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化工自动化及仪表

化工自动化及仪表

2026年01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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过程控制 | 基于模糊聚类证据推理的概率鲁棒性分数阶PID控制

过程控制 | 基于模糊聚类证据推理的概率鲁棒性分数阶PID控制

摘要为了确保系统在极端情况下的鲁棒性，降低故障发生概率，提高生产过程安全性，提出一种基于模糊证据的概率鲁棒性分数阶PID控制方法。在频域中分析分数阶PID稳定域，以证据理论为基础结合模糊聚类算法，将分数阶PID控制参数作为某个证据源中框架下的一组特定参数值，在模糊聚类算法的目标函数中引入标准化马氏距离，更新隶属度和聚类中心，根据控制参数设计新的BPA函数对结果进行决策。将得到的最优控制器参数进行蒙特卡洛估计，所得参数满足一定工业条件的概率。
过程控制 | 原石灰配制石灰乳智能控制系统的设计

过程控制 | 原石灰配制石灰乳智能控制系统的设计

摘要针对国内选矿过程石灰乳配制存在的共性问题,设计开发了可直接采用原石灰配制石灰乳的智能控制系统，以模糊控制和专家控制构成的模糊专家控制系统为核心，多个外围控制模块相配合，实现了石灰乳配制的智能控制。不仅大幅提高了石灰乳配制的精确性和稳定性，而且利用原石灰夹带的顽石作为辅助研磨介质减少了钢耗，具有很高的实用价值。
过程控制 | 基于ECS-700的苯甲酸熔融结晶控制系统设计

过程控制 | 基于ECS-700的苯甲酸熔融结晶控制系统设计

摘要苯甲酸存在杂质会影响其效用的发挥，对人体也有毒副作用。因此，基于ECS-700设计了苯甲酸熔融结晶生产过程控制系统。投运后，给定温度和实际温度控制在 ±0.5% ，工艺控制回路投用率100% ，结晶后的苯甲酸成品纯度达 99.99% ○
检测与仪表 | 水下多普勒测速仪的海底散射回波模型优化

检测与仪表 | 水下多普勒测速仪的海底散射回波模型优化

摘要基于声速经验公式和射线理论，对海底声波传播特性进行分析，建立了海底声速和声线分布模型，并以此为基础对环形海底散射回波模型进行优化。优化后的回波信号时频特性和包络特性误差分析结果表明：改进后的海底散射回波模型包络误差显著降低，优化模型生成的回波信号更符合理论预期。
检测与仪表 | 水力压裂裂缝进液声波响应实验与评价方法研究

检测与仪表 | 水力压裂裂缝进液声波响应实验与评价方法研究

摘要针对水力压裂现场关注的裂缝进液问题，搭建了全尺寸“压裂管柱 + 井筒 + 裂缝进液通道"DAS监测实验装置，开展了不同流量、黏度、砂比情况下的裂缝进液模拟实验，在实验参数范围内确定出裂缝进液的分布式光纤声波传感响应特征频段在 50～200Hz 之间，并建立了裂缝进液量、压裂液黏度、孔眼尺寸以及声波频带能量之间的关系模型,现场压裂数据验证了回归模型的准确性。研究结果可为现场实时压裂指挥提供决策依据。
检测与仪表 | 基于SVC模型的超声波流量计液体自适应测量方法

