JP2711682B2

JP2711682B2 - 粉砕機の自動制御方法

Info

Publication number: JP2711682B2
Application number: JP63194333A
Authority: JP
Inventors: 弘村上
Original assignee: 日本セメント株式会社
Priority date: 1988-08-05
Filing date: 1988-08-05
Publication date: 1998-02-10
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JPH0243960A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は例えばセメント工業の如き粉砕工程を有する
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を制御対象粉
砕機とし、該粉砕機に関する音響特性と該粉砕機出口の
静圧を併用して最適最高運転状態に限りなく近づく（以
下、限界制御という）自動制御方法に関する。

［従来の技術］従来、粉砕機の自動制御方法には、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生する音響要素か
ら隣接粉砕機の発生する直接の音響要素を差し引いた音
響特性の変化或いは機械的振動の変化により入口の供給
量を増減する方法が知られている。

また、最近においては、本出願人により既に出願さ
れ、公開された技術として、粉砕機出口の静圧の変化を
利用して制御する方法がある（特開昭63−126566）。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、前記従来技術中の音響の変化化或いは
機械的振動の変化によるものは、一般に工場においては
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
殆んどであるため、それらの隣接した他の粉砕機の発す
る音響や振動によって、制御対象粉砕機の制御に用いる
音響特性は常に外乱を受けるので制御精度が極めて低い
という欠点がある。また、従来、他の粉砕機の発する音
響をその回転している１室に近接して設けその音響要素
を制御対象粉砕機の１室に近接して設けたマイクからの
音響要素から差し引いて制御していた。しかし、この従
来方法はその他の反射音による影響もあるため実際の音
響データとは相違し、したがって、この方法による制御
は精度が悪かった。その上粉砕機出口に近い粉砕室の異
常は、粉砕媒体が小さいため、音響要素のみからはとら
えることができないという欠点もあった。

そこで、本出願人は、粉砕機出口の静圧の変化によっ
て被粉砕物の供給量を自動的に増減することによる制御
方法を開発し、前記の如く既に出願し、公開された。こ
の方法は、音響による方法よりは精度が上り、生産量も
増加するが、しかしながら、第１室の異常を直ちに把握
することはできないため、制御にかなりの遅れを生ずる
部分があることは否定できず、従って制御の精度は未だ
不十分という問題点があった。

本発明は、上記従来技術上の諸欠点を除去して、制御
対象の粉砕機から、第１室については音響により、また
粉砕機出口の、例えば第２室については、出口静圧によ
って、個別に制御パラメータを検出し、これら両者を使
用することにより更に高精度の制御を行ない得る粉砕機
の自動制御方法を提供することを目的とする。

本発明による粉砕機の自動制御方法の主なる特徴は次
の通りである。

粉砕機を最適運転するために、粉砕機の制御パラメー
タとして、制御対象粉砕機に関する音響特性と、制御対
象粉砕機の出口静圧とを選択し、そのそれぞれを検出
し、該音響特性と該出口静圧とに別個に設定した重み係
数をそれぞれ乗算し、各乗算結果を加算して制御関数を
発生させ、該制御関数に基づいて被粉砕物の供給量を自
動的に制御する粉砕機の自動制御方法において、制御関
数が、制御対象粉砕機の出口静圧が通常の状態では、制
御対象粉砕機に関する音響特性の重み係数を大きくして
発生され、制御対象粉砕機の出口静圧が所定の下限値よ
りも低い異常時には出口静圧の重み係数を大きくして発
生されることである。

而して２番目の特徴は、前記に加えて、制御関数が、
制御対象粉砕機の出口静圧が所定の下限値よりも低い異
常時には、出口静圧の脈動振幅及び／又は脈動周期の変
動に応じて出口静圧の重み係数の算出値を大として発生
されることである。

また、３番目の特徴は、前記に更に加えて、制御対象
粉砕機に関する音響特性が、第１室に隣接して設けた音
響検出手段が検出した音響要素から、他の音源により発
生した音響要素を差し引いたものであることである。

