基于智能生产线的草本植物中药成分提取研究

章芳芳

摘要：本文提出了基于智能生产线对草本植物中药成分的提取方法。我们主要借助智能手段结合草本植物的提取方法，根据不同草本植物，利用智能感知及智能算法采用不同的加工手段及处理方法，提出具体可行的解决方案。我们还将我们的研究成果用于生产实践，事实证明我们的研究成果能够以高效的方式提取草本植物的中药成分。

Abstract： This paper proposes a method for extracting Chinese medicine components from herbaceous plants based on intelligent production lines. We mainly use intelligent means and the extraction method of herbaceous plants， according to different herbs， use intelligent sensing and intelligent algorithms to adopt different processing methods and processing methods， and propose concrete and feasible solutions. We have also used the research results in production practices， and it turns out that the research results can extract the traditional Chinese medicine ingredients from herbs in an efficient way.

关键词：草本植物；智能生产线；中药提取

Key words： herbaceous plants；intelligent production line；Chinese medicine extraction

中图分类号：R285 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）28-0239-02

0 引言

在草本植物中提取中药成分是最主要的中药生产工艺。我国传统草本植物中药成分提取方法主要包括超高压提取、酶解、半仿生提取、真空冷冻干燥、超声提取、高速逆流色谱分离技术、大孔吸附树脂分离纯化技术、组织破碎提取法和酶法提取技术与其他技术的联用等。然而，目前基于草本植物的中药成分提取的方法效率比较低，而且提取的化学成分相对比较少，传统的提纯手段及工艺都有待提升。目前随着物联网技术以及信息物理融合技术的发展，利用智能生产线去提取草本植物中的中药成分已经变成了可能。

目前，我国传统的草本植物中提取中药成分还是人工或者半机械化的生产，而且提取中的参数不能准确地掌控，所以药品的质量得不到很好的保障，也难以达到GMP的规范。基于传统提取方法的缺点，如果将现在飞速发展的计算机技术与传统的中药提取技术相结合，用计算机来监控国药提取的过程，就可以实现草本植物中中药提取的智能过程。本文通过提出基于智能生产线来提取草本植物中药成分，可以大大降低提取成本，提高生产效率，在提取参数上控制更为精确。本文在了解PLC和IPC等工业控制软件及CPS的基础，使用层次化的方法设计了一个基于CPS的智能控制框架。CPS的智能控制框架是以PLC、IPC和工控组态软件为核心，采用先进的计算机设备和创新性的控制方法对传统的草本植物中药提取的生产流程进行改良，提高了在提取药物时可靠性，并且保证了在提取药物过程中的参数更为精确，从而实现对传统草本植物中药提取生产过程的自动化和智能化改良。

1 相關研究

斯黎明[1]曾提到，中药的提取技术非常复杂，过程繁多，当中的一个小细节将会影响到药品的品质。所以，现在大量的研究主要集中在如何改进提取技术。例如超临界超声波提取技术、微波提取技术、流体萃取技术等先进提取工艺[1-3]。于佳琦等人探讨了中医质量的设计方法和应用[4]。中药装备使用了计算机的监控技术和连续逆流溢出原理，大大加快了提速的速度，产品的品质和工艺提取准确度也得到了提高。这款装备的研发成功是中国中药提取设备技术的一大重大突破[1-6]。

2 草本植物中药成分提取智能生产线设计

集散控制系统（DCS，Distributed Control System）将原来孤立的控制单元整合起来，可以用于生产过程全局化。DCS是相对于用集中方式来控制的设备来说的一种新兴的计算机控制设备，它是在集中方式控制设备的基础上改进，演化而诞生的，它的设计初衷就是对各个设备进行分散单独控制，但是在管理上是集中的。因此具有控制能力强、管理简单、安全性高、可移植性好等优点，如今已经普遍用在过程控制工程上。

