JP3001327B2 - 転動式造粒機の銘柄別造粒制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粒径が数ミリ程度の窒
素質肥料等の粒状化成肥料を転動式造粒機で製造する際
に、粒径と大きな相関を持つ投入原料中の水分量などを
銘柄別に最適に制御する転動式造粒機の銘柄別造粒制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、転動式造粒機から取り出される
粒状化成肥料の粒径は、転動式造粒機に投入される原料
の水分量と関係し、概ね、水分量を増すと粒径が大きく
なり、水分量を減らすと粒径が小さくなる。

【０００３】そこで、製造に際しては、製品サイズの許
容範囲に収まる径の粒が大きな割合で転動式造粒機から
取り出されるように、即ち歩留まり良く製品サイズの粒
状化成肥料の製造ができるようにするために、転動式造
粒機に投入される原料中の水分量を自動制御している
が、この際、従来は、製造する粒状化成肥料の銘柄を区
別した自動制御は行っていなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような銘柄を
区別せずに一様に制御する方法によっても或る程度の歩
留まりは得られるが、充分に満足できるような高い歩留
まりが得られていないのが現状である。また、場合によ
っては余りにも低い歩留まりとなることから自動制御を
一時的に手動制御に切り換えて運転を続ける銘柄もあっ
た。

【０００５】そこで、本発明者は、幾つかの銘柄につい
て、その制御パラメタを変更して歩留まりの改善具合を
調べたところ、因果関係は不確かであるが、銘柄毎に良
好な歩留まりが得られる制御パラメタに相違があること
を発見して本発明を為したものであり、その目的は、製
造する粒状化成肥料の銘柄あるいは種類別に独立な制御
パラメタを用いて転動式造粒機への原料投入量を自動制
御することができる転動式造粒機の銘柄別造粒制御装置
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、転動式造粒機で製造すべき粒状化成肥料
の銘柄あるいは種類別に、過去の製造において最も制御
が安定で高い歩留りが得られたときの複数種の制御パラ
メタの値を格納するファイルと、前記転動式造粒機に対
する制御開始時に、製造する粒状化成肥料に対応する制
御パラメタの値を前記ファイルから読み出して制御テー
ブルに設定する初期設定手段と、前記転動式造粒機によ
る粒状化成肥料の製造中に、利用者入出力装置からの指
示に応答して前記制御テーブルに設定された制御パラメ
タの値を変更する変更手段と、前記制御テーブルに設定
された制御パラメタの値を使用して前記転動式造粒機へ
の原料投入量の自動制御を行う手段であって、前記転動
式造粒機から取り出される粒状化成肥料の粒状態の観測
値から所定時間後の粒状態を予測し、予測した粒状態が
目標とする粒状態と一致しないことにより原料投入量の
調節を行う制御手段と、前記転動式造粒機による粒状化
成肥料の製造終了時、前記制御テーブルに設定された制
御パラメタの値で、該製造終了した粒状化成肥料に対応
する前記ファイルを更新する反映手段とを備えている。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【作用】本発明の転動式造粒機の銘柄別造粒制御装置に
おいては、ファイルが、転動式造粒機で製造すべき粒状
化成肥料の銘柄あるいは種類別に、過去の製造において
最も制御が安定で高い歩留まりが得られたときの複数種
の制御パラメタの値を保持しており、制御開始時に初期
設定手段が、製造する粒状化成肥料に対応する制御パラ
メタの値をファイルから読み出して制御テーブルに設定
し、制御手段が制御テーブルに設定された制御パラメタ
の値を使用して転動式造粒機への原料投入量の自動制御
を行う。また、転動式造粒機による粒状化成肥料の製造
中に、利用者がより一層高い歩留りが得られるように利
用者入出力装置から制御パラメタの値の変更を指示する
と、変更手段がその指示に応答して制御テーブルに設定
された制御パラメタの値を変更する。よって、制御手段
は、この変更後の制御パラメタの値を使用して自動制御
を続ける。そして、転動式造粒機による粒状化成肥料の
製造終了時、反映手段が、制御テーブルに設定された制
御パラメタの値で、製造終了した粒状化成肥料に対応す
るファイルを更新し、次回の運転時に備える。

