万科学与工程中药自动化制药过程能效管理及优化控制策略研究

DissertationSubmittedtoTheMasterDegreeofControlScienceandEngineeringRESEARCHOFENERGYMANAGEMENTANDOPTIMIZATIONCONTROLSTRATEGY INTHE PRODUCTIONPROCESSYinSupervisor:Prof.SunNovember 中国中生产国中药药人们活，产品量题日到人们关，同中生产过的能问日益出因此中生产业来越视中药产程的效理及化究。设药制过能效理系有助于提高中药企业的信息化水平以及增强企业生产效率；研究中药制药优化控制策的中药发展有着长远的重要意义。现代化制药的能效信息平台，提高了现代化制药的信息化水平。关键字：中药过程能效管理优化控制isthelargestproducerofTraditionalmedicine(TCM),medicinepharmacywithpeople'slives,thequalityoftheirproductsmoreandmorepublicattention,whiletheenergyconsumptionintheproductionprocessofTCMhas eincreasinglyprominent.Therefore,moreandmoreemphasisonTCMproductionenterprisesinenergymanagementandoptimizationoftheproductionprocessofTCM.Constructionofpharmaceuticalprocessenergymanagementcontrolsystemhelpstoimprovethelevelofinformationofenterprises,andenhanceproductivity;Studyonpharmaceuticaloptimalcontrolstrategy,willhelpimprovetheutilizationofTCMrawmaterials,reduceenergyconsumption,improvethequalityandcompetitivenessoftheirproducts,thedevelopmentofTCMhaslong-termsignificance.Thissubjectstudiedmedicineproductionprocessmonitoringandenergymanagementsystemusesadistributed,openarchitecturedesign,theproductionprocessesandotheroperationallinkswiththeindustrialnetworktechnology,respectively,fromtheacquisitionandcontrollayertotheapplicationlayermanagementinfouraspectsofTCMproductionprocessenergymanagementandmonitoringsystemcarriedoutadetaileddesign.Andwhichisappliedtothedataacquisition,industrialEthernetanddatabaseknowledgeyzed,theentireproductionprocessmanagementandmonitoringofTCMtogethertoestablishaunifiedinformationflowfromtheautomationleveltothemanagementlevel,andimproveoverallbusinessefficiencyandcompetitiveness.AftertheTCMproductionprocessenergymanagementsystemswasbuilt,thenstudyingproductioncontrolstrategyoptimizationonextractionsection.TCMextractionprocessbelongstoindustrysectors,accordingtoitscomplexcharacteristicswhichhasproposedtheuseofhybridinligentoptimalcontrolstrategy,integrateduseofpre-setmodel,feedbackcompensationmodel,feedforwardcompensationmodelandtheconcentrationofforecastingmodel,theextractionsectionofthefinalcontroltargetextractionratewascontrolledwithinapresetrange,therebyimprovingtheutilizationoftraditionalmedicineextractlinks,reducedenergyextraction.:TCMProcessmonitoringEnergymanagementOptimalcontrolhardware-in-the-loopsimulation 第一章绪 .