JP3382620B2 - 閉回路乾式粉砕装置の制御方法 - Google Patents

閉回路乾式粉砕装置の制御方法

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JP3382620B2 JP51953194A JP51953194A JP3382620B2 JP 3382620 B2 JP3382620 B2 JP 3382620B2 JP 51953194 A JP51953194 A JP 51953194A JP 51953194 A JP51953194 A JP 51953194A JP 3382620 B2 JP3382620 B2 JP 3382620B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の主題 本発明は、原料供給のための回分装置と、粉砕装置
と、可変速ダイナミックセパレータと、粉砕装置からの
粉体をセパレータに搬送する手段と、充分に粉砕されな
かった粗い粉体を粉砕装置に戻す手段と、完成品をセパ
レータの出口へ搬送する手段とを主たる構成部分とする
閉回路乾式粉砕設備の制御方法に係わる。
本発明は、この制御方法の利用にも係わる。
公知技術 本発明は、閉回路乾式粉砕設備、好ましくは回転ボー
ルミルを含むセメント製造設備を制御することを意図し
ている。この種の粉砕装置は次第に容量が大きくなりつ
つあり、8000kWを超えるものもある。このような粉砕装
置を回転させるのに必要な設備は、投資コストもエネル
ギーコストも極めて大きい。コストに見合うためには −完成品が高品質であり、 −流量が最大であり、 −電力消費が最少であり、 −保守の必要が極めて少ない ことが要求される。
最新の粉砕設備において、最もコストに見合う投資
が、完成品の細かさを制御して平均的な実品質と所要品
質との間の許容誤差を小さくすることができるすぐれた
制御装置への投資であることは周知である。この誤差を
小さくすることで設備の容量が増大する；それによって
流量が数％増大すれば、運転コストが著しく軽減され、
投資が償却される。
最新の閉回路乾式粉砕設備はその主要構成部分とし
て、原料供給のための回分装置、粉砕装置、可変速ダイ
ナミックセパレータ、粉砕装置からダイナミックセパレ
ータへ粉体を搬送する（多くの場合エレベータを含む）
手段、粗い粉体（セパレータからの過大粒）を粉砕装置
へ戻す搬送手段、及び完成品搬送手段を含む。
塵埃の飛散を防ぐとともに設備を冷却するため、粉砕
装置には通風装置をも設ける。
ダイナミックセパレータは、ディストリビュータプレ
ートの回転と、セレクタ装置、及びセパレータを通過す
る空気流との複合効果によって作用する。
セパレータを通過する空気流は、前記セパレータの内
部または外部に設けたファンによって発生させる。
セパレータの内部にファンを設けた場合、空気と完成
品との分離は完全にセパレータ内で行われる。
ファンを外部に設けた場合、空気と完成品との分離は
セパレータの外側に設けた１つまたは２つ以上のサイク
ロン及び／または除塵バッグ装置内で行われる。外部フ
ァンを備えたセパレータの方が効率がよく、処理される
製品を冷却し易い。最近の設備はこの種のセパレータを
装備しているのが普通である。
内部ファンを有する設備には冷却のための補完的な外
部ファンを装備するものがあるが、効率が劣り、従って
最近の設備では採用されていない。
なお、粉砕設備では下記のような支障が起こり易い： −供給材料（原料）の粉砕性のばらつき； −原料の供給不足などの欠陥； −搬送路に起こる支障（オーバーフロー、詰まり）； −機械的故障； −粉砕装置における粉砕作業レベルにばらつきが生じて
粉砕装置の粉砕容量が変動すること； −その他。
粉砕設備に混乱を生じたり、安定性を欠いたりする
と、完成品の品質と収量にばらつきを生じ、製品の一部
の品質が落ち、その結果生産力が低下することになる。
このような支障を少なくするためには、粉砕設備をで
きる限り能率的に制御しなければならない。
粉砕設備の制御の主要目的は、完成品の品質を極力安
定させることにある。この品質は、本質的には成分を適
正に回分することによって確保される製品の化学組成
と、完成品の細かい粒度；即ち、ダイナミックセパレー
タの効率によって決定される。
完成品の細かさを連続的に測定することは困難であ
