JP2559222B2 - 粉砕機の自動制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セメント産業における原料或いはクリンカ
粉砕に用いられるボールミルのような塊状物及び又は粒
状物を入口から供給し、出口から粉体として取り出す粉
砕機の自動制御方法についてのもので、粉砕機の出口又
は入口と出口の静圧の変化を利用して、被粉砕物の供給
量その他の状態を最適とする粉砕機の自動制御方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、粉砕機の自動制御方法には、自動的に制御用設
定値を変更し粉砕機を制御するのに、粉砕機内の被粉砕
物の滞留量の変化に基づく粉砕機の発する音響の変化、
或は機械的振動の変化を利用したものがある。しかしな
がら、工場においては一般に複数の粉砕機を隣接して運
転しなければならない場合が殆んどであることから、当
該制御対象の粉砕機以外の隣接した他の粉砕機の発する
音響や振動によって、制御に用いる情報の入力について
外乱を受けるために、その制御の精度が極めて低いとい
う欠点がある。そこで、これらの欠点を或程度補正する
のに、他の粉砕機にマイクロホンを設け、余分の音響デ
ータを、当該制御目的の粉砕機のデータから差し引いて
制御する方法などが行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、マイクロホンにより、他の粉砕機の音響を測
定して、その影響を除去しようとしても、精度が極めて
低く外乱を十分に除去することができず、従って信頼性
がないなどの欠点が存在している。

本発明は、上記従来技術の種々の欠点を除去して、更
に正確な粉砕機の制御方法を創出したものであり、従来
にない方法として、粉砕機の出口の静圧の変化或いは入
口と出口の静圧差の変化と被粉砕物の粉砕機内滞留量の
変化の関係を利用して、供給量を自動的に制御する、信
頼性の高い、粉砕機の自動制御方法を提供することを目
的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の粉砕機の自動制御方法は、粉砕機の入口にお
ける被粉砕物の供給量を可及的多量に設定するために、
粉砕機中の被粉砕物の移動によって発生する静圧の脈動
の幅の許容最大値を設定し、該脈動の幅を検出し、前記
静圧の脈動幅の下限値を設定し、該静圧を検出し、前記
静圧の下限値よりも検出静圧が大で、前記供給量設定値
より、検出供給量が大きいときは供給量の減分を行な
い、前記静圧の下限値よりも、検出静圧が小か又は等し
いときは、被粉砕物の供給量を一定の積算時間の間、積
算して第１の積算値を求め、所定時間経過後再び被粉砕
物の供給量を一定の積算時間積算して第２の積算値を求
め、かつ第１の積算値と第２の積算値とを比較し、その
大小に応じて、被粉砕物の供給量の設定値の変更幅を決
定し、該設定値を増加或いは減少させて、更に前記静圧
の脈動周期を検出し、静圧の脈動周期が許容最大値より
大きく、前記供給量設定値より、検出供給量が大きいと
きは供給量の減分を行ない、静圧の脈動周期が許容最小
値より小さいときは、被粉砕物の供給量を一定の積算時
間の間、積算して第１の積算値を求め、所定時間経過後
再び被粉砕物の供給量を一定の積算時間積算して第２の
積算値を求め、かつ第１の積算値と第２の積算値とを比
較し、その大小に応じて、被粉砕物の供給量の設定値の
変更幅を決定し、該設定値の増加或いは減少させ、静圧
の脈動の周期が長いときは積算時間を長く決定し、反対
に周期が短いときは積算時間を短く決定して、前記各操
作を繰り返すことを特徴としている。

また、本発明の粉砕機の自動制御方法は、極端な静圧
の上昇或いは極端な静圧の下降がないことにより運転状
態に異常がないと判断して、順調運転時の供給量に常に
一定の少量を加えたものを新たな供給量として新サイク
ルの制御を行なうものであり、換言すれば、運転状態
が、正常である限り、常に供給量を僅少量増加設定し
て、最大能力運転に極限まで近づけつつ自動制御を行な
う方法も兼ねているという一つの特徴も有している。更
にまた、本発明の自動制御方法は、前記粉砕機の静圧の
脈動振幅が許容最大値以下になるように自動制御を行な
う方法をも兼ねており、粉砕機入口における被粉砕物の
供給量の設定値の増減の量は前記静圧の脈動の大小に基
づいて決定する方法も含んでいる。