-1-------第二章中药生产工艺与系统总体设计7----------第三章中药过程及能效管理系统开发.......................................................................-17------趋势曲线与信 .-38------第四章中药提取优化控制策略研究47-----------第五章结论67----攻 第一章能效管理系统（EnergyManagementSystem）是以帮助工业生产企业在扩大产能效与能耗等同，只关注单位面积年能耗，却忽视了单位面积所产生的效用；二是对把数据真正转化成决策信息，并最终为优化策略并加以实施的[2]。造行业能效管理还着诸多与[3]：一方面数据分散在车间各个位置；另一方面，一些常见能源参数已集成在原PowerRateABB公司cpmPlus等，但是他们都有各自偏重的应用行业和场合，并不能针对所有企业的不必须运行在西门子开发的组态软件WinCC之上，还必须采用西门子的PLC以及系行业局限性：不业差别较大，上述软件有一定的行业局限性，主要针应用时项目不能进行较好的分组，而且系统扫描速度满足不了企业管理的需求，影响的学科领域之一，传统理论指导下生产应用的中药，为人类的健康与定了《药品生产规范》(GoodManufacturePractic，GMP)标准，对中药企业生产设备的适用性、生产过程的合理性以及生产操作的规范性、精确性提出了强制性要求。但由于我国制药行业整体工艺水平较为，加之标准自身存在的局限性以及新出台政策工作的延后性，药品制造企业较差的卫生条件和的设备状况，并加之有关部门推广和措施力度不够，这些标准还没有得到全面的推广和落GMP认证。我国是中成药生产大国，但是由于工业和信息化水平相对，能效管理方式效1.1业）巨大的成本压力，能源安全已成为我国持续发展中的突出的问题，在能究。刘张刚对供热的输热能效[6]进行了系统分析并进行节能改造，根据海能源管理系统的应用，研究并建立了某制药企业能源转换及用能模型[8]。但是1000种。由于国内自动化制药起步较晚，控制方法不够先进，还程优化软件的产品方面具有丰富的经验，据，国外已有20多家软件公司开发的石油化工过程通用和的流程模拟软件有60多种。国内专家在单元设备的建模、国内也于近些年开始重视对中药现代化生产的控制方法与策略,国内专家学者也对中药现代化做出了很多研究，取得了一些不错的成果，比如中南大学的罗安教授、西南交通大学的教授以及大学黄海松等均对中药现代化制药控制方法进行了大量研究并取得不错的成绩。例如黄挚雄在文献3]中提出了一种采用各类传感器和PID控制器形成内路闭环以及迭代学习控制单元ILC构成的外环形成双闭环了ILC的效果。黄海松在文献[14]运用预测控制对中药提取进行多目标优化控制策略研究，仿真实验结果表明该策略优于传统控制。张宇飞等在文献[15]中对中药制剂过程建立了神经网络模型，对模型输入参数空间运用遗传算法进行寻优，经生产实验表明采用优化后的工艺参数进行生产可以使制剂过程的成品率提高了几个百分点。在文献9]运用了改进粒子群算法PIDPID参数整定取得一定的控制效果。难满足复杂的提取过程控制要求，而且还要使得整个提取过的药材的提取率、能本课题是依托某中药设备制造厂的中药生产自控机组的能效管理和优化研究项目作为研究课题，将能源分析技术运用到中药现代化制药中，通过对制药过的物流、能流分析研究，将其应用到中药生产能效管理与中，能够实现从药材、生产流程、批次信息、设备状态、过程数据的实时，以及生产过程各个环节的能MP标准，提高产品竞争力；在中药生产是对能效管理系统的结构设计，以及过程和能效管理层软件的设计。优化控制方法是将生产过程工艺指标控制在目标范围内的一种综合多种智能控制方第一章，绪论。首先分析了我国能效管理技术现状，以及中药现代化制药过础上详细设计了中药制药过程及管理应用层软件。点研究对象，运用能效分析和管理技术，对制药过能流分析、、网络传第二章中药生产工艺与系统总体设GMP标准要求，近十几年来，国内图 发挥中药的奇特效果[22]。图2.2为中药双罐提取工艺及设备图：2.2浓度更高的浓缩液或者药膏。图2.3为中药双效浓缩工艺及设备图：2.32.4出渣和罐。醇沉过电机搅拌速度、沉淀时的温度对最终的醇沉效果有着直接影响，必须对其参数进行实时。干燥工序是将经醇沉工序和过滤工序后的纯度较高的浓缩液或者药膏放置于干（膏中的水分蒸发，为下一步的制剂等2.5为中药醇沉工艺及设备图：2.5在-0.08MPa状态下，同时开启蒸汽加热系统，进行干燥和灭菌，此过程温度保持在利进行的支撑系统，公共系统包括蒸汽系统、真空系统、冷却系统、自来水系统图2.6公共系统设2.1122131425ZWN1-161718192HCZ-1注：304：美标的一种不锈钢牌号，Q235A：普通碳素结构钢牌2.7器(ProgrbleLogicController，PLC)。、PLC系统是自动化技术和计算机技术相结合而发展起来的一种先进的工业计算机控制系统。其具有如下特点：能力强，可靠性高；功能完善，配套齐全，适用性强容易扩充改造方便PLC控制系统可以出色地完成工业实时顺序控制、条件控制，能够实现数/模(D/A)、模/数(A/D)转换、与处理、通信联网等功（CPU、图2.8中药生产过程系统结构层传输到层进行数据的，为工厂过程信息系统提供实时和历史数据。数据传输网络层将控制层数据层是过程系统的数据资源池，按照方式分为关系数据和实时数据两部分，实时数据库生产过的实时数据，关系数据则与生产相关的其他数据，是系统与能效管理系统的数据来源。第三章中药过程及能效管理系统开3.1控制层设控制层是将遍布生产现场的用于能耗信息和生产过程数据的各种传感切的说是企业内能量的平衡，用表示为：