草本植物中药成分提取过程需要有高的安全性，自动化程度高，参数控制的精准度高且产量高等。因此我们使用新兴的FCS控制技术与草本植物中药提取的生产过程相结合，形成智能化过程的体系结构。现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System）是世界上最新型的控制系统，它是在现在计算机技术快速发展从而带动了自动化控制系统的一场变革，具有强大的控制能力。在现时代的自动化与智能化控制装备中，为了将各个装备的性能优势发挥到极致，普遍会将一些逻辑控制、数据计算、数据采集、实时或历史数据查寻、状态监控、数据存储表格的生成、告警处理、表格打印等工作分散到不同的控制装备中进行。那么就必须要现场总线对其进行统一的连接，集中管理。因此FCS不断的兴起，并且已经逐渐取代传统DCS。FCS的构造形式是以现场总线为连接，形成自底向上的控制网络。在草本植物中药提取智能生产过程中，FCS的主要作用是在中药提取中各个参数步骤监测和对设备的控制。因此，FCS是将传统DCS的支配站分化零散，各个智能化装备通过现场总线被独立分开分布，完全意义上做到了彻底的分开掌控，构建体系结构如图1所示。

智能控制设备被分成两级，分为基于IPC的集中管理级和基于PLC设备的现场控制级，他们形成了一个上位机与下位机的两层体系结构。PLC的设备的现场控制能力是由许多个控制部件所组成，每个控制部件都是单独工作完成生产过程中的提炼、浓缩、淬炼、层析、烘干等操作。然而，各个单独分开的部件之间的信息传输通信，是通过现场总线连接组成。因此，完整的生产过程中的所有单元装备具有很强的单独操作力和组建的设备网络有着很高的控制扩展性。

因此，整个草本植物中药提取的生产过程系统的体系结构是由3部分组成，分别为上位机、下位机和它们之间通信的网络。通讯的网络系统主要负责上位机与下位机之间的监控与管理的通讯。上位机和它的组态环境主要负责生产线过程中的监控、报警、数据处理、历史曲线等功能。下位机是由PLC系统所组成，主要负责控制所有操作设备。

3 智能化提取的设备构造

在草本植物中药提取的智能化过程中主要用到的控制设备有PLC及扩展模块、HMI设备、智能仪表、执行机构和多功能提取罐。智能化提取的设备构造如图2所示。

在图2中，HMI（Human Machine Interface）设备的主要作用是将PLC、数字智能仪表、直流调速器、变频器等数字化工控设备连接在一起。HMI的触摸屏可以使用来显示和输入，是方便人们操作的主要设备。HMI在智能化提取的过程中主要负责生产流程监控、生产中的数据保存、配方的管理、图形曲线显示等常规功能。HMI在IPC出现故障时，依旧可以独立工作，规避生产线处于全面停止所带来的损失。

PLC系统主要是和IPC的组态环境进行通讯，负责处理并执行上位机的命令和对智能仪表发送控制命令。它们可以通过接触器、中间继电器等设备去调控其他的现场设备。其中组态环境是由工控组态软件构成，有着可扩充性良好，易学易用，通用性好等特点。

智能仪表中有着事先设定好的生产过程中要用到的各个参数，比如多功能提取罐的温度和压力等。在生产过程中智能仪表会对比事先设定好的参数，用对比的结果做相应的数据处理和发出控制命令，让多功能提取罐的工艺参数达到预定值。

4 结束语

本文主要依靠现在飞速发展的物联网技术以及信息物理融合技术，提出了基于智能生产线对草本植物中药成分的提取方法。主要借助智能手段结合草本植物的提取方法，根据不同草本植物，利用智能感知及智能算法采用不同的加工手段及处理方法，提出具体可行的解决方案。而且本文的智能化提取系统用于实践上操作起来也十分简易，操作工人只需要简单的引导便可以轻松掌握系统的操作流程。因此，草本植物中药成分提取智能生产线是具备很好的实用性。

参考文献：

[1]斯黎明.逆流动态那更要提取工艺[J].医药工程设计杂志，2003，24（4）：23-24.

[2]姜杰.黄花败酱乙酸乙酯萃取相的化学成分研究[D].安徽大学，2017.

[3]魏杭立.中药提取自动化智能控制设计分析[J].化工管理，2017（29）.

[4]于佳琦，徐冰，姚璐，等.中药质量源于设计方法和应用：智能制造[J].世界中医药，2018（3）.

[5]宋铠钰，王民，张维，等.智能机床生产线的智能特征分析[J].北京工业大学学报，2018（2）：186-192.

[6]王文轩，刘黎青.草本植物药用成分提取物抗癫痫作用的研究进展[J].山東中医药大学学报，2017（4）：383-385.