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反应与精馏强化过程的自动控制与性能优化技术
1.项目背景 化学反应器与精馏装置是石化生产过程中使用最为广泛的设备,也是最主要的耗能单元,反应器与精馏塔运行的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。反应与分离强化过程通常由多个单元耦合联接而成,其不仅涉及反应与分离能力的协同机制、多单元组合与系统整体运行效能的关系,而且强化过程具有强非线性、大滞后和多变量耦合特性,以及经济、环境与安全等不确定性因素的干扰,都对强化过程的平稳操作、协同调控与分级优化带来诸多的挑战。 采用反应与精馏强化技术,通过传质与传热的强化、物质流与能量流相互耦合,使强化过程具有大幅度提高反应转化率或选择性,降低生产能耗和污染物排放等优越性。然而这种集成优势只有在反应能力与分离能力动态协同作用条件下才能被充分发挥,而且强化过程具有多稳态、强非线性和多变量强耦合特性,这些都对强化过程的自动控制与优化理论提出了新的挑战。 采用传统控制模式,当系统受到干扰时,很容易引起反应与分离能力动态失调和工况发生大范围波动与偏移,造成产品质量不合格和能耗增加等控制难题。因此,在传统控制模式的基础上,探索反应与精馏强化过程的动态协同调控方法与动态优化理论,对解决集成装置的平稳操作与自动控制难题,切实提高系统运行品质,有效降低装置生产能耗和污染物排放方面具有重要意义 2.项目技术原理 南京工业大学绿色化工研究所,经过多年研究发明了不同工况反应与蒸馏集成技术,可根据不同体系的特殊要求,实现不同工况反应与精馏的最佳匹配,解决了反应与蒸馏操作条件必须一致等问题。本项目在对强化过程机理模型、经济稳态优化和动态特性分析的前期研究基础上,研究反应能力与精馏能力的动态协同调控新方法和强化过程的分级优化理论,提出反应与精馏强化过程一体化设计思想,对传统多单元生产过程具有很好的借鉴作用。项目针对反应与精馏过程自动控制系统设计与性能优化调节方面主要开展以下技术: (1)反应与精馏强化过程多变量自动控制方案的设计与性能分析 在对反应与精馏过程机理建模、经济稳态优化设计和动态特性分析基础上,采用稳态增益矩阵和奇异值分析方法,合理选择过程被控变量和操作变量配对模式,运用传统控制策略设计反应精馏强化过程多变量自动控制方案,采用ASPEN PLUS流程模拟软件和ASPEN DYNAMIC模块进行控制方案的动态模拟测试,并根据实际工艺扰动情况,通过在动态流程模拟系统上分别加入不同幅度和方向的多种扰动和改变系统设定值,评价传统控制模式闭环系统性能,在此基础上,改进自动控制方案设计,确保设计的自动控制方案在实际应用中能够维持平稳有效运行。 (2)生产负荷自动调节和优化技术原理 反应与精馏过程的生产负荷经常随着市场需求的变化进行调整,负荷的变化将可能引起系统工况的波动,产品质量下降,能耗增加等问题,甚至造成系统不稳定而被迫停机。本项目采用设定值多步长滚动优化、偏差区域容忍动态矩阵控制与传统控制相融合方法,实现反应与分离能力动态协同调控;本项目在多变量基础控制系统上,在关键控制回路增加设定值智能调节模块和多变量协调预测控制模块,分别采用设定值多步长滚动优化、偏差区域容忍动态矩阵控制(Error tolerant DMC)与传统控制相融合方法,实现反应能力与分离能力动态协同调控,使系统获得了良好的跟踪性能和鲁棒性。解决传统控制模式下扰动引起反应与分离动态失调,导致产品质量不合格、能耗和污染物排放增加等控制问题。在多变量协调预测控制模块设计中,对于反应器出口成分和产品质量等不可在线测量的关键变量,采用机理模型和经验模型建立产品成分软测量模型,实现对产品成分、反应转化率等不可测被控变量的在线估计。 (3)反应与精馏强化过程的系统性能优化技术 在经济稳态优化设计前期研究基础上,开展多目标多约束动态优化与多变量跟踪控制相结合的分级优化理论研究。在上层多目标多约束的动态优化设计中,是以能耗和操作成本最小为优化目标,以质量、尾气/废液排放和过程动态模型等为约束条件,采用多目标优化算法对强化过程的关键操作参数进行动态优化计算,给出工况最优调节方案。根据多目标动态优化给出的关键参数设定值最优调节方案,采用设定值多步长滚动优化给出多变量预测控制的参考轨迹,通过多变量协调预测控制和基础控制回路的跟踪调节,使系统输出快速跟踪设定值的最佳操作值,实现工况优化与平滑调节,确保系统维持高品质运行特性,从源头降低工况大范围波动和事故发生的概率。 3.关键技术路线 项目针对反应与精馏过程,融合了化学工程理论、自动控制理论、智能学习算法与计算机模拟技术,采取理论研究、模拟实验和工业应用相结合的技术路线,如下图所示。项目分别开展反应精馏过程的多变量基础控制系统设计、反应与分离能力动态协同调控新方法、强化过程分级优化理论研究,并将项目成果融合,开展不同工况反应与精馏强化过程的一体化工程设计,研制一套流程模拟综合实验平台,进行模拟验证和工程应用研究。 4.项目技术特色和创新性 (1)针对反应与精馏强化过程,在传统控制模式下扰动引起反应与分离动态失调和工况偏移,导致集成优势难以充分发挥工程问题,项目提出将设定值多步长滚动优化、偏差区域容忍动态矩阵控制、多目标多约束动态优化与传统基础控制相融合的动态协同调控新方法与分级优化理论,在反应与分离动态协同作用下实现工况的优化与平滑调节,确保系统维持高品质运行特性。 (2)项目沿着学科交叉与融合方向,将化学工程理论、自动控制理论、智能学习算法与计算机模拟技术相结合,提出不同工况反应与精馏强化过程流程模拟、控制系统设计与集成优化理论相结合的一体化工程设计思想,并在常压反应与减压精馏集成的甲苯氯化反应精馏工业装置上进行工程应用研究,解决装置自动控制与平稳操作等实际控制问题,发挥强化过程高转化率/高选择性、低能耗的集成优势。
南京工业大学 2021-01-12
新能源电力系统安全风险评估及其应用关键技术研究
大规模风电、光伏等可再生能源的接入是新能源电力系统的重要特征,其发电、负荷、设备故障以及天气等因素的多重不确定性交互渗透,对信息控制系统产生严重依赖,使系统安全面临严峻的挑战。   为全面提升新能源电力系统防御风险的能力,华北电力大学刘文霞和张建华教授团队在 2007 至 2016 年间 ,承担了国家科技部和国家自然科学基金委等 5 个纵向课题,同时与贵州、海南和吉林省等多家电力公司合作,从电网规划、运行、应急和信息四个应用领域入手本项目从电网规划、运行、应急和信息四个应用领域入手,开展风险评估理论及其应用关键技术研究。取得的创新性成果如下:   (1)创新提出了表征新能源不确定性影响的电压波动风险量化评价方法,突破了复杂大电网风险评价效率和风电场模型精度低的技术难题,研发了计及多重风险的大规模风电并网规划方案辅助决策系统(见图1、图2a);   (2)提出了大规模风电并网下电力系统小信号稳定性与运行风险评估新方法,建立了融合运行风险的优化调度框架,率先研发了电网短期和超短期风险评估系统(见图2b),填补了国内外该应用领域空白;   (3)提出了电力系统大停电风险的辨识与预警方法,解决了大规模风电接入情况下电网自组织临界态的辨识难题,首次建立了区域电网大停电风险的应急管理体系;   (4)系统地提出了设备、厂站及广域系统三个层面的电力信息安全评估方法,突破了信息-物理域耦合带来的安全性量化难题,为新能源电力系统的安全经济运行提供了信息安全技术支撑。   基于此项目,研究团队共申请发明专利 11 项,已授权 7 项;软件著作权 3 项;发表论文 76 篇,其中 SCI 论文 10篇、 EI 期刊论文 46 篇,总被引用量 29237 次;专著 1 册。同时,此项目成功应用于北京、华北电网的安全和应急体系建设,有利支撑了奥运保电;研发的应用系统应用于贵州、海南和吉林等省,创造了巨大的经济效益。