次にまた粉砕状態に関するデータを安定化して検出す
るため静圧の脈動周期或いは、脈動周期と振幅の双方に
よって積算時間を決定する。静圧の検出並びに被粉砕物
の供給量の実測は通常の方法で行なうことができるか
ら、その説明は省略するが、これからの検出値はコンピ
ュータに入力され積算等の処理が行なわれる。

〔作用〕

粉砕機の運転に結合されたコンピュータで先ず、被粉
砕物の供給量の初期設定を行ない、一定時間経過させる
と運転が定常状態になるから、そこで供給量を少量増加
し、更に一定時間おいて供給量を検出し、その状態が比
較器で確認される。次いで初期の一定積算時間が与えら
れ、一定の時間内の供給量の積算が行なわれ、初期の積
算値が、記憶される。一定時間経過後静圧の脈動振幅が
検出され、その値が予じめ設定した脈動振幅の許容最大
幅と比較され、それに満たないときは運転状態に乱れが
ないので、前記入口の被粉砕物供給量は僅かに増加され
るが、検出脈動振幅が、前記許容最大幅以上になってい
ると、次に静圧が検出される。その検出静圧が前記許容
最低限値よりも大であれば、現実の供給量がチェックさ
れ、多過ぎれば減分修正されて、前記少量増加された状
態の供給量に極力近づけられる。検出静圧が、許容最低
限値以下であるときは、被粉砕物の供給量が積算記憶さ
れ、初期の積算値と比較される。後の積算値が前の積算
値より過大であれば、前記脈動振幅により計算された変
更幅が被粉砕物の供給量設定値より減分され、後の積算
値が前の積算値以下であれば、積算値が増分される。こ
の場合等しいときは、変更幅は０になる。更にこの修正
された被粉砕物の供給量は初期設定値の代りに置換さ
れ、後の積算値は前の積算値に代って置換される。更に
また静圧の脈動周期が検出され、係数が乗算されて、新
しい積算時間が決定され記憶される。

次に再度静圧が検出され前記許容最低限値と比較され
それ以下であるときは、再び前記と同様に、被粉砕物の
供給量が積算され、順調になるまで制御が継続される。
検出静圧が前記許容最低値より大であるときは、運転状
態は順調になったのであるから、制御サイクルは再び最
初に戻り、供給量を僅少増加させて全体の制御サイクル
が繰り返され、その時の運転状態で可能な限り、被粉砕
物の供給量ないしは滞留量が、順調運転の範囲内で最大
となるように高精度で制御され、最適状態の運転が継続
され得る。

［実 施 例］ 次下に図示の実施例を参照して、本発明について更に
詳細に説明する。

第１図は本発明方法に関する粉砕機及び粉砕機出口の
静圧と粉砕機内の被粉砕物の滞留量の関係を示す図であ
る。第１図（Ａ）に示す粉砕機は入口から塊状物或いは
粒状物を被粉砕機物として供給され、回転されると粉砕
媒体である硬質ボールにより被粉砕物が粉体とされて出
口から排出される。第１図（Ｂ）は本発明の発明者の研
究の成果であって、粉砕機の「出口」の静圧と粉砕機内
の被粉砕物の滞留量との関係を示すものである。粉砕機
の「入口」の静圧は大気圧に近いことから、第１図
（Ｂ）の関係は粉砕機の入口と出口の静圧差と滞留量の
関係に置き換えることも可能である。この図によると粉
砕機の状態が定常状態である範囲では静圧は或る一定レ
ベル以上を保つが、入口からの被粉砕物の供給量が過小
となり粉砕機内の被粉砕物の滞留量が減少している場合
には静圧が低下し、またミル詰りで相対的に供給量が過
大である場合にも出口の静圧が低下することが示されて
いる。第１図（Ｂ）に示した如く、この静圧の適正な範
囲はPmax〜Pminで与えられ、静圧がPminより低い場合に
は被粉砕物の供給量の設定値の自動制御が必要となる。
従ってこの制御は、粉砕機の出口の静圧、又は入口と出
口の静圧差の変化から被粉砕物の滞留量ないしは供給量
を適切に制御させるようにするものである。