j

最终目标。下表为市某中药制药企业提供的2013年度企业能耗统计数据，该数表 某中药制药企业2013年度能耗统计能源耗 类环节电蒸汽燃油自来水—————3————————————为了能更形象直观的了解制药过的能源消耗分布情况，表中数据按图 图 相对于耗电的众多环节，耗汽的环节则要少了很多，由图3.2我们可以看出，其3.3图 耗水高达GMP清洁标准，每个工序结束后要进行设备，这期间也会消耗一部分水，但是这些水相对于提取罐所3.2段 中药制药企业能耗信息及生产过程数据监测统计段提取力、流统中药制药企业能耗信息及生产过程数据监测点和监测项目是研究中药制药企业中药生产作为典型的流程工业，需要应用众多的传感器仪表来获取生产过程数动化系统和信息系统的成败产生根本影响。中药生产过程所需的传感器包括温度仪表、压力仪表、H值传感器、流量表、液位传感器等，各传感器将所产生的电压/电流信号分别送到数采模块，通过模/26。和互换性，降低了仪表成本，另一方面便于仪表间的组网，方便和管理。表 BP800扩散硅压力BP800扩散硅压力BP800扩散硅压力变送器；LWGY智能WZP- 热电SWP-T20压力变SWP-T20压力变送器LWGYS涡轮流量BP800扩散硅压力变送器；LWGY智能WZP-22热电阻MD-S800V负压段WZP- 热电SWP-T20压力变LWGYS涡轮流量LWGY智能涡轮流量计LWGY智能涡轮流量计统部分I/O变量对照表如表3.4所示：表 中药生产过程数据系统部分I/O变量对照1PIW2PIW3PIW-4PIW5PIW无6PIW7PIW8PIW无服务器建立连接[29]。如图3.5为制药厂传输层网络结构。

