某企業現代中藥/植物藥自動化系統方案

控制系統軟件開發思路

一. 符合FDA 21 CFR PART 11的軟件開發思路，配方保護功能，參數修改權限保護功能；

二. 以控制的目標聯動單元或目標容器單元編寫開發程序；

三. 簡單可靠地過程控制；

四. 多級的權限管理保護（第5級 ── 只可監視，檢查數據, 第4級 ── 第5級＋操作員控制及預定, 第3級 ── 第4級＋監控點參數的改變, 第2級 ── 第3級＋數據庫增減’, 第1級 ── 第2級＋口令編輯）；

五. 電子記錄和電子簽名，自動生成BPR記錄，具備不可更改性；

六. 圖形化編程語言；

七. 狀態改變報告、報警信息報告；

八. 報告分組/報警管理；

九. 監控點歷史；

十. 動態趨勢分析；

十一. 累積、統計分析功能；

十二. 數據庫下傳/上載功能；

十三. 時間預定功能；

十四. 設備循環啟/停保護；

十五. 重大設備啟/停延時；

十六. 程序具備可與MES/ERP連接功能；

十七. 生產數據采集形成文件數據庫，BPR生產指令下達到各工序。

控制系統整體設計

1. 系統概述：

1）自動控制系統采用、穩定的控制器，高速、安全的工業控制網絡，、智能的傳感器和執行器，結合功能強大的工業控制應用軟件，對中藥煮提車間設備進行準確測量和控制；

2）控制系統實時監測各種參數及設備運行狀態，采用專家控制系統，對控制回路進行自動控制，使設備協調、穩定地運行在*狀態；

3）控制系統可提高產品的產量、質量、穩定性，節約能源；同時降低人工干預，減少操作人員，并簡化操作人員的培訓、上崗周期，節約生產成本

4）系統中控制參數可隨不同中藥品種進行修改、設定，具有良好的開放性，可生產不同品種的藥品；

5）系統圖形界面生動、直觀，易于監視，操作簡單，人機界面友好；

6）系統具有圖形組態、趨勢曲線、報警記錄、數據處理、報表輸出等功能，對于藥品生產的過程分析具有重要作用；

7）系統具有信息管理網絡接口，可進一步擴展連接到公司管理網絡，供企業領導和管理人員使用，為企業管理信息化提供支持；

整個系統必須設計合理，技術先進可靠，達到中藥行業水平

二. 功能描述：

1）通過物理量控制、化學量控制、設備單元組合、控制信息化等四種基本控制手段，達到生產過程的管理與現場的執行結合，實現管控一體化；

2）將管理信息與控制信息有機結合，為建立生產過程質量管理分析系統及信息庫提供數據來源及接口；

3）通過物理量控制和化學量控制等方式，達到中藥提取生產過程和質量控制數字化的目的；

4）通過批處理、電子簽名保證產品的生產質量安全；

5）通過記錄每班次操作人員或每批次的生產成本核算、生產效率管理為車間考核提供科學的依據；

6）通過授權管理和訪問許可使企業管理層相關領導經企業局域網看到相關數據和報表等信息；

7）生產部門相關領導能通過系統權限驗證來下發生產指令和工藝配方管理，實現管控一體化。

主要工藝流程簡圖

過程控制—投料

在投料現場安裝狀態指示燈和操作按鈕，用來顯示系統的運行狀態，引導操作人員進行每一步操作。

投料前，需進行試漏檢測，指示燈顯示試漏狀態。

試漏檢測操作有以下兩種方式：

一. 傳統方法通過加適量水，通過人眼觀察判斷試漏結果；

二. 向罐內灌入壓縮空氣，通過壓力傳感器的反饋信號的實時曲線圖判斷試漏結果；

后者的操作方法更為快捷、簡單、方便、可靠。

試漏結束后，狀態指示燈顯示投料狀態，通過配方管理，按配方量進行投料；

投料量可人工稱量，然后輸入到配方管理菜單中；

或者通過在線稱量系統實時傳輸到上位機系統，再錄入到配方管理系統中；

投料結束，人工關閉投料口閥門，按下投料結束按鈕，系統進入下一步流程。

過程控制—煮提

一. 自動控制煮提加水量

1）進水管道上安裝流量計；

2）上位機設定加水量；

3）PLC對流量計的反饋信號進行累計；

4）啟動自動計量程序后，自動打開加水閥；同時畫面上顯示累計值、瞬時值；

5）當加入的溶媒達到設定值時，PLC發出關閉指令，自動關閉溶媒閥門。

其具體的控制過程如下圖所示：

二. 自動加熱、溫度控制

1）自動加熱和亞沸騰控制是提取過程控制中的關鍵控制：