る；即ち、この測定に利用できる装置はしばしば信頼性
に欠けるか、あるいは経済的に充分精密に測定すること
ができない。
良好な保守状態にあるセパレータから出る完成品の細
かさは、実際にはセパレータを通過する空気の流量、セ
パレータに供給される粉体の量及び粒度、及び前記セパ
レータの回転速度によって決定されると考えられる。
ファンをセパレータの外部に設けた場合、セパレータ
を通過する空気の流量を測定することができ、従って、
比較的制御し易い。セパレータの回転速度も容易に測
度、制御することができる。
セパレータへ供給される粉体の量及び／または細かさ
を制御する問題は、もっと複雑である。即ち、粉砕回路
中になんらかの支障が起こるとセパレータへの供給粉体
の量及び／または細かさが変化し、その結果、完成品の
量及び／または細かさ、及びセパレータからの過大粒の
量及び／または細かさが変化する。その結果、連鎖的に
混乱が繰り返されることになる。
混乱を検知するためには、セパレータからの過大粒流
量、セパレータへの供給を行うエレベータの消費電力
（これを測定することによってセパレータに供給される
粉体の流量を推定できる）、完成品流量、及び粉砕装置
チェンバからの騒音を測定すればよい。
セパレータへの供給を制御するために特に下記のよう
な種々の方法が採用されている： −原料供給流量を調節することによって、セパレータか
らの過大粒と原料供給との合計流量を一定に維持する； −原料供給流量を調節することによって、過大粒流量を
一定に維持する； −原料供給流量を調節することによって、エレベータの
消費電力を一定に維持する（粉砕チェンバから発生する
騒音を利用してエレベータの消費電力変化を予測する場
合もある）。
これらの方法によって、設備の安定性及び完成品の品
質を改善することができた。しかし、いぜんとして著し
い変動がある。大きい混乱のあと、平衡を取り戻すのに
要する時間が比較的長い。公知の方法によって達成でき
る最適化は不完全である。粉砕装置への供給不足を起こ
すような故障もあり、その結果、（スクリーン、隔壁、
ボールなどのような）内部機構に重大な損傷を与え、設
備の利用度を低下させることになりかねない。
公知の制御方法が不完全である原因は、１つのパラメ
ータの変化がその他のパラメータを連鎖的に変化させる
ことと、制御方法をデザインする際にパラメータ間の相
互作用を充分に考慮していないことにある。変動の修正
と測定との間に時間のずれがあることも原因の１つであ
る。
発明の目的 本発明の主な目的は、主要な動作パラメータの相互作
用を考慮し、粉砕設備に現われる特徴的な変動を修正す
るように作用する閉回路乾式粉砕設備の制御方法を提供
することにある。
具体的には、本発明は、完成品の流量を最適化しなが
らその品質を最大限に安定させ；設備の耐用性と耐摩耗
性を危うくするような運転状態を回避し；設備の運転を
容易にかつ確実にすることのできる方法を提供すること
を目的とする。
発明の主要な特徴 本発明の制御方法は、原料を供給するための回分装置
と、粉砕装置と、可変速ダイナミックセパレータと、粉
砕装置からの粉体をセパレータに搬送するセパレータ供
給手段と、セパレータから充分に粉砕されないまま放出
される過大粒を粉砕装置へ戻す手段と、完成品を搬送す
る手段と、セパレータからの過大粒を測定する流量計
と、セパレータ供給に依存するデータを測定する手段と
を主たる構成部分とする閉回路乾式粉砕設備の制御方法
であり、 −セパレータからの過大粒流量の設定値（ａ）と、 −セパレータ供給に依存するデータの自動調節設定値
（ｂ）と、 −セパレータ測度の基準値（ｃ）と に基づいて行われることと、セパレータからの過大粒流
量及びセパレータ供給に依存するデータを多変数制御装
置を利用してセパレータ測度及び原料供給回分を調節す
ることによって同時制御することと、制御装置によって
セパレータからの過大粒流量及びセパレータ供給に依存
するデータを設定値（ａ）及び（ｂ）に近い値にそれぞ
れ維持しながらセパレータ速度を計算機を利用して周期
的に基準値（ｃ）と比較し；制御装置が過大粒流量設定
値（ａ）及びセパレータ供給依存データの調節設定値
（ｂ）を設定したら、セパレータの実測速度が基準値
（ｃ）と一致するように計算機がセパレータ供給依存デ
ータの設定値を調節することを特徴とする。