更に、本発明者の研究によって、第１図（Ｃ）に示す
ように粉砕機内の粉砕の進行状況によって特有の静圧の
脈動パターンが存在することがわかった。粉砕が順調に
進行しているか或いは粉砕しにくくなって来ているのか
によって粉砕機出口の静圧の脈動の大きさが変化する。
粉砕が順調に進行している場合には粉砕機内の被粉砕物
の流れがスムーズであるために、第１図（Ｃ）（イ）に
示すように、出口の静圧Ｘ（mmAq）の脈動は小さい。と
ころが供給量過大のためミル詰り発生限界に近づくと、
粉砕機内の被粉砕機物は流れたり流れなかったり大きく
脈動し始める。このため、第１図（Ｃ）（ロ）に示すよ
うに、出口の静圧Ｘ（mmAq）の脈動現象が大きくなり、
振幅Ｒ（mmAq）が大きくなる。一方、粉砕機の粉砕能力
よりも被粉砕物の供給量が過小であると、粉砕機内の滞
留量が粉砕機のホールドアップ容量つまり、通常状態に
おける内部保有量よりも小さくなり過ぎ、この場合も第
１図（Ｃ）（ロ）に示すように大きな脈動が発生する。
本発明は前述した粉砕機内の滞留量による出口の静圧の
変動と、粉砕進行状況による静圧の脈動現象の変動とを
コンピュータを介し制御パラメータとして粉砕機の被粉
砕物の供給量の設定値の自動制御を実現するものであ
る。静圧の脈動の振幅Ｒ（mmAq）を検出することによっ
て、被粉砕物の供給量の設定値の増加或いは減少の方
向、つまり変更の方向及び変更幅を自動的に制御でき
る。第２図は本発明の粉砕機の自動制御方法を説明する
フローチャートである。制御量として粉砕機の出口の静
圧（或いは入口と出口との静圧差）Ｐに所望の下限値Pm
inを設定すると共に、粉砕機の入口の被粉砕物の供給量
の設定値をセットする。一定時間内の静圧の検出値の最
大値と最小値の差、即ち脈動の振幅によって、その許容
最大値Rmax（第３図（Ａ））以内となるように制御し、
かつ設定値の変更幅及び変更する方向つまり増加或いは
減少を決める。また粉砕機は通常セパレータ付の閉回路
方式を採っているので、被粉砕物の供給量等の設定値を
変更すると、安定状態になるまで時間遅れがあり、また
粉砕機内の粉砕の進行状況によって静圧の脈動があるの
で検出値の経時的周期を検出して、積算時間は時間遅れ
及び脈動周期よりも大きくとる。この積算時間は静圧の
周期的変化により決定することができる。スタート後
に、粉砕機の入口の被粉砕物の供給量の初期設定値Q1、
を設定する（step1）。

次に粉砕機が定常状態になるための一定時間を経過さ
せる（step2）。Q1は一般に定期運転における被粉砕物
の供給量が適切であり、次に被粉砕物の供給量設定値を
Q1＋α＝Q2とし少量増加させる（step3）。これは粉砕
機の状態及び被粉砕物の硬度などによっても、異るが一
般には定格と最大の差の半分か1/3位の量が適切と考え
られ、運転の経過に伴ない次第に小さくしていくことも
適切な方法である。次に一定時間経過させて（step4）
から、被粉砕物の供給量Qiを検出し、増加後の設定量Q2
と比較させる（step5）。ここでQiがQ2より小であれば
制御サイクルを前記step3の前に戻し、再び少量の増加
を試みる。Qi≧Q2であれば、一定の積算時間を与えて、
計量フイーダ及び計数器等により、被粉砕物の供給量を
積算し（step6）、その積算値A1、（ton）を記憶させる
（step7）。次に粉砕機の出口の静圧を圧力センサ等に
より検出し、その脈動振幅Riを検出する（step8）。次
にこれを予じめ記憶設定された脈動振幅の許容最大値Rm
axと比較させ（step9）、RmaxよりRiが小であれば、運
転は順調であるから、制御サイクルをstep3の前に戻
し、再び被粉砕物の供給量の設定値の少量増加を試み
る。Ri≧Rmaxであれば、Riを記憶させ（step10）、次に
その時の静圧Piを検出させ（step11）、予じめ記憶させ
た静圧の許容最小値Pminと比較させる（step12）。Piが
Pminより大であるときは、QiがQ2よりも多くなり過ぎて
いることもあり得るからその比較をさせ（step13）、過
多であれば減分を行ない（step14）過小であれば増分を
行ない（step14′）、再びQiとQ2の比較を行ない（step
15）、被粉砕物が供給量が増加した設定値になったか否
かのチェックを行なわせる。尚この操作によって、粉砕
機出口の静圧が一見正常、換言すれば出口の被粉砕物の
流量が一見正常に見えても、入口の被粉砕物の供給量が
過大となる場合があるので、それを防止することができ
る。