图 PLCPROFIBUS-DP总线30现场分散的设备连接起来组成通信网络，这种方式对于分散设备与自动化系统之间的数据通信传输十分适用。数据通信网络结构如图3.6所示：图 PROFIBUS-DP数据通信网S7400PLC配置为PROFIBUS主站，将S7300系列PLC配置为PROFIBUS从站。将具有高处理速度的CPU417-4作为主站的主控制器，掌握总线中性的数据。将CPU315-2作为从站控制器，从站现场设备主要为ET-200M分布式I/O模块、传感器和执行机构等，是操作员控制的站，主要完成、系统设置、故障诊断等非周期数据。主从站之间使用PROFIBUS-DP进行连接。的无缝连接[31]。企业内部互联网(Intranet)，外部互联网(Extranet)(Internet)提供的广泛应用已服务于除领域之外的生产和过程自动化领域[32]网络总体设计图如图3.7所示。3.7存各对象之间的逻辑关系。数据层应用框架如图3.8所示：图3.8数据层应用框中药生产过程能效管理系统以SQLServer2005数据库为数据库，SQL语言，支持开发引擎以及可扩展性能强等优点。外部工具可以利用其开放编程接口（SQL，ODBC，OLE-DB和OPC）进行数据，WinCC从V6.2开始，采用数据压缩的方式在数据库的相应表中，对这些经一个COM接口，可以看做COM技术下的数据库的API函数，所以连接时需要每个数据库都提供自己的Provider[38]。Setconn=Conn.open“Provider=SQLOLEDB.1;IntegreatedSecurity=PersistSecurityinfo=false;InitialCatalog=CC_OpenArch_14_05_12_14_07_38R;DataSource=.\WinCC;”SELECT*FROMUA#<ArchiveName>[WHERE[WHERE<Condition>…,optional]表 DateTime>’2013-11-06’ANDDateTime<’2014-10-DateTime>2013-11MsgNr=5图 Host（主机名称单击从下拉框选中选择所需数据库的主机名ArchiveTag（变量名称From/Till（时间范围）：输入所要查询的时间范围，格式为yyyy-mm-ddExcelDate/Time（变量时间，第二列为ms（变量名称，后几列为变量最大值、最小值、平均值信中药制药生产能效与管理软件是面向中药制药行业生产管理的全面能效，MES，PC统39。能效管理系统的最终目的是要通过采用来帮助生产企业降低生产题有目前普遍存在数据不统一、模块较独立数据分析不完善以及缺乏批次易用性的设计理念，系统主要功能按照系统逻辑可以分为过程功能与生产管理功能。其中过程功能包含工艺流程、生产设备管理、汇总以及趋势曲线，图 WinCCWinCC是WindowsControlCenter（视窗控制中心）的简称，是实现和运行环境。它们之间靠实时数据库进行连接，如图3.11所示：3.11丰富和方便的和工具。过程设中药能效管理系统的过程主要实现对制药生产工艺流程的过程数据进行实时监测显示、超限与实时数据，以及对生产设备状态监测、故障与艺总览界面如图3.12所示：图3.12工艺总览界够及时提示人员生产过的超限以及故障，并采取相应的措施。工序是对中药生产各个工序的详细，以弥补工艺总览信息不全面、里以提取工序为例进行分析，提取工序界面如图3.13所示图3.13提取工艺界使得人员虽远在室但依然有身临现场的真实感。示流程的进度状态。其他工序与提取类似，这里不再赘述。各个工序界面中设计了传感仪表与执行器的参数设置功能，为提供了强大的工具。由于传感仪表需要设置的参数一般为量程、高低限值、故障复位等，位。考虑到整个生产系统传感仪表众多，本着简洁性、通用性、易用性的设计思图 3.153.16显示去能够显示当前仪表的高低线数值以及仪表是否超限。图 图 何使不同的仪表共用一套模板。如图3.15，在设计主模板时，在其左上方预留一个图 如图所示，仪表位号图标上方为位号名称，下方为仪表当前数值，应用WinCC内置的C语言函数编程实现当单击该图标时弹出显示图3.15所示的仪表主模板，在画面前台中我们看到的只是名称的改变，但在仪表的数据读写中同样利用C函数实现了相应的仪表数据块的数据更改，这样台界面和数据库中都实现了多执行器是中药制药过的电气设备，是中心实现对生产现场控制的有为每个调节阀创建一个含有位号标识的图标，如图3.20所示：3.20手动状态，显示为“A”是表示此时为自动工作状态；锁定状态显示“L”时表示此调节阀输出锁定，无显示时表示调节阀未锁定；故障状态显示为“F”时表示此时趋势曲线、阀门管理以及参数设定。其中状态显示模板如图3.21所示：图 图 3.23PIDPID中比例系数、积分时间与传感仪表一样，每个执行器在都具有一个与之对应数据块，执行器的所有败，故对这些设备的非常重要。3.243.24罐参数设定管理界面如图3.25所示：3.25据具体生产情况将各个参数下装即可，实现了生产设备的自动化、化管理，趋势曲线与信生产管理者提供需要监测变量的趋势，对于生产的稳定性有总体的把握。对于生产过出现的突况，不管是工艺故障还是硬件故障，系统会及时的做出对应的警信息记录界面分别如图3.26和图3.27所示:图 图 并最终为管理人员提供指导性、总结性的结论，其数据支撑为关系数据库。理界面如图3.28所示：