本発明の第１実施例では、セパレータ供給依存データ
がセパレータの供給流量である。
他の好ましい実施例では、平衡状態において過大粒及
び完成品の流量合計がセパレータ供給流量に等しけれ
ば、セパレータ供給流量設定値の代りに完成品流量をそ
のまま利用することができる。即ち、セパレータに達す
る粉体は、エレベータによって供給されるのが普通であ
り、このエレベータによって供給される粉体の流量を高
精度で測定することは現実問題として困難である。エレ
ベータに入出する粉体を秤量するには、粉砕設備を収容
する建造物を高くする必要があり；これには多大のコス
トを要するのに対し、完成品流量を測定する流量計は設
置し易い。
本発明の方法は、ボールミルを利用するセメント製造
に応用するのに特に好適である。セメントの所要品質に
応じて種々の成分の回分比、例えばセメントクリンカの
（p1）、スラグの（p2）及び石膏の（p3）が異なり、セ
メントミルの細かさも異なることはメーカーによく知ら
れている。経験に照らして、例えばクリンカの（p1）、
スラグの（p2）及び石膏の（p3）を含む所与の品質に対
しては、セパレータからの過大粒流量が（ａ）であると
きに粉砕装置の収率及び完成品の粒度分布（細かさ）が
最良となる。この過大粒流量（ａ）においては、セパレ
ータ速度が基準速度（ｃ）の時に所要の細かさが得ら
れ、同じく経験に照らして、セパレータ供給依存データ
次第で設備の能力は（ｂ）に近い流量となる（セパレー
タ供給依存データが完成品流量である場合、設備の原料
供給流量は（ｂ）に等しくなる）。
回路になんらかの支障が起こると、セパレータに供給
される粉体の量及び／または細かさに変化が起こり、そ
の結果、完成品及びセパレータからの過大粒の量及び／
または細かさも変化し、連鎖的に混乱が起こる。
本発明の制御方法は、発生する混乱をできるだけ早期
に、かつ確実に測定できる兆候がセパレータ供給依存デ
ータの変化と過大粒流量に現れる変化であるとの所見に
基づいている。そこで、安定性を維持するため、本発明
の方法はセパレータ供給依存データ及び過大粒流量の同
時制御を可能にする；このため、多変数制御装置はセパ
レータへの供給及び原料供給流量を調節する。このこと
はセパレータの速度が瞬間的に基準値（ｃ）からずれ、
原料供給流量が完成品流量設定値（ｂ）からずれること
を意味する（セパレータ供給依存データが完成品流量で
ある場合）。しかし、設備の能力がそれまでの基準から
長期的にずれなければ、多変数制御装置は設定値（ａ）
及び（ｂ）を容易に回復し、セパレータ速度を基準値
（ｃ）に極めて近い値にする。平衡状態で、原料供給流
量は再び（ｂ）に等しくなる。後述する実施例はこの方
法の効率性を実証する。
例えば、原料の粉砕性が変化したり、粉砕装置のボー
ル機能が摩耗のため低下して設備の能力がそれまでのデ
ータから長時間に亘ってずれた場合、多変数制御装置が
設定値（ａ）及び（ｂ）を回復し、設備が安定すると、
セパレータの速度はもはや基準値（ｃ）に等しくはな
い。制御装置が過大粒流量及びセパレータ供給依存デー
タを設定値（ａ）及び（ｂ）に近い値に維持する一方で
計算機がセパレータの実測速度を同期的に基準値（ｃ）
と比較し：もしセパレータの実測速度が基準値（ｃ）か
らずれると、計算機が設定値（ｂ）を調節してセパレー
タの実測速度を基準値（ｃ）に戻す。制御方法はこのよ
うにして設備能力の持続的な変化にも対応できる。
好ましい実施例では、多変数制御装置を制御変数とし
ての原料供給流量ua及びセパレータ速度usと被制御値と
しての過大粒流量yr及び（セパレータ供給依存データと
して選択した）完成品流量yfとの間に存在する関係を設
定する数学的モデルから構成し；前記モデルは下記方程
式システムによって規定される； ただし、パラメータt11,t12,t21及びt22はプロセスの時
定数である。これらの方程式は、混乱発生後定常状態に
戻すのに必要な時間の決定を可能にする。
パラメータk11,k12,k21及びk22はプロセス利得であ
り、出力変数（yfまたはyr）と入力変数（uaまたはus）
の定常値間の比を表わす。
上記の好ましい実施例では、多変数制御装置は線形２
次制御装置であり、内部状態に関連する２次コスト評価
関数が最小となるように制御する。
本発明の制御方法は、外部フロン付き高能率セパレー