次にPi≦Pminである場合は全体制御を必要とするので
被粉砕物の供給量を積算させ（step16）、かつその積算
値A2を記憶させる（step17）。更に次に第１図（Ｂ）に
示すように静圧PiがPminより下がっている場合はいずれ
も異常な場合であるが、これには被粉砕物の供給量が過
小で滞留量は多い場合があり得る。この状態は更に第３
図（Ｂ）に示す。そこで次に前の積算値A1と後の積算値
A2を比較して（step18）、A1≧A2即ち供給量過小の場合
は、step10で記憶させているRiに応じて変更幅△Ｑを計
算させ（step19）、設定値を増分させる（step20）。A1
＜A2のときは供給量が過大であるからRiに応じて変更幅
△Ｑを計算させ（step21）、設定値を減分させる（step
22）。かくして増分又は減分したいずれかの設定値Q2±
△ＱをQ1に置換させ、新たなQ1の内容は制御後の設定値
に置きかえられる（step23）。

次の積算に備えて、積算値A1を記憶しているメモリに
積算値A2を新たに積算値A1に置換する（step24）。更に
次に、静圧の脈動周期Tbの大小に応じて積算時間を新た
に決定すべく、第３図（Ａ）に示す静圧脈動周期Tbを検
出する（step25）。先に検出した脈動振幅Ｒ（mmAq）の
大小に応じてコンピュータにより所望の計数Taを発生さ
せ、脈動周期Tbに乗算し、新たに積算時間Tb×Taとする
（step26）。積算時間は静圧の周期的変化の２ないし３
倍に決定することが合理的である。その換算時間を正確
に決定するために、脈動周期Tbだけでなく脈動振幅Ｒも
考慮して決定することもできる。次にこの時点で、粉砕
機の運転が順調であるか否かをチェックするため、静圧
を検出し静圧の許容最小値と比較させる（step27）。而
してPi≦Pminであれば制御が必要であるから制御サイク
ルはstep16の前まで戻して再び前記同様の静圧による被
粉砕物の供給量の制御を繰り返させる。もしPi＞Pminで
あれば運転は異常がないので、制御サイクルはstep2の
前に戻させ、被粉砕物の供給量のαを増加して再び全体
の制御を繰り返えし、最適最大能力運転に近づけること
ができる。

また、本発明の制御方法は、例えばセメント工場の粉
砕機の場合には、原料の粉砕機にも、またクリンカにせ
っこうを加えて粉砕する所謂仕上粉砕機にも同様に適用
することができる。

第１表は、従来技術及び本発明の各制御について粉砕
機の単位時間当りの生産量（時産）（t/h）と使用電力
量（kwh/t）とを実際に比較した結果を示している。こ
の表によれば、制御対象のミル以外の隣接した他のミル
の影響を補正しない場合の従来技術（音響制御１）及び
補正をする場合の従来技術（音響制御２）等に比較する
と、本発明は制御方法では、時産が向上し、使用電力も
減少していることがわかる。

〔本発明の効果〕

（１） 本発明の静圧制御方法による粉砕機の自動制御
方法は制御対象粉砕機のみのデータ信号を用いるもので
あるから、従来技術の音響制御の如き、他の粉砕機から
の外乱が皆無であって制御が高精度で行なわれる。

（２） その結果本発明の制御方法によれば、粉砕機内
滞留量、及び被破砕物の供給量を正確に制御し得るか
ら、粉砕機を効率よく運転できる。特に本発明において
は極端な静圧の上昇或は極端な静圧の下降といった粉砕
機の運転状態が異常でない限り、被粉砕物の供給量の設
定値を制御サイクル毎に僅少量増加させる方法をとった
ので、粉砕機の能力をその時の状態における最大能力に
限りなく近づけることができ、従来方法に比較して、生
産量は増大し、電力原単位も最小となり、従って製造原
価も一段と安くなる。