图 位，也是能效管理的基本记录单位，批次管理界面如图3.29所示：3.29先中药制药生产开始时必须新建一个批次，并给该批次定义属性，一般包括批次3.30中药生产根据订单下达后，按批次进行生产，信息按批次号进行归纳整理。生产之开始前必须首先在批次管理界面选择需要生产的批次并点击“开始”，如3.31要信息，并具有导出打印功能。批次状态查询如图3.32所示：

图 3.333.33人以及状态，流程使用记录查询如图3.34所示：

图 理”[41]3.35图 图 点击分类管理区的“数据查询”按钮，进入能效历史数据查询界面，如图图 图3.38公共系统报采用ODBC（数据库互连方式进行数据库在报表动态数据部分插入ODBC图 ODBC数据库连在“ODBC数据源”选项中选择需要的WinCC数据库源，在下面的“SQL语句框中输入数据库的SQL语句比如我们需要数据库“BATCH_PARA”WHEREBATCHCODE='$BatchDY$'andpara='FT001-F-01_AI'”。因为它能够从生产过获得大量数据，并对这些数据进行分析和打包，然后传送给以它已经成为工业IT解决方案的数据决策者[42]。本章首先从层、数据传输网络层、数据层三个方面对中药制药能效管理及过程系统的底层进行了详细设计，然后将应用层按逻辑功能分为过程生产历史记录和信息，工作人员可以根据信息及时对生产情况进行决策处第四章中药提取优化控制策略提取过程进行数学描述，图4.1为提取过程系统图。4.14.1所示，中药提取工序控制过程如下：在提取罐中将定量的溶媒和药材混AdL(QQ

d(CALT)SQ(TT)SQ(TT (QQ 2 1 底部加热蒸汽流量，Q2为底部加热蒸汽流量，Q3为挥发油流量，K为蒸汽液化为水后S为纯水的比热容，T1为加热前蒸汽的温度。式(4-1)中，在提取罐加热过，只是提取罐从底部通入罐内蒸汽，而从提取罐内的蒸汽流量Q1减去挥发油流量Q3再乘以体积比K。式(4-2)中，根据热传递能量守恒，罐内混合液增加的能量d(CALTdt就数值上等于通入侧壁和罐底的蒸汽减少的热量SQ2T1TSQ1T1T)再加上进入罐底的蒸汽一部分液化放出的液化热(Q1Q3)R。由CAd(LT)=CATd(L)+CALd(T

CATd(L)+CALd(T)=SQ(TT)+SQ(TT)+(QQ 2 1 CALd(T)=SQ(TT)SQ(TT)+SQ(TT)+(RCTK)(QQ 2 1 1 Q1 Q2 式中，u1为底部蒸汽阀门控制量，u2为侧壁蒸汽阀门控制量，k1、k2为比例系数。Q3k3Tk 式中k3、k4kTk AdL(k

1 1{(RCTKSTST)kuSku(TT)(CTKR)(kTk)}

1 22 模型的混合智能优化设定方案，来实现对中药提取过程基础回路设定值的优化控制。优化策略的结构如图4.2所示。过液流压温提取优化设定图 提取优化设定模型根据提取率的上限Jmax、下限Jmin，以及提取罐的处理能力和边界条件B，产生底层控制回路的预给定值y(t)，例如提取罐的温度、压力等调节回路Gk{Tk,Xk,Yk GkK个案例（k=1,2,3,…,n，n为案例数量；Tk为案例Gk的建立时间；{Xkxk1xk2xk3xk4xk5为案例Gk当前工况的案例描述特征，x1,kx2,k,…,x5,k表案例若干条案例组成了提取智能优化设例库。记录的每一条案例Gk,k1,2,L其组速度给定值组成，记为{Yk}{yk1,yk2yk3yk4。此外，为了完善案例的属性以方便之后的案例匹配与检索等额外需求，在案例表示中可以添加时间Tk和相似度simk属性：其中时间属性即案例建立的时间，相似度属性为案例库中该条案例与当前工况描述的综合相似度[46]。案例的表示可见表4.1。4.1CKxkxkxkxkykykyk案例本文中的案例的检索与匹配采用的是最相邻算法。设实际的提取工况XTQBii1,L5对于Ckk1,2,L中每一个提取工况描述的记录Xki，(i1,L5)Sim(B,

