图1  控制系统结构图。

本文结合中控WebField系列GCS-2控制系统在北京同仁堂中试车间项目中的整体运行情况，总结了针对中药生产工业的控制系统及控制方案的设计经验，并阐述了与PLC及测试仪器的异构通信的具体方法。

几千年来传统中药主要是直接用原药材或饮片配成复方，由病人一方一锅汤自己制备汤剂服用，这种传统用药方法的缺点是服用不方便、疗效不稳定、质量无法控制等。

近年来，这种局面已得到一定改善，很多复方被开发成片剂、颗粒剂、注射剂等现代通用药物，但现在的复方产品离国际通用标准“安全、有效和具有客观、严格的质量标准”还有不小差距。面对强势的西药、“洋中药”无处不在挤压我国传统医药市场的严峻形势，如何开发中药复方、提高自动化生产水平、参与国际竞争成为急需解决的问题。为改变传统中药剂型“大、黑、粗”的状态、让中药步入国际市场，一些现代高新工程技术正在不断地被借鉴到中药生产中来。一方面使中药生产符合传统的中医药理论，确保用药的质量要求，另一方面也提高了现有中草药资源的利用率。

中药制药工艺特点

中草药所含成分十分复杂，既有有效成分，又有无效成分和有毒成分。中药制药过程，就是尽最大限度提取有效成分，去除无效成分和有毒成分，提高中草药的治疗效果。

中药制药主要包含以下几部分：

提取：指从药材原料中分离有效成分的单元操作，直接关系到产品有效成分的含量，影响内在质量、临床疗效及经济效益。

过滤：指从现有的一批物质中筛选出符合条件的一部分，去掉不符合条件的另一部分。

树脂吸附：常用大孔树脂吸附，简单讲就是将中药复方煎煮液通过大孔树脂，吸附其中的有效成分，再经洗脱回收，除掉杂质的一种纯化精制过程。

浓缩：由一效列管加热器、蒸发室、二效列管加热器、蒸发室、冷凝冷却器、真空溶媒回收罐组成，可生产比重1.4以下的浸膏。根据生产不同的规模及要求采用不同的生产方式（单效或双效）。

图2  AdvMBLink 主界面。

北京同仁堂“中试车间”项目DCS工程，主要实现对中草药的分离、提取和浓缩，最后生产一种比重1.2左右的半流体浸膏。经进一步干燥后，可做制剂，片剂或胶囊使用。

系统整体设计

该项目采用中控室集中控制，现场协作的监控模式，即中控室监控所有现场设备，现场触摸屏、PLC和OPC服务器分别控制相关工段阀门、电机的启停和提供相关检测数据。

具体控制结构：多功能提取工段，PLC与中控室工程师站通过485通信，接收命令控制现场设备；大孔树脂工段，现场触摸屏通过485方式与中控室CPU通信控制现场设备；红外检测部分，OPC服务器接收相关检测数据，通过工业以太网发布给主CPU。现场各设备的运行状况均送至中控室，在上位机监视（如图1所示）。

控制方案设计

通用控制

开关量设备在手动状态下，通过点击相应按钮，直接启动或停止；自动状态下，根据程序自行启停。控制回路设备，直接输入输出值或设定值控制。

顺序控制软件包

顺序控制软件包提高了工程组态效率，可灵活构建合适控制策略，方便在线组态维护和操作。顺序控制软件包具备以下功能：板框过滤、大孔树脂吸附、单柱正逆向吸附、树脂再生、单双效浓缩和酒精调配的顺序控制；可组态修改的参数表；现场操作；现场运行指示等。

各工段主流程均有采用顺序控制，设备顺启首先要确定所选工段中各设备具备自动启动条件。顺控“启动”后，程序开始，设备将按照预定程序和工艺设置开始动作，直至完成整条顺控步骤。当遇到紧急情况或现场操作需异常中断时，点击“复位”按钮，程序停止，跳转到初始等待状态。

