1控制系統(tǒng)結構

本文以西門子PCs7亞洲版V8.1平臺實現的中藥提取自動化生產系統(tǒng)為研究對象,系統(tǒng)主要包括控制站、操作服務器、操作員站、工程師站、現場儀表與執(zhí)行機構和計算機網絡,一般具有設備控制、人機界面、數據管理、信息通信和系統(tǒng)管理維護功能,適合所有中藥提取自動化應用,是中藥提取企業(yè)理想的選擇。

設備控制程序在控制站運行,人機界面軟件運行在操作員站,數據管理一般運行在操作服務器或工程師站,系統(tǒng)管理維護在工程師站完成。

設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。程序開發(fā)依據產品工藝流程,可以設計成不同工藝流程的控制程序,滿足多品種生產要求。

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

系統(tǒng)管理維護在工程師站完成,包括授權管理和訪問許可、程序修改、數據維護等。

2中藥提取生產工藝自動化控制程序構建

中藥提取過程自動化依賴于對設備單元進行精確控制,嚴格按工藝流程執(zhí)行每一步操作,通過最優(yōu)、最穩(wěn)定控制,產出形狀均一、穩(wěn)定、高質量的產品。工藝自動化流程需按照工藝、自控、質量管理等相關要求有機組合起來。

2.1煎煮過程設計

提取煎煮生產流程包括:投料一進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、進溶媒控制、提取溫度均勻控制、出藥結束判斷、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)鎖與保護等為主要控制目標。為了使提取罐內部受熱均勻,當提取罐內上下部溫差較大時,提取罐內藥液需要能夠自動循環(huán)形成對流。

程序通過以下參數進行各個階段的具體控制:

進溶劑量:每次加乙醇或純化水的設定量。

保溫時間:升溫后的每次保溫煎煮時間設定。

出液量:每次保溫結束的出液量設定。

升溫溫度:升溫到目標值進入保溫。

升溫蒸汽壓力:升溫階段蒸汽調節(jié)閥自動調節(jié)的目標壓力值。

保溫蒸汽壓力:保溫階段蒸汽調節(jié)閥自動調節(jié)的目標壓力值。

開循環(huán)時間:升溫、保溫過程中循環(huán)開的時間。

關循環(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:出液量未達到設定提取出液量,流量小于判堵低流量判斷為堵塞。

出液結束低流量:出液量達到設定提取出液量并且流量小于結束低流量出液結束。

罐內保護壓力:升溫、保溫過程中罐內壓力超過保護值自動打開放空閥。

蒸汽保護壓力:升溫、保溫過程中蒸汽壓力超過保護壓力自動關閉蒸氣調節(jié)閥。

罐內保護壓力:保溫過程中溫度到達設定的保護溫度自動關閉蒸汽調節(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行投料。投料結束后系統(tǒng)收到投料系統(tǒng)的投料結束信號,然后按順序升投料桶、關投料門和關投料鎖,投料結束,進入下一步。

第2步:提取加溶劑。按照選擇的溶劑是水或乙醇開啟相應的飲用水進液閥或乙醇進液閥和進液總閥。由流量計累計的加溶劑量達到設定值,關閉開啟的進液閥門后進入下一步。

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

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

第5步:提取正常出料。關閉蒸汽調節(jié)閥和蒸汽隔斷閥,打開提取出液管路相應閥門和提取液儲罐進液閥,開啟出液泵進行出液,當出液量達到設定的提取出液量出液結束,關閉出液泵和開啟的出液閥門。出液過程中如果出液量未達到設定的出液量,并且出液流速小于設定的提取判堵低流量,判堵出液堵塞,自動啟動沖洗程序,關閉出液泵和相關出液閥門,打開雙聯(lián)過濾器飲用水進液閥和排污閥進行沖洗,沖洗時間到關閉過濾器飲用水進液閥和排污閥,打開出液相關閥門和出液泵繼續(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)然后復位所有自控設備,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。按停止按鈕結束自動程序,并復位所有自控設備。

2.2雙效濃縮設計

濃縮過程包括:濃縮液進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,實現對濃縮過程中物料溫度、物料密度、物料成分在線分析等質量目標的控制,實現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:實現濃縮液在濃縮過程中連續(xù)進液功能,同時基于冷凝液受液器液位檢測裝置,實現自動排液功能,保證蒸發(fā)過程連續(xù)進行。

程序流程設計如下:

(1)雙效抽真空,打開真空閥,關閉放空閥。

(2)當一效和二效的真空都達到設定真空值時,打開儲罐的出液閥,雙效的一、二效進液閥開始進液。當一效液位高度達到一效進液液位結束值結束一效進液,二效液位高度達到二效進液液位結束值結束二效進液,都達到高位值關閉儲罐的出液閥。

(3)打開蒸汽調節(jié)閥、蒸汽隔斷閥、循環(huán)水進出閥,開始濃縮。蒸汽調節(jié)閥按照濃縮蒸汽壓力設定值自動調節(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值,一、二效真空大于設定的各自真空保護值,或者溫度超過濃縮溫度保護值,都關閉蒸汽調節(jié)閥和隔斷閥。一、二效罐內液位小于各自的補液開始液位值開始補液,液位大于補液結束液位值結束補液。當受液器的高位浮子開關亮起時,打開受液器泵前出液閥和出液泵,出液循環(huán)10s后關閉循環(huán)閥,打開泵后出液閥排廢水。當排液時間達到設定的受液器排液時間時,關閉出液泵,關閉泵前后出液閥,打開循環(huán)閥。

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

(6)當一、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)倒液結束后二效開始加飲用水,一效繼續(xù)濃縮。當一效濃縮密度大于設定的濃縮結束密度值,關閉蒸汽調節(jié)閥、隔斷閥,關閉循環(huán)水閥,關閉真空閥,打開放空閥,結束濃縮。

雙效通過以下程序參數對整個濃縮過程進行控制:一效進料真空設定值:雙效罐一效真空達到設定值后開始進料。二效進料真空設定值:雙效罐二效真空達到設定值后開始進料。濃縮蒸汽壓力設定值:濃縮過程中蒸汽調節(jié)閥根據該值調節(jié)開度大小。一效進液液位結束值:一效進液過程中液位達到該值結束進液或補液。二效進液液位結束值:二效進液過程中液位達到該值結束進液或補液。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。二效補水液位目標值:加飲用水到該設定值結束加水。濃縮結束密度值:雙效最后濃縮密度達到該設定值結束濃縮。

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,時間到關泵關閥。

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

一效溫度保護值:濃縮過程中一效溫度超過該值自動關閉蒸汽調節(jié)閥、隔斷閥。二效溫度保護值:濃縮過程中二效溫度超過該值自動關閉蒸汽調節(jié)閥、隔斷閥。

3結語

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,操作人員按照產品工藝選擇對應的執(zhí)行策略,并設置好對應的參數,程序自動執(zhí)行,有利于生產單位減少人員編制,優(yōu)化成本管理。

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