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化工自动化及仪表

化工自动化及仪表

2026年05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 | 基于区间二型模糊PID的有缆水下机器人变深运动控制研究

过程控制 | 基于区间二型模糊PID的有缆水下机器人变深运动控制研究

摘要针对有缆水下机器人(ROV)运动控制过程中水下环境带来的复杂干扰与非线性特性导致的控制精度下降等问题,提出一种基于区间二型模糊逻辑和PID控制的复合控制策略。利用区间二型模糊系统的双模糊特性构建具有不确定区间(FOU)的隶属度函数,实现系统输入输出的进一步模糊化;采用具有停止条件的迭代算法(EIASC)对降型过程中的开关点进行计算,提升降型计算效率,得到可为控制器提供动态参数补偿的清晰解;根据ROV深度控制模型设计区间二型模糊PID运动控制器。Matlab/Simulink仿真结果表明:所提控制方法在阶跃响应中,上升时间与调整时间分别为0.18、0.59 s,相较于一型模糊PID控制分别缩短了30.7%、7.8%,且超调极小,改进后的系统拥有较好的快速性与更高的稳定性,显著提升了系统的动态响应性能。
过程控制 | 低雷诺数流场下管道巡护无人机悬停稳定性控制方法

过程控制 | 低雷诺数流场下管道巡护无人机悬停稳定性控制方法

摘要管道巡护无人机在悬停调整过程中,多采用PID控制实现稳定,但该方法无法消除悬停点的持续偏差,导致最终控制结果不够精准。为此提出在低雷诺数流场下管道巡护无人机悬停稳定性控制方法的设计与分析。在低雷诺数流场环境下,通过将无人机飞行时的均匀来流与振荡入流进行转换,计算出升阻力系数,并根据阻力系数的波动预测层流分离区域,进而根据区域内涡旋频率的变化输出非定常涡旋特征。以该特征为基础进行控制引导,设计悬停H∞控制器,将持续变动的悬停点连接成轨迹,通过轨迹调整消除持续偏差,并修正悬停的位置、姿态和角度,避免管道巡护过程中出现倾斜或旋转,从而实现基础控制目标。采用Lyapunov定点核验的方式,推算出现有控制目标升力与重力的平衡点,按照平衡标准二次调整,完成无人机悬停的最终稳定控制。实验结果表明:提出方法得到的姿态角误差结果为0.2°,提升了稳定控制的精准度,凸显出优越的性能。
检测与仪表 | 核燃料后处理厂放射性界面污物测量方法研究

检测与仪表 | 核燃料后处理厂放射性界面污物测量方法研究

摘要核燃料后处理萃取流程中，放射性射线降解有机溶剂产生的乳化物在水相和有机相之间形成的界面污物会严重干扰萃取过程的正常进行。及时有效地检测界面污物的产生，指导操作人员尽可能地彻底排出或破坏掉界面污物，对萃取流程的正常进行具有十分积极的作用。本文分别以浮球式液位计、射频导纳物位仪、吹气式测量仪表为核心，提出3种测量界面污物的方法，并分析仪表的测量原理与发展现状，总结了3种测量方法的优缺点和进一步优化建议。
检测与仪表 | 基于改进遗传算法的工业生产温度传感器校正精度优化研究

检测与仪表 | 基于改进遗传算法的工业生产温度传感器校正精度优化研究

摘要设计了改进遗传算法(GA)，并基于改进GA提出了工业生产温度传感器校正精度优化方法。改进GA采用实数编码、自适应交叉及变异操作等关键技术和方法，其技术创新和独特之处在于通过自适应调整交叉和变异概率，提高收敛速度和优化精度。经实验测试，改进GA迭代60次时收敛，校正精度可达0.946，显著优于传统GA(0.749)、粒子群算法PSO(0.841)和差分进化算法DE(0.813)。不同工业生产条件下4种算法对温度传感器的校正精度对比结果表明：改进GA的校正精度平均误差保持在0.10~0.13之间，满足工业生产对温度传感器高精度校正的需求。
检测与仪表 | 基于AMCPSO-BP算法的硅压阻式压力传感器温度补偿