检测与仪表 | 基于SVC模型的超声波流量计液体自适应测量方法

摘要针对时差法超声波流量计计量系统无法自动给出未知液体的声速-温度拟合关系，不能实现误差补偿的问题，提出基于支持向量机分类器(SVC)的未知液体识别方法。该方法依据当前流量计管路特征参数与超声波流量计测量的时间差判断出当前液体的类别，计量系统根据液体类别选择声速-温度拟合关系自适应实现流量测量误差的补偿。首先，建立时差法超声波流量计的液体流量测量模型；然后，依据超声波流量计测量时间差以及测量管段的结构特征与温度提取SVC模型特征参数，并建立SVC模型和训练集进行分类训练;最后，使用测试集检测训练效果，结果表明：不同液体通过优化SVC模型的特征参数和训练集大小，可以有效识别液体种类，实现了未知液体的自适应测量。在SVC模型中使用线性核函数，当液体流线与超声波交叉长 p 为 0.10m 时，测试集的测试正确率达到 100% ；当 p 为 0.18m 时，通过调整支持向量机函数参数，测试集的测试正确率由 91.6% 提高到 100% ，满足了未知液体分类的要求，有效拓展了超声波流量计的使用范围。
检测与仪表 | 复杂管道流量测量系统的优化设计

检测与仪表 | 复杂管道流量测量系统的优化设计

摘要基于超声波时差法，优化设计一种流量测量系统，用于测量内衬橡胶管道的流量。流量标定与检定测试结果表明：测量系统在 120^qC 高温环境下可稳定可靠工作；在 0～300m³/Ω 流量测量范围内，检定值相较于标准值最大引用误差为 2.38% ，可达到测量准确度2.5等级。
研究与应用 | 基于改进D-S证据理论的水下电子模块可靠性评估方法

研究与应用 | 基于改进D-S证据理论的水下电子模块可靠性评估方法

摘要针对水下电子模块可靠性数据的不确定性、低完备性和高冲突性问题，构建结合D-S证据理论与熵权法的水下电子模块可靠性评估方法。首先，基于D-S证据理论，构建了用于SEM可靠性评估的证据源与失效模式之间的基本信度分配矩阵。其次，针对证据源数据的离散程度，利用熵权法改进基本信度分配矩阵,客观地确定各证据源的权重，降低了证据源冲突对可靠性评估造成的影响。最后，通过应用实例，表明SEM控制信号失效的概率在SEM所有失效模式中居于首位，因此在实际应用中需对该失效模式予以特别关注，为提升SEM可靠性提供了极具价值的参考。
研究与应用 | 用于不锈钢表面点蚀缺陷检测的二值化图像融合网络

研究与应用 | 用于不锈钢表面点蚀缺陷检测的二值化图像融合网络

摘要基于基准网络YOLO- ?v5s ，设计了一种轻量化的二值化图像融合网络，用于点蚀缺陷检测。该网络加入了两个二值化图像融合模块，提升了网络特征提取能力；同时去掉了两个检测模块，减小了网络规模。基于412张点蚀图片构建的图像数据集，使用五折交叉验证对所提网络和YOLO-v5s进行了验证。验证结果显示：所提网络在5次验证中平均AP50值达到了 0.8764 。与基准网络YOLO-v5s相比，其平均AP50值提升了 1.31% ，同时参数量下降了 31.29% ，计算量下降了 15.24% 表明所提二值化图像融合网络准确率更高、速度更快，该研究结果可用于指导轻量化缺陷检测网络的设计。
研究与应用 | 基于结构光视觉的航空叶片叶尖中间线提取方法

研究与应用 | 基于结构光视觉的航空叶片叶尖中间线提取方法

摘要针对不同尺寸、位置和姿态下的航空叶尖的中间线提取需求，提出了一种基于主成分分析(PCA)的自适应叶片叶尖中间线提取方法。该方法采用3D面结构光相机获取叶尖点云数据，通过将基于PCA的自适应坐标变换与端点约束的多项式拟合方法相结合，实现了中间线的稳定提取。采用ICP配准技术进行了多次重复性实验，结果显示 93.3% 的数据最终均方根误差小于0.1，且在采样数据缺失情况下，其最终均方根误差均值仍保持在0.1以下，证明了算法具有良好的鲁棒性。
研究与应用 | 大规模成品油调和优化模型及求解研究