タを装備した設備に応用するのが好ましいが、ディスト
リビュータプレート／セレクタ装置集合体の駆動装置が
ファンとは独立であり、速度調整自動であるなら（補助
通風装置の有無に関係なく）内部ファン式セパレータと
も併用できる。
セパレータが外部ファンを有する場合、セパレータに
流入する空気をすべて除塵装置に通してファンの下流の
排気口から排出する全開空気回路と；またはセパレータ
に流入する空気の一部または全部を１つまたは２つ以上
のサイクロンを通過させてから再循環させる部分的なま
たは完全な閉空気回路と制御方法を併用することがで
き、粉砕装置または補助設備（エレベータ、エアシュー
トなど）から空気の一部をセパレータに吸入する。
本発明の制御方法では、セパレータを通過する空気の
流量が制御されるが、特に空気を外部ファン付きセパレ
ータに再循環する場合やセパレータが内部ファンを備え
ている場合には空気流量を制御することなく制御方法を
利用することもできる点が有利である。
本発明の制御方法は、ボールミルを含むセメント製造
設備に利用するのが好ましいが、圧縮ミルのような異種
のミルとも、セメント以外の原料とも併用できる。
本発明の制御方法は、セパレータへの供給流量及びセ
パレータからの過大粒流量を安定させることによって、
セパレータの作用を、従って完成品の細かさを制御して
製品の品質を高める。
セパレータ供給依存データの設定値（ｂ）が自動調節
されるから、原料供給流量を設備の最大能力に極力近づ
けて最大流量を確保することができる。
細かさが正確に制御され、流量が最大限に維持される
から、電力消費は極力抑えられる。
粉砕装置の充填循環は内部設備の劣化を防ぐのに充分
な充填が行われるように選択され、この充填は正確に制
御され、保守の軽減につながる。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の制御方法を利用するのに好適なセメ
ント製造用ボールミルの構成図である。
図２は、多変数制御装置と計算機とが協働して本発明
の制御方法を行う態様を略示するチャートである。
図３は、本発明の方法を実施するための制御装置を装
備した図１に示したのと同様の設備における原料供給流
量（3a）の変化に伴う過大粒流量（3b）、完成品流量
（3c）及びセパレータ速度（3d）の変化を示す４つのグ
ラフ3a,3b,3c,3dである。
図４は、本発明の方法を実施するための制御装置を装
備した図１の設備と同様の設備におけるセパレータ速度
（4d）の変化に伴う原料供給流量（4a）、過大粒流量
（4b）及び完成品流量（4c）の変化を示す４つのグラフ
4a,4b,4c,4dである。
図５は、本発明の方法の数学的モデルの適合度を表わ
すグラフであり、グラフ5a〜5dは、図３の原料供給流量
の変化に対して（グラフ5a及び5b）及び図４のセパレー
タ速度の変化に対して（グラフ5c及び5d）、実験データ
をモデルの過大粒流量及び完成品流量予測値と比較した
結果を示す。
図６は、本発明の方法を実施するため多変数制御装置
を装備した設備において、過大粒流量及び完成品流量の
設定値を実測と比較するグラフ（6b及び6c）と、セパレ
ータ速度及び原料流量の設定値を実測データと比較する
グラフ（6d及び6a）である。
図７は、計算機の作用例を示す２つのグラフ7a及び7b
であり、7aは完成品流量設定値の変化を、7bはセパレー
タ速度の変化をそれぞれ示す。
本発明の好ましい実施例の説明 図１は、本発明の制御方法を利用するのに好適なセメ
ントミル設備を略示する。本発明の好ましい実施例をそ
の設備との関連で以下に詳細に説明する。
セメントクリンカのバッチャ１、スラグのバッチャ２
及び石膏のバッチャ３から成る装置が、設備に原料を供
給する。
バッチャからベルト４を介して原料がホッパ５に供給
され、ボールミル６に入る。回転ボールミルは公知であ
り、ここではその構造や内部機構の説明を省く。
ミル６からフード７へ粉体が放出され、フード７の底
８はエアシュート９に、さらにエレベータ10に通じ、該
エレベータはエアシュート18を介して粉体をダイナミッ
クセパレータ11に供給する。
掃気流12がホッパ５に流入してミル６を通過し、フー
ド７に進み、13においてパイプに吸引されて除塵装置14
に送られ、吸込ファン15によって排気口16へ送られる。
従って、ミルは塵埃放出を防止するため常に弱い真空状