检测与仪表 | 基于AMCPSO-BP算法的硅压阻式压力传感器温度补偿

摘要提出一种基于自适应变异混沌粒子群优化反向传播神经网络(BP)的温度补偿算法AMCPSO-BP,用于解决硅压阻式压力传感器温度漂移导致的精度下降问题。该方法通过混沌序列初始化粒子群来增强种群多样性,引入自适应惯性权重平衡算法全局搜索与局部收敛能力,结合混沌变异机制避免算法早熟收敛,从多维度优化传统BP神经网络参数并建立温度误差补偿模型。实验对比传统BP神经网络、标准PSO-BP算法与AMCPSO-BP算法在不同温度工况下的补偿效果,结果表明:AMCPSO-BP的满量程误差降至0.098%,灵敏度温度系数 2.0×10^-5;°C^-1 ,显著优于对比算法。该方法能够有效提升硅压阻式压力传感器的测量精度与温度稳定性,可为同类传感器温度漂移补偿提供可行方案。
检测与仪表 | 基于“光强与浓度双偏置”差分光路结构的 TDLAS甲烷遥测方法

检测与仪表 | 基于“光强与浓度双偏置”差分光路结构的 TDLAS甲烷遥测方法

摘要提出一种用于甲烷气体遥测的“光强与浓度双偏置”差分光路结构,旨在解决在低反馈光强与低分析物浓度条件下信号不稳定和浓度反演不准确的问题。双偏置结构通过光纤分束器将穿过参考气室后的透射光分为参考偏置光与信号光,利用参考光同时稳定探测信号的基线(光强偏置)并提供已知的浓度参考点(浓度偏置),从而增强在弱光、低浓度环境下对甲烷吸收峰的识别能力。实验在甲烷有效光程0.4 m、浓度100~800ppm(1ppm=0.001‰)的条件下进行,2f/1f信号比与气体浓度的线性拟合系数达0.9876,系统平均相对误差1.95%。实验结果显示:双偏置结构显著提升了系统在低浓度、低光强环境下的测量稳定性与一致性,验证了其有效性与可靠性。
研究与应用 | 可用性约束下的水下配电系统建设成本优化

研究与应用 | 可用性约束下的水下配电系统建设成本优化

摘要为了提高投资回报率和负载供电的稳定性，开展了考虑可用性约束的水下配电系统成本最小化研究。首先，建立了考虑电缆长度的故障率模型，构建以建设成本最小化为目标的水下配电系统混合整数非线性规划模型，并将负载供电可用性、海底地形及障碍作为约束条件。其次，针对三维地形和设备连接关系约束导致的模型非线性问题，设计基于遗传算法(GA)与Lazy Theta*路径规划算法的模型求解器，利用Lazy Theta*提升GA求解三维空间不连续模型的能力，以确定配电系统最小建设成本及负载实际供电可用性。最后，以包含25个SCM的区块配电系统为例开展仿真实验，分别对比A*、Theta*和Lazy Theta*路径规划算法的时间复杂度与收敛性，并进一步对比GA-Lazy Theta*和PSO-Lazy Theta*混合全局优化算法的收敛性。结果表明：所设计的混合优化求解器在满足实际负载供电可用性要求的同时，配电系统的布局成本更低，为油气田开发提供了兼具可用性与经济性的布局方案。
研究与应用 | 网络安全主动防御体系构建与实践

研究与应用 | 网络安全主动防御体系构建与实践

摘要在对企业网络安全所面临的内外部风险综合分析的基础上,从管理、技术、文化和人才深度融合与系统应用的角度设计了网络安全主动防御框架,构建了多层次的网络安全主动防御体系,实现了从管理办法及实施细则制定、技术标准规范编制与发布、风险管控机制建立和应急保障等方面加强管理创新;从基础网络的SDN架构应用、网络安全协同监控和数据安全防护策略加固等方面加强技术创新;从开展网络安全应急演练、建立网络安全态势月报制度等方面加强文化培育创新;从网络安全攻防实验室建设、实用技术培训等方面加强人才队伍培养创新。应用实践表明,提出的网络安全主动防御体系建设方法是有效可行的,为企业持续提升网络安全防护主动化、常态化和实战化的综合能力提供了可行解决方案,整体上实现了网络安全的主动联防联控效能,深化了技术应用,强化了管理协同,加强了人才培养和文化培育。适用于涵盖终端、网络、云、应用、数据和工控领域的六层防御,具有较好的推广应用前景。
研究与应用 | 改进YOLOv11n的多场景火灾检测算法研究

研究与应用 | 改进YOLOv11n的多场景火灾检测算法研究

摘要针对多场景火灾检测中因浓烟、低照度、小目标及复杂背景等因素造成的检测精度和泛化能力不足的问题,提出一种改进YOLOv11n火灾检测算法。在骨干网络中插入高效多尺度注意力(EMA)以增强特征聚合能力;采用自适应旋转卷积(ARConv)替换C3k2模块,并通过梯度下降动态优化旋转函数参数,提高旋转目标特征提取效果;设计ARhead检测头并引入角度预测分支,实现旋转框检测以提升复杂场景下的定位精度。实验结果表明:改进后的YOLOv11n模型检测精度达93.3%,mAP50与mAP50-95分别提升至90.9%和64.1%,显著改善了多场景火灾检测精度与泛化能力,充分验证了改进模型的有效性。
研究与应用 | 结合流型特征的图神经网络岩性识别

