中药生产提取工艺智能控制系统的研究
|
摘要
本课题属于国家计委重点科技攻关项目(计高技[2002]2141号)和哈药慈航制药有限公司重点科技攻关项目。
本论文的研究工作主要围绕中药生产提取工段自动化智能控制系统的研制开发而展开，涵盖了中药提取工段工作机理的研究，中药提取工段特种传感技术及特种阀的研究，提取工段控制方法的研究和提取工段自动化智能控制系统的设计开发等主要内容。
首先简要分析了中药生产过程提取工段的工作原理，比较、分析和研究了各种已有的和新兴的提取工艺；对该工段特种传感技术及特种阀的工作原理及其应用进行了深入的了解与研究。
对中药提取工段的控制方法进行了研究，引入先进控制理论，采用神经网络软测量技术和模糊专家控制等智能控制理论技术，结合现代先进传感器技术和网络技术，建立了中药生产提取工段控制系统的三层控制模式——系统集成层、模糊专家决策层和单元执行层。最后运行结果表明，论文提出的控制方法应用于控制系统极大的提高了提取工段控制器的综合性能，取得了良好的控制效果。
在理论研究的基础上，研制出以工控机、PLC和高性能模块化外设构成的多级控制系统。基于数据库技术的系统软件安全、方便，现场运行结果表明：系统稳定可靠，控制指标均达到或超过国家标准，提高了药液质量，降低了能耗和成本。
This project is supported by State Development Planning Commission, and the Science-Tech Tackle Key Project of HaYao CiHang Pharmaceutical Co, Ltd..
This paper is focused on the research of the intelligent control system of the extraction of Chinese Traditional Medicine(CTM), which includes the analysis and research of the mechanism of CTM's extraction , comparison and research of special valves and special industrial sensors used in the extraction of CTM, design of the control method and intelligent automatic equipment used in CTM's extraction.
Firstly, this paper analyzes the working principle of CTM's extraction briefly, compares various methods of CTM's extraction, analyzes and compares the special valves and special industrial sensors used in the extraction of CTM.
Some advanced control theories are introduced in this paper. Through Using intelligent control technology, such as neural network soft measures, fuzzy control, advanced sensor and network technique, A three-level control system is built. It includes integrated level, decision level, and execution level to control the main equipment evaporator. Simulation analysis results show that the control system can raise the integral performance of controller and strengthen the system's stability.
On the bases of theoretical research, a multilevel control system is developed, which is composed of industry control computer, PLC and high-quality periphery modules. The software system that based on the database technology is very safe and convenient. The experimental and practical results show that the equipment can work steadily and reliably, and all the performance indexes have reached or exceeded the national criterion. The automatic control system also improves the liquid of the medicament and the cost is decreased.
本论文的研究工作主要围绕中药生产提取工段自动化智能控制系统的研制开发而展开，涵盖了中药提取工段工作机理的研究，中药提取工段特种传感技术及特种阀的研究，提取工段控制方法的研究和提取工段自动化智能控制系统的设计开发等主要内容。
首先简要分析了中药生产过程提取工段的工作原理，比较、分析和研究了各种已有的和新兴的提取工艺；对该工段特种传感技术及特种阀的工作原理及其应用进行了深入的了解与研究。
对中药提取工段的控制方法进行了研究，引入先进控制理论，采用神经网络软测量技术和模糊专家控制等智能控制理论技术，结合现代先进传感器技术和网络技术，建立了中药生产提取工段控制系统的三层控制模式——系统集成层、模糊专家决策层和单元执行层。最后运行结果表明，论文提出的控制方法应用于控制系统极大的提高了提取工段控制器的综合性能，取得了良好的控制效果。
在理论研究的基础上，研制出以工控机、PLC和高性能模块化外设构成的多级控制系统。基于数据库技术的系统软件安全、方便，现场运行结果表明：系统稳定可靠，控制指标均达到或超过国家标准，提高了药液质量，降低了能耗和成本。
This project is supported by State Development Planning Commission, and the Science-Tech Tackle Key Project of HaYao CiHang Pharmaceutical Co, Ltd..
This paper is focused on the research of the intelligent control system of the extraction of Chinese Traditional Medicine(CTM), which includes the analysis and research of the mechanism of CTM's extraction , comparison and research of special valves and special industrial sensors used in the extraction of CTM, design of the control method and intelligent automatic equipment used in CTM's extraction.