【００１０】

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明を適用した粒状化成肥料製造
プラントの一例を示すブロック図である。この例の粒状
化成肥料製造プラントは、粉体原料１−１〜１−ｍおよ
び戻り材２を指定量だけ混合機３で混合して転動式造粒
機９に供給すると共に、液体原料４，５，６，７とを電
磁弁８−１，８−２，８−３，８−４を通じて転動式造
粒機９に供給し、この転動式造粒機９において転動によ
って原料を粒状に整形する。そして、転動式造粒機９か
ら取り出される半製品粒１９をベルトコンベア１０で次
工程へ送り、図示していないがこの次工程で半製品粒１
９をドライヤで乾燥させた後に各種ホッパに篩い分け、
製品サイズに対応するホッパから製品粒を取り出し、製
品サイズより大きなサイズの粗粉は粉砕機で粉砕した後
に製品サイズより小さなサイズの細粉と共に戻り材２と
して再利用するものである。

【００１３】以上のような流れで粒状化成肥料の製造が
行われる状況の下で、自動制御装置１８は、テレビカメ
ラ，温度センサ等を含むセンサ群１１を使用して半製品
粒１９の粒度状態等をリアルタイムで観測し、その結果
に基づき、高い歩留まりで粒状化成肥料が製造されるよ
うに、電磁弁８−１〜８−４を調節して転動式造粒機９
に投入される液体原料４〜７の量を制御している。

【００１４】このような自動制御装置１８は、本実施例
では、コントローラ１２，ＦＡコンピュータ１３，複数
の銘柄別パラメタファイル１４−１〜１４−ｎおよびキ
ーボード・ディスプレイ１５で構成され、ＦＡコンピュ
ータ１３上に制御プログラム１６および制御テーブル１
７が設けられている。

【００１５】図２は制御プログラム１６および制御テー
ブル１７の説明図であり、制御プログラム１６は、粒状
態観測モジュール１６１，制御モジュール１６２，原料
投入量調節モジュール１６３およびマン・マシンインタ
フェイスモジュール１６４で構成され、制御テーブル１
７上には、制御間隔Ｐ１，目標中心粒径Ｐ２，基底造粒
水量Ｐ３，ノイズＲＰ４，ノイズＱＰ５といった制御パ
ラメタと、中心粒径Ｅ１，原料流量Ｅ２，温度Ｅ３，ｐ
ＨＥ４，基底造粒水量補正率Ｅ５，歩留まりＥ６といっ
た観測値とが置かれている。

【００１６】また、図３及び図４は制御プログラム１６
の処理の一例を示すフローチャートである。

【００１７】以下、各図を参照して自動制御装置１８に
よる転動式造粒機９の銘柄別造粒制御に関連する動作を
詳述する。

【００１８】或る銘柄の粒状化成肥料を製造する場合、
最初、マニュアル操作で所定量の原料が投入されて転動
式造粒機９が起動され、所定時間経過後、自動制御装置
１８のＦＡコンピュータ１３の制御プログラム１６が図
３に示す処理を開始する。

【００１９】先ず制御プログラム１６の制御モジュール
１６２は、初期値取得処理Ｓ１において以下のような処
理を行う。

【００２０】銘柄別パラメタファイル１４−１〜１４−
ｎのうち、今回製造する粒状化成肥料の銘柄あるいは種
別に対応する銘柄別パラメタファイル１４−ｉをオープ
ンする。この銘柄別パラメタファイル１４−ｉには、過
去の製造において最も制御が安定で高い歩留まりが得ら
れたときの複数種の制御パラメタ（本実施例では、制御
間隔，目標中心粒径，基底造粒水量，ノイズＲ，ノイズ
Ｑ）が格納されているので、それらを取り出し、制御テ
ーブル１７の制御間隔Ｐ１，目標中心粒径Ｐ２，基底造
粒水量Ｐ３，ノイズＲＰ４，ノイズＱＰ５に設定する。
そして、銘柄別パラメタファイル１４−ｉをクローズ
し、初期値取得処理Ｓ１を終える。

【００２１】次に制御モジュール１６２は、制御テーブ
ル１７上の制御間隔Ｐ１で規定される次回の制御タイミ
ングが到来するのを待ち（Ｓ２）、制御タイミングが到
来すると、以下の処理Ｓ３〜Ｓ７を行う。

【００２２】先ず、処理Ｓ３で粒状態観測モジュール１
６１を呼び出して粒状態の観測を行わせる（Ｓ３）。

【００２３】粒状態観測モジュール１６１では、センサ
群１１の出力に基づき、以下のような各種の観測値を求
める。

【００２４】（１）中心粒径と歩留まり センサ群１１中のテレビカメラで撮影された半製品粒１
９の静止画像を処理して各粒度毎の粒の分布状況を示す
粒度分布データを求め、次にこれから各粒径毎の重みを
加味した重量換算粒度分布データを求め、この重量換算
粒度分布データから中心粒径（重量換算粒度分布の中心
の粒径）と歩留まり（重量換算粒度分布中の製品サイズ
に収まる範囲の重量を全体の重量で除した値）を求め
る。