更にまた、４番目の特徴は、前記の自動制御方法が、
音響特性並びに出口静圧の検出値に異常がない限り常に
被粉砕物の供給量を微増せしめることにより、制御対象
粉砕機の最大理想能力運転に限りなく近づけようとする
ものであることである。

かくして、この制御中に異常がない場合においては、
異常の起らない限界内で常に被粉砕物供給量を微量づつ
増加して制御することにより、制御対象粉砕機の最大理
想能力に限りなく近づけるように限界制御を行ない得る
自動制御方法が構成される。

［作用］一般に、粉砕機の第１室内の粉砕媒体は粗大であっ
て、被粉砕物の滞留量の多少により、小大の音を発生
し、応答性が速いことから第１室については制御パラメ
ータとして、その発生音響を使用するが、本発明では、
従来のように直接他の粉砕機に接近して設けたマイクか
らの音響要素で単に修正するのではなく、制御対象粉砕
機に到着する他の粉砕機音及び間接的に粉砕室内部等に
反射して該粉砕機に到着する音の要素を、周波数及び／
又は音圧の強さにより高精度で差引き修正した音響特性
を制御パラメータとして用いるので、音響制御自体も高
性能に作用する。

次に、これに加えて本発明では、該粉砕機が２室構造
とした場合において、第２室の粉砕媒体は小粒であるた
め、その粉砕状況は粉砕音よりも出口静圧に反映されや
すく、従って第２室については制御パラメータとして出
口静圧を使用し、音響、静圧の両パラメータに所定の重
み係数を乗算したものを加算して制御関数を発生させ、
この制御関数に従って被粉砕物の供給量を制御するの
で、第１室のミル詰り又は第２室のミル詰り或いは供給
量の不足に個別に迅速に対処できる。更に第１室の音響
並びに第２室の出口静圧（粉砕機出口制圧）にも異常が
検出されない時には粉砕機入口の被粉砕物の供給量を常
に微増させて制御することにより、該粉砕機の最大理想
能力に限りなく近づけることができ、最高能率の粉砕状
態を現出させることができる。

［実施例］以下に図示の一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図は本発明の自動制御方法に使用する粉砕機（以
下ミルという）の１例の第１室と第２室の特性を説明す
る図である。

第１図（Ａ）に示すように、ミル１の内部は本例では
第１室1aと第２室1bとに分かれており、入口1cから塊状
物或いは粒状物が被粉砕物として供給され、回転されて
粉砕媒体である硬質ボールにより被粉砕物を粉砕して出
口1dから粉体として排出する。

ミルの第１室1aの粉砕は、処理能力の限界付近で使用
されており、被粉砕物の変化に敏感であるため、第１室
1aの被粉砕物の粉砕状況に従ってミル粉砕音の応答性が
速い。また、限界能力に近い運転をするのでミルが詰ま
りやすい。ミル１の第２室1bはその容積がミル全容積の
60乃至75［％］と大きく、第１室1aに比べて応答性は遅
く処理能力に余裕があることが多い。

また第１図（Ｂ）に示すように、ミル通過量［Ton/h
r］に対する第１室1aの粉砕効率の最適範囲1eは第２室1
bの粉砕効率の最適範囲1fよりも狭く、そのため第１室
には最適範囲の余裕が少ない。従って、ミル１の第１室
1aの粉砕状況を把握するためには粉砕音つまり音響に基
づいて行い、第２室1bの粉砕状況を把握するためにはミ
ル出口静圧に基づいて行うことが適切であり、粉砕効率
の最適範囲に余裕が少ない第１室の粉砕状況を中心に制
御を行ない、第２室に異常が発生した場合だけ第２室の
粉砕状況を中心とする制御を行うことが最も合理的であ
る。