Firstly, this paper analyzes the working principle of CTM's extraction briefly, compares various methods of CTM's extraction, analyzes and compares the special valves and special industrial sensors used in the extraction of CTM.
Some advanced control theories are introduced in this paper. Through Using intelligent control technology, such as neural network soft measures, fuzzy control, advanced sensor and network technique, A three-level control system is built. It includes integrated level, decision level, and execution level to control the main equipment evaporator. Simulation analysis results show that the control system can raise the integral performance of controller and strengthen the system's stability.
On the bases of theoretical research, a multilevel control system is developed, which is composed of industry control computer, PLC and high-quality periphery modules. The software system that based on the database technology is very safe and convenient. The experimental and practical results show that the equipment can work steadily and reliably, and all the performance indexes have reached or exceeded the national criterion. The automatic control system also improves the liquid of the medicament and the cost is decreased.
引文
1 项目来源：国家计委中药生产自动化示范工程(计高技[2002]2141号)，哈药慈航制药股份有限公司科技攻关项目。
[1]试论国药与“洋药”抗衡的环境及对策[J]．中国药业，1998，7(2)
[2]罗国安，王义明，饶毅等．中药中成药现代化进程[J]．中成药，1999
[3]陈玉昆．中药提取生产工艺学[M]．沈阳：沈阳出版社，1992
[4]徐莲英，陶建生，冯怡等．中药制剂发展的回顾[J]．中成药，2000，22
[5]朱剑红，中药产业：古老呼唤现代[N]．《人民日报》，2002．02．11(10)
[6]科技部，国家计委．《中药现代化发展战略》[R]．北京：中国科技部，2002．10．10
[7]甘师俊，李振吉，邹健强．中药现代化发展战略[M]．北京：科学技术文献出版社，1998．36．
[8]曹光明编．中药工程学研究现状与发展[M]．北京：中国中医药出版社，1992
[9]元英进等主编．中药现代化生产关键技术[M]．北京：化学工业出版社，2002
[10]曹光明主编．中药制药工程学[M]．北京：化学工业出版社，2004．6
[11]徐莲英，陶建生等．中药制剂发展的回顾[J]．中成药，2000，22(1)：6
[12]新农在线：不要再让中药配方成为“免费大餐”[N]．《经济参考报》，2005．4．1
[13]中科院．现代中药产业化专项实施方案[J]．《中国科学院院报》，2001．08
[14]陆彩荣．提升中药产业内在竞争力[N]．《光明日报》，2002．5．27
[15]中医药现代化研究与产业化开发启动[N]．健康报 中国中药材GAP网 2002
[16]Pare JRJ. Microwave-assisted extraction from mate-rials containing organic matter [P]. US:5458897,1995-10-17.
[17]H Ying.Sufficient conditions on uniform approximation of multi-variate functions by General Takagi-Sugeno fuzzy systems with linear rule consequent [M].IEEE Transactions on Systems,Man,& Cybernetics, 1998,28A:515～ 520.