研究与应用 | 结合流型特征的图神经网络岩性识别

摘要针对传统岩性识别方法难以刻画测井样本间结构关系、深度学习模型在类间重叠和类别不均衡条件下稳定性不足的问题,本文提出一种结合流型学习与图神经网络的测井岩性识别方法。该方法通过监督嵌入将高维测井曲线映射至判别性更强的低维流型空间,并在该空间构建样本间的流型邻域图;进一步引入图神经网络进行关系建模,同时融合深度顺序约束以刻画地层垂向连续性,实现对岩性“流型相似性”与“层序连续性”的联合建模。以大庆油田某工区实测测井数据为例,选取声波时差、自然伽马、自然电位、浅侧向测井电阻率、深侧向测井电阻率、密度及井径7条测井曲线构建六类岩性数据集,并按深度比例划分训练集与测试集以模拟跨井应用场景。实验结果表明:该方法在测试集上取得87.86%的总体识别准确率,在Accuracy、Precision、Recall和F1-Score指标上均优于卷积神经网络、长短期记忆网络、GraphSAGE、支持向量机和XGBoost对比模型。消融实验与五折交叉验证进一步验证了流型构图与图神经网络联合建模在提升识别性能与稳定性方面的有效性,岩性可视化结果表明该方法能够较好地恢复岩性的纵向分布特征,具有良好的工程应用潜力。
研究与应用 | 基于轻量化卷积神经网络的抽油机故障诊断

研究与应用 | 基于轻量化卷积神经网络的抽油机故障诊断

摘要针对抽油机示功图工况识别模型参数量大、计算开销高和难以边缘布署的问题,提出轻量化多尺度特征注意网络MSFANet。该方法以ResNet-50为骨干,引入低秩逐点卷积(LRPW)压缩1×1卷积冗余,并设计部分通道多尺度注意模块(PCMSA)强化示功图轮廓与尺度差异表征;结合秩稀疏正则RankReg、分组投影GProj和Gumbel门控,实现关键分支的自适应选择与冗余抑制。在包含12类工况、25 558张示功图的实测数据集上,MSFANet的准确率达到了98.7%,参数量由23.53 M降至4.84 M,浮动量由4.12 G降至0.87 G,验证了其优良的诊断精度和低计算开销,具备边缘布署的可行性。
研究与应用 | 基于虚拟同步机控制的新能源制氢系统稳定性提升与协调运行策略

研究与应用 | 基于虚拟同步机控制的新能源制氢系统稳定性提升与协调运行策略

摘要针对新能源发电波动性导致制氢系统母线电压不稳及并网频率支撑不足的问题，提出一种基于虚拟同步机技术的新能源制氢耦合系统协调控制策略。通过建立碱性电解槽和风光储氢一体化系统数学模型，利用电解槽与蓄电池作为能量支撑单元，设计自适应阻尼虚拟同步机(VSG)控制策略，结合动态调整阻尼系数提升系统调频特性分析，提出涵盖四大典型场景的能量管理策略，实现功率在风、光、储、氢间的优化分配。基于典型场景的仿真结果表明：本文提出的能量管理策略在200 kW功率扰动下可将频率波动减小0.06 Hz，该策略为提升高比例新能源制氢系统的稳定与安全运行提供了新思路。
研究与应用 | 基于GCF-CNN的滚动轴承故障诊断

研究与应用 | 基于GCF-CNN的滚动轴承故障诊断

摘要针对传统格拉姆角场(GAF)方法生成的格拉姆对称阵存在信息同质性和非线性特征表征能力不足的问题,将复合三角函数变换引入到传统格拉姆角场中,提出了一种格拉姆复合场(GCF)方法。首先,对采样后的数据依次进行数据归一化和近似分段聚合(PAA)处理,在此基础上应用GCF方法生成相应的特征图;随后,结合卷积神经网络(CNN)构建GCF-CNN模型进行滚动轴承故障诊断;最后,使用华中科技大学、东南大学和美国凯斯西储大学轴承数据集对所提出的方法进行实验验证。实验结果表明:GCF方法突破了GAF在对称性上的约束,在表征能力方面表现更优。相较于基于GAF方法构建的CNN模型,本文所提出的GCF-CNN模型在分类精度上取得了明显提升,且在复合故障诊断任务中具有较高的准确率。
研究与应用 | 基于GA-BP神经网络的LNG储罐翻滚时间预测模型研究