华北电力大学 2021-02-01
地下金属矿生产安全协同管控关键技术及产业化应用
针对地下金属矿作业场所分散、作业过程离散、作业环境恶劣、井下作业人员和装备移动频繁等问题,成果以信息化改造传统矿业理念,从融合业务流和数据流角度,对矿山生产安全协同管控的相关理论、技术、装置和系统等进行研究和开发。 提出并构建了矿山生产安全信息集成管理与融合应用系统框架体系,创立了面向成本、价格、效率等多维视角的地下金属矿生产安全协同管控新模式,研发了基于大数据的地下金属矿生产协同管控平台,实现了对地下金属矿生产安全全过程的精细化协同管控;研究了适应于地下金属矿泛在信息传输网络的快速构建技术,提出了基于等距扫描的井下空间激光探测方法,研制了基于超宽带技术(UWB)的井下作业人员及设备精确定位装置,研发了地下金属矿作业空间环境智能感知系统,解决了地下金属矿生产安全协同管控技术难题,在地下金属矿高效、安全与智能化开采方面取得的成果达到了国际领先水平。
中南大学 2023-07-18
GL720 IMU动态姿态仪 机器人姿态控制
产品介绍 GL720D是瑞惯科技采用MEMS惯性测量技术研制的一款小型IMU动态姿态仪,通过对陀螺仪角速率信号进行动态姿态解算,可实时输出物体的水平方位角、角速率及前进轴向的机体加速度。该产品内置自主研发的惯性导航算法,构建卡尔曼滤波模型,实时反馈并校正系统误差,有效抑制发散,显著降低陀螺仪短期漂移对测量精度的影响。 该产品专为机器人车辆、AGV小车方位导引及无人机姿态控制等应用场景设计,克服了传统磁导引方式需铺设磁条的局限,无需在场地上部署大量磁条,是新一代机器人车辆实现自动循迹行驶的理想导航组件。 技术亮点 ❖ 水平姿态角度实时输出 ❖ 三轴角速率信号输出 ❖ 前进方向轴向加速度测量 ❖ 支持RS232/RS485双接口可配置 ❖ 结构紧凑,重量轻巧 ❖ 长期工作稳定性高,使用寿命长 应用范围 ❖ AGV运输车辆                ❖ 车载导航系统                ❖ 三维虚拟现实 ❖ 平台稳定控制                 ❖ 工业自动化控制              ❖ 机器人技术
深圳瑞惯科技有限公司 2025-10-28
一种联合最佳接纳控制和剔除控制的流量控制方法
本发明涉及认知无线电网络中的服务质量保证和性能优化,提出了一种联合最佳接纳控制和剔除控制的 QoS 保证机制,包括系统的初始化、计算出最佳接纳概率和剔除概率以及认知用户的各个性能指标。本发明基于动态接纳概率和剔除概率的 QoS 保证机制,可以在使得系统吞吐率最大化的情况下,同时严格地保证认知用户的 QoS 要求;所述方法可以在集中式网络中得以实现。
华中科技大学 2021-04-11
汽车主动安全预警系统
同济大学电信学院刘富强教授团队研制的汽车主动安全预警系统能综合运用视频检 测与识别技术、传感器信息获取技术、CAN 总线数据挖掘技术、信息集成融合技术,提 取车辆及其周边环境信息,对可能发生的危险状况进行预测并主动的发出预警信号从而 保证交通安全。 其中视频检测识别技术通过对视频图像进行实时处理与分析具备以下功能:通过驾 驶员的闭(眨)眼状态判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态;提取前方道路标志线环境信 息并反馈给驾驶员和汽车用于车辆行驶状态提示;捕获障碍物(如道路中的车辆和行人) 在车道中的位置和与本车的距离和相对运动信息从而避免潜在的碰撞事故。传感器技术 综合使用多种传感器,其中超声波距离传感器可以近距离测量传感器与目标之间的距离; 而激光雷达可以大范围远距离的距离测量从而弥补超声波和视频的不足;加速度仪可用 来测量汽车行驶过程中的加速度;而方向盘转角能够实时获得驾驶员对车辆的操控,同 时也能推算车道的曲率半径。控制器局域网 CAN 技术可以获得车辆运行状态信息(车速、 油门开度、转向灯状态等。上述技术获得的一些车辆的信息数据经过信息集成融合技术 融合成事先设定的数据格式,使之成为所需要的数据地图。由此可以判断汽车是否处于 危险状态或者是否会造成潜在事故从而给出预警信号。