[18]宋明刚，李跃忠，王亮．智能PID方法在高精度控温中的应用研究[J]．测控技术，1997(1)．
[19]韩焕平，聂俊岚等．模糊自寻优PID在中药生产自动控制系统中的应用[J]．河北科技大学学报，2001，22(4)：24
[20]邵锡宸．高效逆流提取装置[J]．中成药，1988，(4)：35
[21]储茂泉，刘国杰．中药提取过程动力学[J]．药学学报2002，37(7)：559-562．
[22]吕阳成，骆广生等．中药提取工艺研究进展[J]．中国医药工业杂志，2001，05
[23]黎志钟．中医药学走向世界的若干理论问题——接轨、改轨还是铺轨[J]．中国医药学报，1997，12(1)：49-53
[24]季大洪．高新工程技术在中药提取分离中的应用[J]．时珍国医国药，2000，11 (4)：369
[25]蔡明招，张倩芝．超临界CO_2萃取大高良姜精油的成分分析[J]．中草药，2003，34(1)：17
[26]李菁，葛发欢，黄晓芬等．超临界CO_2萃取当归挥发油的研究[J]．中药材，1996，19(4)：187
[27]冯若，赵逸云，李化茂等．超声波在生物技术中应用的研究进展[J]．生物化学与生物物理进展，1994，21(6)：500
[28]明纪堂主编．医用物理学．第2版[M]．北京：人民卫生出版社，1999，5
[29]林翠英，周晶，赵晶等．芦丁超声提取新技术的再探索[J]，中草药，1999，30 (5)：350
[30]冯青然，王元瑜等．中药水煎煮液分离、纯化工艺的比较研究[J]．中国中药杂志，2002．1，27(1)：28．
[31]王守唐，高东杰．一维模糊PID控制器的钝性稳定性分析[J]．信息与控制，2002，31(1)：51-54
[32]沈平砎，邵忠法，唐青华等．新技术在中成药工业中的应用与展望[J]．中成药，1998，20(5)：1-3
[33]郭小萍，臧春华．基于神经元网络的改进软测量技术[J]．沈阳化工学院学报，2000．6，14(2)
[34]曹玲芝．现代测试技术及虚拟仪器[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2004，02
[35]仲蔚，刘爱伦，俞金寿．多变量系统的软测量建模研究[J]．控制与决策，2000．3，15(2)
[36]预静江，周春晖．过程控制中的软测量技术[J]．控制理论与应用，1996．4，12(2)
[37]曹柳林，陶斌军．基于对角递归神经网络的粘度软测量模型[J]．北京化工大学学报，2001，28(2)
[38]刘磊，王康斌．基于神经网络的过程软测量[J]．天津大学学报，1995．3，28(2)
[39]张钹，张铃．人工神经网络的设计方法[J]．清华大学学报，1998，38
[40]冯青然，陈燕军．中药提取工艺研究进展[J]．中国实验方剂学杂志，2003．10，9
[41]汤继亮．中药提取过程计算机控制系统的设计与应用[J]．医药工程设计杂志，2002，23(6)
[42]Raju．Adaptive Hierarchical Fuzzy Controller[J]．IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS,MAN,AND CYBERNETICS,VOL．23,NO．4,JULYIAUGUST 1993
[43]吕剑虹，陈来九．模糊PID控制器及在气温控制系统中的应用研究[J]．中国电机工程学报，1995．1，15(1)
[44]李士勇．模糊控制．神经控制和智能控制论[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996．10
[45]诸静等．模糊控制原理与应用[M]．北京：机械工业出版社，1995．7
[46]F.Rouset,Y.Saincir, M.Daclk. Automatic Process Control of Multiple-Effect Evaporator, Zuckerind, 1989,4,323-328
[47]王耀南著．智能控制系统[M]．长沙：湖南大学出版社，1996
[48]龙姿平，万曼影．FF现场总线概述[J]．自动化与仪表，1999，14(4)
[49]蔡智兴．智能控制基础与应用[M]．北京：国防工业出版社，1998
[50]周景振，韩曾晋．具有时滞的PH值中和过程模糊自适应控制[J]．控制与决策，1998，13(5)：527～531
[51]研华嵌入式产品综合型录．
[52]研华产品选型目录．
[53]研华工业控制高可靠电脑平台选型指南．
[54]阳宪惠．现场总线技术和应用[M]．北京：清华大学出版社，1999
[55]徐昌荣．现场总线控制系统体系结构及功能描述[J]．自动化博览，1999，16(4)：7～12
[56]唐济扬．现场总线(PROFIBUS)技术应用指南[P]．北京：中国机电一体化技术应用协会现场总线(PROFIBUS)专业委员会&现场总线(PROFIBUS)产品演示济认证实验室，1998
[57]郑晟，巩建平，张学．现代可编程序控制器原理与应用[M]．北京：科学出版社，1999
[58]何小书，郝俊强．基于PROFIBUS DP过程现场总线的横切机分布式PLC控制系统[J]．PLC&FA，2000(2)：31-33；
[59]袁鹏飞．SQL Server 7．0数据库系统管理与应用开发[M]．北京：人民邮电出版社，2000
[60]袁鹏飞．SQL Server 7．0数据库系统管理与应用开发[M]．北京：人民邮电出版社，2000
[61]Sharom Bjeletich Greg Mable．Microsoft SQL Server 7．0开发指南[M]．北京，清华大学出版社，2000
[62]Konrad King．SQL编程实用大全[M]．北京：水利水电出版社，2003
[63]杨宗志．Delphi数据库程序设计[M]．北京：清华大学出版社，2001
[64]王再英，刘淮霞．过程控制系统与仪表[M]．北京：机械工业出版社，2006．1
[65]Michael Major. "Model-Free Adaptive Control of an Evaporator" [J], Control, Putman Publication, September, 1998.
