专利名称:高精度氢氮比微机控制系统的制作方法
本发明创造属于自动控制系统。
在生产合成氨的化肥厂中，有许多厂是以煤或焦炭为原料来合成氨(NH3)的。在合成的过程中，应使氢和氮的比例控制在31。如果这个比例控制不好，就会直接影响产量，造成浪费，增加产品的成本。为了控制这个氢氮比，多年来国内外均采用古典的控制办法，用常规仪表构成氢氮比控制系统，且大都采用PID和串级调节。后来，微型计算机问世并应用于氢氮比控制系统，使系统的构成发生了变化，但其控制思想基本上还是PID控制外加逻辑判断。由于煤(焦)头氢氮比系统存在着纯滞后时间长、干扰因素多、动态特性复杂难以控制等困难，而采用上述的两种控制办法却未能很好地解决这些问题，所以达不到满意的效果，其控制精度最好也只能达到给定值的±0.3。例如，江西氨厂和山东肥城化肥厂的微机氢氮比控制系统虽均于1985年通过了技术鉴定，但控制精度也只能达到给定值的±0.3。可见控制精度问题已成为国内外的一个控制难题。
为了解决上述控制难题，实现氢氮比的高精度控制，从而使我国的化肥生产增加产量，降低成本，提高经济效益，特从系统构成和控制思想方面进行了研究和创新，作出了本发明创造，并获得了满意的效果。
本发明创造的要点是，在一般的氢氮比微机控制系统中增加一个叫做部分状态予估器的部件，这是根据我们提出的分状态予估原理设计出来的。部分状态予估器5一方面和检测装置4相连接，对受控对象的有关信号进行予估；另一方面和微型计算机1相连接，把有关予估结果送往微型计算机，由它进行必要的计算，并根据计算结果直接控制整个系统的工作。这就有效地克服了大纯时间滞后，从而使控制精度和动态稳定性显著提高。部分状态予估器5中又包含了三个(或三个以上)单参数予估器6、7、8，这样，它们可以分别对每一个氢信号进行予估，以便克服各个环节上所产生的纯时间滞后，提高控制精度。每个单参数予估器中，又含有若干采样保持器和加法器，它们的工作受脉冲移位器10所发出的移位脉冲控制。综合加法器11能把三个单参数予估器送来的信号进行综合相加，并送往微型计算机1，由它进行精密的计算、信号处理，并直接控制整个系统有条不紊地工作，最终达到高精度氢氮比的控制。
附图1是高精度氢氮比微机控制系统的总框图，其中1是微型计算机，它被用来对整个系统进行运算、控制和管理；2是执行机构，它执行计算机发出的各种控制命令；3是受控对象，具体而言，就是合成氨系统中的氢氮比系统；4是检测装置，用以测量受控对象中的有关信号，如气柜氢、净化氢、循环氢、氮含量等；5是部分状态予估器，它能对受控对象的有关信号进行超前予估，达到克服大纯时间滞后，从而提高控制精度和动态稳定性。
附图2是部分状态予估器5的结构框图，其中6、7、8是三个单参数予估器，它们分别对每一个氢信号进行予估，以克服各个环节带来的纯时间滞后；9是钟脉冲发生器，它产生触发信号，以驱动脉冲移位器10工作；10是脉冲移位器，它发出移位脉冲，分别送往三个单参数予估器6、7、8；11是综合加法器，它把三个单参数予估器6、7、8送来的信号进行综合，并把有关信息送往微型计算机1；1和4分别是附图1中所述的微型计算机和检测装置。
附图3是单参数予估器6、7、8的电原理图，其中12、14、16……2K均为采样保持器，从受控对象3上采集到的信号经过检测装置4送入这些采样保持器，依次保持下来，以便予估；13、15……2K＋1为加法器，负责把保持下来的信号迭加后送入综合加法器11。(K为大于6的自然数，其取值依实际系统的滞后值而定。)10仍是附图2中所说的脉冲移位器，从附图3中可以看出，它发出的移位脉冲是送入单参数予估器中的采样保持器里了，以驱动它们工作。
本发明创造已经研制成功，效果甚佳，已于1986年底通过了河南省计委、经委的省级鉴定。在河南省平顶山化肥厂进行运行试验的结果表明，完全达到了予想的效果。例如，我国化工部部颁标准规定，年产10万吨合成氨的大、中型化肥厂，氢氮比的控制精度应在给定值的±0.3；年产2万吨以下合成氨的小化肥厂，控制精度应在给定值的±0.4。而本发明创造，氢氮比的控制精度已达到给定值的±0.15，大大提高了。同时，氢氮比合格率比合同指标规定的80％也提高了，为90％以上。经济效益十分显著，可增产3％以上，每年仅平顶山化肥厂便可获纯经济效益76万元人民币。若能在全国推广应用，可能产生的经济效益约为8000万元人民币。本发明创造除了影响氢氮比控制外，还将推动大时间滞后系统控制的迅速进展。本发明创造结构简单，成本低，易于掌握推广。
作为本发明创造的最佳实施例，所采用的微型计算机是一台APPLE－Ⅱ微型计算机，国内市场上即可买到，且价格较便宜。部分状态予估器5中包含了三个单参数予估器6、7、8。构成本控制系统的元、器件均为国内市场普通产品，极易获得。
权利要求
1.一种自动控制系统，由微型计算机1、执行机构2、受控对象3、检测装置4和部分状态予估器5所组成，其特征在于它有一个部分状态予估器5，该部分状态予估器5一方面和检测装置4相连接，另一方面和微型计算机1相连接。
2.一种按照权利要求
1所说的自动控制系统，其特征在于所说的部分状态予估器5中包含两个以上的单参数予估器(本系统包含3个单参数予估器6、7、8)，单参数予估器的输入端和驱动脉冲移位器10、检测装置4相连接，输出端和综合加法器11相连接。
3.一种按照权利要求
1、2所说的自动控制系统，其特征在于所说的单参数予估器(如6、7、8)由若干个采样保持器12、14、16……2K和若干个加法器13、15……2K＋1所组成；各采样保持器依次串接起来，并均和脉冲移位器10的输出端相连接，受其移位脉冲的控制；各采样保持器的输出端又依次和各加法器的输入端相连接，第一个采样保持器12和检测装置4的输出端连接；各加法器亦依次串接起来。最后一个加法器的输出端和综合加法器11的输入端相连接。
4.一种按照权利要求
1、2所说的自动控制系统，其特征在于所说的部分状态予估器5中含有一个驱动脉冲移位器10，驱动脉冲移位器10的输入端和微型计算机1、钟脉冲发生器9相连接，输出端和单参数予估器6、7、8相连接。
5.一种按照权利要求
1、2所说的自动控制系统，其特征在于所说的部分状态予估器5中含有一个综合加法器11，综合加法器的输入端和单参数予估器6、7、8相连接，其输出端和微型计算机1相连接。
专利摘要
本实用新型创造属于自动控制系统，主要用在生产合成氨的化肥厂里，实现氢氮比的高精度控制。该控制系统的要点是根据分状态预估原理，在系统中增设了一个部分状态预估器，对状态进行预估，并经过微型计算机进行控制，从而有效地克服了大纯时间滞后，使动态稳定性显著改善，使控制精度提高到给定值的±0.15，氢氮比合格率可达90％以上。本实用新型创造若能在全国推广使用，可能产生的年经济效益约为8000万元。
文档编号G05D11/00GK87206999SQ87206999
公开日1988年1月6日 申请日期1987年4月29日
发明者陈铁军, 邱祖廉 申请人:西安交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan