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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
一体化集中空气处理系统的控制装置及控制方法
本发明公开了一种用于集中空气处理系统的控制装置,包括:多个变频器,其分别与多个风机连接,用于控制对应风机的转动频率以对生成风量大小进行调节;多个执行器,其分别与多个风阀以及表冷器水阀连接,用于控制各风阀和水阀以完成对输送或排出风量大小的调节;多个传感器,其分别设置在多个风管上以及表冷器的冷冻水管上,用于采集温度以及室内 CO2 浓度;控制器,其对传感器数据进行处理,从而生成信号以控制各变频器和执行器对各风机、风阀和水阀进行调节,完成送风和回风与新风和排风的协调,实现室内空气处理。本发明利用温湿度及二
华中科技大学 2021-04-14
标准化自动定量康复推拿治疗动物实验研究平台
【发 明 人】朱毅 ; 程洁 ; 朱更坚 ; 励建安 ; 徐斌 ; 金宏柱 ; 李怡【技术领域】本发明涉及的是一种标准化自动定量康复推拿治疗动物实验研究平台,适用于不同康复和推拿手法应用于动物实验的定量研究、量效关系、标准化研究。【摘要】 本发明涉及的是一种标准化自动定量康复推拿治疗动物实验研究平台,适用于不同康复和推拿手法应用于动物实验的定量研究、量效关系、标准化研究。包括固定支架、被测体固定台面、恒定压力机构、水平移动机构、垂直旋转机构和步进电机控制器;固定支架底部装有被测体固定台面,固定支架一侧装有步进电机控制器;水平移动机构由压力移动台、平移导杆、同步带一、同步轮一、同步轮二、步进电机一、限位传感器组成;垂直旋转机构由压力旋转台、花键轴、旋转曲杆柔压球或柔压轮、同步带二、同步轮三、同步轮四、步进电机二组成;所述的恒定压力机构由砝码盒、花键轴、压轮或柔压轮组成,砝码盒安装在花键轴上部,压轮或柔压轮安装在花键轴下端部。  
南京中医药大学 2021-04-13
纯电动公交客车智能化自适应自动变速系统
西南大学 2021-04-13
迈瑞全自动BS120生化仪灯泡
产品详细介绍迈瑞全自动BS120生化仪灯泡电压:12V功率:20W寿命:2000H灯脚:G4适用于:Mindray深圳迈瑞BS-120 BS-180 BS-190生化分析仪等。
东莞市毅迈光源照明有限公司 2021-08-23
一种基于计算机视觉的浮桥线型自动控制系统及控制方法
本发明公开了一种基于计算机视觉的浮桥线型自动控制系统,包括岸基控制端和数个浮船控制端,岸基控制端设置于河岸,岸基控制端包括摄像头、图像采集卡和工业计算机,浮船控制端分别设置于各个浮船上且位于同侧,浮船控制端包括位于浮船上的标靶、环境数据采集单元和用于驱动浮船移动的驱动单元,摄像头用于监控并捕捉数个浮船上的标靶图像,并由图像采集卡将图像转换为数字信号传输给工业计算机,工业计算机用于分析图像并判断浮桥线型偏差是否超过预设阈值,并根据判断结果控制环境数据采集单元采集信息,工业计算机分析后控制驱动单元驱动浮船移动调节。本发明实现了浮桥线型的自动监控与调整,提高调整效率和准确性,增强浮桥稳定性和安全性。
南京工业大学 2021-01-12
新型智能化电动自行车控制器
项目组研发了一款专用微控制器MCU—DDC101,并以此芯片为核心开发出新型电动自行车控制器产品DSC01。该产品总结、继承和发扬了以往电动自行车控制器,控制简单、操控性强、使用方便、性/价比高等优点,使这一产品技术特性更加完善。并针对以往控制器自控性不高、电动机运行管理较差、动力使用效率低等问题大胆将闭环控制、智能化电动机驱动动力管理、车辆运行自动驾驶控制、电子安全识别等高科技设计手段和技术成功地运用到这一产品中。 技术特色
南开大学 2021-04-14
一种智能化医用无影灯设备及其控制系统和控制方法
本发明提供了一种智能化医用无影灯设备及其控制系统和控制方法,涉及医疗领域。其特征在于,所述设备包括:发光二极管串联系统组、扩展端口、步进电机、坐标控制器、中央处理器、保护电路、电源和控制面板组成;所述控制系统包括:光照检测模块、温度检测模块、故障检测模块、提醒模块、中央处理模块和自动控制模块;该系统针对现有的医用无影灯设备、控制系统和控制方法智能化不足、照明质量较差、操作不方便、光质不好等缺陷,提出一种改进方案,该方案具有高度智能化、预警机制、照明质量好、操作方便等优点。
青岛大学 2021-04-13
欠驱动非线性桥式吊车自动控制系统设计
项目的背景及目的 桥式吊车是一种十分常见的装配运输工具,在港口、仓库、建筑工地等场所得到了广泛的应用,当前,对于桥式吊车主要还是通过有经验的工人来进行操纵的,存在着培训周期长,劳动强度大,工作效率低,安全性不高等缺点。为此,设计一套操作方便的吊车自动控制系统,可以提高吊车系统的工作效率与安全性能, 并将工作人员从当前这种艰苦的工作环境中解放出来。 技术原理与工艺流程1)桥式吊车自动控制系统设计 桥式吊车自动控制系统主要包括三个部分:吊车控制单元,工作空间监控单元,和操作单元。控制单元是整个系统的核心部分,它主要负责吊车的作业控制。该单元接收来自操作员的命令,还接收来自工作环境监测单元的环境信息,从而实现自动避障或紧急制动。监测单元主要由多个CCD摄像头和图像处理器构成,主要包括两方面功能:将采集到的环境图像实时地传输到操作单元;对环境信息进行处理,得到障碍位置信息传输给控制单元以实现自动避障。操作单元是桥式吊车自动控制系统的人机接口。 2)桥式吊车实验平台 桥式吊车实验平台主要由机械主体,驱动装置,测量装置和控制系统四部分组成。机械主体是指桥式吊车的机械部分。驱动部分根据控制量来为机械部分提供相应的力/力矩,从而实现对负载的安全、平稳运送。控制系统的控制命令是跟据吊车系统的动力学模型以及实时状态反馈来在线计算的,而实时状态的反馈则通过测量部分(主要包括编码器等传感元件)来完成。 主要技术性能指标Ø 桥式吊车自动控制系统桥式吊车实验平台主要技术指标:l  负载定位精度:5mm。l  负载摆角抑制:-10度~10度。l  具有负载紧急制动能力。l  友好的人机界面。Ø  桥式吊车实验平台主要技术指标:l  外形尺寸:2m×1.2m×0.5m。l  控制周期:<1ms。l  控制方式:力控制。    技术水平及用途 本项目得到天津市自然科学基金项目支持,应用行业  1.运输 2.工业 3.建设。本项目的应用可以提高桥式吊车系统的工作效率与安全性能, 既可将工作人员从艰苦的工作环境中解放出来,又可以增加桥式吊车在危险、极端环境下的作业能力。此外,本项目所设计开发的桥式吊车实验平台,也可以用于各大高校研究所进行非线性欠驱动系统教学、科研的平台。 应用前景分析及效益预测本项目的研究成果,可以有效地提高桥式吊车系统的装运效率,减小系统操作复杂度,降低劳动强度,增加系统的安全可靠性。从而将科学技术转化为生产力,创造出良好的经济效益。同时,随着素质教育的进一步深化,各大高校正不断地寻求良好的实验平台以提高学生的动手能力和学习兴趣,桥式吊车作为一种典型的欠驱动非线性系统是一个很好的研究对像,因此,项目组所设计开发的桥式吊车实验平台在教学、科研上也有广阔的应用前景。
南开大学 2021-04-11
欠驱动非线性桥式吊车自动控制系统设计
桥式吊车是一种十分常见的装配运输工具,在港口、仓库、建筑工地等场所得到了广泛的应用,当前,对于桥式吊车主要还是通过有经验的工人来进行操纵的,存在着培训周期长,劳动强度大,工作效率低,安全性不高等缺点。为此,设计一套操作方便的吊车自动控制系统,可以提高吊车系统的工作效率与安全性能, 并将工作人员从当前这种艰苦的工作环境中解放出来。
南开大学 2021-02-01
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