本発明では、第１室1aの粉砕状況を把握するため、マ
イクロホン２で検出した音響要素より、当該ミルの直接
音から遮弊され当該ミルの近傍に設けられた他ミル音及
び反射音の入力マイク（図示は省略）で検出した音響要
素を差し引いた音響データＳを求め、かつ第２室1bの粉
砕状況を把握するためミル出口静圧Piを求めこれら音響
データＳとミル出口静圧Piを制御パラメータとするとと
もに各制御パラメータに夫々重み係数t₁,t₂を乗算した
上、加算したものを制御関数Ｘとして用い、次式により
これを表わす。

Ｘ＝t₁S＋t₂Pi ・・・（１）ここで、t₁＋t₂＝１とし、通常は第１室の音響による
制御を主とし、出口静圧による制御を副とすることから
重み係数t₁＝0.8,t₂＝0.2とする。しかし第２室1bに異
常が発生したことが検出された時には重み係数t₂を大き
く重み係数t₁を小さくするように比率を変更して制御す
る。

次に、ミル１の第１室1aの音響つまり粉砕音の測定に
ついて説明する。他ミルの音響の影響を排除するため
に、他ミルに接近してマイクを設け単純にその音響要素
を当該ミルの音響要素から差し引く従来技術とは異な
り、本発明では当該ミル付近に到着する他ミル音及び周
囲からの反射音を当該ミル側を遮弊して設けられたマイ
ク（図示を省略）により検知した音響要素を、当該ミル
に接近して設けたマイクより検知した音響要素より周波
数及び／又は音圧の強さにより選別して除去する方法構
成をとる。この手段としては次の３つの方法を使用す
る。

第一の方法は、直接発生音の音圧つまり音のエネルギ
レベルが高く反射音の音圧のレベルは低いという音圧レ
ベルの差を利用して反射音を除去する方法である。具体
的には制御対象の粉砕機を一旦停止させて周囲の反射音
の音圧レベルを検出しこれをスレシホールド値として設
定して、制御対象のミルの音響特性を検出する際に、こ
の上記のスレシホールド値以下の音圧を差し引きカット
して求める値を得るものである。

第二の方法は直接音と反射音の周波数の差を利用して
第１室の粉砕音に特徴的な周波数成分だけを検出し他を
除去するフィルタを使用する方法である。具体的には制
御対象の粉砕機を停止させ、他の装置を通常の状態で稼
動させて第１室の反射音を検出しその周波数特性を調
べ、次にこの周波数特性に適合する帯域フィルタをかけ
て制御対象のミルの音響を検出する方法である。

第三の方法は、上記第一の方法と第二の方法を併用す
るもので、更に選別精度が高い方法である。

次に、ミル１の第２室1bの出口静圧の測定について説
明する。

第２図（Ａ）は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であり、第２図（Ｂ）はミル出口
の静圧の脈動を説明する図である。粉砕機の「入口」の
静圧は大気圧に近いことから、第２図（Ａ）の関係はミ
ル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。同時によると粉砕機の状態が定常状態
である範囲では静圧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ミル内の被粉砕物
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電
圧が低下することが示されている。第２図（Ａ）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Pmim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２図（Ｂ）に示す
ように粉砕機内の粉砕の進行状況によつて特有の静圧の
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が大となる。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２図（Ｂ）（イ）に示すよう
に、出口の静圧Pi［mmAq］の変動は小さい。ところが被
粉砕物の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２図（Ｂ）（ロ）に示す
ように、Pi［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２図
（Ｂ）（ロ）に示すように大きな脈動が発生する。該静
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。

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Pmin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。

第３図は本発明のミルの自動制御方法の１例を説明す
るフローチャートである。該粉砕機の運転スタート後
に、該粉砕後の入口の被粉砕物の供給量の初期設定値Q₁
を設定する（ステップ10）。この初期設定値Q₁は一般に
定格運転における被粉砕物の供給量とするのが適切であ
る。

第１室の音響用重み係数t₁,第２室の出力静圧用重み
係数t₂,出口静圧Piの脈動振幅Rio及び脈動周期Tbo,静圧
下限値Pminを初期設定する（ステップ11）。この段階で
は、ミル能力は最大ではなく、異常状態は通常あらわれ
ないので、重み係数t₁と係数t₂の割合は経験上夫々0.8
と0.2とする。

