工业实时操作系统关键技术及发展趋势研究

工业实时操作系统(RTOS)广泛应用于工业自动化、军事、电力、新能源等重要场景中,发挥着中枢神经系统的关键作用。当前,我国工业实时操作系统产业规模持续提升,但整体水平仍落后于发达国家,关键领域国产化率较低,缺乏完善的生态系统建设。本文阐述了工业实时操作系统的概念及关键作用,分析了国内外整体市场现状及代表性产品,梳理了工业实时操作系统内核、中间件、辅助设计工具等关键技术及相关现有研究基础,并进一步指出其轻量化、虚拟化、跨平台等发展趋势,为国产工业实时操作系统加速发展应用提供参考。

微量吸附量热技术研究Pd-Cu/SiO_2的表面吸附

应用微量吸附量热技术研究了室温下 H2 ,CO,O2 和 C2 H4 在 m( Pd) /m( Si O2 ) =2 % ,m( Pd,Cu) /m( Si O2 ) [n( Pd) /n( Cu) =1 /1 ]=2 % ,m( Pd,Cu) /m( Si O2 ) [n( Pd) /n( Cu) =1 /4]=2 %和 m( Cu) /m( Si O2 ) =8%催化剂表面的吸附性能 ,并考察了 O2 对 C2 H4 吸附性能的影响 .结果表明 ,Pd-Cu/Si O2 具有与 Pd/Si O2数量相近的表面 Pd原子 .加入 Cu可使 Pd对 H2 和 CO的强吸附位数目相对减少 ,弱吸附位数目相对增加 .Pd增加了 H2 在 Cu/Si O2 催化剂表面的吸附量 ,加速了 O2 在 Cu表面的吸附速率 .Pd原子和 Cu原子在Pd-Cu/Si O2 中混合均匀且分散良好 .乙烯在 Pd/Si O2 表面吸附有乙川、 di-σ和π吸附态 .Cu的加入可抑制乙烯在 Pd表面解离吸附为乙川 ,促进了非解离的 di-σ和 π吸附态形成 .乙烯在室温下可与 Pd表面吸附氧发生氧化反应 ,加入 Cu可降低 Pd表面吸附氧的氧化活性 ,使乙烯在

基于ARM+FPGA的嵌入式安全PLC设计

传统的PLC系统由于自身系统结构和处理器性能等问题,在执行工业控制的过程中往往在执行了一定时间后系统就会发生惯性停机,影响工业生产.提出了基于ARM+FPGA高性能双处理器的嵌入式安全PLC结构模型,可以大幅降低系统失效的概率,提高工业控制可靠性.本系统分为硬件结构和软件系统两大部分.硬件部分采用了1oo2D双通道异构冗余安全体系结构,两条通道配备有安全电路,两个处理器之间设计有安全诊断电路,通过交叉检测判断系统运行是否正常.软件部分主要包括编译系统和执行系统,编译系统将编写的PLC程序转换成机器可执行的代码也叫做目标代码,再由执行系统进行目标代码的执行.

一种异构处理架构的PLC集成安全控制系统结构设计

针对传统的PLC控制系统在实际应用中缺少全面、先进的集成安全机制等问题以及PLC控制系统对于安全可靠控制的要求,本文提出了一种异构处理架构的PLC集成安全控制结构,在传统使用单一处理器的PLC控制系统中,增加一个设计在FPGA芯片上的RISC辅助处理器,构成非对称冗余结构的集成安全架构,实现了PLC集成安全控制系统基于异构处理的逻辑指令控制处理功能,满足了设备和人员对于PLC控制系统的安全要求.实验表明,PLC集成安全控制系统任务管理周期的范围在7. 924ms至8. 059ms,抖动数值的范围在-0. 076ms至0. 059ms,实时逻辑执行时间的范围在1. 255ms至2. 007ms,可以满足安全可靠控制的要求.

