2025年煎药自动化控制试题及答案

2025年煎药自动化控制试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.现代中药煎药自动化控制系统中，用于监测药液沸腾状态的核心传感器是（）A.光电液位传感器B.压力传感器C.红外温度传感器D.浊度传感器2.某智能煎药机设定“武火-文火”两段式加热模式，其中“武火”阶段的典型控制目标是（）A.30分钟内将水温从25℃升至100℃，升温速率≥2.5℃/minB.保持水温在85-90℃持续40分钟C.控制压力在0.02-0.05MPa范围内D.调节药液循环流量至5L/min稳定状态3.煎药过程中，若检测到药液pH值异常下降（如从7.2降至6.5），最可能的故障原因是（）A.温度传感器漂移B.药材浸泡不充分C.排水电磁阀内漏D.酸腐菌污染药液4.基于物联网的煎药控制系统中，用于实现“煎药参数云存储-远程监控”功能的关键技术是（）A.RS485总线通信B.MQTT协议数据传输C.CAN总线冗余设计D.工业以太网环网架构5.某煎药机采用PID控制算法调节加热功率，当实际温度低于设定温度且偏差持续增大时，PID控制器的（）项输出会显著增加A.比例（P）B.积分（I）C.微分（D）D.前馈补偿6.为避免煎药过程中药液糊锅，系统需实时监测的关键参数组合是（）A.锅底温度、药液流速、加热功率B.药液pH值、压力、浸泡时间C.药材重量、加水量、沸腾频率D.搅拌电机电流、泡沫高度、蒸汽湿度7.符合2025年《中药煎药自动化设备技术规范》的温度控制精度要求是（）A.±0.5℃B.±1℃C.±2℃D.±3℃8.煎药完成后，自动出药阶段的核心控制逻辑是（）A.先关闭加热，再启动蠕动泵，同时开启冷却阀B.先启动搅拌，再开启排液阀，最后关闭加热C.先降低压力至常压，再启动药液泵，同步清洗管路D.先检测药液体积，再触发声光报警，最后自动封装9.对于含挥发性成分（如薄荷）的药材，自动化煎药工艺需重点控制的参数是（）A.浸泡时间延长至2小时B.沸腾后保持微沸（98-100℃）时间≤15分钟C.加热功率提升30%缩短沸腾时间D.药液循环流量增加至8L/min10.煎药机故障诊断系统中，“加热模块无输出但控制信号正常”的可能原因是（）A.PLC程序逻辑错误B.固态继电器损坏C.温度传感器断线D.人机界面（HMI）通信中断二、填空题（每空1分，共20分）1.中药煎药自动化系统的核心组成包括______、______、执行机构、人机交互模块和通信模块。2.常见的煎药温度检测元件有______（精度高，用于主控）和______（响应快，用于防糊锅监测）。3.两段式煎药工艺中，“武火”阶段的主要目标是______，“文火”阶段的核心任务是______。4.为防止药液溢出，系统需通过______传感器监测泡沫高度，当泡沫触达______位置时，自动降低加热功率并启动______。5.基于模糊控制的煎药温度调节策略中，输入变量通常为______和______，输出变量为______。6.2025年新版规范要求，煎药机需具备______功能，即当主控制器故障时，备用控制器可在______内切换接管，确保工艺连续性。7.药液浓度在线监测可通过______传感器实现，其原理是利用______与浓度的线性关系进行测量。8.自动化煎药的关键质量指标包括______、______、有效成分保留率和杂质含量。9.清洗阶段的控制参数需设定______（如80℃热水）、______（如10分钟）和______（如3次循环）。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述PID控制算法在煎药温度调节中的具体应用流程。2.说明为什么含胶质药材（如阿胶）的煎药工艺需增加“低压慢煎”阶段，并描述自动化系统如何实现该阶段的压力控制。3.列举3种煎药过程中可能出现的异常工况，并分别说明对应的自动化处理逻辑。4.解释“煎药参数自适应学习”功能的实现原理及其对工艺优化的意义。5.对比传统人工煎药与自动化煎药在“加水量控制”环节的差异，说明自动化系统如何提高加水量的准确性。四、综合分析题（共20分）某中药制药厂新购入一台智能煎药机，在调试过程中出现以下问题：（1）武火阶段升温速率仅1.5℃/min（目标≥2.5℃/min）；（2）文火阶段温度波动达±3℃（目标±1℃）；（3）煎药完成后药液体积比理论值少20%。请结合自动化控制原理，分析可能的原因并提出解决方案。