態にある。掃気流は、他方では動作中消費エネルギーの
一部を熱に変換するミル６を冷却する機能をも果す。二
重弁17はフード７の底を遮断することにより、ミル６を
真空状態に保ちながら粉体がエレベータにむかって移動
するのを可能にする。除塵装置14に回収された塵埃は、
ウォーム41及び遮断弁42によってエレベータ10へ運ばれ
る。
ダイナミックセパレータ11は、回転かご形である。図
１は公知のかご形セパレータを示す。かご形セパレータ
には種々のタイプがあるが、その原理は同じである。粉
体は位置19からかごの頂部21へ供給される。かごは円筒
形であり、頂面21はディストリビュータプレートとして
作用する円板を形成し、円筒の周面は順次間隔を保つ棒
22によって固定され、底面23は開口している。かごはセ
パレータの上方に配置した可変速駆動装置25に連接され
たシャフト24から吊り下げられている。粉体はかごの回
転によって遠心分離され、棒22の外側に降下する。外部
26からセパレータ内へ空気流が吸引され、断面が小さく
なるパイプ27によって全周に分配され、方向性パドル28
によってかごの周りに誘導される。かごの開口底23と対
向する円筒形固定ボックス29はその上部が開口し、周囲
と底部が閉じている。パイプ30によってボックスの内側
がセパレータの外側に、具体的にはセパレータから離れ
た位置にある除塵バッグ31に連結している。図示しない
が、固定ボックスと回転かごの間にはシールを施してあ
り、漏れが起こるおそれはない。26において吸引され、
かごの周りに供給された空気流は棒22の間のキャップ33
を通ってかごの内部に流入する。パドル28とかごとの間
で、空気流がかごの周りで降下中の粉体内を通過し、粉
体中の主として微小な粒子を同伴する。空気流によって
棒にむかって搬送される粗い粒子は微小粒子よりもゆっ
くりと進み、その大部分は棒と衝突して再びかごの外側
にむかってはねかえる。
セパレータの下部は空気流によってかごの内側へ運ば
れない粒子を集める円錐体34を形成し、これらの粒子は
空気流の流入を防ぐ回転弁36を通って位置35においてセ
パレータから放出される。位置35においてセパレータか
ら放出された粒子は過大粒であり、エアシュート37を通
ってミルの入口に戻される。かごを通過した空気／セメ
ント混合物は除塵装置31において処理され、空気流から
セメントが分離される。除塵装置に残ったセメントはウ
ォーム38及び遮断弁39によって放出されて完成品とな
る。他方、セメントを分離された空気流はセパレータを
真空下に維持するファン32によって吸引され、排気口40
から排出される。
図１に示す設備では、セパレータ及びミルへ吸込まれ
る空気流量は43及び44においてそれぞれ測定され、ファ
ンの吸引側に設けたパドルによって、またはファン駆動
モータの回転速度を変えることによって調節することが
できる。
一方の制御ループは、回路内のヘッド損失に関係なく
セパレータを通過する空気流量を一定に維持する。
他方の制御ループは、ミルを通過する空気流量を一定
に維持する。空気流量を制御しなければミル内のヘッド
損失が変化し、粉体の流れが不安定になる。
セパレータからの過大粒は衝撃式流量計によって測定
される。
除塵装置出口における完成品の搬出路には秤量器46を
設けてある。
好ましい実施態様としては： −過大粒流量45の設定値（ａ）、 −完成品流量46の自動調節設定値（ｂ）、及び −セパレータ11のモータ25の速度基準値（ｃ） によって制御を行う。
セパレータからの過大粒流量45と完成品流量46とを同
時制御する多変数制御装置は、上記方程式［（１），
（２），（３），（４）］で表わされる数学的モデルか
ら構成される。
制御装置を開発するため、方程式［（１），（２），
（３），（４）］を、コンピュータによって計算し易い
ようにいわゆる状態変数（state variables）の１次微
分方程式の形で表わす。
状態変数でモデルを表現することによって、内部要因
を含めてプロセスを残らず表現することができる。例え
ば、入力及び出力だけを考慮した場合に見落とされるお
それがある内部振動や不安定性を表現に含めることがで
きる。最適の制御理論が実行され、内部基準モデルによ
る表現が可能になる。
プロセスを表わす状態変数の微分方程式は下記の標準
