含挥发油的中药提取设备微沸状态智能控制方法及系统

摘要

本发明公开含挥发油的中药提取设备微沸状态智能控制方法及系统，在中药提取设备设置若干不同的加热节点；每一个加热节点通过各自加热夹套对应控制一段体积范围的加热；油水分离器作为一个单独的加热节点；通过测温得到每段体积范围内的流体平均温度；对每一个加热节点，推导出由此当前温度条件下加热到预期目标温度的升温时间；升温时间大于阈值，加热由PID控制器进行控制；升温时间小于阈值，加热由模糊控制器进行控制。本发明通过模糊PID控制方法对不同种类的中药实现自动、精确的测温并控制蒸汽压力实现微沸状态的控制，以及对油水分离器实现自动、精确的测温并控制蒸汽实现温度控制；有效提升中药提取效率，并符合药品生产相关要求。

说明书

技术领域

本发明属于中药制药领域，特别是涉及到一种含挥发油的中药提取设备微沸状态智能控制方法及系统。

背景技术

中成药的产品质量关乎患者的健康，也是药品生产企业能够发展壮大的生命线，中药提取过程是中药生产工艺过程的核心生产过程，该工艺过程要求加热至微沸提取，然而加热蒸汽压力不够会导致达不到微沸状态，蒸汽压力过大则会引起温度过高产生爆沸并对中药内部物质性质产生影响，所以对沸腾状态的控制至关重要，其中涉及到各种关键质量控制参数，尤其温度是控制微沸状态的核心参数。单位时间内提取罐内的温度变化能够反映药液的提取是否达到微沸状态。

目前，对于中药提取过程微沸状态还很难做到在线检测，尤其是含挥发油的中药提取过程,一般都是通过观察药液表面沸腾状态，不能准确控制达到微沸状态的温度,也不能准确控制油水分离的温度。中药企业亟需对于中药提取过程该关键工艺参数进行自动化检测的设备。然而中药材是一个庞大的体系，不同的中药提取会随着其性质的不同使用不同的控制策略，所以构建不同的专家知识库十分重要。

光纤测温技术目前已十分成熟，分布式光纤温度传感器采用独特的分布式光纤探测技术，可对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控，且具有很高的精度。

综上所述，能否结合光纤测温技术，形成含挥发油的中药提取过程微沸状态的智能在线检测和控制的方法及系统，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于基于自动化控制基础理论，将分布式光纤温度传感器应用到含挥发油的中药提取过程，结合现代工艺控制设备，对中药提取过程中的微沸状态进行快速智能检测和控制。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种含挥发油的中药提取设备微沸状态智能控制方法，包括：

S1、在中药提取设备设置若干不同的加热节点；每一个加热节点通过各自加热夹套对应控制中药提取设备一段体积范围的加热；油水分离器作为一个单独的加热节点；

S2、测温得到每个加热节点所控制体积范围内的流体平均温度；

S3、对每一个加热节点，在模糊控制程序中输入预期目标温度，经过模糊化、模糊推理、去模糊化，得到各自的校正因子；

S4、对每一个加热节点，在PID控制程序中，根据各自的温度偏差分别进行PID调节、PID自整定，得到各自的P、I、D控制参数；

S5、将各加热节点的校正因子和各加热节点的P、I、D控制参数进行拟合，得到各加热节点的加热夹套的调节阀阀门开度系数。

进一步的，步骤S2中所述流体平均温度的测量方法包括：在中药提取设备的内壁上环绕设置分布式光纤温度传感器，对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化的温度信息进行测量监控，针对每个加热节点所控制体积范围内，得到该体积范围内的各个测量点的具体温度值，将各个测量点的温度进行平均化后，得到平均温度即是该体积范围内的流体平均温度；在油水分离器内部设置分布式光纤温度传感器，对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化的温度信息进行测量监控，得到各个测量点的具体温度值，将各个测量点的温度进行平均化后，得到平均温度即是油水分离器的流体平均温度。

进一步的，步骤S3中所述模糊控制程序的模糊推理单元设有神经网络，根据内置的神经网络计算逻辑，分析升温时间，热冲温度与升温过程中调节阀阀门开度间的对应关系，反复迭代后形成专家知识库。

更进一步的，还包括：

S6、将各加热节点的加热夹套的调节阀阀门开度系数反馈至专家知识库进行经验积累。

更进一步的，所述神经网络为BP神经网络。

更进一步的，所述模糊控制程序的模糊推理单元中，推理规则为：根据现场检测的流体平均温度，将该检测结果带入专家知识库，判断现在结果在专家知识库中的位置，结合左右两端的输出结果，进行加权平均，形成输出结果，然后对此输出结果进行标定，判断是否符合现场结果，然后进行反馈，修正加权平均模型。

