[其他]高精度氫氮比微機控制系統

無效

• 申請號: 87206999
• 申請日: 1987-04-29
• 公開（公告）號: CN87206999U
• 公開（公告）日: 1988-01-06
• 發明（設計）人: 陳鐵軍;邱祖廉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05D11/13
• 分類號: G05D11/13
• 代理公司: 西安交通大學專利事務所
• 代理人: 王民培

本發明創造屬于自動控制系統。

在生產合成氨的化肥廠中，有許多廠是以煤或焦炭為原料來合成氨（NH₃）的。在合成的過程中，應使氫和氮的比例控制在3：1。如果這個比例控制不好，就會直接影響產量，造成浪費，增加產品的成本。為了控制這個氫氮比，多年來國內外均采用古典的控制辦法，用常規儀表構成氫氮比控制系統，且大都采用PID和串級調節。后來，微型計算機問世并應用于氫氮比控制系統，使系統的構成發生了變化，但其控制思想基本上還是PID控制外加邏輯判斷。由于煤（焦）頭氫氮比系統存在著純滯后時間長、干擾因素多、動態特性復雜難以控制等困難，而采用上述的兩種控制辦法卻未能很好地解決這些問題，所以達不到滿意的效果，其控制精度最好也只能達到給定值的±0.3。例如，江西氨廠和山東肥城化肥廠的微機氫氮比控制系統雖均于1985年通過了技術鑒定，但控制精度也只能達到給定值的±0.3。可見控制精度問題已成為國內外的一個控制難題。

為了解決上述控制難題，實現氫氮比的高精度控制，從而使我國的化肥生產增加產量，降低成本，提高經濟效益，特從系統構成和控制思想方面進行了研究和創新，作出了本發明創造，并獲得了滿意的效果。

本發明創造的要點是，在一般的氫氮比微機控制系統中增加一個叫做部分狀態予估器的部件，這是根據我們提出的分狀態予估原理設計出來的。部分狀態予估器5一方面和檢測裝置4相連接，對受控對象的有關信號進行予估；另一方面和微型計算機1相連接，把有關予估結果送往微型計算機，由它進行必要的計算，并根據計算結果直接控制整個系統的工作。這就有效地克服了大純時間滯后，從而使控制精度和動態穩定性顯著提高。部分狀態予估器5中又包含了三個（或三個以上）單參數予估器6、7、8，這樣，它們可以分別對每一個氫信號進行予估，以便克服各個環節上所產生的純時間滯后，提高控制精度。每個單參數予估器中，又含有若干采樣保持器和加法器，它們的工作受脈沖移位器10所發出的移位脈沖控制。綜合加法器11能把三個單參數予估器送來的信號進行綜合相加，并送往微型計算機1，由它進行精密的計算、信號處理，并直接控制整個系統有條不紊地工作，最終達到高精度氫氮比的控制。

附圖1是高精度氫氮比微機控制系統的總框圖，其中1是微型計算機，它被用來對整個系統進行運算、控制和管理；2是執行機構，它執行計算機發出的各種控制命令；3是受控對象，具體而言，就是合成氨系統中的氫氮比系統；4是檢測裝置，用以測量受控對象中的有關信號，如氣柜氫、凈化氫、循環氫、氮含量等；5是部分狀態予估器，它能對受控對象的有關信號進行超前予估，達到克服大純時間滯后，從而提高控制精度和動態穩定性。

附圖2是部分狀態予估器5的結構框圖，其中6、7、8是三個單參數予估器，它們分別對每一個氫信號進行予估，以克服各個環節帶來的純時間滯后；9是鐘脈沖發生器，它產生觸發信號，以驅動脈沖移位器10工作；10是脈沖移位器，它發出移位脈沖，分別送往三個單參數予估器6、7、8；11是綜合加法器，它把三個單參數予估器6、7、8送來的信號進行綜合，并把有關信息送往微型計算機1；1和4分別是附圖1中所述的微型計算機和檢測裝置。

附圖3是單參數予估器6、7、8的電原理圖，其中12、14、16……2K均為采樣保持器，從受控對象3上采集到的信號經過檢測裝置4送入這些采樣保持器，依次保持下來，以便予估；13、15……2K＋1為加法器，負責把保持下來的信號迭加后送入綜合加法器11。（K為大于6的自然數，其取值依實際系統的滯后值而定。）10仍是附圖2中所說的脈沖移位器，從附圖3中可以看出，它發出的移位脈沖是送入單參數予估器中的采樣保持器里了，以驅動它們工作。

本發明創造已經研制成功，效果甚佳，已于1986年底通過了河南省計委、經委的省級鑒定。在河南省平頂山化肥廠進行運行試驗的結果表明，完全達到了予想的效果。例如，我國化工部部頒標準規定，年產10萬噸合成氨的大、中型化肥廠，氫氮比的控制精度應在給定值的±0.3；年產2萬噸以下合成氨的小化肥廠，控制精度應在給定值的±0.4。而本發明創造，氫氮比的控制精度已達到給定值的±0.15，大大提高了。同時，氫氮比合格率比合同指標規定的80％也提高了，為90％以上。經濟效益十分顯著，可增產3％以上，每年僅平頂山化肥廠便可獲純經濟效益76萬元人民幣。若能在全國推廣應用，可能產生的經濟效益約為8000萬元人民幣。本發明創造除了影響氫氮比控制外，還將推動大時間滯后系統控制的迅速進展。本發明創造結構簡單，成本低，易于掌握推廣。

作為本發明創造的最佳實施例，所采用的微型計算機是一臺APPLE－Ⅱ微型計算機，國內市場上即可買到，且價格較便宜。部分狀態予估器5中包含了三個單參數予估器6、7、8。構成本控制系統的元、器件均為國內市場普通產品，極易獲得。