水に、粉砕機が定常状態になるための一定時間を経過
させる（ステップ12）。次いで被粉砕物の供給量設定値
をQ₁＋α＝Q₂とし少量増加させる（ステップ13）。この
増加量α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である。一定時間経過させて（ステ
ツプ14）から、被粉砕物の供給量Qiを検出し、増加後の
所定量Q₂と比較させる（ステップ15）。ここで実際の供
給量Qiが設定値Q₂より小であれば、制御サイクルをステ
ップ13の前に戻し再び少量の増加を試みる。QiがQ₂以上
であれば、制御対象の粉砕機の第１室のマイク２による
音響特性を検出し、（ステツプ16）、他の粉砕機、モー
タ等の他の電源により発生され音の第１室の周囲の音響
要素を検出し（ステップ17）、第１室の音響特性から周
囲の音響要素を除去し音響データＳを求める（ステップ
18）。

次に、粉砕機の出口静圧Piを検出し（ステップ19）、
所定の下限値Pminと比較して（ステップ20）、出口静圧
Piが下限値Pminより大きく粉砕機の第２室の粉砕状況が
正常である場合にはステップ21において本例では仮に重
み係数t₂＝0.8、t₁＝0.2に設定し、制御関数Ｘ＝t₁S＋t
₂Piを計算して（ステップ22）、この制御関数Ｘに応じ
て被粉砕物の供給量Q₁を計算する（ステップ23）。

一方、出口静圧Pi≦Pminであって、粉砕機の第２室の
粉砕状況が正常でない場合には、ステップ24において静
圧Piが当然に脈動していることから、その脈動振幅Riと
脈動同期Tbを検出する。振幅Riが所定の設定値Rioに対
して所定範囲以上か否か（Ri/Rio≧1.2か？）が判断さ
れる（ステップ25）。

本例では仮に1.2と設定したが、可変である。

所定範囲以上の場合には振幅Riに応じて重み係数を変
化させるために重み係数ｔ′_２＝t₂×Ri/Rioによって新
たな重み係数ｔ′_２を計算する（ステツプ26）。即ち、
振幅Riが所定の設定値より大きくなれば、その大きさに
応じて重み係数を大きくするものである。振幅Riが所定
範囲より下にある場合には、脈動周期Tbが所定範囲以下
か否か（Tb/Tbo≦0.8か？）判断され（ステップ27）、
所定範囲以下の場合、つまり第２室の粉砕状況が正常で
ある場合にはステップ21に戻り、再び同様の運転処理が
なされる。

一方、脈動周期Tbが所定範囲より大きい場合には、周
期Tbに応じた重み係数に変化させるために重み係数ｔ′
_２＝ｔ×Tbo/Tbによって新たな重み係数ｔ′_２を計算す
る（ステップ28）。新たな重み係数ｔ′_２には0.8とい
う上限値が設けられており、重み係数ｔ′_２が0.8以上
の場合にはｔ′_２＝0.8とされ（ステップ30）、第１室
の音響特性Ｓに対する新たな重み係数ｔ′_１がｔ′_１＝
１−ｔ′_２により計算される（ステップ31）。重み係数
ｔ′_２が0.8より小さい場合もステップ31において重み
係数ｔ′_１が計算される。

新たな重み係数ｔ′_１及びｔ′_２から制御係数ＸがＸ
＝ｔ′₁S＋ｔ′₂Piにより計算される（ステップ32）。
この制御係数Ｘから被粉砕物の供給量Q₁がQ₁＝kXから計
算される（ステップ33）。但し、ｋは被粉砕物の性質に
よって決まる所定の定数である。ここで、ｔ′_１をt₁に
ｔ′_２をt₂に夫々置換する（ステップ34）。