【００２５】（２）原料流量 センサ群１１中の流量センサで転動式造粒機９に供給さ
れている原料の流量を求める。

【００２６】（３）温度 センサ群１１中の温度センサで半製品粒１９の温度を求
める。

【００２７】（４）ｐＨ センサ群１１中のｐＨセンサで半製品粒１９のｐＨを求
める。

【００２８】粒状態観測モジュール１６１で得られたこ
れらの中心粒径，原料流量，温度，ｐＨ，歩留まりは、
制御モジュール１６２に通知され、制御モジュール１６
２はこれらを制御テーブル１７の中心粒径Ｅ１，原料流
量Ｅ２，温度Ｅ３，ｐＨＥ４，歩留まりＥ６に設定す
る。また、このとき現時点の基底造粒水量補正率を制御
テーブル１７の基底造粒水量補正率Ｅ５に設定する。

【００２９】次に制御モジュール１６２は、上記のよう
な観測値と制御パラメタ等に基づき、次の制御タイミン
グ到来時点の半製品粒１９の重量換算粒度分布データの
中心粒径を、次式，，，に示す最適フィルタ
（カルマンフィルタ）のアルゴリズムを用いて推定する
（Ｓ４）。

【００３０】 Ｄ＊（ｋ＋１）＝Ｃ＊（ｋ）Ｈ（ｋ） … Ｃ＊（ｋ＋１）＝Ｃ＊（ｋ）＋Ｋ（ｋ）｛Ｄ（ｋ）−Ｄ＊（ｋ＋１）｝ … Ｋ（ｋ）＝Ｍ（ｋ）Ｈ^T （ｋ）［Ｑ＋Ｈ（ｋ）Ｍ（ｋ）Ｈ^T （ｋ）］^-1 … Ｍ（ｋ）＝［１−Ｋ（ｋ）Ｈ（ｋ）］Ｍ（ｋ−１）＋Ｒ …

【００３１】但し、 Ｄ ；目標中心粒径Ｐ２を表すベクトル Ｄ＊；目標中心粒径の推定ベクトル Ｈ ；観測値ベクトル（中心粒径Ｅ１，原料流量Ｅ２，
温度Ｅ３，ｐＨＥ４および現時点の基底造粒水量補正率
Ｅ５で構成される） Ｃ＊；未知パラメタ Ｋ ；カルマン・ゲイン Ｍ ；予測誤差共分散 Ｒ ；ノイズＲＰ４（システムノイズ） Ｑ ；ノイズＱＰ５（測定ノイズ）

【００３２】次に制御モジュール１６２は、推定した中
心粒径｛Ｄ＊（ｋ＋１）｝と目標中心粒径Ｐ２とを比較
し（Ｓ５）、ほぼ等しければ現時点の基底造粒水量補正
率Ｅ５で制御を続け、等しくなければ次回の中心粒径が
目標中心粒径Ｐ２に等しくなるように新たな基底造粒水
量補正率を作成して原料投入量調節モジュール１６３を
呼び出す。

【００３３】原料投入量調節モジュール１６３は、その
基底造粒水量補正率に従い、コントローラ１２を通じて
電磁弁８−１〜８−４を制御して、液体原料４〜７の流
量の調節を行う（Ｓ６）。この際、例えば液体原料４が
造粒水，液体原料５が水蒸気，液体原料６，７がアンモ
ニア等の他の液体原料とすると、電磁弁８−１または／
および８−２のみを制御して転動式造粒機９に投入され
る造粒水または／および水蒸気を増減するが、場合によ
ってはこれらに加え電磁弁８−３，８−４を制御して他
の液体原料の流量も併せて調節する。

【００３４】その後、制御モジュール１６２は、処理Ｓ
７で製造終了か否かを判定し、製造終了でなければ処理
Ｓ２に戻り、次の制御タイミングの到来を待つ。

【００３５】また本実施例では以上のような制御と並行
して、制御プログラム１６のマン・マシンインタフェイ
スモジュール１６４が図４に示す処理を行っている。

【００３６】即ち、マン・マシンインタフェイスモジュ
ール１６４は、制御テーブル１７に設定されている制御
間隔Ｐ１，目標中心粒径Ｐ２，基底造粒水量Ｐ３，ノイ
ズＲＰ４，ノイズＱＰ５といった制御パラメタ、中心粒
径Ｅ１，原料流量Ｅ２，温度Ｅ３，ｐＨＥ４，基底造粒
水量補正率Ｅ５，歩留まりＥ６といった観測値を読み出
してキーボード・ディスプレイ１５に表示する（Ｓ１
１）。