研究与应用 | 基于GA-BP神经网络的LNG储罐翻滚时间预测模型研究

摘要提出基于GA-BP神经网络的LNG储罐翻滚时间预测模型。依据LNG储罐翻滚机理分析储罐内上下层之间的对流循环特性,以此确定其多耦合因素;将在LNG储罐管理系统(TMS)中读取的LNG多耦合因素数据输入BP神经网络模型以预测LNG储罐翻滚时间,并利用GA优化模型权重参数,从而提升预测结果的准确性。测试结果显示:该模型依据TMS获取的多耦合因素数据集进行翻滚时间预测具备合理性,可准确预测不同状态下的LNG储罐翻滚时间;模型在不同隐含层结构下的间隔指标(SP)均小于0.025;与标准BP模型相比,优化后模型预测结果的RMSE标准差显著降低,预测效果较好。
研究与应用 | 基于无监督学习聚类的地质工程甜点综合评价模型

研究与应用 | 基于无监督学习聚类的地质工程甜点综合评价模型

摘要构建了一种可在无监督条件下稳健运行、能够融合多源数据并支持水平井分段优化的甜点综合评价模型。基于无监督机器学习框架,采用密度聚类从岩性、力学、脆性、多相测井属性及工程响应等多维数据中自动识别天然聚类结构,实现地质意义明确的甜点类别划分;并通过基于距离度量的贴近度方法,将样本至优质甜点中心的距离映射为连续甜点评级,实现地质-工程属性的联合定量描述。该模型完全不依赖产量或压后效果等标签,适用于资料匮乏或地质差异显著的储层情景。现场应用表明:该方法成功实现了水平井沿程的分段分簇甜点识别,甜点评级与微地震检测获得的改造体积呈显著正相关,相关性系数超过0.83,高等级甜点对应更优物性条件与更强裂缝扩展能力,评价结果与实际压裂响应高度一致。
研究与应用 | 煤层气管道积液定位及预警技术研究与应用

研究与应用 | 煤层气管道积液定位及预警技术研究与应用

摘要针对低压煤层气采气管道积液及放水扫线技术展开研究,提出基于LedaFlow仿真的改进型多相流瞬态计算算法,并构建了混合型积液预测模型。在机理模型动态建模过程中,运用PR状态方程进行闪蒸Multiflash计算,以获取不同工况下井口煤层气的饱和水含量,从而确定饱和水占总气量的物质的量分数。将闪蒸计算结果与管网SCADA工况参数相结合,作为对象模型的输入数据,以复现管网运行工况,并实现对现场工况变化的毫秒级响应。最终,结合人工智能算法与机器学习技术优化积液预测精度,开发新型流型转变判据,将机理模型与数据驱动方法相融合,通过对机理模型精细调整、训练与学习,提升煤层气在低压、低输量工况下的积液量定位和预测预警准确性。通过仿真计算与现场验证,总结出3个积液运移规律,实现了积液的在线定位和体积量的实时计算,为采气管网自动放水扫线作业、管道凝液装置的位置安装与数量优化提供指导。最后,基于对积液规律的分析,提出了3条煤层气管网放水扫线综合治理的指导建议。
研究与应用 | 基于Unity 3D的离心式压缩机数字孪生建模

研究与应用 | 基于Unity 3D的离心式压缩机数字孪生建模

摘要针对离心式压缩机运行工况多变、常规建模方法在状态刻画和预测分析上存在不足的现状,提出一种基于Unity 3D平台的离心式压缩机数字孪生建模方法。以数字孪生五维模型为理论框架,构建了一套将物理设备、虚拟模型与运行数据相结合的数字孪生系统,实现了对压缩机结构形态和运行行为的直观映射与可视化展示。在此基础上,通过建立数据驱动的状态生成模型,使虚拟孪生体能够随运行数据变化动态更新关键状态信息,并实现虚实系统的同步交互。结合实际运行数据进行实验分析,结果表明:该模型能够较好地反映离心式压缩机的运行状态,可为压缩机状态监测与智能运维提供支持。
研究与应用 | 火车防冻液智能喷洒系统在塔山煤矿的设计与应用

