JP2912074B2 - 化成肥料の製造制御システム - Google Patents

化成肥料の製造制御システム

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陽子 森田
一豊 川島
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化成肥料の製造制御方式
に関するものであり、最適制御アルゴリズムと熟練した
造粒専門家の判断及び操作を組み込んだ制御用コンピュ
ータによる製造の自動制御に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、化成肥料の製造において自動制御
をする際に、製造された粒状肥料の流れを静止画像とし
てとらえ、この静止画像から重量粒径分布を算出し、製
品サイズの重量割合、細粉の重量割合、粗粒の重量割合
を算出し、上記各重量割合と理想的に製造された場合の
各重量割合をそれぞれ比較することによって、粒状肥料
の造粒状態を認識し、調整することによって造粒状態を
理想値に近づける制御を行なっていた。またこの制御は
運転員の経験知識に基づいたルールによるファジィ制御
を用い、例えば造粒状態が「少し小さい」と認識された
ら水分量を重量の0.1%増やし、造粒状態が「かなり
小さい」と認識されたら水分量を重量の0.2%増やす
といったように、「少し小さい」、「かなり小さい」な
どのファジィ表現をもとに造粒状態の制御を水分量の調
整のみで行なっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の自動制御方式で
は、例えば重量割合が偏っていてそれを修正しようとす
るとき、過去の推移を考慮していないため状態が目標に
近づいている場合でもさらに目標に近づける操作をして
目標を行き過ぎてしまうことがあった。また重量の割合
によって制御を行なっているため、重量割合が変化しな
い場合でも、粒の状態が目標から外れた方向に動いてい
ることがあり、これを早期に検知することができなかっ
た。
【0004】制御が不安定で、通常の水あるいは蒸気に
よる制御だけでは制御できない場合に、造粒の専門家が
通常用いている経験則に従って水分以外の制御をしない
限り、安定状態に戻すことができないという欠点があっ
た。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上気問題点の
解決を図り造粒を自動化した場合でも、熟練者の操作と
同程度の造粒部留まり達成を目的としている。
【0006】化成肥料を自動制御により製造する製造制
御システムにおいて、造粒された化成肥料を造粒機出口
のベルトコンベア上で間欠的に撮影し、撮影された画像
から画像処理により粒度分布の中心を計測し中心粒径を
求める。この時、計測された一連の中心粒径の推移から
予測される粒径が目標粒径と異なる場合に、水、水蒸
気、硫酸、燐酸及びアンモニアのいづれか又はいくつか
の流量を制御して目標粒径に製品を近づける。通常の安
定した状態における制御には造粒プロセスの数式モデル
を基にした最適制御を用いて制御し、制御が異常状態に
なって安定しない場合には、熟練した造粒専門家の操作
方法及び造粒知識を組み込んだ粒度診断マトリックス表
を用いて自動制御することを特徴としている。
【0007】
【実施例】次に本発明の一実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
【0008】図1を参照すると、本実施例の化学肥料の
製造制御システムは、化成肥料原料1と、戻り原料2
と、混合機3と、造粒水(水蒸気)4と、硫酸5と、ア
ンモニア6と、燐酸7と、電磁流量計8と、電磁弁9
と、造粒機10と、ベルトコンベア11と、粒度分布セ
ンサー12と、pHセンサー13と、温度センサー14
と、流量制御部15と、流量計測部16と、造粒エキス
パートシステム17と、乾燥機18と、クーラー19
と、選別機20と、粉砕機21と、製品22とから構成
される。本発明で対象となる化成肥料とは、粒径が0.