)1

，i k

Max(B,x k每一条Ck和实际的提取状况描述XTQ，两者的综合相似度可用如下等式表5Sim(XTQ,Ck)wiSim(Bi,xki),k式中wi表示的是提取工况描述wi5wi

而对于wi5个属性0.2，0.1综合相似度将SIMmaxSimmaxMax(SIMXTQ,Ck，那么阈值SIMyzk1,2

,SIMmax SIMmax,SIMmaxXYZ由根据以往提取经验给出，一般设为0.9与检索的作用就是将案例相似度SimXTQCkSIMyz的案例检索出来，之后对案例的解{Yk、综合相似度SimXTQ,Ck和时间Tk属性进行记录，案例在上述检索的匹配案例中筛选出符合最大相似度SIMmax的案例并统计其个数Num。若Num1，即说明只有一个案例满足最大相似度，设此案例为Cm,1mn，并设排序后的匹配案例Cm的下一个案例为Ck,1kn，很显然，由于匹大相似度并且案例时间为最近的一个。记案例Cm的解为Ym、相似度为SIMm案例Ck的解为Yk、相似度为SIMk，那么当前工况描述下的案例解YTQ SIMmYmSIMk SIM 如果个数满足Num1，即说明有多个案例具有相同的最大相似度，可以先设有分别对应的解为Y1,Y2Yl，可以得到当前工况描述的案例解YTQ为：llYTQl

.结合经验给出。本模块的时间系数分别确定为：10l,10(l1),...,10[l(l1)]。案例案例评价与修正是验证案例重用结果正确性、有效性的必要。首先对重用结果进行有效性评价，如果评价其结果有效则不必进行案例修正，否则的话必须进行果的反馈作为案例评价的依据，当新的案例解在运行过出现问题则马上进行案例修正。第一步获得提取浓度检验值NDHY和对应的采样时间TQY，接着按“时间”属性值在历史数据库中检索与时间TQY最接近的纪录，记检索到的数据记录为 替换，根据(f)中分析的案例规则案例[48]即可。案例评价修正合格的新案例Cnew可以加入到案例库中，根据计算4.13方法对其与案例库中的所有旧案例进行相似度计算。分别设这些相似度为：SIM1,SIM2...SIMn（n为旧案例0SIMi1。若所求出的所有相似度都不大于某一个给定的阈值ζ10ζ11这里取ζ10.9)，则加入该新案例Cnew。若存在至少一个相似度比该阈值大，则不该新案例。得到合格、稳定的产品是工业生产的最终目标，所以工业生产的问题也便是工作时，人的观察被各种仪表替换，由定性估计到定量实现了生产的自动运行。的模型或者关系而计算得到主导变量的技术。它有效的补充了对传统测量，通过备，其具有配置较灵活、成本低廉，方便等优点。本文采用最小二乘支持向量机的给定值，使提取率指标其稳态给定值。提取校正方法的具体设计如下[50]：规则的前提条件就是根据提取率化验值与期望值的偏差(△E)得到基础控制回路校正值。例如，获取提取罐温度校正值专家规则的方法如下：现场技术工的现场经比BCFB)，提取罐温度的调整也不一样。用专家规则[51]表示提取罐温度校正量为：if0<E<3if-3<E<0