的な形を取る： ＝Ax＋Bu （５） ｙ＝Cx＋Du （６） ただし、ｘはシステム状態変数のベクトル、 はこれら状態変数の導関数のベクトル、 ｕはシステム入力のベクトル、 ｙはシステム出力のベクトル、 A,B,C,Dは方程式を構成するマトリクスである。
本発明の方法を実行する制御装置は、多変数線形２次
制御装置である。２つの出力（完成品流量及び過大粒流
量）と２つの入力（原料供給流量及びセパレータ速度）
が利用されるから多変数であり、全体の設計が線形シス
テム理論に基づいているから線形であり、入力変数の二
乗及び状態変数の二乗を含む設計基準であるから２次で
ある。
線形２次制御装置は、動作評価関数（performance in
dex or criterion） が下記状態方程式の形で表わされるシステムにとって最
小である場合に最適である。
＝Ax＋Bu （８） ｙ＝Cx＋Du （９） Ｑ及びＲは、制御方法をプログラムする際に設計者が
選択する重み付け係数である。
評価関数Ｊを最小にする制御装置は、下記の線形関係
によって与えられる： ｕ＝−Kx （10） ただし、利得Ｋの最適値は、Ｊ評価関数（７）と状態方
程式（８），（９）とＪ評価関数（７）の最適の解（1
0）とを組み合わせたリッカチ方程式（Riccati equatio
n）（11）を解くことによって得られる： ＝KA＋ATK−KBR-1BTK＋Ｑ （11） ただし、Ｋは利得、 は利得の導関数、 Ａ及びＢはシステムの状態を表わすマトリク
ス、 Ｑ及びＲは２次評価関数Ｊの重み付け係数であ
る。
上記制御装置は、状態変数を必要とするが、状態変数
がすべて測定されるとは限らないから、そのような不明
の状態を再構成するシステムが必要である。状態を再構
成する方法として、出力測定値と出力測定値との差を求
めて状態変数に基づくモデルを絶えず修正する。
状態を再構成するクラシックな方法がカルマンフィル
タ（Kalmanfilter）であり、これは線形２次制御装置
（LQ）の構成に利用されているのと同じ方法に基づくも
のであり、上記差と状態変数との間の利得Ｌを求めると
いう方法である。
多変数線形２次制御装置（LQ）の制御（セパレータの
速度及び原料供給流量）は内部状態との関連において２
次コスト評価関数をできるだけ小さくするように行われ
る。その構成は下記の２段階を含む： １）オペレータが出力yf及びyrの測定値から内部状態の
利得Ｌを計算する。利得Ｌは準正定符号対称重み付けマ
トリクス（positive semi−definite symmetric weight
ingmatrices）Q1及びR1の選択次第で異なる。
２）２次評価関数 を最小にする利得Ｋを線形制御装置Ｕ＝−Kxから計算す
る。ただし、式（12）においてｘは内部状態のベクト
ル、Ｕは基準値、Q2及びR2は２つの準正定符号対称重み
付けマトリスクである。
各時点において、計算機はセパレータの実測速度を設
定速度の基準値（ｃ）と比較する。
この比較から、これら２つの値の差が得られる。この
差を方程式に代入することにより、差をなくするように
調節された完成品流量設定値を求める。
この式は多様な形を取ることができ、例えば（基準速
度値と実測速度値の差に相当する）エラーと採用すべき
流量（ｂ）とを瞬時比例させる比例積分制御装置（prop
ortional integralrequlator,PI）を表わす方程式（1
3）がある。積分することにより、純粋な比例配分では
解消できない恒常的エラーの原因となる外部要因による
エラー部分を解消することができる。
ut＝ut-1＋Kp（yt-1−yt）＋Kj（yct−yt） ＋Kd（2yt-1−yt−yt-2） （13） ただし、t-1:現時点より１つ手前の制御時点、 t-2:現時点より２つ手前の制御時点、 ut:時点ｔにおける基準値、 ut-1:時点ｔ−１における基準値、 yt:現時点における測定値、 yt-1:現時点より１つ手前の制御時間における
測定値、 ｕは、完成品流量設定値、即ち、設備によって
生産されるべき物質の流量、 ｙは、セパレータの速度である。
制御はコンピュータによって行われるから、制御動作
は瞬時的である。２つの制御動作を分ける時間を制御時
間（controlperiod,tc）と呼び、現時点をｔで表わす。
多変数制御装置を計算機と共に図２に示した。
ブロックIIはその入力が原料供給流量及びセパレータ