研究与应用 | 火车防冻液智能喷洒系统在塔山煤矿的设计与应用

摘要设计了针对塔山煤矿的火车防冻液智能喷洒系统。系统的硬件单元主要包括可编程控制器、变频器，以及包括水分仪、流量计、定量仓体积检测雷达、环境检测装置等在内的硬件设备。软件模块主要包括火车车头位置判断、车厢喷洒逻辑制定以及防冻液喷洒量的控制与调节。通过对大量历史数据和实时数据的深度挖掘和分析，建立更加精准的预测模型和自适应控制策略，使系统能够根据不同的工况条件自动调整参数，提高判断和控制的准确性。通过硬件与软件的协同运作，系统实现了火车防冻液的智能喷洒。实验结果显示，应用该系统后，火车车头位置判断误差的最大值仅为5 mm，防冻液喷洒量的控制与调节结果非常接近期望值，防冻液浪费量的最小值达到了2 L。上述结果证明了该系统在塔山煤矿煤炭运输环节具有良好的应用效果。
研究与应用 | 基于知识工程的冷风机智能化设计系统

研究与应用 | 基于知识工程的冷风机智能化设计系统

摘要为了提升冷风机的设计效率与智能化水平,构建了一套集成知识驱动、智能推理、参数化建模与仿真验证的智能化设计系统。基于知识工程构建冷风机知识库,其中根据规则类型建立规则库,基于冷风机功能模块建立实例库;融合实例推理和规则推理的混合推理方法建立推理模型,结合实例库进行基于推理模型的推理,根据推理结果进行实例重用、实例修订或新设计决策;基于SolidWorks二次开发使用参数化建模技术进行实例修订和新设计中模型的建立,基于ANSYS二次开发使用参数化仿真技术进行风机性能验证,实现冷风机的快速设计与验证。最后用实例验证了笔者开发的冷风机智能化设计系统的有效性。
技改与创新 | 安全监控系统井下异地断电控制执行时间测试方法

技改与创新 | 安全监控系统井下异地断电控制执行时间测试方法

摘要《煤矿安全规程》(2025)中规定,当煤矿井下非本质安全型电气设备最远距离超过2 km时可由井下设备异地断电。本文针对该功能目前的测试方法流程繁琐、效率低下等问题,提出一种基于计算机软件仿真的测试方法,通过模拟相关参数,快速测试分站间的异地断电时间。该方法分别测试分站采集到异常数据到发出控制信息的时间与接收到控制信息时间到发送出对应控制指令的时间,确保两个时间都在允许的范围内,从而保证组成系统总的控制执行时间。同时还测试了分站在通信异常情况下的故障闭锁时间,实现了对异地断电控制执行时间快速、全面、准确的自动测试。实验结果表明:该方法简化了测试流程,检测效率提升60%以上,同时提高了数据的可靠性。
技改与创新 | 基于UWB的矿用人员定位与语音对讲融合系统

技改与创新 | 基于UWB的矿用人员定位与语音对讲融合系统

摘要针对煤矿井下人员定位系统与语音通信系统独立建设、设备冗余及声音覆盖面有限等问题,本文创新性地提出一种基于超带宽（UWB）技术的矿用人员定位与语音对讲融合系统。系统硬件以STM32L431RCT6为控制核心,搭载DW1000 UWB射频芯片与WT2061窄带语音编解码芯片。软件层面,设计了一种基于时分复用的超帧时隙混合传输协议,有效解决了定位与语音业务间的信道冲突;利用TOF+Kalman滤波算法实现井下定位,减少多径影响;采用800 bit/s窄带宽语音编解码技术,大幅降低语音传输带宽;系统在实现高精度人员定位的同时,支持卡与调度室的直接对讲以及组内卡对讲功能。实验结果表明:该系统静态定位精度小于30 cm,语音传输端到端时延低于100 ms,丢包率小于0.2%,满足煤矿井下“定-通一体化”的安全生产需求。
技改与创新 | 辅助变低压侧三相电压不平衡故障分析与研究

技改与创新 | 辅助变低压侧三相电压不平衡故障分析与研究

摘要针对某核电站倒送电过程中出现的辅助变低压侧三相电压不平衡现象，通过对三相电压不平衡故障的排查与分析，提出三相电压不平衡故障发生时的排查方法步骤。从铁磁谐振产生机理出发，结合核电系统建安施工特点，提出了改变辅助变低压侧的出线方式以及在电压互感器(PT)二次侧开口三角绕组并联白炽灯两种解决方案，并分别进行了分析验证，取得了良好效果。
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亚陆成立于1992年，以发展、创新、共赢为理念深耕行业三十余年。主要从事自动化传动控制和高低压配电领域、产品集成，工程项目设计等多种自动化成套解决方案为一体的高新技术企业，同时公司拥有2000多平米成套车间和专业的技术服务部、电气成套部等，为OEM制造商、最终用户、工程类客户提供高品质的系统集成及调试业务，主要业务分布甘肃、青海、宁夏、新疆等地。一路以来，公司重视客户关系，始终保持自信、诚实和互相

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