一种多重冗余的工业物联网智能产线安全通信模型设计

工业物联网传统的单路传输方式无法有效保证信息传递的机密性与完整性,在通信过程中容易发生信息传输错误进而产生安全风险.本文针对工业物联网环境下智能化生产线设备间感知信息的安全通信需求,构建了一种多重冗余的工业物联网智能产线安全通信模型,提出了一种工业物联网辅助路径多重冗余传输方法,有效防止因通信节点失效而造成数据传输失败,降低了初始通信数据被整体捕获的概率,提高了通信的安全性.此外,针对安全通信模型由于特殊因素造成通信数据周期性丢失的特殊情况,本文进一步提出了一种智能产线通信缺失数据预测方法.该方法对于25个周期温度预测目标的多周期预测结果误差控制在0.15℃之内,在安全通信模型失效的特殊情况下有效预测填充了连续周期缺失通信数据,满足了工业物联网智能产线对于通信数据的完整性要求.

环己基苯催化氧化合成苯酚和环己酮

以环己基苯和氧气为原料,经氧化反应合成了环己酮和苯酚;考察了催化剂和溶剂种类对反应的影响,并对反应条件进行了优化;分别用气相色谱仪和气质联用仪对产物进行定量和定性分析。实验结果表明,对于该反应,N-羟基邻苯二甲酰亚胺是较好的催化剂,乙腈是合适的溶剂;优化的反应条件为:氧压1.1 MPa,75℃下反应3 h。在此条件下,环己基苯的转化率为40.2%,环己酮和苯酚的选择性分别为95.6%和98.4%。催化剂和溶剂可循环使用。过高的反应温度和氧压会导致副反应的发生,副产物主要为1-苯基环己醇、苯戊酮和苯己酮。

苯加氢烷基化合成环己基苯催化剂研究

以分子筛为载体,采用等体积浸渍法制备具有双功能的分子筛催化剂。以苯为原料,在双功能催化剂的作用下采用加氢烷基化的方法合成环己基苯(CHB)。考察了不同载体酸性、反应温度、氢气压力和催化剂的金属担载量等因素对反应的影响。实验结果表明:Ru/Hβ双功能催化剂为最佳的催化剂,最佳反应条件为:2.5 MPa氢气压力,200℃下反应4 h。在此条件下苯的转化率可达67.6%,CHB的选择性可达47.8%。催化剂的金属活性和酸性是苯加氢烷基化的关键。

苯加氢烷基化制环己基苯催化剂的制备与工艺条件的考察

采用等体积浸渍法制备了Ni-Cu/Hβ双功能催化剂,采用XRD、N2吸附-脱附、TEM和NH3-TPD方法对催化剂进行了表征,并将其用于催化苯加氢烷基化制备环己基苯的反应,考察了催化剂的制备条件(Ni负载量、Ni和Cu的来源、助催化剂的种类)和反应条件(反应时间、反应温度、氢气压力、催化剂用量)对反应的影响。实验结果表明,适宜的催化剂制备条件和反应条件为:Ni和Cu的来源分别为乙酸镍和硝酸铜、负载量分别为4%(w)和0.2%(w);反应温度210℃、氢气压力2 MPa、反应时间1 h、催化剂用量5%(w)(基于苯的质量)。在此条件下,苯的转化率可达57.74%,环己基苯的选择性可达71.38%。催化剂的金属活性位和酸性是苯加氢烷基化的关键因素。

酸催化甘油与苯甲醛缩合制备六元环缩醛

比较了对甲苯磺酸(PTSA)、磷钨酸(PWA)、KHSO4和FeCl3催化对甘油与苯甲醛的缩合反应收率,及对产物中六元环缩醛5-羟基-2-苯基-1,3-二氧六环(1)与五元环缩醛4-羟甲基-2-苯基-1,3-二氧五环(2)比例的影响。当以环己烷为带水剂及苯甲醛与甘油的摩尔比为2∶3的情况下,KHSO4为催化剂的缩合产物(1+2)收率较高,为96.8%;PTSA催化的缩合产物中,化合物1的比例最高(m(1)∶m(2)=48.6∶51.4)。室温下PTSA、PWA、KHSO4和FeCl3均可催化化合物2向化合物1的转化。在-20℃下,只有PTSA能催化化合物2向化合物1的转化。在-20℃,PTSA催化化合物2转化成化合物1a,并以晶体形式从苯(40%)-石油醚(60%)中析出。母液循环转化3次后,化合物1a的累计收率可达91.1%。