7〜7.0mm程度の粒状のものであり、過燐酸石灰お
よび塩化カリを含む原料を配合して造る普通化成と、湿
式燐酸およびアンモニアあるいは燐安,硫安,塩安,尿
素,塩化カリおよび硫酸カリウムを含む原料を配合して
造る高度化成とがある。
【0009】図2は粒度診断S/Hマトリックス100
の一例を表したもので、事象名部101と、仮説部10
2と、条件部103と、確信度部104と、確信度記号
部105とからなる。
【0010】条件部103において、T条件,AND条
件およびnOR条件はそれぞれ「もし、各事象が起こる
ならば、仮説の確からしさを変更する」,「もし、事象
1が(起こる、起こらない)かつ、事象2が(起こる,
起こらない)かつ、…ならば、仮説の確からしさを指定
された確信度にする」および「もし、事象1が(起こ
る,起こらない),事象2が(起こる,起こらない),
…という条件のうちn個以上の条件が成立するならば、
仮説の確からしさを指定された確信度にする」を表して
いる。
【0011】確信度部104において、数値は確信度
(−1.0〜1.0)を表している。
【0012】確信度記号部105において、確信度記号
は条件により異なる。
【0013】すなわち、条件部103がTの場合、それ
ぞれ◎,○,△,▲,●,★,×(1.0≧◎>○>△
>▲>●>★>≧×=−1.0)の記号で表し、AND
およびnORの場合、それぞれTおよびF(T=「起こ
る」,F=「起こらない」)で表す。
【0014】次に、図1および図2を参照して本実施例
の動作を説明する。
【0015】化成肥料の造粒は先ず、原料(数種類)1
及び戻り原料2を混合機3にて混合後、造粒機10に投
入する。造粒機10では、混合後の原料と造粒水(水蒸
気)4,硫酸5,アンモニア6,燐酸7を供給し転動造
粒を行う。造粒水4,硫酸5,アンモニア6,燐酸7は
造粒機10の入口付近で製品設計書に指示された量が投
入されるが、これは銘柄の製造量、原料の状態によって
大幅に変化する。造粒機10で造粒された化成肥料はベ
ルトコンベア11で乾燥機18に搬送され乾燥後、クー
ラー19で冷却され、選別機20によって規格内の粒径
をもつ製品とそれ以外の製品とに選別される。規格外の
粒径を持つ不良品は、大粒を粉砕機21で粉砕した後、
戻り原料2となり化成肥料原料の一部として再使用され
る。規格内の粒径となった製品22は袋詰めされる。本
発明では、上述の化成肥料の製造において、静止画像か
ら粒度分布を計測しその平均の粒径(中心粒径)と目的
粒径を比較して、差異がある場合には通常自動制御によ
って中心粒径を補正するが、もし補正が困難な状況にな
った場合、その原因と処置方法を粒度診断S/Hマトリ
ックス100から導き出し、造粒水(水蒸気)4,アン
モニア5,硫酸6,燐酸7,原料投入量,戻り投入量を
処方に従って設定変更する。
【0016】製造を制御するために必要となる制御方法
(制御知識)は、粒度診断S/Hマトリックス100と
呼ばれている表形式にまとめられ、コンピュータに組み
込まれて使用される。熟練した造粒専門家は造粒機10
から出てくる粒子の状態を目視、篩、手触りで把握し、
的確な処置をするために、その時の造粒状態との永年の
体験を通して得た様々な造粒知識や経験則を用いて推論
を行い、問題を解決している。このような専門家の問題
解決方法や知識を整理し、保守しやすくするために、粒
度診断S/Hマトリックス100と呼ばれる表を用い
る。この造粒機10から出た粒子の粒状態と粒度診断S
/Hマトリックス100に記述された粒状態をマッチン
グさせ、合致した症状列から最も可能性の高い仮説を導
きだし、仮説に対応した制御を行う。
【0017】造粒機10から、ベルトコンベア11で移
動中の粒の状態を把握するために、カメラから静止画像
を取り込み、画像処理によって解析する必要がある。本
実施例が対象とする工場においては、製造ライン上でリ
アルタイムで撮影できる場所が限られているため、化成
肥料の静止画像を取り込むには、造粒機10の出口から
乾燥機18まで半製品を搬送するベルトコンベア11上
に粒度分布センサー12を設けて取り込むのが最適であ
る。この取り込んだ静止画像をコンピュータによって二
値画像に変換し、この二値画像から粒度分布を計測す
る。さらに粒度分布から最も重量比率の高い粒径(中心
粒径)を求め、目標粒径の範囲内にあるか比較する。ベ
ルトコンベア1上での粒状態が通常の最適制御による自
動制御によって安定しない場合には、その症状を粒度診
断S/Hマトリックス100をサーチしていくつかの仮
説を導きだし、そのうち最も可能性の高い仮説に対応し
た処置を取り出し、熟練した造粒専門家が行う場合と同
様な処置を行う。例えばベルトコンベア11上の粒状態
が大粒と細粒の比率が同時に高く、目的の粒径の割合が
低い場合には、通常の造粒水による制御が不可能である
が、コンピュータに組み込まれている粒度診断S/Hマ
トリックス100を調べることによって、「品温が高
い」、「pHが高い」という中間仮説が得られ、各仮説
のうち可能性の高いものを選び出し、マトリックスに書