【００３７】そして、キーボード・ディスプレイ１５を
通じて利用者から制御パラメタの変更が指示されると
（Ｓ１２でＹＥＳ）、制御テーブル１７上の指示された
制御パラメタを指示された値に変更する（Ｓ１３）。

【００３８】制御テーブル１７上の制御パラメタが変更
されると、次回の制御タイミング到来時には制御モジュ
ール１６２はその変更された制御パラメタを使用して制
御を行うことになる。

【００３９】従って、銘柄別パラメタファイル１４−ｉ
に格納された制御パラメタすなわち初期設定された制御
パラメタが不適切であった場合、利用者はより高い歩留
まりが得られるように制御パラメタを適宜変更すること
ができる。

【００４０】以上のようにして粒状化成肥料の製造が行
われ、製造終了となると、制御モジュール１６２は制御
テーブル１７上の制御間隔Ｐ１，目標中心粒径Ｐ２，基
底造粒水量Ｐ３，ノイズＲＰ４，ノイズＱＰ５を今回使
用した銘柄別パラメタファイル１４−ｉに書き出すこと
により、銘柄別パラメタファイル１４−ｉを更新し（Ｓ
８）、次回の同銘柄の運転時に備える。

【００４１】以上の実施例では制御パラメタの変更は手
動で行われたが、手動で変更し得ると共に製造状況に応
じ自動的に変更するような構成も採用可能である。以下
ではその一例として、制御パラメタ中の目標中心粒径Ｐ
２を最適に自動修正する構成について説明する。

【００４２】目標中心粒径Ｐ２を自動修正する場合、制
御モジュール１６２は、図３の処理Ｓ４の直前において
例えば図５に示すような目標値変更処理を行う。また、
制御テーブル１７上には、新たな制御データとして図６
に示すような最大歩留まりＥ７，中心粒径度数配列Ｍ
１，積算歩留まり配列Ｍ２が置かれる。

【００４３】ここで、最大歩留まりＥ７は、過去の同銘
柄の製造中に得られた最も高い歩留まりを示し、これは
銘柄別パラメタファイル４−１〜４−ｎに格納されてお
り、初期値設定処理で制御テーブル１７に設定される。

【００４４】また、中心粒径度数配列Ｍ１はそれぞれ異
なる中心粒径に対応する中心粒径度数Ｍ１−１〜Ｍ１−
ｍで構成され、積算歩留まり配列Ｍ２は各中心粒径度数
Ｍ１−１〜Ｍ１−ｍに１対１に対応する積算歩留まりＭ
２−１〜Ｍ２−ｍで構成され、何れも初期値は０になっ
ている。なお、図６中のＥ１，Ｅ６，Ｐ２は図２と同一
のものである。

【００４５】先ず制御モジュール１６２は、今回観測さ
れて制御テーブル１７に設定された中心粒径Ｅ１と同一
粒径の中心粒径度数配列Ｍ１中の中心粒径度数Ｍ１−ｊ
を＋１し（Ｓ２１）、その中心粒径度数Ｍ１−ｊに対応
する積算歩留まり配列Ｍ２の積算歩留まりＭ２−ｊに今
回観測されて制御テーブル１７に設定された歩留まりＥ
６を加算する（Ｓ２２）。

【００４６】次に、その中心粒径度数Ｍ１−ｊが所定値
たとえば１０以上か否かを調べ（Ｓ２３）、１０未満で
あれば目標値変更処理を終了する。

【００４７】他方、１０以上であれば、即ち同じ中心粒
径の観測が１０度以上繰り返され信頼できる平均歩留ま
りを算出し得る状態になった後は、今回観測された中心
粒径に対応する積算歩留まりＭ２−ｊを対応する中心粒
径度数Ｍ１−ｊで除して、その中心粒径の平均歩留まり
を求め（Ｓ２４）、この平均歩留まりが制御テーブル１
７の最大歩留まりＥ７を超えているか否かを調べる（Ｓ
２５）。

【００４８】そして、超えていなければ目標値変更処理
を終了し、超えていれば、制御テーブル１７の目標中心
粒径Ｐ２を今回測定された中心粒径Ｅ１に書き換え（Ｓ
２６）、また最大歩留まりＥ７を今回求められた平均歩
留まりで書き換え（Ｓ２７）、目標値変更処理を終了す
る。