研究与应用 | 大规模成品油调和优化模型及求解研究

摘要针对炼化厂成品油调和过程中存在的非线性、多维耦合与动态演化特性，提出了一种基于多维度统一建模的混合整数非线性优化框架。模型将组分油的物流路径、罐区库存状态、调和装置切换及市场需求等要素融入跨时段、多罐区、多品种的MINLP结构中，充分刻画了调和过程中的时序演化与空间关联。为有效求解该高维、多整数变量的复杂模型，设计了一种PSO-Gurobi混合优化算法：在可行域感知的粒子群阶段，通过并行多进程评估与约束投影保证解的可行性与全局搜索能力，随后利用Gurobi的MIP-Start热启动与微调机制完成精细分支定界优化。仿真实验结果表明，该算法在中期选代阶段即可迅速逼近高质量可行解，相较于纯Gurobi求解器，收敛速度提升显著且能稳定获得等价或更优解，具有良好的工程适用性与推广潜力。
研究与应用 | 基于FPGA的多运动目标检测与追踪系统设计

研究与应用 | 基于FPGA的多运动目标检测与追踪系统设计

摘要为了满足智能安防系统简易化、对实时性要求较高等应用场景的需求,设计了一种基于FPGA的多运动目标检测与追踪系统。系统包含4个模块，并选用OV5640摄像头采集分辨率为 1280×720 的视频图像数据，采集到的数据被存储在DDR3中，同时系统集成了帧间差分算法模块，用于对运动目标进行检测和标记，最后将处理结果传输至HDMI显示器进行实时输出。实验结果显示：该系统能够有效实现对多个目标的检测与追踪，并且满足实时检测的要求。
研究与应用 | 基于机械阀液压补偿的钻井泥浆液位自动调控方法

研究与应用 | 基于机械阀液压补偿的钻井泥浆液位自动调控方法

摘要由于钻井泥浆液位调控过程存在众多环境干扰因素且传感器测量精度受限，难以准确测量液位偏差，导致直接控制参数不准，机械阀开度调整量无法满足实际要求，进而造成液位偏差大，使得钻井泥浆液位曲线波动明显、阶跃响应较大。因此，提出基于机械阀液压补偿的钻井泥浆液位自动调控方法。利用超声波液位传感器发射超声波脉冲至泥浆表面，通过测量声波飞行时间计算传感器与泥浆表面的距离，再将传感器安装高度与该距离做差，获取实时泥浆液位高度并传输至控制系统与预设值比较，判断是否偏离正常范围。以超声波液位传感器测得的液位高度与预设值的差值作为改进分数阶PID控制器的输入，采用粒子群算法优化控制器参数，计算机械阀开度调整量。将改进分数阶PID控制器计算的机械阀开度调控量转换为控制指令，驱动机械阀控制系统，使其调整机械阀到指定开度以改变泥浆进出量最终实现液位的调整。同时，通过液压元件对估算的液位调控量(机械阀开度)进行液压补偿,使其实际开度与理论调控量一致，从而稳定液位。仿真结果表明：采用该调控方法后钻井泥浆液位控制效果显著提升，液位波动幅度明显减小，实际液位与预期值高度吻合；阶跃响应时间缩短至约 1.0s ，且系统快速达到稳态后未出现振荡或过冲现象，充分验证了该调控方法具有更高的控制精度和稳定性。
研究与应用 | 基于模式识别的管道SCADA系统智能分析报警算法研究

研究与应用 | 基于模式识别的管道SCADA系统智能分析报警算法研究

摘要燃气管网SCADA系统中需要根据场站生产工艺的压力、流量、温度的历史趋势设置报警限值，结合ZOA与LightGBM方法，提出了基于斑马优化算法改进LightGBM的SCADA系统报警方法。首先，针对SCADA系统监控数据噪声与维度高的问题，利用卷积滑动平均滤波方法与互信息技术对SCADA系统监控数据进行去噪与特征提取;其次，采用ZOA与LightGBM方法，提出了SCADA系统智能分析报警方法；最后，采用SCADA系统监控数据对提出的方法进行验证分析。结果表明：该算法在准确率 (99.1% 精确率(96.5% ）、召回率（ 97.8% )和 F1 值 96.6% )方面均优于决策树、随机森林等对比方法。ZOA-LightGBM方法能够识别传统设置下未能提示的异常报警，实现SCADA系统的智能报警和预警能力提升。
研究与应用 | 基于CEEMD与能量分析的阀门全生命周期卡涩状态监测与性能预测

