醇蒸发回收是中药、天然植物提取生产中的一个环节，大多数以人工手动操作的方式进行。我们对大量制药企业的提取过程进行调查后发现，由于人工手动操作存在责任心和技术上的差异，将导致醇损耗在20%以上、生产过程不稳定、蒸汽消耗大等问题。要改变这些现状，除了生产工艺和装备的革新与技术进步外，最重要的技术手段就是依靠综合自动化技术。

投入计算机自控系统后，通过在线监视生产过程各参数(如真空度、液位、温度、浸膏浓度/比重、加热蒸汽压力等)的变化状况及按过程规律进行实时控制，就能保证系统在变工况下维持各参数的稳定和系统最佳平衡过程，实现产品品质稳定、醇回收率高和系统能耗低的目的，从而达到系统安全、经济运行。

    根据行业标准规范，结合长期实际应用经验，经过多年的努力成功开发WSD-3000醇回收浓缩计算机智能控制系统，解决了上述问题。WSD-3000醇回收浓缩控制系统特点：(1)为企业创造经济效益；(2)在线实时识别浸膏比重；(3)实现优化控制，提高醇回收率10%～30%；(4)大大降低能耗，节省能源；(5)提高原料、能源和设备利用效率；(6)优化操作工艺，保证产品品质稳定，降低废品率；(7)缩短每批产品的生产周期；(8)实现全自动化无人值守控制。

1 WSD-3000醇回收控制系统功能

　　WSD-3000控制系统实现了各单元设备和工段工艺过程分散控制、集中管理。同时，完成各被控测点和设备运行状态的实时数据采集、预处理、报警、存储、优化、控制等功能。

1.1　智能优化控制功能

智能优化控制功能：(1)实现生产过程全自动化，做到无人值守；(2)在线实时识别浸膏比重；(3)连续进料控制；(4)加热器压力/温度控制；(5)蒸发器温度控制；(6)蒸发器真空度控制；(7)收膏控制；(8)溶媒贮罐液位控制；(9)溶媒回收控制。

1.2　操作站软件功能

操作员站通过人机交互的界面接口，对醇回收浓缩设备进行实时的数据监控，实现生产过程“高效、稳定、可控、节能、安全”。用户可以根据需要配置若干个操作员站。

1.2.1　实时、历史数据查询功能

数据库查询可反映各被测被控点实时、历史数据的变化情况，该功能操作界面简便、直观，可保存1年以上的数据信息。绝大部分功能与设置均在界面的工具条上，应用程序界面和操作方式与Windows相似。用鼠标点击显示器下方工具栏中的图标按钮即可，无需通过菜单或对话框中去查找。

1.2.2　报警一览功能

报警一览用来监测全局数据库中报警测点实时数据的变化，使用不同的字体颜色直观地标注了各报警测点的优先级。报警一览提供了完善的观察手段，画面上显示工具栏、标题栏、测点视图、状态栏。以Windows常用的方法观察相关的测点。

1.2.3　画面显示功能

显示醇回收浓缩过程的控制系统图、仪表系统图、工艺流程图、工艺区域图、控制调节图等等。还有各种参数的仪表图、总貌画面、棒型（柱状）图，实时趋势曲线图、历史趋势曲线图、报表打印画面、系统报警值一览表等。其中，模拟参数显示可以选择模拟方式（棒图）、数字方式和历史曲线方式显示过程量、给定值和控制输出量；系统状态显示以字符、模拟方式或图形颜色等方式显示工艺设备的有关开关状态（运行、停止、故障等）、控制回路的状态（手动、自动）以及顺序控制的执行状态。

(1)流程画面，以流程图的形式，通过图形符号的颜色变化、闪烁等方式，动态显示醇生产过程的运行状态，操作人员可通过此画面直观了解醇生产过程的各工艺参数。

(2)工艺参数画面，采集的各工艺参数与其对应的名称、位号以表格形式实时显示。

(3)调节画面，将系统各控制回路的运行状态和有关参数以调节棒图的形式显示出来。操作人员利用键盘或鼠标方便地对各控制回路的控制参数（SV、P、I、D等）进行在线修正。也可对控制回路进行自动/手动切换，实现遥控操作。

(4)报警画面，用于记录何时何处有何报警，以便有关人员查询。

(5)历史趋势画面，用于记录系统主要工艺参数，一班或一天的数据，以曲线的形式显示出来。包括温度连续图、流量连续图等，以便管理人员检查，分析整条生产线的运行状态，为生产管理提供真实的数据。

2　WSD-3000控制系统结构及控制方法

2.1系统结构

对醇回收浓缩设备的改造设计，需安装自动化仪表及调节阀。在此基础上，构建计算机集散控制系统，就能实现各单元设备和工段工艺过程分散控制、集中管理。WSD-3000控制系统由人机对话层、控制层、I/O层组成，WSD-3000系统网络结构如图1所示。

(1)人机对话层(由工程师站和操作员站组成)：由2台高性能、高可靠性的工业专用级计算机及各类工业控制软件组成。主要接受控制层从I/0层采集与处理后的运行动态参数，建立数据库、绘制各种动态显示图型和表格，通过清晰简明的画面提供操作人员。