本发明另一方面还提出了应用上述含挥发油的中药提取设备微沸状态智能控制方法的智能控制系统，其特征在于，包括：主机、复合控制器、提取罐分布式光纤温度传感器、提取罐、油水分离器、油水分离器分布式光纤温度传感器；所述提取罐设有若干蒸汽进口，每个蒸汽进口作为一个加热节点对应一个加热夹套，所述油水分离器设有一个蒸汽进口，作为一个加热节点对应一个加热夹套；所述提取罐分布式光纤温度传感器设置在提取罐内，所述油水分离器分布式光纤温度传感器设置在油水分离器内，所述主机接收各个分布式光纤温度传感器的信号；所述主机与所述复合控制器相连接，所述复合控制器与所述加热夹套的蒸汽调节阀相连接，所述主机设置有模糊和PID控制程序，所述复合控制器将主机的信号转换成控制蒸汽调节阀的电信号。

进一步的，所述提取罐分布式光纤温度传感器包括相互连接的提取罐光源、提取罐光纤、提取罐接收器，所述提取罐光纤环绕设置在所述提取罐的内壁，所述提取罐接收器将所述提取罐光纤检测到的电信号传输至所述主机；所述油水分离器分布式光纤温度传感器包括相互连接的油水分离器光源、油水分离器光纤、油水分离器接收器，所述油水分离器光纤环绕设置在所述油水分离器的内壁，所述油水分离器接收器将所述油水分离器光纤检测到的电信号传输至所述主机。

进一步的，所述提取罐设有4个蒸汽进口。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的针对含挥发油的中药提取设备微沸状态智能控制方法和系统，可通过模糊PID控制方法对不同种类的中药实现自动、精确的测温并控制蒸汽压力实现微沸状态的控制，以及对油水分离器实现自动、精确的测温并控制蒸汽实现温度控制；有效的提升中药提取效率，并符合药品生产的相关要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的逻辑控制图；

图3是本发明的提取罐结构示意图。

其中：

1：主机； 2：复合控制器；

3：提取罐光源； 4：提取罐信号接收器；

5：提取罐； 6：提取罐光纤；

7：1号加热夹套； 8：2号加热夹套；

9：3号加热夹套； 10：4号加热夹套；

11：1号加热夹套蒸汽调节阀； 12：2号加热夹套蒸汽调节阀；

13：3号加热夹套蒸汽调节阀； 14：4号加热夹套蒸汽调节阀；

15：提取罐提取液出口； 16：油水分离器；

17：油水分离器光源； 18：油水分离器信号接收器；

19：油水分离器光纤； 20：油水分离器加热夹套；

21：油水分离器加热夹套蒸汽调节阀； 101：规则库；

102：专家知识库； 103：1号模糊化；

104：1号模糊推理； 105：1号去模糊化；

106：1号校正因子； 107：1号PID调节；

108：1号PID自整定； 109：1号P、I、D控制参数；

110：1号开度系数； 111：2号模糊化；

112：2号模糊推理； 113：2号去模糊化；

114：2号校正因子； 115：2号PID调节；

116：2号PID自整定； 117：2号P、I、D控制参数；

118：2号开度系数； 119：3号模糊化；

120：3号模糊推理； 121：3号去模糊化；

122：3号校正因子； 123：3号PID调节；

124：3号PID自整定； 125：3号P、I、D控制参数；

126：3号开度系数； 127：4号模糊化；

128：4号模糊推理； 129：4号去模糊化；

130：4号校正因子； 131：4号PID调节；

132：4号PID自整定； 133：4号P、I、D控制参数；

134：4号开度系数； 135油水分离器模糊化；

136：油水分离器模糊推理； 137：油水分离器去模糊化；

138：油水分离器校正因子； 139：油水分离器PID调节；

140：油水分离器PID自整定； 141：油水分离器P、I、D控制参数；

142：油水分离器开度系数； 21、1号蒸汽进口；

22、2号蒸汽进口； 23、3号蒸汽进口；

24、4号蒸汽进口

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为使本发明专利的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明专利的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明专利实施例的目的。

如图1所示，本发明所设计的含挥发油的中药提取设备微沸状态智能控制系统，包括主机1、复合控制器2、提取罐光源3、提取罐接收器4、提取罐5、提取罐光纤6、油水分离器16油水分离器光源17、油水分离器接收器18。所述主机1与所述复合控制器2相连。

