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化工自动化及仪表

化工自动化及仪表

2026年03期

《化工自动化及仪表》创刊于1965年，是中国化工科学研究院主管，天华化工机械及自动化研究设计院有限公司主办的工业应用性科技期刊。

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综述与评论 | 煤质在线监测技术及应用综述

综述与评论 | 煤质在线监测技术及应用综述

摘要系统综述了近年来国内外煤质在线监测的主流技术,包括光谱分析技术(近红外光谱、激光诱导击穿光谱等)、放射性分析技术(X射线荧光、伽马射线等)及其融合应用,并对这些技术的性能指标(如准确度、响应时间及稳定性等)进行了量化比较和深入分析。进一步探讨了在线监测技术在燃煤发电、煤炭生产与加工、钢铁冶金等关键工业领域的具体应用场景、实施模式和显著的经济与环境效益。最后,总结了当前技术面临的核心挑战,并对未来与人工智能、大数据及数字孪生等前沿科技深度融合的发展趋势进行了展望,旨在为该技术在“双碳”目标下的推广应用提供全面的理论参考和实践指引。
过程控制 | 一种输入受控的工程最速控制器及其应用

过程控制 | 一种输入受控的工程最速控制器及其应用

摘要工程最速控制法凭借其优越的动态响应能力与干扰抑制能力,广泛应用于工业过程领域。加速型工程最速比例-积分(AEFPI)控制是工程最速控制方法的具体实现形式之一。AEFPI虽在抗干扰性能上优于传统PID控制,但在低阶滞后过程中存在超调量较高及衰减振荡难以抑制的问题。针对这一难题,本文以脱硝系统为研究对象,提出了一种基于输入受控策略的开环给定控制(OLGC)方法。该方法利用抵消原理,设计了AEFPI与OLGC相结合的复合控制策略,并对比了传统PI、单独AEFPI和AEFPI+OLGC这3种策略的控制效果。结果表明,AEFPI+OLGC策略能够显著抑制系统过程超调过高和衰减振荡的问题,且AEFPI+OLGC策略中保留了AEFPI优异的抗干扰能力。本文所提方法能够实现脱硝系统动态响应性能与外扰抑制性能的协同提升,为脱硝系统控制提供了高效的工程方案。
过程控制 | 煤化工过程自动化控制系统的模块化与可扩展性设计

过程控制 | 煤化工过程自动化控制系统的模块化与可扩展性设计

摘要为了提高煤化工过程的控制精度与稳定性，在分析煤化工过程自动化控制系统的基础上提出采用多模块切换与可扩展设计思路，解决了传统基于单一模型控制方法无法适应煤质变化的问题。为了进一步提升控制精度，采用零化神经网络(ZNN)算法作为自动控制的关键技术。实验结果表明：经ZNN算法调整后，氧气流量的偏差降低至0.43%，煤浆流量的偏差降低至3.07%。在系统投用后，氧煤比的极差缩小至14 Nm3/m3，减少了60%；气化炉温度的极差缩小至50 ℃，减少了44.44%，有效提高了煤化工过程控制的稳定性和精度，满足实际工程需求，并取得了良好的工程应用效果。
检测与仪表 | 基于拉曼谱峰分解技术的苯产品微量杂质在线检测

检测与仪表 | 基于拉曼谱峰分解技术的苯产品微量杂质在线检测

摘要针对苯产品中微量杂质(主要是甲苯与非芳烃(NA))的在线检测问题,提出一种结合拉曼光谱与谱峰分解技术的定量分析方法。为提高微量杂质的检测精度、降低检测限,采用一种基于洛伦兹高斯卷积模型的谱峰分解技术,以大幅减小苯峰对杂质谱峰的干扰;基于部分杂质含量已知的建模样本,建立杂质峰有效峰高与杂质相对浓度(即杂质与苯含量的质量比)之间的数学模型。对于任一样本,由在线拉曼分析仪采集相应的拉曼光谱,结合上述数学模型即可计算得到甲苯与NA的质量百分比。实验结果表明:对于苯产品液中微量杂质,拉曼光谱法的检测限可达0.01%(即100ppm)。
检测与仪表 | 多物理场耦合干扰下压蒸汽过热器低温信号检测方法