TTQG＝n1MRDn2BCFBTTQG＝n1MRDn2BCFBifE>3 ifE

TTQG＝n11MRDn22BCFBTTQG＝n11MRDn22BCFB为了方便起见，一般用MRD1MRD2MRD3分别表示药材可提取性指标中BCFB1BCFB2BCFB3表示药材有效成分比大、中、n1、n2、n3、n11、n22、n33进一步确定提取罐压力PTQG、蒸汽流量FZQ以及泵循环速度SBXH的校正规则。表所示为提取率反馈校正规则表 1ΔTTQG=-n1*MRD-n2*BCFB-n32-3<ΔEΔPTQG==k1*MRD+k2*BCFB+k3ΔFZQ=m1*MRD+m2*BCFB+m3ΔTTQG=n1*MRD+n2*BCFB+n33ΔEΔPTQG=-k11*MRD-k22*BCFB-k33ΔFZQ=-m11*MRD-m22*BCFB-m33ΔTTQG=-n11*MRD-n22*BCFB-n334ΔE<=-ΔPTQG==k11*MRD+k22*BCFB+k33ΔFZQ=m11*MRD+m22*BCFB+m33ΔTTQG=n11*MRD+n22*BCFB本文以提取罐温度校正过程为例进行分析，将得到的提取罐温度预给定TTQG及其校正量TTQG，按式4.18计算出提取罐温度的给定值。TTQGTTQG ER4.3为其规则表，表中的kr1、kr2、kr3表 1ΔPTQG=-kr1*MRD-kr2*BCFB-ΔFZQ=-mr1*MRD-mr2*BCFB-mr3ΔTTQG=-nr1*MRD-nr2*BCFB-nr32-ΔPTQG==kr1*MRD+kr2*BCFBΔFZQ=mr1*MRD+mr2*BCFB+mr3ΔTTQG=nr1*MRD+nr2*BCFB+nr33ΔPTQG=-kr11*MRD-kr22*BCFB-kr33ΔFZQ=-mr11*MRD-mr22*BCFB-mr33ΔTTQG=-nr11*MRD-nr22*BCFB-ΔSBXH=-pr11*MRD-pr22*BCFB-4ΔPTQG==kr11*MRD+kr22*BCFB+kr33ΔFZQ=mr11*MRD+mr22*BCFB+mr33ΔTTQG=nr11*MRD+nr22*BCFB+nr33真平台”（HardwareintheLoopSimulationtform）是工程领域内一种应用较为广泛本文搭建的中药半实物仿真平台结构层次如图4.3所示：图 虚拟对象系统运行在一台单独的计算机上，主要应用软件是OsimS7.1。OsimS为宁波东大自动化所开发的虚拟对象系统。开发环境以OsimS作为前台程序，7.1作为模型运算，模拟提取过程的动态特性。OsimS具有程序接能够实现和的ActiveX通讯方式OsimSOPC配置功能可以与系统的OPC服务器进行数据通信，实现对象计算机和虚拟执行入输出变量相对应。将4.1节所建立的中药提取过程模型通过编程，以M文提取工艺流程图如图4.4所示。图 提取虚IO该系统与虚拟对象系统的过程数据交换是通过OPC服务器实现的。实际提取过控制接收的来自传感器的信号以及控制器向执行器发送的信号一般都是4~20mA或者1~5V标准电信号，而提取过程半实物仿真平台中的虚拟执行器和归零等仪表常见故障状态，这样便较为准确的模拟了实际环境下仪表的各种状况。然后虚拟仪表的输出信号被研华卡并调理成1~5V标准电压信号，然后经过PLC的模拟量卡进行数据与处理。虚拟仪表的信号传递如下图4.5所示： 图 现 提取过程的执行器主要包括循环泵、电磁阀等，用于提取过提取液的循环以4~20mA实际信号，经信号调理板转换为1~5V标准电压信号，然后经卡后现 4.6虚拟IO系统采用工控计算机，同样包括前台人机交互界面和运算程序，前台界面为RSView32，程序为编写的仪表与执行机构模型算法[54]。RSView32是RockWellSoftware公司开发的以Windows为平台的HMI（人软件[55]。能够提供真的工业现场画面，图4.7为中药提取工艺现场画面：图 虚拟IO系统组态“检测装置”按钮，弹出虚拟仪表参数设置图，如图4.8所示：图 拟执行机构参数设置图，如图4.9所示：4.9RSView32VBAVBA编程可以实现OPCIO系统与虚拟对象系统的过程数据交换；工控机配置有IO与控制器的数据交换。