如图1、3所示，所述提取罐5在内壁上环绕设置有所述提取罐光纤6，所述提取罐5的加热夹套分为1号加热夹套7、2号加热夹套8、3号加热夹套9、4号加热夹套10共4个各部分，每个加热夹套侧壁设置有对应的1号加热夹套蒸汽调节阀11、2号加热夹套蒸汽调节阀12、3号加热夹套蒸汽调节阀13、4号加热夹套蒸汽调节阀14，所述提取罐5底部设有提取液排出口15，与所述油水分离器16相连。

如图1所示结构，所述油水分离器16设有油水分离器光纤19，所述油水分离器光纤19与油水分离器加热夹套20相连，所述油水分离器加热夹套20与油水分离器加热夹套蒸汽调节阀21相连。

所述提取罐光源3与所述提取罐光纤6相连，所述提取罐光纤6与所述提取罐接收器4相连，所述提取罐接收器4将所述提取罐光纤6的检测到的电信号传输至所述主机1。

所述油水分离器光源3与所述油水分离器光纤19相连，所述油水分离器光纤19与所述油水分离器接收器18相连，所述油水分离器接收器18将所述油水分离器光纤19检测到的电信号传输至所述主机1。

所述主机1中设置有模糊控制程序和PID控制程序，其中模糊控制程序设有模糊化单元、模糊推理单元、去模糊化单元，在模糊推理单元中建立专家知识库的建立过程首先是构建专家系统，以人为标准，针对目标设备进行控制规则的实验，人工来直接控制设备，并逐渐试验到最佳的控制状态，形成控制过程的专家知识库；具体到本发明的实施例，则是设有BP神经网络根据内置的神经网络计算逻辑，分析升温时间，热冲温度与升温过程中调节阀阀门开度间的对应关系，反复迭代后形成专家知识库。

模糊推理单元的推理规则为根据现场检测结果(本实施例中现场检测结果即是测温得到每个加热节点所控制体积范围内的流体平均温度)，将结果带入专家知识库，判断现在结果在专家知识库中的位置，结合左右两端的输出结果，进行加权平均，形成输出结果，然后人工对此输出结果进行标定，判断是否符合现场结果，然后进行反馈，修正加权平均模型。

如图2所示，在所述主机1中输入预期目标温度，程序运行，在模糊控制程序中，在规则库101和专家知识库102进行查询后分别进行1号模糊化103、1号模糊推理104、1号去模糊化105；2号模糊化111、2号模糊推理112、2号去模糊化113；3号模糊化119、3号模糊推理120、3号去模糊化121；4号模糊化127、4号模糊推理128、4号去模糊化129；油水分离器模糊化135、油水分离器模糊推理136、油水分离器去模糊化137后分别得到1号校正因子106、2号校正因子114、3号校正因子122、4号校正因子130、油水分离器校正因子138。在PID控制程序中，根据5个部分各自的温度偏差分别进行1号PID调节107、1号PID自整定108；2号PID调节115、2号PID自整定116；3号PID调节123、3号PID自整定124；4号PID调节131、4号PID自整定132；油水分离器PID调节139、油水分离器PID自整定140后得到1号P、I、D控制参数109、2号P、I、D控制参数117、3号P、I、D控制参数125、4号P、I、D控制参数133油水分离器P、I、D控制参数141。将模糊控制程序运行得到的所述1号校正因子106、2号校正因子114、3号校正因子122、4号校正因子130、油水分离器校正因子138和PID控制程序运行得到的所述1号P、I、D控制参数109、2号P、I、D控制参数117、3号P、I、D控制参数125、4号P、I、D控制参数133、油水分离器P、I、D控制参数141进行拟合，得到1号开度系数110、2号开度系数118、3号开度系数126、4号开度系数134、油水分离器开度系数142，分别输入至所述1号加热夹套蒸汽调节阀11、2号加热夹套蒸汽调节阀12、3号加热夹套蒸汽调节阀13、4号加热夹套蒸汽调节阀14、油水分离器加热夹套蒸汽调节阀21以调节蒸汽流量，并将所述1号开度系数110、2号开度系数118、3号开度系数126、4号开度系数134、油水分离器开度系数142反馈至所述专家知识库102进行经验积累。

其中所述校正因子和P、I、D控制参数的拟合，拟合过程是修改比例积分的时间，主要就是调小这个参数，直到振动减少至最小。这是因为根据专家知识库对现场的输入输出进行判断，其校正因子是逐渐向系统稳定方向运行，如果PID控制参数不变的话，那么此种校正因子就失去了原有的设计意义，为了达到该种意义，因此PID控制参数是随着校正因子的变化而进行线性变化。随着系统变化量减少，比例积分时间参数逐渐线性降低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。