答案一、单项选择题1.A（光电液位传感器通过光折射原理检测液面波动，可判断沸腾状态）2.A（武火阶段需快速升温至沸腾，典型升温速率≥2.5℃/min）3.D（pH值异常下降多因微生物繁殖导致药液酸败）4.B（MQTT协议适用于物联网低带宽、高可靠性数据传输）5.B（积分项用于消除稳态误差，偏差持续增大时积分作用增强）6.A（锅底温度过高易糊锅，药液流速低或加热功率过大会加剧风险）7.B（2025年规范要求温度控制精度±1℃）8.C（需先泄压避免喷溅，再泵出药液并同步清洗防止残留）9.B（挥发性成分需缩短高温暴露时间，微沸状态可减少挥发）10.B（控制信号正常但无输出，多为执行元件（如固态继电器）损坏）二、填空题1.检测传感器；控制器（PLC/DCS）2.PT100热电阻；K型热电偶3.快速升温至沸腾；维持微沸促进有效成分溶出4.超声波；上限；消泡剂喷洒（或降低搅拌速度）5.温度偏差；偏差变化率；加热功率输出6.双机热备；500ms7.电导率；电导率值8.药液浓度；pH值稳定性9.清洗水温；清洗时间；清洗次数三、简答题1.应用流程：①设定目标温度（如100℃）；②温度传感器实时采集当前温度（T），计算偏差e=T设定-T实际；③PID控制器根据e、e的变化率（de/dt）和e的累积值（∫edt）计算输出控制量；④输出控制量转换为加热模块功率（如固态继电器导通时间）；⑤循环调整直至温度稳定在设定值±1℃范围内；⑥文火阶段通过减小比例系数、增大积分时间抑制超调，保持温度稳定。2.原因：胶质药材（如阿胶）高温长时间煎煮易糊锅，且胶质溶出后药液粘稠度高，需低压（0.01-0.03MPa）降低沸点（95-98℃），延长慢煎时间（60-90分钟）促进溶出同时避免焦糊。实现方式：①压力传感器实时监测罐内压力（精度±0.005MPa）；②当压力超过设定上限时，PLC控制排气阀开启泄压；③压力低于下限时，关闭排气阀并调整加热功率维持微压；④结合液位传感器数据，动态调节搅拌电机转速（5-10rpm）防止局部过热。3.异常工况及处理逻辑：①温度超调（如达105℃）：触发紧急停加热，开启冷却阀通入循环冷却水，同时声光报警提示操作人员；②药液流速骤降（如从5L/min降至1L/min）：检测蠕动泵电流，若电流过高则判断管路堵塞，自动反冲洗30秒后重启；若电流正常则检查药材是否成团，启动搅拌电机高速搅拌（20rpm）3分钟；③通信中断（HMI与PLC无数据交互）：系统切换至备用通信链路（如4G无线模块），同时将关键参数（温度、时间）存储至本地SD卡，待通信恢复后同步数据。4.实现原理：系统通过采集历史煎药数据（温度曲线、压力变化、药液浓度等），利用机器学习算法（如决策树或神经网络）建立“药材种类-工艺参数-质量指标”关联模型；当输入新药材时，模型自动推荐初始参数（如浸泡时间、加热功率），并根据实际煎药结果（如有效成分含量检测值）修正模型参数，形成闭环优化。意义：①减少人工经验依赖，提高不同批次间工艺一致性；②针对特殊药材（如鲜药、炮制药材）自动调整参数，提升有效成分提取率；③积累数据支持工艺创新（如发现某药材缩短武火时间可提高挥发油保留率）。5.差异与准确性提升：传统人工：凭经验估算加水量（如药材重量的6-8倍），误差大（±20%），且无法根据药材吸水量动态调整（如质地疏松药材吸水多，需额外补水）。自动化系统：①称重传感器精确测量药材重量（精度±0.1g）；②通过红外水分仪检测药材初始含水率（精度±0.5%），计算理论吸水量（吸水量=药材干重×吸水率，吸水率由数据库提供）；③加水泵采用电磁流量计（精度±0.5%）控制注水量，目标加水量=理论煎药量+吸水量；④浸泡阶段结束后，通过液位传感器检测实际剩余水量，若低于阈值则自动补加定量水（误差≤±2%）。四、综合分析题问题（1）升温速率不足的可能原因及解决：原因：①加热模块功率不足（如加热器老化，实际功率仅额定值的60%）；②保温层损坏导致热量散失过多；③初始加水量过大（超过工艺设定值30%）。解决方案：①检测加热器电阻值，更换功率不足的加热管；②检查罐体保温层，修复破损处（如聚氨酯泡沫脱落）；③校准称重传感器和电磁流量计，确保加水量符合工艺要求（药材重量的8倍）。问题（2）温度波动大的可能原因及解决：原因：①PID参数设置不合理（比例系数过大导致超调，积分时间过小加剧震荡）；②温度传感器安装位置不当（如远离加热源，检测滞后）；③搅拌电机故障（转速不稳定，药液温度分布不均）。解决方案：①使用Ziegler-Nichols法重新整定PID参数（如比例系数从2.0调至1.5，积分时间从30s调至60s）；②调整温度传感器位置（靠近加热管，缩短检测滞后时间至≤2s）；③检测搅拌电机电流，更换损坏的电机轴承，确保转速稳定在10rpm±1rpm。问题（3）药液体积不足的可能原因及解