[66]MarcilinaS.Garcia, Jamie Reding. Microsoft SQL Server 2000[M]. Administrator Microsoft Press, 2000
[1]试论国药与“洋药”抗衡的环境及对策[J]．中国药业，1998，7(2)
[2]罗国安，王义明，饶毅等．中药中成药现代化进程[J]．中成药，1999
[3]陈玉昆．中药提取生产工艺学[M]．沈阳：沈阳出版社，1992
[4]徐莲英，陶建生，冯怡等．中药制剂发展的回顾[J]．中成药，2000，22
[5]朱剑红，中药产业：古老呼唤现代[N]．《人民日报》，2002．02．11(10)
[6]科技部，国家计委．《中药现代化发展战略》[R]．北京：中国科技部，2002．10．10
[7]甘师俊，李振吉，邹健强．中药现代化发展战略[M]．北京：科学技术文献出版社，1998．36．
[8]曹光明编．中药工程学研究现状与发展[M]．北京：中国中医药出版社，1992
[9]元英进等主编．中药现代化生产关键技术[M]．北京：化学工业出版社，2002
[10]曹光明主编．中药制药工程学[M]．北京：化学工业出版社，2004．6
[11]徐莲英，陶建生等．中药制剂发展的回顾[J]．中成药，2000，22(1)：6
[12]新农在线：不要再让中药配方成为“免费大餐”[N]．《经济参考报》，2005．4．1
[13]中科院．现代中药产业化专项实施方案[J]．《中国科学院院报》，2001．08
[14]陆彩荣．提升中药产业内在竞争力[N]．《光明日报》，2002．5．27
[15]中医药现代化研究与产业化开发启动[N]．健康报 中国中药材GAP网 2002
[16]Pare JRJ. Microwave-assisted extraction from mate-rials containing organic matter [P]. US:5458897,1995-10-17.
[17]H Ying.Sufficient conditions on uniform approximation of multi-variate functions by General Takagi-Sugeno fuzzy systems with linear rule consequent [M].IEEE Transactions on Systems,Man,& Cybernetics, 1998,28A:515～ 520.
[18]宋明刚，李跃忠，王亮．智能PID方法在高精度控温中的应用研究[J]．测控技术，1997(1)．
[19]韩焕平，聂俊岚等．模糊自寻优PID在中药生产自动控制系统中的应用[J]．河北科技大学学报，2001，22(4)：24
[20]邵锡宸．高效逆流提取装置[J]．中成药，1988，(4)：35
[21]储茂泉，刘国杰．中药提取过程动力学[J]．药学学报2002，37(7)：559-562．
[22]吕阳成，骆广生等．中药提取工艺研究进展[J]．中国医药工业杂志，2001，05
[23]黎志钟．中医药学走向世界的若干理论问题——接轨、改轨还是铺轨[J]．中国医药学报，1997，12(1)：49-53
[24]季大洪．高新工程技术在中药提取分离中的应用[J]．时珍国医国药，2000，11 (4)：369
[25]蔡明招，张倩芝．超临界CO_2萃取大高良姜精油的成分分析[J]．中草药，2003，34(1)：17
[26]李菁，葛发欢，黄晓芬等．超临界CO_2萃取当归挥发油的研究[J]．中药材，1996，19(4)：187
[27]冯若，赵逸云，李化茂等．超声波在生物技术中应用的研究进展[J]．生物化学与生物物理进展，1994，21(6)：500
[28]明纪堂主编．医用物理学．第2版[M]．北京：人民卫生出版社，1999，5
[29]林翠英，周晶，赵晶等．芦丁超声提取新技术的再探索[J]，中草药，1999，30 (5)：350
[30]冯青然，王元瑜等．中药水煎煮液分离、纯化工艺的比较研究[J]．中国中药杂志，2002．1，27(1)：28．
[31]王守唐，高东杰．一维模糊PID控制器的钝性稳定性分析[J]．信息与控制，2002，31(1)：51-54
[32]沈平砎，邵忠法，唐青华等．新技术在中成药工业中的应用与展望[J]．中成药，1998，20(5)：1-3
[33]郭小萍，臧春华．基于神经元网络的改进软测量技术[J]．沈阳化工学院学报，2000．6，14(2)