固定化磺基离子液体催化合成5-羟甲基糠醛研究

对微球硅胶固定化离子液体(IL3)催化果糖脱水合成5-羟甲基糠醛(HMF)进行了研究。以微球硅胶为载体,通过γ-氯丙基三甲氧基硅烷将磺基功能化离子液体-N-磺丙基咪唑盐(IL2)化学键联到其上制得IL3。用液氮吸附、13C-NMR、元素分析及酸度测定等方法对IL3进行分析与表征,并考察其在果糖脱水合成HMF反应过程中的催化性能。研究结果表明:IL3能有效催化果糖脱水生成HMF。IL2固载量越高,IL3的表面酸度越大、但比表面积和孔体积都下降。当IL2的固载量为45.4%时,所制得的催化剂(45.4-IL3)对果糖脱水生成HMF具有较好的催化性能。过高的反应温度和果糖浓度会使生焦反应加剧,导致HMF收率降低。在115℃、15%～25%(wt)果糖溶液中反应是较合适的,HMF收率维持在80%以上。IL3可方便地循环使用,但随循环使用次数增加,HMF生成速率和收率都呈下降趋势。尤其是催化剂循环使用四次后,HMF收率明显下降,是反应过程中生成的不溶性焦质在催化剂表面覆盖所致。

咖啡渣基新型氮杂化炭材料制备与催化环己基苯氧化

将咖啡渣在氨气氛中高温热处理,制备氮杂化炭材料。采用X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、氮气吸附-脱附(BET)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)等方法对其进行表征,采用X射线光电子能谱(XPS)测定其掺氮量,并将其用于催化氧化环己基苯(CHB)合成苯酚和环己酮,考察了咖啡渣的热处理温度和反应条件(O2压力、反应温度和时间)对上述反应的影响。结果表明,700℃氨气氛中制备的咖啡渣基氮杂化炭材料(NC-700)具有较好的催化性能,其中所含石墨氮杂化结构对形成催化活性中心起重要作用;以NC-700为催化剂,在130℃、0.9 MPa O2分压下反应4h,CHB转化率为18.3%,环己酮和苯酚的选择性分别为81.8%和70.7%。NC-700循环使用10次,其催化性能没有明显变化。表明NC-700是可用于CHB氧化合成苯酚和环己酮的性能稳定、易回收利用、无污染的新型催化剂。

四氯化碳催化加氢研究进展

从四氯化碳选择性加氢脱氯催化剂的活性组分、反应机理和催化剂失活及预处理等方面详细介绍了四氯化碳选择性加氢脱氯反应及催化剂的最新研究进展,简述了反应温度、压力和n(H2)/n(CCl4)比对四氯化碳催化加氢产品分布的影响,并指出了四氯化碳选择性加氢脱氯反应的发展方向。

Fenton试剂氧化处理含丙烯腈废水

采用Fenton试剂氧化法处理自制的含丙烯腈(AN)废水(质量浓度为100 mg/L),通过气相色谱法、离子色谱法、元素分析等研究了处理废水产物的组成,并探讨了氧化反应机理。结果表明,在H2O2用量为1～4 mL、FeSO4.7 H2O质量浓度为600 mg/L、初始pH值为1.3～7.0的条件下处理200 mL废水时,AN可以被氧化生成不同状态的产物,其中绝大部分为气体产物,还有一定量的液体产物(含有一定量草酸和少量乙酸、乙醇酸、硝酸根和铵根离子)和固体产物(含C、N等元素的物质),AN转化率超过95%。

微量TiO_2对Ni/SiO_2催化剂催化顺酐加氢制γ-丁内酯的促进作用

采用等体积浸渍法分别制备了Ni/SiO2和含TiO2的Ni/SiO2催化剂,采用XRD、TPR、XPS、N2吸附-脱附技术对催化剂进行了表征,并将催化剂应用于顺酐液相加氢制γ-丁内酯反应中,考察了Ni含量、TiO2添加量、催化剂还原温度对催化剂活性的影响。结果表明,Ni/SiO2催化剂对顺酐液相加氢制γ-丁内酯反应具有很高的催化活性,γ-丁内酯选择性很高;Ni/SiO2添加微量助剂TiO2,可以提高该反应的γ-丁内酯选择性。推测可能是由于TiO2促进了催化剂的还原,产生更多的活性中心,并且在400℃还原时,Ni和TiO2之间产生了强金属-载体相互作用(SMSI效应),TiO2富集到Ni的表面,将电子转移到Ni上,产生了更多有利于吸附羰基的活性中心,从而提高了γ-丁内酯选择性。

