超声波频率。

3.根据权利要求2所述的一种中药饮片清洗过程质量控制系统，其特征是，超声波清洗机内的清洗液为普通自来水。

4.根据权利要求3所述的一种中药饮片清洗过程质量控制系统，其特征是，通过粒子群算法对加热控制系统的PID控制器的参数进行整定，所述粒子群算法采用ITAE性能指标作为粒子群算法的适应度函数。

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