2）在提取罐夾套層設有一個蒸汽氣動角座調節閥；

3）在夾套疏水閥管路上設置一個氣動角座開關閥；

4）在提取罐內安裝一個溫度變送器；

5）同時還設置了一個直接蒸汽加熱閥，以提高加熱速度。

按照以下流程進行快速升溫：

1）打開直接蒸汽加熱閥，進行直接蒸汽加熱；同時將夾套蒸汽調節閥開到zui大100%；

2）在剛開始加熱時打開疏水器的旁通閥，排除夾套中因上一次生產產生的冷凝水；

3）2分鐘后（時間可設定）關閉旁通閥，快速的使藥液溫度升高從而提高生產效率；

4）當溫度上升至接近設定溫度－10℃（可設定）時，關閉直接蒸汽加熱閥，防止受溫度滯后的影響，導致加熱溫度過高；

5）夾套蒸汽調節閥的開度信號、罐內溫度傳感器的反饋信號形成PID閉環自動控制；根據溫度的上升曲線，自動調節蒸汽閥門的開度，使溫度上升的曲線平滑，將罐內的溫度控制在設定溫度的±1.5℃左右，使罐內料液保持亞沸狀態；

6）當罐內溫度變送器的數值達到設定的計時溫度值時，控制系統開始計時；

7）當計時到達設定的時間后，關閉蒸汽調節閥，進入下一道工序。

其具體的控制過程如下圖所示：

三. 藥液堵料判斷及排除

-堵料判斷

藥液在循環或者是出料時，由于藥渣的原因可能會產生堵料的現象，如果不及時的判斷和處理可能會造成出料泵的損壞。

針對提取的堵料的判斷我們可以采取流量計判斷法：

1）在出料時，當出料量未達到設定出料累積量，而出料流量計流速為零（或出料泵出口壓力驟然降低），可判斷為有堵料情況發生；

2）當在提取循環時，出料流量計流速為零（或出料泵出口壓力驟然降低）, 可判斷為有堵料情況發生。

流量計同時還能判斷循環次數和量，保證工藝提取時間和提取效果。

-堵料處理：

發生堵料后，必須及時處理：

1）先關閉出料泵；

2）再關閉出料閥；

3）打開反吹閥；

4）壓縮空氣反吹一定時間（時間可設定）；

5）然后再進行出料或者是循環。

四. 出料控制

1）當煎煮完畢后，進入出料階段；

2）判斷提取液儲罐的液位，是否允許出料；

3）如果允許打開提取罐的出料閥，打開出料總閥，打開儲罐進料閥；

4）延時啟動出料泵，通過流量計對出料進行計量。

五. 二次煮提

一次煮提出料完成后，系統重復自動控制煮提加水à自動加熱、溫度控制à出料控制等操作，進行二次煮提。

過程控制—出渣

在提取罐的底蓋的兩個氣缸上分別配制兩個位置信號反饋裝置，檢測底蓋是否動作到位；

及分別為：底蓋開到位反饋，底蓋關到位反饋。

出料結束，進行出渣操作：

一. 先將小車移動到需要出料的提取罐下，觸發小車到位位置反饋裝置；

二. 小車不到位，系統開始報警提示人工檢查排除故障；

三. 小車到位，則打開底蓋，并檢測底蓋是否開到位；

四. 底蓋開到位，進行出渣操作；

否則開始報警提示人工檢查排除故障。

過程控制—過濾儲存

一. 一次煮提完成，打開母液排放閥，經由翅片過濾器進行過濾；

二. 濾液由水提取液循環泵輸送至水提取液貯罐（下）中；

三. 當罐內藥液排盡時，關閉水提取液循環泵；

四. 罐內液位計顯示水提取液液位高度，并連鎖閥門開、閉以及輸送泵的啟、停控制；液位過低報警時，貯罐接近空罐狀態，停輸送泵、關閉出液閥；

五. 打開水提取液貯罐（下）出液閥門、水提取液貯罐（上）進液閥門；

六. 啟動水提取液輸送泵，將水提取液輸送至水提取液貯罐（上）；

七. 一次煮提液輸送完成后，再將二次煮提液輸送至水提取液貯罐（下）。

濃縮過程主要包括進料、濃縮及出料三部分，在該工藝控制中我們對藥液的進料量、濃縮溫度、真空度、密度、及時消泡等為主要控制目標。

-進料控制

采用連續進料控制，用連續的液位計檢測控制蒸發室的液位。

進料控制具體如下：

一. 開儲罐排空閥、儲罐出料閥、濃縮罐真空閥；

二. 關閉濃縮罐放空閥；

三. 全開濃縮罐進料調節閥；

四. 當藥液達到設定液位時，關閉濃縮罐進料閥，進入加熱濃縮階段。

根據濃縮的進程，用進料調節閥控制蒸發室的液位在設定的液位范圍，判斷儲罐的液位是否在濃縮液位值范圍內，當液位低于濃縮液位值范圍時，關閉儲罐的出料閥，打開已選擇的其它儲罐出料閥。其具體的控制過程如下圖所示: 