不同脱铝深度稀土超稳Y沸石的酸性质

用FT-IR和NH_2-TPD研究了稀土含量相同时脱铝程度不同的四种REUSY 沸石的酸性质.并对复杂羟基谱的归属进行了讨论.同时将酸性质与骨架的Si、Al分布,非骨架组份以及二次孔相关联,提出浅、中度脱铝时主要脱除与超笼中HFOH 相关联的Si(3Al)和Si(2Al)单元中的Al,深度脱铝时则脱除与六方柱笼和方钠石笼中LFOH 羟基相关联的Si(1AI)中的铝和少量Si(2Al)中的铝.另外发现,非骨架组份使一部分HFOH 羟基不能被吡啶分子接近.而二次孔的形成使一部份LFOH 能被吡啶分子接近.随着脱铝深度的加深,总酸、B 酸、L 酸量都减少.但强酸和B 酸的强度均相应增加.

硅胶固定功能化离子液体的制备及其在5-羟甲基糠醛合成中的应用

通过γ-氯丙基三甲氧基硅烷将磺基功能化离子液体—N-磺丙基咪唑盐化学键合到微球硅胶上,制得微球硅胶固定化离子液体(IL3)。用FTIR、TG、13C NMR、SEM、BET及酸度测定等测试技术对IL3进行了表征,并考察其在果糖脱水合成5-羟甲基糠醛(HMF)过程中的催化性能。研究结果表明,氯丙基三甲氧基硅烷可以将磺基功能化咪唑型离子液体化学键合到微球硅胶上。微球硅胶固定化磺基咪唑离子液体能有效催化果糖脱水生成HMF。果糖在固载率45.4%的IL3催化下、乙二醇甲醚(EGME)溶剂中、115℃反应5 h,HMF收率可达82.1%。催化剂循环使用4次后,HMF的收率下降为53.0%。

催化臭氧氧化法处理维生素C生产废水

采用催化臭氧氧化工艺处理维生素C生产废水。考察了不同工艺条件对废水COD、色度、Ca^(2+)去除率的影响。实验结果表明,催化剂为TiO_2(20%,质量分数,下同)-SiO_2(80%),反应温度75℃,水力停留时间30min的最佳工艺条件下,处理后出水的COD、色度和p(Ca^(2+))分别为63.9 mg/L、0倍和49.4 mg/L,COD、色度和Ca^(2+)去除率分别为78%、100%和95%。出水水质指标满足GB8986—1996《污水综合排放标准》。

成型TiO2负载型纳米碳纤维催化材料的制备与表征

采用成型TiO2为载体,以甲烷为碳源,镍铜双金属催化剂,改变反应温度以及碳氢比(CH4/H2摩尔比),生长纳米碳纤维(CNF),制备出结构化复合纳米碳纤维催化材料——生长在成型TiO2上的纳米碳纤维材料(CNF/TiO2)。扫描电镜(SEM)和物理吸附仪(BET)表征结果表明,CNF粗细均匀、直径～70nm,而且与其他传统催化剂载体(活性炭)相比几乎没有微孔。并以CNF/TiO2为载体,采用浸渍法负载金属钯,制备出结构化纳米碳纤维负载型钯催化剂(Pd/CNF/TiO2),以苯乙烯加氢为模型反应进行活性评价,结果表明,其催化活性明显优于成型活性炭负载型Pd催化剂。结构化纳米碳纤维具有比表面适中,且不含微孔,是一种优良的催化剂载体,可望用于受内扩散制约的气液固三相催化反应。

非异氰酸酯路线由微藻油与CO2合成聚氨酯

通过非异氰酸酯合成微藻油基聚氨酯(MOPU)。以微藻油(MAO)为原料,经甲酸催化、双氧水环氧化合成环氧化藻油(EMAO),接着与CO2在四丁基溴化铵和碘化钾催化下反应制备碳酯化微藻油(CMAO),再与二元胺反应得到MOPU。用1H-NMR和FT-IR对化合物结构进行表征,用DSC和TG对固化反应进行分析。考察了反应温度与时间、CO2压力以及催化剂质量分数对合成反应的影响,使92.65%的EMAO碳酯化为CMAO。胺类固化生成MOPU的活性顺序是:乙二胺(EDA)>丁二胺(BDA)>异佛尔酮二胺(IPDA)。