（３） 本発明の制御方法に用いる設備は、外乱を考慮
する必要が全くないので、従来技術のマイクロホンを用
いて他の粉砕機からの音響の悪影響の分を差し引く場合
に比較し、設備も簡潔低廉である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の粉砕機の自動制御方法の制御原理を説
明する図で、同図（Ａ）は粉砕機の一例としてのボール
ミルの外観の静圧の測定箇所についての説明図、同図
（Ｂ）は例としてのミル出口静圧とミル内被粉砕物の滞
留量の関係を示す説明図、同図（Ｃ）は粉砕の進行状況
によって変化する粉砕機内の静圧の脈動パターンの説明
図、第２図は本発明の粉砕機の自動制御方法の手順を示
すフローチャート、第３図（Ａ）は粉砕機の出口の静圧
脈動周期Tbと脈動振幅Ｒについて説明する図、同図
（Ｂ）は被粉砕物の供給量の過大及び過小の場合の設定
量と積算量A1、A2との関係を説明する図である。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉砕機を最適運転するために粉砕機内の被
   粉砕物の供給量ないし滞留量を自動的に制御する粉砕機
   の自動制御方法において、粉砕機の入口における被粉砕
   物の供給量を可及的多量に設定するために、粉砕機中の
   被粉砕物の移動によって発生する静圧の脈動の幅の許容
   最大値を設定し、該脈動の幅を検出し、前記静圧の脈動
   幅の下限値を設定し、該静圧を検出し、前記静圧の下限
   値よりも検出静圧が大で、前記供給量設定値より、検出
   供給量が大なるときは供給量の減分を行ない、前記静圧
   の下限値よりも、検出静圧が小か又は等しいときは、被
   粉砕物の供給量を一定の積算時間の間、積算して第１の
   積算値を求め、所定時間経過後再び被粉砕物の供給量を
   一定の積算時間積算して第２の積算値を求め、かつ第１
   の積算値と第２の積算値とを比較し、その大小に応じ
   て、被粉砕物の供給量の設定値の変更幅を決定し、該設
   定値を増加或いは減少させ、更に前記静圧の脈動周期を
   検出し、静圧の脈動周期が許容最大値より大きく、前記
   供給量設定値より、検出供給量が大なるときは供給量の
   減分を行ない、静圧の脈動周期が許容最小値より小さい
   ときは、被粉砕物の供給量を一定の積算時間の間、積算
   して第１の積算値を求め、所定時間経過後再び被粉砕物
   の供給量を一定の積算時間積算して第２の積算値を求
   め、かつ第１の積算値と第２の積算値とを比較し、その
   大小に応じて、被粉砕物の供給量の設定値の変更幅を決
   定し、該設定値を増加或いは減少させ、静圧の脈動の周
   期が長いときは積算時間を長く決定し、反対に周期が短
   いときは積算時間を短く決定して、前記各操作を繰り返
   すことを特徴とする、粉砕機の自動制御方法。
2. 【請求項２】極端な静圧の上昇或いは極端な静圧の下降
   がないことにより運転状態に異常がないと判断して、順
   調運転時の供給量に常に一定の少量を加えたものを新た
   な供給量として新サイクルの制御を行なうものである特
   許請求の範囲第１項に記載の粉砕機の自動制御方法。
3. 【請求項３】被粉砕物の供給量ないし滞留量を自動的に
   制御する方法が、粉砕機の静圧の脈動振幅が許容最大値
   以上のときに行なわれるものである、特許請求の範囲第
   １項または第２項に記載の粉砕機の自動制御方法。
4. 【請求項４】被粉砕物の供給量の設定値の変更幅を決定
   する方法が、供給量の設定値の増加量及び減少量を静圧
   の脈動の振幅の大小に基づいて決定するものである特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の粉砕
   機の自動制御方法。
5. 【請求項５】積算時間の決定方法が、静圧の脈動周期或
   いは脈動周期及び振幅の双方に基づいて決定するもので
   ある、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに
   記載の粉砕機の自動制御方法。
6. 【請求項６】被粉砕物の移動によって発生する静圧が、
   粉砕機の出口の静圧である、特許請求の範囲第１項ない
   し第５項のいずれかに記載の粉砕機の自動制御方法。
7. 【請求項７】被粉砕物の移動によって発生する静圧が、
   粉砕機の入口と出口の静圧差である、特許請求の範囲第
   １項ないし第５項のいずれかに記載の粉砕機の自動制御
   方法。