[34]曹玲芝．现代测试技术及虚拟仪器[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2004，02
[35]仲蔚，刘爱伦，俞金寿．多变量系统的软测量建模研究[J]．控制与决策，2000．3，15(2)
[36]预静江，周春晖．过程控制中的软测量技术[J]．控制理论与应用，1996．4，12(2)
[37]曹柳林，陶斌军．基于对角递归神经网络的粘度软测量模型[J]．北京化工大学学报，2001，28(2)
[38]刘磊，王康斌．基于神经网络的过程软测量[J]．天津大学学报，1995．3，28(2)
[39]张钹，张铃．人工神经网络的设计方法[J]．清华大学学报，1998，38
[40]冯青然，陈燕军．中药提取工艺研究进展[J]．中国实验方剂学杂志，2003．10，9
[41]汤继亮．中药提取过程计算机控制系统的设计与应用[J]．医药工程设计杂志，2002，23(6)
[42]Raju．Adaptive Hierarchical Fuzzy Controller[J]．IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS,MAN,AND CYBERNETICS,VOL．23,NO．4,JULYIAUGUST 1993
[43]吕剑虹，陈来九．模糊PID控制器及在气温控制系统中的应用研究[J]．中国电机工程学报，1995．1，15(1)
[44]李士勇．模糊控制．神经控制和智能控制论[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996．10
[45]诸静等．模糊控制原理与应用[M]．北京：机械工业出版社，1995．7
[46]F.Rouset,Y.Saincir, M.Daclk. Automatic Process Control of Multiple-Effect Evaporator, Zuckerind, 1989,4,323-328
[47]王耀南著．智能控制系统[M]．长沙：湖南大学出版社，1996
[48]龙姿平，万曼影．FF现场总线概述[J]．自动化与仪表，1999，14(4)
[49]蔡智兴．智能控制基础与应用[M]．北京：国防工业出版社，1998
[50]周景振，韩曾晋．具有时滞的PH值中和过程模糊自适应控制[J]．控制与决策，1998，13(5)：527～531
[51]研华嵌入式产品综合型录．
[52]研华产品选型目录．
[53]研华工业控制高可靠电脑平台选型指南．
[54]阳宪惠．现场总线技术和应用[M]．北京：清华大学出版社，1999
[55]徐昌荣．现场总线控制系统体系结构及功能描述[J]．自动化博览，1999，16(4)：7～12
[56]唐济扬．现场总线(PROFIBUS)技术应用指南[P]．北京：中国机电一体化技术应用协会现场总线(PROFIBUS)专业委员会&现场总线(PROFIBUS)产品演示济认证实验室，1998
[57]郑晟，巩建平，张学．现代可编程序控制器原理与应用[M]．北京：科学出版社，1999
[58]何小书，郝俊强．基于PROFIBUS DP过程现场总线的横切机分布式PLC控制系统[J]．PLC&FA，2000(2)：31-33；
[59]袁鹏飞．SQL Server 7．0数据库系统管理与应用开发[M]．北京：人民邮电出版社，2000
[60]袁鹏飞．SQL Server 7．0数据库系统管理与应用开发[M]．北京：人民邮电出版社，2000
[61]Sharom Bjeletich Greg Mable．Microsoft SQL Server 7．0开发指南[M]．北京，清华大学出版社，2000
[62]Konrad King．SQL编程实用大全[M]．北京：水利水电出版社，2003
[63]杨宗志．Delphi数据库程序设计[M]．北京：清华大学出版社，2001
[64]王再英，刘淮霞．过程控制系统与仪表[M]．北京：机械工业出版社，2006．1
[65]Michael Major. "Model-Free Adaptive Control of an Evaporator" [J], Control, Putman Publication, September, 1998.
[66]MarcilinaS.Garcia, Jamie Reding. Microsoft SQL Server 2000[M]. Administrator Microsoft Press, 2000