速度、出力（測定値）が完成品流量及び過大粒流量であ
る。
ブロックＩは完成品流量の設定値（ｂ）と測定値の
差、及び過大粒流量の設定値（ａ）と測定値の差をなく
するように原料供給流量及びセパレータ速度を計算する
多変数線形２次制御装置を表わす。
過大粒流量設定値（ａ）はユーザーによって与えら
れ、完成品流量設定値（ｂ）は計算機によって与えられ
る（ブロックIII）。
ブロックIIIはセパレータ速度の基準値（ｃ）と実測
値との差に基づいて完成品流量の自動調節設定値（ｂ）
を計算する計算機を表わす。
セパレータ速度の基準値（ｃ）はユーザーによって決
定される。
制御方法を実施する際には下記要素を確定しなければ
ならない： 1.モデルのパラメータ 方程式［（１），（２），（３），（４）］で表わさ
れるシステムのすべての変数、即ち： −原料供給流量ua、 −セパレータの速度us、 −完成品流量yf、及び −過大粒流量yr をリンクさせる関係を明らかにするため、２つの実験が
行われる。第１の実験はセパレータ速度を一定に保ちな
がら原料供給流量を変化させる実験であり、第２の実験
は原料供給流量を一定に保ちながらセパレータ速度を変
化させる実験である。
原料供給流量を変化させる実験の結果を図３に示し
た。グラフ3a,3b,3c,3dは、縦軸にそれぞれ原料供給、
過大粒、完成品の流量（トン／時）及びセパレータ速度
（r.p.m.）をそれぞれ示し、横軸に時間（時）を示して
いる。
セパレータ速度を変化させる実験の結果を図４に示し
た。グラフ4a,4b,4c,4dは、縦軸にそれぞれ原料供給、
過大粒、完成品の流量（トン／時）及びセパレータ速度
（r.p.m.）を示し、横軸に時間（時）を示している。
図３及び４の分析から、完成品及び過大粒の流量に対
する原料供給流量及びセパレータ速度の影響が明らかに
なる。
各出力に対する各入力の影響はモデルの多変数性が重
要であることを示唆している。
２つの実験で得たデータの記録に基づきクラシックな
モデル適合理論を応用することによってモデルのパラメ
ータを求める。次いで上記第１データに基づきパラメー
タをチェックし、その有効性を確認する。
図５は、数学的モデルの適合性を示すグラフである。
破線は設備を利用して記録された実験データを表わし、
実線はモデルから得られる予測値を表わす。グラフ5a及
び5bは原料供給流量を変化させる実験で、横軸に示す時
間（時）に対応する過大粒及び完成品の流量（トン／
時）をそれぞれ縦軸に示す。グラフ5c及び5dはセパレー
タ速度を変化させる実験で、横軸に示す時間（時）に対
応する過大粒及び完成品の流量（トン／時）をそれぞれ
縦軸に示す。上記曲線に関するモデルの方程式は下記の
通り。
（54d/dt＋１）yf＝ua （14） （25d/dt＋１）yf＝−25dus/dt （15） （39d/dt＋１）yf＝8.6ua （16） （21d/dt＋１）yr＝11us （17） 2.多変数制御装置の利得 多変数制御装置はいかなる設備にも対応できる。この
ため上記１で得られた数学的モデルに基づいてユーザー
が内部状態の利得Ｌを計算し、２次評価関数を最小にす
る利得Ｋをも計算する。次いで、制御装置は、シミュレ
ーションによって原料供給流量及びセパレータ速度を調
節して完成品及び過大粒の一定化を図る。利得Ｋの計算
には方程式（11）を、利得Ｌの計算にも同タイプの方程
式をそれぞれ利用する。
評価関数の重み付けは、クラシックな式、即ち： Q1＝BBT （18） Q2＝CTC （19） に従って選択する。
R1及びR2は、非ゼロ対角エレメントが制御装置の設計
パラメータを構成する２つの対角マトリクスである。
多変数制御装置の作用による設定値の維持効果を示す
図６において、グラフ6a,6b,6c,6dは横軸に示す時間
（時）に対応する原料供給、過大粒及び完成品の流量
（トン／時）及びセパレータの速度（r.p.m.）を縦軸に
示す。グラフ6b及び6cにおける太い線は過大粒及び完成
品の設定値を示し、細い線はグラフ6d及び6aに示すセパ
レータ速度及び原料供給流量に関する実測データをそれ
ぞれ示している。
3.計算機のパラメータ 設備に多変数制御装置を組み込んだのち、計算機を評
価するための実験を行う。セパレータ速度のダイナミッ
クレンジに及ぼす影響を観察するため完成品流量設定値
を変化させる。