检测与仪表 | 多物理场耦合干扰下压蒸汽过热器低温信号检测方法

摘要高压蒸汽过热器内部极端的高温、高压及强振动的多物理场强耦合环境,导致其温度信号呈现出高度的非平稳性与非线性,并诱发显著的本征模态混叠现象。为此,提出了一种基于自适应噪声模态辨识与联合降噪的低温信号检测方法。通过耐高温抗干扰的传感器网络采集原始信号;针对模态混叠问题,采用局部特征分解算法对信号进行自适应解耦,提取一系列本征尺度分量(Intrinsic Scale Component, ISC),引入香农熵判据精准辨识出由多物理场耦合噪声主导的模态分量。为克服频带重叠与噪声淹没,采用奇异值分解对噪声主导分量进行定向滤波,通过构建Hankel矩阵与奇异值差分谱分析,实现噪声模态的精准分离与重构,有效抑制强背景干扰。经去噪后的信号利用希尔伯特-黄变换提取高分辨率时频特征,以克服传统方法时频分辨率的限制,最终通过BP神经网络实现低温状态的智能识别。实验表明,本文方法能够有效解决模态混叠与噪声淹没问题,提取的时频特征与真实情况完全一致,对样本2的检测准确率达100%,显著优于对比方法,为高压蒸汽过热器的安全监控提供了可靠解决方案。
检测与仪表 | 压电式压力传感器准静态校准系统温度影响研究

检测与仪表 | 压电式压力传感器准静态校准系统温度影响研究

摘要压电式压力传感器在准静态校准时未考虑温度对传感器工作特性参数造成的影响。为了研究温度对传感系统工作特性参数的影响,建立摆锤式准静态校准系统,采用比对式校准方法在-35~100℃温度范围内进行实验,获取自研压电式压力传感器在不同温度下的工作特性参数。结果表明:灵敏度和重复度随温度升高而下降,线性度无明显变化。通过二次曲线拟合获得的灵敏度随温度变化的曲线,对测量数据的拟合度较好,并且拟合公式有明确的物理意义,证明该公式具有可行性。
研究与应用 | 基于改进灰狼算法的注水管网摩阻系数反演

研究与应用 | 基于改进灰狼算法的注水管网摩阻系数反演

摘要为校核油田注水管网的摩阻系数，提高管网仿真精确度，提出一种基于随机游走的灰狼算法(RW-GWO)对管网摩阻系数进行反演。采用EPANET建立管网水力模型，通过修改管网模型的参数和结构模拟实际管网的老化、泄漏等特殊工况，将理想工况和特殊工况节点压力平方差之和作为目标函数，利用RW-GWO强大的函数优化性能准确反演管段海曾-威廉摩阻系数。对EPANET中的管网模型案例进行反演实验，反演优化后的节点压力最大相对误差绝对值为3.72%，符合实际工程误差标准。
研究与应用 | 面向复杂煤矿场景的巡检机器人即时定位与地图构建技术研究

研究与应用 | 面向复杂煤矿场景的巡检机器人即时定位与地图构建技术研究

摘要针对煤矿环境人工巡检效率低、覆盖面小的问题,提出一种面向复杂煤矿场景的巡检机器人即时定位与地图构建(SLAM)技术。该技术以二维栅格地图为框架、三维点云地图补充细节;定位环节采用自适应蒙特卡洛定位算法实现机器人精准位姿估计,规划环节引入改进A*算法进行全局路径规划,并结合时间弹性带算法优化局部规划。实验结果表明,所提定位算法在测量定位中最大误差与最小误差分别为1.10 m与0.02 m;在复杂定位偏移误差测试中,定位算法定位偏移误差控制在0.21 m内;在动态障碍规划中,规划算法最大偏差为1.2 m。
研究与应用 | 基于复杂环境与保冷体系的大型LNG储罐传热特性及优化调控研究