研究与应用 | 基于CEEMD与能量分析的阀门全生命周期卡涩状态监测与性能预测

摘要聚集工业系统中阀门的卡涩问题，以硬密封球阀为研究对象，通过加装角度传感器开展加速寿命试验，监测其全生命周期动作角度变化，发现阀门初始阶段动作顺畅，开启角度随时间呈线性变化；随着使用次数增加，逐渐出现角度阶跃式上升的卡涩粘滞现象，最终到达使用寿命而无法正常运行。采用CEEMD技术对角度特征曲线进行分析，结果表明性能完好的阀门仅能分解出少量本征模态函数(IMF)，而存在严重卡涩的阀门可分解出更多IMF,IMF数量的增加可以作为判断阀门卡涩故障的关键依据。结合时域能量计算进一步发现，卡涩主要体现在特定高频模态的低频信号中，通过统计除去残余项外的IMF能量，即可有效识别卡涩粘滞的先兆特征，为预测性维护提供时间窗口，推动设备维护从被动应对向主动预判转变。
研究与应用 | 基于Node-RED的SMT贴片车间多传感智能环境监控平台

研究与应用 | 基于Node-RED的SMT贴片车间多传感智能环境监控平台

摘要为满足SMT贴片车间环境的智能监控，设计了基于Node-RED的多传感智能环境监控平台,S7-1200 PLC为系统的主控单元，通过现场总线与多传感器连接，实现温湿度、PM2.5/PM10、光照度及噪声等核心参数的动态感知，采用S7协议与Node-RED平台通信，实现数据双向传输、自动控制与智能响应，通过ThingsBoard云平台实现远程监控、历史数据回溯和参数调节。系统联调应用测试结果表明：该监控平台运行稳定，实现了工业环境的实时监控和快速响应，具有高度的智能化和灵活性。
研究与应用 | RTOS分区机制在工业自动化中的应用研究

研究与应用 | RTOS分区机制在工业自动化中的应用研究

摘要嵌入式实时操作系统(RTOS)具有较高的实时性能，而在可靠性和安全性方面则依赖于系统的设计。RTOS的分区机制通过时间分区和空间分区能极大地提高系统的可靠性和安全性能。在工业自动化领域，汽车工业有AUTOSAROS标准在RTOS的设计要求中体现了分区的思想，同时在航空工业AR-INC653标准明确的提出了分区的概念，并对时间分区和空间分区进行了详细的设计和要求。而目前工业领域并没有统一的RTOS和分区机制的相关标准。对ARINC653和AUTOSAROS标准的RTOS分区机制进行了分析，并对这两种RTOS分区机制在符合IEC61508标准的条件下在其他工业自动化控制领域的应用进行了研究。
研究与应用 | 基于安全生产数字化技术的化工从业人员安全技能提升系统

研究与应用 | 基于安全生产数字化技术的化工从业人员安全技能提升系统

摘要针对危险化学品行业专业人才培养滞后、安全管理水平亟待提升等现状，基于SaaS技术，结合人工智能(AI)、大数据分析、云计算等信息技术设计了从业人员安全技能提升系统(云空间),应用基于大数据的培训档案管理系统和方法进行数据管理，构建化工企业岗位胜任力模型和从业人员课程矩阵，采用数字化培训算法，基于协同过滤推荐方法并结合矩阵分解和深度学习推荐学习资源，实现了化工企业安全生产教育培训的信息化、数字化、网络化和智能化。
技改与创新 | 复杂工况下一种经济型测井计量方案的实现