同济大学 2021-04-11
汽车辅助安全驾驶预警系统
主要利用行车记录仪视频数据,进行道路检测,包括:车道偏离、障碍物检测、限速标志识别等。 技术指标: ? 视频分辨率1080P; ? 处理速度:15fps; ? 告警:虚警率<10%
电子科技大学 2021-04-10
一种矿工安全帽
本发明提供一种矿工安全帽,涉及采矿防护领域。该矿工安全帽,包括安全帽本体,所述安全帽本体的顶部设置有第一减震带,所述安全帽本体的顶部设置有第二减震带。该矿工安全帽,通过定位器可以对矿工在井下的作业方位进行定位,从而若有意外发生,通过定位器可快速找准矿工的位置,便于及时援救,提升了本安全帽使用的安全性,通过在安全帽本体的底部设置按摩器,通过按摩头的转动,可在危急情况下刺激使用者头皮,从而使使用者保持清醒,便于救援,按摩器便于拆卸,通过螺纹柱即可与安全帽本体相连接,信号灯使用较少的电量即可闪烁显示,从而方便在危急情况下节约电能以及便于井下矿工互相确认队友的所在位置。
西安科技大学 2021-04-10
郑州工业安全职业学院
郑州工业安全职业学院是经河南省人民政府批准、教育部注册备案、省教育厅和省工业和信息化厅负责管理的一所专科层次的公办普通高等职业院校,主要培养适应生产、建设、管理一线的应用型高级技能人才。学院位于河南省郑州南大学城,东邻107国道,南靠321省道,地理位置优越,交通方便。 学院占地七百多亩,办学条件优良,教学、生活设施齐全。学院建有各类实验室40个、校外实习基地16个,并建有校内实训中心、计算机中心、网络中心、多媒体教室、语音室等现代化教学设施,拥有运动场、足球场、篮球场、排球场等体育设施。 学院有一支结构合理、教学经验丰富、爱岗敬业、具有较高教学水平和较强实践能力的教师队伍。 学院实行“多证制”培养方式。学生毕业时可取得专科毕业证书、相应技术等级证书和岗位资格证书,使毕业生一专多能,具有较强的就业竞争力。优秀毕业生还可以通过“专升本”进入本科院校学习深造。 学院高度重视毕业生的就业工作,坚持以服务为宗旨、以就业为导向,实行“订单式”培养。我院开设的主体专业均为各大、中型企业紧缺的热门专业。毕业生就业率连续多年在我省同类院校中名列前茅,毕业生以较高的政治素质、业务素质和勤奋求实的工作作风深受用人单位的欢迎,2010届毕业生目前已全部推荐就业。我院郑重承诺:2010年招收新生毕业后推荐安排工作。
郑州工业安全职业学院 2021-02-01
文档安全打印管控系统
如今,信息科学技术发展相当迅速,但是普通的纸张依然作为重要的信息载体而存在,尤其是在中国特色环境下,纸质文档具有不可替代性,同时纸质文档的保密防范面临了很多新问题和挑战。不同密级的文档通过各种途径送交审批时,这其中存在着大量的泄密风险,如不加控制必然导致泄密事件发生。 为避免此类状况的发生,本项目研制开发了具有超强保障功能的安全文档网络集中打印管控与审计系统,实现对于打印者、打印内容、打印资料、送审渠道的严格管理,从而有效的增加文档打印的安全性。同时,由于取代了原有的纸质文档审批方式,我们的打印监控与审计安全系统实现了对于待打印文档的精准控制,极大程度上减少了泄密的风险。
北京大学 2021-02-01
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