研究与应用 | 基于复杂环境与保冷体系的大型LNG储罐传热特性及优化调控研究

摘要大型液化天然气(LNG)储罐在复杂环境下易出现保冷性能衰减与能耗损失增加的问题。因此，构建了一种基于环境与保冷体系协同机制的多场耦合优化调控方法。该方法在多层热阻模型基础上，引入风速等环境参数，建立换热系数与导热通量的动态修正机制，以实现热流路径的实时优化与蒸发损耗的自适应控制。仿真结果表明，优化模型在20~24 h内罐内温度梯度稳定于3.4 K/m，日蒸发汽化率为0.048%，温度方差控制在1.60 K2，局部热流调控偏差维持在5%左右，日单位能耗热损降至1.00 kWh/m3，运行成本节约率达14.89%。以上结果表明，该方法能够有效提升LNG储罐的温度均衡性与运行能效，为大型储罐的节能设计与运行调控提供了可行路径与工程参考。
研究与应用 | 基于串行通信的工控网络安全隔离解决方案

研究与应用 | 基于串行通信的工控网络安全隔离解决方案

摘要为了保证石化生产装置核心控制系统的安全运行,以及制造执行系统(MES)的数据采集系统与DCS的OPC协议通信的可靠性,采用双网卡隔离方式并不能有效阻隔病毒传播与非法入侵,且存在一定的信息安全风险。为了兼顾控制系统的信息安全与生产数据共享需求,提出了一种基于串行通信的隔离方法,通过构建协议转换与专用通信通道,在工控网络与数据采集系统之间实现逻辑隔离与访问控制,有效提升了工控系统对外部网络威胁的防护能力,抑制了恶意代码的传播与未授权访问。
研究与应用 | 基于卡尔曼滤波与混合蚁群算法的矿井巡检机器人瓦斯巡检研究

研究与应用 | 基于卡尔曼滤波与混合蚁群算法的矿井巡检机器人瓦斯巡检研究

摘要随着我国煤矿开采深度与强度加大,瓦斯灾害风险上升,传统巡检方式存在不足,矿井巡检机器人成为新手段,但面临定位误差较大和路径规划易陷入局部最优等问题。鉴于此,笔者将扩展卡尔曼滤波(EKF)与单线激光雷达里程计融合,提出阈值化-稀疏化扩展卡尔曼滤波-同步定位与建图策略。以势场-信息素混合优化蚁群算法(ACO)重构路径规划,引入多种机制兼顾搜索与收敛。实验结果显示,混合优化蚁群算法最终路径长度119 m,比传统蚁群优化算法、A*算法分别缩短9、19 m。极端环境中212次迭代收敛。改进系统巷道中心定位精度达15~25 mm,复杂转弯处误差100~150 mm,低复杂度环境下导航成功率超95%,极端条件达65%。该方法有效提升了矿井巡检机器人的定位精度与瓦斯巡检效率。
研究与应用 | 基于深度学习的 3PE 涂层管道接头的智能检测技术

研究与应用 | 基于深度学习的 3PE 涂层管道接头的智能检测技术

摘要为优化三层挤塑聚乙烯(3PE)涂层成型生产工艺、提升涂层质量并确保生产安全,针对现有生产工艺中钢管接头处涂层手工切割操作的不足,提出一种基于深度学习的涂层管道接头的智能检测技术。通过现场采集图像数据,制作专用数据集,并构建深度学习模型进行训练,实现对管道接头的精准检测。测试结果表明:该技术对接头特征的平均检测精度 mAP 达到了 99.4% 。该技术的成功应用为管道接头检测提供了有效的解决方案,显著提升了3PE防腐质量和生产安全。
研究与应用 | 间歇反应过程的 RC1e 热风险评估实验研究