PCS7控制系输入/输出、数字量输入输出以及复杂的控制编程与控制逻辑。其模拟量输入/输出模块通过电缆与虚拟IO系统的板卡连接，能够通过传输标准的1~5V电压信号和路软件设计如图4.10所示：图 控制系统CFC软件设提取系系统为单独的一台计算机，其上运行WinCC软件。WinCC运行前文设计的中药提取能效管理与系统，能够十分形象的反映中药制药生产现场实时情中心，更是OPC服务器，是整个半实物仿真平台的数据交换中心，前面开IOWinCC优化系统软件采用东学流程工业开发的运行优化控制系统软件，其同样运行于一台单独的计算机，为前台提供算法配置等操作界面，则运行定值，然后通过OPC通讯方式为控制器提供优化后的各回路优化设定值。首先进行算法配置，算法配置功能主要是用于将已经编好的DLL文图 界调件列表和指标趋势图以及设定值趋势图。运行界面如图4.12所示：图 0.82J0.954=0.43，5=0.38；案例检索与匹配阈值sim=0.86；案例改写与案例中的征最大误差为1.8%。50C，利用网分比BCFB=24.4表 值值值242343422221422表4.5所示：表 值值值242323324程序至PLC，无误后运行计算机的WinCC系统，同时激活OPCsever；之后会分别运行IO系统、虚拟对象系统，系统运行起来后可以手动JmaxJmin，黑色圆点表示多次仿真实验中提~值与化验值的偏差J(T)。由图可见提取率的实际值在提取率目标范围内小幅波动，图 中药提取过应用的混合智能控制算法经仿真实验证明了其优化效果的有效性，在第五章中药现代化生产信息化制药企业未来发展的必由，也中药品牌药生产能效管理系统提供基础；根据中药生产工艺特点，综合、工业以太网和数据库技术，按照过程能效管理及系统和提取工段的优化控制策略还有需要改进完善的地方。参考[1],,.基于网络通信技术的现代化能源管理系统[J].科技与企业,2012[2]徐,肖欣欣,.能效管理系统的设计及其在工业中的应用[J].学报:自然科学版,2013,11(2):67-72.[3],周晓霞.基于Niagara软件平台的能效管理系统在制药行业的应用[J].电气时代,2012(4):107-109.[4].中药生产节能潜力巨大[J].工程设计,2005,26(3):7-，[5]智能化楼字能效管理系统的研究与应［J］．供用电，2011，28(3):15-，[6]刘张刚.供热节能改造及输热能效分析[D].青岛理工大学,[7],黄爱平,,等.海运企业能效管理信息系统研发[J].中国航海,2011(4):53-[8],,,等.某制药企业能源转换及用能模型的研究及建立[J].节能技术,2012,29(6):506-509.[9].能源管理系统在生物制药企业中的应用[D].复旦大学,冒巍巍,范莉,.我国中药产业国际竞争力分析[J].中草药,2003,34(4):289-丁.中药提取生产自动化系统的研制[D].湖南大学,朱炼.中药生产过程自动化系统[D].中南大学黄挚雄.中药生产过程优化控制策略的研究[D].长沙:中南大学黄海松,谢庆生,.基于预测控制的中药提取工段多目标优化控制策略[J].兰州理工大学学报,2013,39(3):75-79.张宇飞,邵秀丽,雷建军.基于神经网络和遗传算法的中药滴丸制剂过程建模与优化[J计算机工程与应用,2005,41(2):191-193.柴天佑.生产制造全流程优化控制对控制与优化理论方法的[J].自动化学报,2009(孙旨义.自动化在制药企业发展的新契机[J].自动化博览,.浅谈中药提取分离方法与发展趋势[J].前沿,2012,.中药制药过程控制及集成化生产若干关键问题研究[D].:西南交通大学,曹光明.中药制药工程学[M].:化学工业李安杰.中药提取工艺对药品质量的影响[J].市场信息(理论),2013(5):120-,等.中药提取工艺研究进展[J].中国工业,.中药提取工艺与设备[M].:化学工业朋.基于工业物联网的中药生产过程及优化研究[D].河北工业大学,,,,,.PLC,DCS及FCS在中小型冶金生产过程控制系统中的应用[J].自动化博览,2002,19(3):18-19.,,,

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