(2)控制层：由CPU主控制器、内部总线、通讯模块、电源模块等主要部件构成。采用德国SIEMENS STEP7-300可编程控制器，保证了系统运行的安全、稳定、高效。主要接受I/0层上传的运行数据，进行数据处理及发送至人机对话层。根据设定程序及参数执行操作命令。

(3)I/0层：

由模拟信号、数字信号处理模块组成。根据人机对话层整定的采样周期，对现场设备进行模拟量和开关量数据采样，并对采样数据进行真伪处理、滤波处理，以防干扰信息向上层传送。完成数据采集及操作指令任务。

2.2　系统配置

系统软件配置如表1所示，人机对话层设备配置如表2所示，控制层及I/O层设备配置如表3所示，控制系统测点数量配置如表4所示。

表1  系统软件配置

表2  人机对话层设备配置

表3  控制层及I/O层设备配置

表4  控制系统测点数量配置                                            

WSD-3000控制系统实现了醇回收浓缩系统全自动控制：加热器压力/温度控制；连续进料控制；蒸发器温度控制；蒸发器真空度控制；浸膏比重检测与收膏控制；溶媒罐液位控制；溶媒回收控制。

2.3.1　加热器压力/温度控制

加热器和蒸发器列管内积垢将会增加醇回收的运行成本。其列管内的积垢形成主要是由醇废液存在较多的杂质，特别是含有较多的溶解性钙、镁离子。在加热蒸发过程中不适当的压力和温度及蒸发过程中流动的速度会使溶解性的积垢物质析出和粘附在管壁上。积垢对传热效能有着重要的影响。从表5可看出积垢的影响程度。

表5　积垢对传热能力的影响

    在解决传统的加热器和蒸发器的积垢中，我们经过多年探索已找到了一套较好的解决办法，从而保证了蒸发传热的稳定。

2.3.2　蒸发器温度控制

在蒸发器控制应用中，温度是一个在控制过程中引起很大时间滞后的被控变量，并受蒸汽压力波动的影响。无论控制作用如何，在滞后时间阶段，发出控制指令对过程变量的目标值，起不到准确控制作用。如果用简单PID来控制具有显著时间滞后的，并具有耦合性的过程对象，将导致系统响应超调过大，甚至使系统失控。因此，采用带蒸汽压力前馈的PID控制算法，当被测的干扰进入控制对象时，前馈控制预先调整控制作用，使被控变量保持在给定值上。

2.3.3　蒸发器真空度控制

单效蒸发器采用真空操作适用于热敏性物质，使其降低溶液沸点温度、减少热损失，具有保持物料原有特性的特点。那么真空度稳定的控制就决定了物料的品质优劣及其能耗。

3  WSD-3000控制系统测点设置

WSD-3000控制系统测点设置如表6所示。

      　 
表6  WSD-3000控制系统测点设置

4　以某药厂醇回收设备改造为案例分析经济效益

 4.1　改造前的情况

多效节能浓缩1台，日需处理原液量16 t/d，日实际处理原液量12 t/d。改造前的情况：(1)醇损耗在40%左右，经济损失大；(2)蒸汽消耗大，能耗高；(3)人工手动操作，过程参数不能准确控制，难以达到最优效果；(4)劳动强度大，回收浓缩周期长，生产效率不高。

4.2　初步改造方案

(1)维持多效系统加热器、蒸发器等设备结构；(2)冷凝器部分需获得设计资料，通过核算确定方案；(3)加装自动化仪表及调节阀，实现全自动化控制。

采用WSD-3000控制系统创造的经济效益主要来自：降低真空抽走的醇损耗和蒸汽损耗。

已知：多效真空浓缩回收，日需处理原液量16 t/d；原液含醇量为60%；醇损耗在40%左右；采用WSD-3000控制系统可降低醇损耗30%；醇价格按5 200元/t；每年按240 d生产计算。则：

(1)每年生产需用醇量：16 t/d×60%×240 d=2 304 t/年；

(2)采用手动控制每年损失(按40%的醇损耗计算)：2 304 t/年×40%×0.52万元/t = 479万元/年；

(3)采用WSD-3000后每年节约(按降低10%的醇损耗计算)：

479万元-2 304 t/年×(40%-10%)×0.52万元/t=120万元/年；

(4)采用WSD-3 000后每年节约(按降低20%的醇损耗计算)：

479万元-2 304 t/年×(40%-20%)×0.52万元/t=239万元/年；

(5)采用WSD-3 000后每年节约(按降低30%的醇损耗计算)：

479万元-2 304 t/年×(40%-30%)×0.52万元/t=359万元/年。
5         结语

我国对节能降耗的技术推广及其重视，随着制药行业的不断发展，成本因素也是决定市场竞争力的主要因素之一，节能技术将在制药行业得到更广泛的应用。本文仅就醇回收设备的自控改造进行了阐述，目前还有许多制药设备可以实施自控改造，既能保证产品质量稳定，又能节能降耗，可谓一举多得。