過程控制—濃縮控制

-濃縮控制

一. 濃縮溫度控制：濃縮控制考慮到濃縮初始階段物料溫度相對較低，此時蒸汽調節為一較大開度，即要保證迅速加熱形成回流又不至于物料震蕩。

當物料加熱到一定溫度后用PID控制蒸汽調節閥的開度，使控制溫度趨近濃縮溫度；

二.濃縮補料控制：根據蒸發室液位，用進料調節閥控制蒸發室的液位在設定的液位范圍，判斷儲罐的液位是否為零，當液位為零時關閉儲罐的出料閥，打開已選擇的其它儲罐補料閥。

其具體的控制過程如下圖所示：

-消泡控制

蒸發室泡沫產生主要是因為藥液中含有大量的皂苷，在蒸發室內真空度驟然增大或物料中含有空氣，尤其是在采用真空進料方式極易產生泡沫。傳統的消泡方法是在設備上安裝高位泡沫開關，當產生的泡沫達到高位開關時，設備自動開啟排空法閥進行消泡。但是當藥液皂苷含量較高時容易使消泡閥頻繁的動作，破壞了整個濃縮過程的連續與平穩，使濃縮效率很低，而且這是在產生泡沫的時候才做出的一種彌補措施，控制對象是一個結果，不能從根本上解決跑料的問題。

分析泡沫產生的原因，除了藥液本來的特性外真空度是引起泡沫產生的zui重要的因素，當蒸發室的真空度在-0.07～-0.08MPA時，不易產生泡沫，從而避免跑料。

要控制藥液在凝縮過程中起跑而跑料則要控制住蒸發室的真空度，采取的是在蒸發室上加裝一個真空的調節閥，同時設置一個高位的消泡開關，正常工作的時候，用真空調節閥去控制蒸發室的真空度在-0.07～-0.08MPA左右，如果有特殊的情況產生泡沫達到高位的消泡開關時，真空調節閥全開，破壞蒸發室的真空度達到緊急消泡的作用，同時一效和二效的真空閥門采用連續調節的蝶閥，在生產的過程中控制其緩慢的開啟，使真空度緩慢的上升，從而避因真空的度的突然變化產生泡沫。

其具體的控制過程如下圖所示：

-出料控制（收膏）

在一效蒸發室加裝一個密度計（或者安裝取樣閥，人工取樣檢測，判定濃縮終點），當檢測到一效的密度達到程序設定值時，系統提示可以出料，QA確認后，系統自動轉換到出料程序。當一效蒸發室的液位到零時系統停止出料。

出料控制具體如下：

關閉真空閥、蒸汽調節閥、打開排空閥、出料閥、雙效出料泵，出料結束后關閉雙效出料泵，濃縮液出料泵，出料閥、出料閥。

其具體的控制過程如下圖所示：

過程控制—保護措施

從設備和人身安全考慮，系統設計時還應考慮到安全保護措施，我們將通過控制系統從以下幾個方面來對提取過程進行有效的保護：

一. 夾套壓力保護：對一般提取罐來說夾套的壓力zui大不能超過2.5bar，安全的工作壓力在1.5bar－1.8bar左右，為防止夾套超壓造成事故，在夾套加裝一個壓力傳感器，當工作的壓力超過1.8bar時，系統優先關小或者是關閉蒸汽控制閥，打開疏水旁路開關閥對夾套卸壓。同時報警提示操作人員檢查是否蒸汽總管壓力過高，或者是疏水閥堵塞。當外部異常情況排除，操作人員確認后，程序繼續進行；

二. 提取罐內壓力保護：在靜態，或者是動態，動態逆流提取中要求腔體內沒有壓力，在罐頂加裝一個壓力變送器和一個排空閥，當腔體的壓力大于設定的值后，打開罐頂的排空閥，同時系統提示操作人員檢查大排空是否打開，冷凝器的冷卻水是否打開，冷卻水的溫度是否偏高。當外部異常情況排除，操作人員確認后，程序繼續進行；

三. 出料泵保護：提取循環或者是出料的時候，當流量計檢測到管道內沒有液體的時候，自動關閉出料泵，防止泵空轉損壞泵；

四. 開關底蓋的密碼保護：對提取罐的底蓋操作是很重要的一個步驟，為防止誤操作造成的設備、產品、人身事故，本系統采取分級授權和二次密碼保護的方法對操作進行限制，首先操作人員要有相應的權限，同時在操作的時候系統會提示輸入操作密碼，兩級結合才能對底蓋進行操作，否則操作按鈕不會顯示；

五. 閥門，泵開關反饋保護：對閥門和泵，在相應的位置加裝位置反饋以及泵后壓力，從硬件上進行保護，只有閥門按程序設定開到位或者是關到位后才能進行下一步的操作；

六. 增加液位開關做提取罐的液位高位報警連鎖。

寧波華子制藥設備制造有限公司 

工程技術部