离心机联锁启停

离心机启动分四次执行：从第一次启动到第三次启动，每次启动5s，停止15s，直到第四次启动后全速运行。此外，设置离心再启动联锁：离心机停止10min内不能再启动。

图3  单双效浓缩监控画面。

与PLC进行异构通信

此项目多功能提取部分的压力、液位、温度数据和阀门控制均通过PLC用 Modbus RTU通信协议在中控DCS上集中监控。下位机为PLC，上位机为中控DCS。

硬件上，PLC与中控工程师站通过485进行连接。软件上，首先采用AdvMBLink软件，作为后台程序负责数据的流入与流出。AdvMBLink是连接AdvanTrol控制系统与其他设备进行数据连接的软件。它可以与其他支持Modbus串口通信协议的设备进行数据通信，同时与AdvanTrol控制系统进行数据交互。图2为AdvMBLink组态界面。

其次，采用SCTask 软件，使AdvMBLink数据接入AdvanTrol系统。二次计算组态软件SCTask是AdvanTrol-Pro软件包的重要组成部分之一，用于组态上位机位号、事件、任务等，目的是在SUPCON WebField系列控制系统中实现二次计算功能、提供更丰富的报警内容及报警方式、网络策略设置、支持数据的输入输出，把控制站的一部分任务由上位机来做。在SCTask（二次计算）中引入AdvMBLink中组态的位号，在SCTask的位号定义中选择Modbus数据源，组态位号，定义扫描时间和循环任务，完成对二次计算的组态，最终实现与PLC的通信。

触摸屏控制

现场触摸屏为10.4"256色触摸液晶屏，分辨率640*480，主要实现对大孔树脂工段的监控。电气部分为触摸屏通过485方式与GCS-2 CPU模块相连，其中GCS-2 CPU模块做为Modbus通信协议的从站，触摸屏为主站。按照Modbus RTU通信协议中00001寄存器对应系统组态中第一块DO卡的第一个通道；30001寄存器对应系统组态中第一块AI卡的第一个通道；04001寄存器对应系统组态中第00号自定义一字节变量；42001寄存器对应系统组态中第00号自定义二字节变量；42002寄存器对应系统组态中第01号自定义二字节变量的规则，针对相关设备的Modbus地址，通过对触摸屏图形化组态编程实现监控。

OPC通信

大孔树脂工段有四台近红外检测仪通过OPC方式在中控显示，中控工程师站为OPC客户端，近红外检测仪端为OPC服务器。

该项目中先使OPC服务器和中控OPC客户端连接到同一个网络，并保持用户名与密码的一致，然后在中控工程师站的“组件服务”里设置DCOM配置，接着再次使用二次计算软件，定义四个实型数据，在“网络节点”一栏里输入OPC服务器的IP地址，最后在SCKey组态软件里引用定义的实型变量完成全部设置。图3为监控软件操作界面。

结论

从浙江中控技术股份有限公司GCS-2系统在北京同仁堂中试车间项目的成功经验中可以看出，采用GCS-2多功能控制系统，很好地适合了该制药车间控制设备多、通信方式多样、控制工艺复杂、实时性要求高，系统稳定可靠的场合。解决了中心控制站与PLC控制站、OPC服务器和触摸屏数据交换的问题，使现场设备在中心控制室进行集中监控，方便操作，节省了大量的操作人员和项目投资。

该系统于2007年10月投入正式运行，从综合效果上看，先进的煎煮方法、高速离心分离技术、新型大孔树脂技术、单双效浓缩技术和近红外在线检测技术等高新技术特别是GCS-2多功能控制系统的综合运用，优化了中药的生产工艺，弥补了传统制药方法的缺陷，提高产品有效成分的含量70%以上。中控提供的硬件、软件、先进控制方案和通信方案在内的总体解决方案均得到成功的验证，给用户带来了巨大的经济效益和社会效益，对中药企业改造具有借鉴意义。