次に、一定時間経過させた後に静圧Piを検出し（ステ
ップ35）、出口静圧Piが正常か否かが判断され（ステッ
プ36）、静圧Piが依然として所定の下限値Pmin以下であ
って更に制御が必要な場合にはステップ24に戻る。

もし、Pi＞Pminであって出口静圧の制御が不要な場合
は、重み係数t₁＝0.8,t₂＝0.2の割合に戻され（ステッ
プ37）、ステップ12の前へ戻る。このようにして、本発
明の粉砕機の自動制御を実際に行ない、その結果を従来
技術の制御方法による結果として比較すると次記第１表
の通りである。

即ち、第１表は従来技術及び本発明の各制御方法によ
る粉砕機の単位時間当りの生産量［Ton/hr］と使用電力
量［kwh/Ton］とを実際に比較した結果を示している。
この第１表によれば、制御対象のミルを音響制御した場
合の従来技術（音響制御）及びミル出口静圧により制御
した場合の従来技術（静圧制御）と本発明制御とを比較
すると、本発明の粉砕機の自動制御方法では、時産量が
向上し、使用電力も顕著に減少していることがわかる。

［本発明の効果］本発明によれば、粉砕機の自動制御を行うにあたり、
ボールミル型粉砕機の第１室については音響特性を求
め、第２室については出口静圧を求め、これら音響特性
と静圧を組合せて制御パラメータとして、該粉砕機が正
常粉砕を行う範囲内でボールミル型粉砕機への被粉砕物
供給量を、絶えず最高量となるように自動制御するため
に、制御対象粉砕機の最大理想能力運転を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動制御方法に使用する粉砕機の例の
第１室と第２室の特性を説明する図で、同図（Ａ）は粉
砕機（ミル）の構造概要とマイクの位置の説明図、同図
（Ｂ）は被粉砕物のミル通過量と各室粉砕効率の関係を
表わす図、第２図（Ａ）は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、第２図（Ｂ）はミル出
口の静圧の脈動を説明する図、第３図は本発明のミルの
自動制御方法の１例を説明するフローチャートである。１……粉砕機（ミル）、1a……第１室、1b……第２室、
1c……ミル入口、1d……ミル出口、1e……第１室の粉砕
効率の最適範囲、1f……第２室の粉砕効率の最適範囲、
10乃至37……本発明のミルの自動制御方法の１例を説明
するフローチャートの各ステップ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】粉砕機を最適運転するために、粉砕機の制
御パラメータとして、制御対象粉砕機に関する音響特性
と、制御対象粉砕機の出口静圧とを選択し、そのそれぞ
れを検出し、該音響特性と該出口静圧とに別個に設定し
た重み係数をそれぞれ乗算し、各乗算結果を加算して制
御関数を発生させ、該制御関数に基づいて被粉砕物の供
給量を自動的に制御する粉砕機の自動制御方法におい
て、制御関数が、制御対象粉砕機の出口静圧が通常の状
態では、制御対象粉砕機に関する音響特性の重み係数を
大きくして発生され、制御対象粉砕機の出口静圧が所定
の下限値よりも低い異常時には出口静圧の重み係数を大
きくして発生されることを特徴とする粉砕機の自動制御
方法。
【請求項２】制御関数が、制御対象粉砕機の出口静圧が
所定の下限値よりも低い異常時には、出口静圧の脈動振
幅及び／又は脈動周期の変動に応じて出口静圧の重み係
数の算出値を大として発生される請求項１記載の粉砕機
の自動制御方法。
【請求項３】制御対象粉砕機に関する音響特性が、第１
室に隣接して設けた音響検出手段が検出した音響要素か
ら、他の音源により発生した音響要素を差し引いたもの
である請求項１又は２記載の粉砕機の自動制御方法。
【請求項４】自動制御方法が、音響特性並びに出口静圧
の検出値に異常がない限り常に被粉砕物の供給量を微増
せしめることにより、制御対象粉砕機の最大理想能力運
転に限りなく近づけようとするものである請求項１、２
又は３記載の粉砕機の自動制御方法。