完成品流量設定値の実験結果を示す図７において、グ
ラフ7a,7bは横軸に示す時間（時）に対する完成品流量
設定値（トン／時）及びセパレータ速度（r.p.m.）をそ
れぞれ縦軸に示す。図7aに示すように、流量設定値を変
化させると、図7bに示すようにセパレータ速度の測定デ
ータが変化する。
図７に示す実験結果に基づき、完成品流量設定値の変
化がセパレータ速度に及ぼす影響を評価することがで
き、これにより計算機のパラメータ、例えば比例積分制
御装置（PI）の比例係数及び積分係数を計算することが
できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B02C 1/00 - 25/00 G05B 13/02

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】原料を供給するための回分装置と、粉砕装
    置と、可変速ダイナミックセパレータと、粉砕装置から
    の粉体をセパレータに搬送するセパレータ供給手段と、
    セパレータから充分に粉砕されないまま放出される過大
    粒を粉砕装置に戻す手段と、完成品を搬送する手段と、
    セパレータからの過大粒を測定する流量計と、セパレー
    タ供給に依存するデータを測定する手段とを主たる構成
    部分とする閉回路乾式粉砕設備の制御方法において、 −セパレータからの過大粒流量の設定値（ａ）と、 −セパレータ供給に依存するデータの自動調節設定値
    （ｂ）と、 −セパレータ速度の基準値（ｃ）と に基づいて制御することと、セパレータからの過大粒流
    量及びセパレータ供給に依存するデータを多変数制御装
    置を利用してセパレータ速度及び原料供給の回分を調節
    することによって同時に制御することと、制御装置によ
    ってセパレータからの過大粒流量及びセパレータ供給に
    依存するデータを設定値（ａ）及び（ｂ）に近い値にそ
    れぞれ維持しながらセパレータ速度を計算機を利用して
    周期的に基準値（ｃ）と比較し；制御装置が過大粒流量
    設定値（ａ）及びセパレータ供給に依存するデータの調
    節設定値（ｂ）を設定したらセパレータの実測速度が基
    準値（ｃ）と一致するように計算機がセパレータ供給に
    依存するデータの設定値（ｂ）を調節することを特徴と
    する制御方法。
  2. 【請求項２】セパレータ供給に依存するデータがセパレ
    ータの供給流量であることを特徴とする請求の範囲第１
    項に記載の制御方法。
  3. 【請求項３】セパレータ供給に依存するデータが完成品
    流量であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の
    制御方法。
  4. 【請求項４】多変数制御装置を、制御変数としての原料
    供給流量及びセパレータ速度、並びに被制御値としての
    過大粒流量及びセパレータ供給依存データの流量の間に
    存在する関係を設定する数学的モデルから構成したこと
    を特徴とする請求の範囲第１項から第３項までのいずれ
    か１項に記載の制御方法。
  5. 【請求項５】前記数学的モデルが下記方程式によって規
    定されることを特徴とする請求項４に記載の制御方法： ただし、 yfは完成品の流量、 yrはセパレータからの過大粒の流量、 uaは原料供給流量、 usはセパレータの速度、 t11,t12,t21及びt22は時間定数、 k11,k12,k21及びk22はプロセス利得である。
  6. 【請求項６】多変数制御装置が線形２次であり、その制
    御がそれを内部状態と関連づける２次コスト評価関数を
    最小にすることを特徴とする請求項５に記載の制御方
    法。
  7. 【請求項７】ボールミルを含む設備への請求項１から６
    までのいずれか１項に記載した方法の利用。
  8. 【請求項８】ペブルミルを含む設備への請求項１から６
    までのいずれか１項に記載した方法の利用。
  9. 【請求項９】圧縮ミルを含む設備への請求項１から６ま
    でのいずれか１項に記載した方法の利用。
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