かれている手続きに従って制御を行なう。また粒状態が
大粒の時、その原因として「水分の過剰」、「造粒品温
度が高い」、「pHが低い」、「アンモニアのスパージ
ャーが異常である」、「水のスパージャーが異常であ
る」、「原料が変化している」、「戻りの量が減少して
いる」といった仮説が粒度診断S/Hマトリックス10
0から導き出され、そのうち最も可能性と高い仮説に対
応した処置を行う。例えば、ベルトコンベア11上の粒
状態が「細粒」、「粉状砂状」が目立ち「大粒」、「大
塊が多い」が多少あるという事象であった場合、図2の
仮説部102の中で「pHが高い」という仮説の可能性
が最も高くなる。従って、処理としては、アンモニア6
の量を減少するか、硫酸5の量を増加させる必要があ
る。しかしアンモニア6や硫酸5の量を変化させること
によってpHセンサー13で検出されたpH値が規格を
外れたり、温度センサー14で検出された造粒品温度が
変化することもあり、これ等を考慮して制御が行なわれ
る。従って、化成肥料原料1の配合割合、戻り原料2の
現流量、アンモニア6、硫酸5、造粒水4の現設定値、
温度センサー14で検出された造粒品温度、規格にあっ
たpH値、及び品質の成分保証等の情報に基づいて造粒
エキスパートシステム17で計算しその結果アンモニア
9および硫酸5の電磁弁9を調節する。化成肥料の製造
において粒状態を自動制御する場合、以下の項目が対象
となる。
【0018】(1) 化成肥料原料の投入量 (2) 戻り材の投入量 (3) 造粒水、水蒸気流量 (4) アンモニア流量 (5) 硫酸流量 (6) 燐酸流量 (7) 造粒品温度 (8) pH値 このように造粒機出口におけるベルトコンベア11上の
粒状態を、熟練したオペレータによる造粒と同等にする
ため、専門家の経験的知識に基づいた粒度診断S/Hマ
トリックス100をコンピュータ上で利用して、最適な
操作を行う。
【0019】通常、熟練した造粒専門家の場合には、粒
状態を平均10〜15分間の1回程度監視しているが、
自動制御の場合には10秒に1回の割合で行なう。
【0020】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来の自
動制御方式では安定しなかった造粒工程においても、専
門家の造粒ノウハウを取り入れた粒度診断S/Hマトリ
ックスを用いてコンピュータ制御することにより、歩留
まりの向上を図るとともに、オペレータの介入を少なく
することによる省力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を表わす構成図である。
【図2】本実施例で使用される粒度診断S/Hマトリッ
クスの一例である。
【符号の説明】
1 化成肥料原料 2 戻り原料 3 混合機 4 造粒水(水蒸気) 5 硫酸 6 アンモニア 7 燐酸 8 電磁流量計 9 電磁弁 10 造粒機 11 ベルトコンベア 12 粒度分布センサー 13 pHセンサー 14 温度センサー 15 流量制御部 16 流量計測部 17 造粒エキスパートシステム 18 乾燥機 19 クーラー 20 選別機 21 粉砕機 22 製品
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−279835(JP,A) 特開 平1−275490(JP,A) 特開 平2−8903(JP,A) 特開 昭62−241002(JP,A) 特開 昭62−241004(JP,A) 特開 平3−166601(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C05G 3/00 C05G 3/00 101 B01J 2/00 G05B 13/02 G06F 19/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 転動式造粒機を用いて原料から化学肥
    料を自動制御により製造する製造制御システムにおい
    て、 前記造粒機に水、水蒸気、硫酸、燐酸およびアンモニア
    のそれぞれを供給する供給手段と、 前記造粒機出口に設けられ、前記造粒機により造粒され
    た化学肥料を搬送する搬送手段と、 前記搬送手段上の化学肥料を撮影する撮影手段と、 前記撮影手段に撮影された画像から前記化学肥料の中心
    粒径を随時計測し化学肥料の制御状態を検査する検査手
    段と、 前記化学肥料の制御状態が安定している場合には、前記
    検査手段により計測された中心粒径が目標粒径の範囲内
    になるように、前記供給手段に対して、最適制御方法に
    より制御を行う第1の制御手段と、 前記化学肥料の制御状態が不安定な場合には、安定した
    制御状態に復帰するように、熟練した造粒専門家の操作
    方法および造粒知識を組み込んだ粒度診断マトリックス
    表を用いて前記供給手段を自動制御する第2の制御手段
    とを備えたことを特徴とする化学肥料の製造制御システ
    ム。
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