技改与创新 | 复杂工况下一种经济型测井计量方案的实现

摘要在某海外项目的油田测井计量系统改造中，为解决含砂含气工况的测井问题，创新性地使用楔式流量计、差压变送器、密度计、涡街流量计实现了单井测井计量。该系统使用楔式流量计产生压差，使用差压变送器测得压差，使用密度计测得液相密度，使用涡街流量计测得气相流量。在DCS程序中，写入楔式流量计流量计算公式、含水率计算公式。DCS根据楔式流量计的压差、液相密度、气相流量，编程计算得到了单井液相产能、原油产能、气相产能、含水率、气油比、气液比等数据。
技改与创新 | 基于人因工程的控制室人机接口模式识错系统

技改与创新 | 基于人因工程的控制室人机接口模式识错系统

摘要针对人机界面既要保证整个工艺系统的完整性又要注意每幅界面中信息量的设计要求，根据经验进行梳理分析，首次提出界面设计文件识别规则库理念，该规则库可以根据实际设计业务需要对相关参数进行动态调整;针对上传的人机接口相关设计文件，研究合适的解析识别技术，对设计文件的内容进行识别，并将识别内容与规则库进行符合性比对，得出识别结果，从而优化人机界面设计。
技改与创新 | 蠕动泵流量计算方法及实验验证

技改与创新 | 蠕动泵流量计算方法及实验验证

摘要针对现有蠕动泵流量计算因未考虑辊轮挤压泵管占用体积导致计算偏差较大的不足，提出一种考虑辊轮碾压泵管引起体积损失的蠕动泵流量理论计算方法，并通过实验比较了现有3种泵管弯曲半径和笔者提出的两种泵管挤压长度组合下的泵流量理论计算精度。研究发现,对于同一型号蠕动泵，流量理论计算值与实测值间的相对误差随着泵管壁厚的增加呈现出单调递增的趋势；蠕动泵流量理论计算公式应用于BPT高分子材料泵管材质时计算精度比应用于硅胶泵管材质时计算精度更高；泵管弯曲半径选择 ?R_? 泵管挤压长度选择 L₂ 组合下的流量理论计算精度最高，其在各型号蠕动泵中的流量理论计算相对误差均可控制在 10% 以内。
技改与创新 | 激发多轴式压缩机二段防喘振阀全开原因分析及改进措施

技改与创新 | 激发多轴式压缩机二段防喘振阀全开原因分析及改进措施

摘要化肥厂合成氨装置空气压缩机二段防喘振阀控制PID在1s内发出从 0% ） 30% 到 100% 的开度信号，在12s内，二段防喘振阀阀位经13次快速打开，二段炉断空气，导致全化肥装置停车。对防喘振工作原理、压缩机工作点、盘旋点功能块、喘振控制PID功能块、超驰控制器功能块进行分析，排除人为操作、操作逻辑控制因素、超驰控制输出对防喘振阀开度的影响。二段压缩比由2.662突变为4.964，压缩机工作点位置由63.252跳变为100，盘旋点r2HOVER-2位置由59.252跳变为100,工作点位置回落后，盘旋点位置仍为100,盘旋点位置与工作点位置偏差过大，导致防喘振控制PID输送快速增加，防喘振阀快速打开。根据压力功能块选取原则，排查二段出口压力对压缩比的影响，分析确认二段入口压力通道故障导致二段压缩比、压缩机工作点位置及盘旋点位置变化。二段入口压力通道a01PT4204-1或a01PT4204-2的电流由 0mA 跳变为 9.6mA 是导致二段防喘振阀快速打开的根本原因。对二段入口压力两通道停用、二段入口压力变送器和二段防喘振阀定位器更换，消除了压缩机隐患。
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