研究与应用 | 间歇反应过程的 RC1e 热风险评估实验研究

摘要基于反应量热原理,利用 RC1e 量热仪开展了合成辣椒素(洛里维德)与重要精细化学品中间体半酯合成两个间歇反应过程的热风险评估实验研究,测定了两个间歇反应过程的放热特性,计算了反应过程的绝热温升 ΔT_ad , 确定了间歇反应过程的热失控严重度。实验研究表明,洛里维德间歇反应过程在常压下,反应物浓度为 0.125~0.167 mol/L 时的 ΔT_ad 为 11.415~15.036 K, 热风险可控, 验证了反应工艺放大后的热安全性; 半酯反应过程在反应物浓度为 0.5 mol/L 时的 ΔT_ad 为 69.06 K, 热失控严重度为中等, 对此提出了分段加料、减慢滴加速度、降低反应物浓度及降低夹套温度等控温策略, 以保障半酯生产装置改造后的热安全性和热稳定性。
研究与应用 | 基于混合模型的锂离子电池剩余使用寿命预测

研究与应用 | 基于混合模型的锂离子电池剩余使用寿命预测

摘要针对锂离子电池容量再生以及多时间尺度下容量衰减过程的复杂性，在历史容量数据较少的情况下，实现准确容量预测仍然面临大的挑战。因此，构建融合数据分解、Transformer网络与极限学习机(ELM)的锂离子电池剩余使用寿命混合预测模型。为解决容量再生问题，采用自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)对电池容量序列数据进行处理，利用Transformer网络对容量再生的各分量分别进行预测，以提升模型对长序列数据的处理能力，并减少数据需求量；最后通过极限学习机网络预测电池容量的全局衰减趋势。基于公开电池数据集验证该模型的早期预测性能，结果表明：该模型仅需25%~30%的历史数据即可实现高精度预测。
研究与应用 | 基于 DBO 的蒸汽换热系统 PID 参数优化方法研究

研究与应用 | 基于 DBO 的蒸汽换热系统 PID 参数优化方法研究

摘要提出一种 PID 区间控制方法,消除系统稳态时因噪声引起的阀门振荡。提出一种将积分绝对误差指标与自定义阀门开度指标相结合的综合性能评估指标,对系统性能进行评估。当系统的评估结果不满足需求时,以综合性能指标作为目标函数,采用蜣螂优化(DBO)算法对控制器参数进行动态寻优。最后通过仿真实验验证了该方法的有效性。
研究与应用 | 基于 ARLoCK 的热轧带钢表面缺陷分类研究

研究与应用 | 基于 ARLoCK 的热轧带钢表面缺陷分类研究

摘要针对热轧带钢表面缺陷分类问题,提出了一种基于 ARLoCK(Adaptive Rectangular-OverLoCK) 网络模型的热轧带钢表面缺陷图像分类方法。该模型通过引入自适应矩形卷积模块 ARConv，在 OverLoCK 模型的基础上进行了改进。ARConv 能够自适应地学习卷积核的高度和宽度,根据输入图像中不同大小的对象动态调整采样点的数量,从而更有效地捕获图像中特定比例的特征。在 NEU-CLS 数据集上的实验结果表明,ARLoCK 模型在表面缺陷分类任务中取得了 97.22% 的 Top 1 准确率,显著优于其他对比模型,验证了其在热轧带钢表面缺陷检测中的有效性。
研究与应用 | 基于 WOA-BP 的齿轮箱滚动轴承在役性能评估

研究与应用 | 基于 WOA-BP 的齿轮箱滚动轴承在役性能评估

摘要为了有效评估齿轮箱轴承的在役性能,提出采用鲸鱼优化算法(WOA)改进反向传播(BP)神经网络。首先对实验数据进行小波降噪预处理,提取均方根、峰峰值、峭度及方差等时域特征,结合相关系数理论筛选表征轴承退化的关键特征;随后用WOA优化BP神经网络的权值与阈值,解决了BP神经网络易陷入局部极值的问题;最终通过均方根误差、均方误差、平均绝对误差及决定系数等指标,对比WOA-BP神经网络与BP神经网络、长短期记忆网络(LSTM)模型的性能,并识别出轴承性能退化起始点。结果表明:WOA-BP模型的决定系数达到了94.87%,较BP神经网络(78.24%)、LSTM(83.66%)分别提升了16.63%和11.21%,证实WOA-BP神经网络方法具有稳定的在役性能评估能力,可为工程实践提供技术支撑。
研究与应用 | 新型含能材料毁伤威力的多参量测试与综合评价方法研究