【００４９】このような目標値変更処理が行われること
により、観測回数が少ない制御開始当初は制御テーブル
１７の目標中心粒径Ｐ２，最大歩留まりＥ７の更新は行
われずに銘柄別パラメタファイルに格納されていた目標
中心粒径に基づき制御が行われるが、その後、多数回の
観測が為され、然も平均歩留まりが最大歩留まりＥ７を
超えるような中心粒径が出現すると、目標中心粒径Ｐ２
がその中心粒径に変更されると共に最大歩留まりＥ７が
その平均歩留まりに変更され、変更後の目標中心粒径を
使用して制御が行われることになる。また、造粒状態が
変化して最大歩留まりを与える中心粒径が変化すると、
その中心粒径を新しい目標中心粒径Ｐ２として更に制御
が続けられることになる。

【００５０】なお、製造終了時には最大歩留まりＥ７が
銘柄別パラメタファイルに書き出される。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した本発明の転動式造粒機の銘
柄別造粒制御装置によれば、以下のような効果を得るこ
とができる。

【００５２】ファイルに格納された製造する粒状化成肥
料の銘柄あるいは種類毎に独立した制御パラメタであっ
て、過去の製造において最も制御が安定で高い歩留まり
が得られたときの複数種の制御パラメタの値を用いて自
動制御を開始することができるので、各銘柄の粒状化成
肥料を極力高い歩留まりで製造することができる。

【００５３】自動運転中に制御パラメタを手動で変更で
きるので、初期設定された制御パラメタが不適切であっ
た場合、より高い歩留まりが得られるように制御パラメ
タを適宜変更することができる。

【００５４】制御パラメタの変更内容をファイルに反映
する反映手段を有するので、より一層高い歩留まりが得
られる制御パラメタが見つかったときにその内容でファ
イルを更新することにより、次回以降の製造時における
同銘柄の粒状化成肥料の製造歩留まりをより一層向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した粒状化成肥料製造プラントの
一例を示すブロック図である。

【図２】制御プログラムおよび制御テーブルの説明図で
ある。

【図３】制御プログラムの処理の一部を示すフローチャ
ートである。

【図４】制御プログラムの処理の他の部分を示すフロー
チャートである。

【図５】目標値変更処理の一例を示すフローチャートで
ある。

【図６】目標値変更処理の説明に用いる制御テーブルの
内容例を示す図である。

【符号の説明】

１−１〜１−ｍ…粉体原料 ２…戻り材 ３…混合機 ４〜７…液体原料 ８−１〜８−４…電磁弁 ９…転動式造粒機 １０…ベルトコンベア １１…センサ群 １２…コントローラ １３…ＦＡコンピュータ １４−１〜１４−ｎ…銘柄別パラメタファイル １５…キーボード・ディスプレイ １６…制御プログラム １７…制御テーブル １８…自動制御装置 １９…半製品粒

フロントページの続き (72)発明者 阿部 達也 東京都千代田区神田神保町２丁目２番地 日本電気コンピュータシステム株式会 社内 (72)発明者 川島 一豊 東京都千代田区一番町23番地３ コープ ケミカル株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−78430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−279835（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−130131（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−275490（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C05G 3/00 B01J 2/00,2/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転動式造粒機で製造すべき粒状化成肥料
   の銘柄あるいは種類別に、過去の製造において最も制御
   が安定で高い歩留りが得られたときの複数種の制御パラ
   メタの値を格納するファイルと、 前記転動式造粒機に対する制御開始時に、製造する粒状
   化成肥料に対応する制御パラメタの値を前記ファイルか
   ら読み出して制御テーブルに設定する初期設定手段と、 前記転動式造粒機による粒状化成肥料の製造中に、利用
   者入出力装置からの指示に応答して前記制御テーブルに
   設定された制御パラメタの値を変更する変更手段と、 前記制御テーブルに設定された制御パラメタの値を使用
   して前記転動式造粒機への原料投入量の自動制御を行う
   手段であって、前記転動式造粒機から取り出される粒状
   化成肥料の粒状態の観測値から所定時間後の粒状態を予
   測し、予測した粒状態が目標とする粒状態と一致しない
   ことにより原料投入量の調節を行う制御手段と、 前記転動式造粒機による粒状化成肥料の製造終了時、前
   記制御テーブルに設定された制御パラメタの値で、該製
   造終了した粒状化成肥料に対応する前記ファイルを更新
   する反映手段とを具備したことを特徴とする転動式造粒
   機の銘柄別造粒制御装置。