研究与应用 | 新型含能材料毁伤威力的多参量测试与综合评价方法研究

摘要为了准确评价某种新型含能材料的综合毁伤威力,构建了反映药柱爆炸冲击波、热辐射等毁伤元参量的测试系统,开展不同装药质量TNT、传爆药以及新型含能材料裸药柱的静爆试验,对自由场压力、地表反射超压、热剂量建立单威力参量模型。基于权重配置法,提出多威力参量作用能力综合评价方法,并建立典型多威力参量综合的无量纲归一化融合模型。经过部分TNT试验数据验证,该模型最大误差为0.196,相对于单威力参量模型精度有较大提高。该方法能较全面地评价炸药的综合毁伤威力,可用于含能材料综合威力评价和后续战斗部选型。
研究与应用 | ABB ACS880 变频器综合抗晃电策略的研究与应用

研究与应用 | ABB ACS880 变频器综合抗晃电策略的研究与应用

摘要针对炼化企业因电网晃电导致变频器停机引发的生产中断与安全风险，以 ABB ACS880 变频器为研究对象，系统分析了传统控制回路的设计缺陷与晃电发生机理。通过优化控制回路接线（整合变频器与强冷风机控制）、关键参数设置（启用故障自动复位、DTC 控制模式、三点启停控制）和完善外部配套措施（DCS/SIS 联锁延时），提出了一套综合抗晃电提升策略。现场应用表明：该策略使变频器的抗晃电能力提升 65%，因晃电所致的非计划停机事件减少了 82%。
研究与应用 | 基于 TDLAS 技术的原位分布式烟气湿度在线监测

研究与应用 | 基于 TDLAS 技术的原位分布式烟气湿度在线监测

摘要针对现有烟气湿度测量时单点测量代表性不足、接触式测量抗干扰能力差等问题,基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术结合原位热湿方式实现烟气湿度非接触式分布在线监测。首先介绍TDLAS测量原理、原位热湿预处理技术及TDLAS分布式烟气测量装置的结构,然后将该装置在火电机组进行了稳定运行,各探头测量趋势一致,且与烟气温度呈正相关。运行期间,采用便携式湿度仪进行了对比测试,结果显示二者测试结果一致,相对误差的绝对值小于2%。该装置的研制提高了湿度测量的代表性和抗干扰性,未来可推广应用于其他行业的湿度测量中。
技改与创新 | 数字孪生技术在多级高速泵的创新与应用

技改与创新 | 数字孪生技术在多级高速泵的创新与应用

摘要基于对数字孪生技术创新与应用的理解，搭建多级高速泵数字孪生系统，实现各环节数字互联、状态全面感知、信息高效处理，具有应用便捷灵活的特征。通过采集多级高速泵实时数据，对多级高速泵运行状况进行监测判断。结合相关历史数据，采用大数据算法分析，建立BP神经网络寿命预测模型，进行多级高速泵的剩余寿命预测。利用多级高速泵的在线监测系统，实时监测并准确识别多级高速泵的运行故障，提高其可靠性，延长寿命，为用户带来更大的收益。
技改与创新 | HFETR 第 2 套堆出入口温差偏低故障分析及处理

技改与创新 | HFETR 第 2 套堆出入口温差偏低故障分析及处理

摘要 HFETR 堆出入口温差是堆热功率的相关量,既作为保护参数,又作为热功率测量计算输入量,其准确测量尤为重要。本文以运行过程中出现的典型故障为例,从测量原理出发分析排查热电阻、电缆线电阻及信号采集处理等环节,最终定位故障原因并给出处理办法,为三线制热电阻测温回路工程实际故障分析及处理提供重要参考。

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