JPH0243960A - 粉砕機の自動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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丁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７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１粉砕機内の被粉砕物
の滞留埴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汗１！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’
ＪｌｆＪ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
１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９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’！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、生産稜も増
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５Ｓ２室については、出口静圧によ
って１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１］的とする。

ｒ問題点を解決するための手段］ 木、ネ明においては、粉砕機を最′ｉ！１運転するため
に、粉砕機の制御パラメータとして夫々音響特性及び出
口静圧を選択し、第１室の￥Ｆ　５特性と第２室（Ｎ教
室を有する粉砕機においては最後の室〕の出口静圧を別
個に検出し、このｕ　２７特性と出口静子とに別個に設
定した毛み係数を夫々、！Ｔ！算し、各乗算結果を加算
して制御関数を発生させ、この制御関数に基づいて被粉
砕物の供給量を自動的に制御し、また制御関数は通常は
主に第１室の音１特性への重み係数に依存して発生され
るが出口静圧の異常時には出口静圧の脈動振幅及び／又
は脈動周期に応じて出口静圧への重み係数を大きくして
主に出口静圧に依存して発生され、更に音響特性は制御
対象である粉砕機の第１室に隣接して設けたｅ　％検出
手段が検出した音ｆｆ要素から第１室の周囲に到達する
他の音源からの音２ｙ要素を周波数の差及び／又は音圧
の差により選別し差し引くことにより得られる。

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、１０斌を微埴づ
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］ 一股に、粉砕機の第１室内の粉砕媒体は粗大であって、
被粉砕物の滞留値の多少により、小人の音を発生し、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
ように直接値の粉砕機に接近して設けたマイクからの音
’２ｔＷ素で巾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１（圧の強さにより高精度で差引き修正したｆｒ、　
１７１特性を制御パラメータとして用いるので、音１制
御口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目
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７　＋ｊ
ｌ並びに第２室の出口静圧（粉砕機出口静圧）にも異常
が検出されない時には粉砕機入日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。

［実施例コ 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ｌｂ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に比へて
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／
ｈｒ］に対する第１室１ａの粉砕効率の最適範囲ＩＣは
第２室ｌｂ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なうこと
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ｌｂ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ｔｌｌｔ２
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＝ｔ、Ｓ＋ｔ、ＰＬ・・・　（１） ここで、ｔ□＋ｔ２＝１とし１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ｔ□＝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は単純にその音響要素を
当該ミルの音響要素から差し引〈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つ音圧レベ
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へ、
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ｌｂ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「人口」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
圧は成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静圧が低下するこ
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−Ｐ■ｉｎで与えられ、静圧
がＰａ１１１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、又は人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１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［ｍＡｑ］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［ｍＡｑ］の脈！ＩＩＪ現象が大きくなり
、振幅Ｒ［ｏｍＡｑ］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ツプ容量、つまり１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＠Ｒ［ｍＡｑ］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Ｐｍｊ、ｎ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（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ｔｚ＋第２室の出口静圧用重み
係数ｔｚ＋出口静圧Ｐｉの脈動振幅Ｒｉｏ及び脈動周期
Ｔｂｏ、静圧下限値Ｐ　＋＊ｉｎ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れれないので。

重み係数１１と重み係数Ｌ２の割合は経験上夫々０．８
と０．２とする。

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（ステップ１２）。次いで被粉砕物の供給量設定値
をＱ、＋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、般には定格と最大の差の半分か１重
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
（ステップ１４）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（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。Ｑｌが０２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くステップ１
６）。

他の粉砕機、モータ等の他の音源により発生された音の
第１室の周囲の音響要素を検出しくステップ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を検出しくステップ１９）
、所定の下限値Ｐ　ｗｉｎと比較して（ステップ２０）
、出口静圧Ｐｉが下限値Ｐ　ｗｉｎ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．ｔ、＝０．
２に設定し、制御関数Ｘ：ｔ、Ｓ＋ｔ２Ｐｉ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Ｑ工を計算す
る（ステップ２３）。

一方、出ロ静圧Ｐ】≦Ｐ　ｗｉｎ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Ｐ１が当然に脈動していることから、その脈
動振［Ｒｉと脈動同期Ｔｂを検出する。振＠Ｒ１が所定
の設定値Ｒｉｏに対して所定範囲以上か否か（Ｒｉ／Ｒ
ｉｏ≧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し２＝ｔ２ＸＲｉ／Ｒｉｏによ
って新たな重み係数ｔ′２を計算する（ステップ２６）
。即ち、振＄ｇＲｉ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Ｔ
ｂ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１周
期′ｒｂに応じた重み係数に変化させるために重み係数
ｔ’、　＝　ｔ　Ｘ　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ｔ２には０．８という上限値が設けられており１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３ｏ）、第１室の音響特性Ｓに対する新
たな重み係数ｔ′、がｔ′、＝ｔ　−ｔ′２により計算
される（ステップ３１）。重み係数Ｌ′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てか計算
される。

新たな重み係数ｔ′、及びし２から制御係数ＸがＸ＝ｔ
’ｌＳ＋ｔ２Ｐｉ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Ｑ□がＱ、＝ｋＸ
から計算される（ステップ３３）。

但し、に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、ｔｌをｔ、にｔ；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Ｐｊを検出しくステ
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Ｐｊが依然として所定の下限値Ｐ　
ｗｉｎ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＞ＰＩｌｉｎであって出口静圧の制御が不要
な場合には、重み係数ｔ１＝０．８．ｔ２＝０．２の割
合に戻さ九（ステップ３７）、ステップ１２の前へ戻る
。このようにして１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。

第１表 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ｆｔ　［ｋｗｈ／Ｔｏｎｌ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（静圧制置）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１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。

ｃ本発明の効果コ 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、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。

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、ｌｃ・・・ミル人口、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。

【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
口のク ク 第２図 （Ａ） ○ 肪碑磯肉連窟量 （Ｂ） ＜ｌｌ）　、通・君考ψ４峙ｌζターン（ロ）ξル詰す
、イ共＃ｆ鏝し１＼八７−ン「 続 一？ｉ１３ 正 書（方 式） ％式％ 事件の表示 ＋１／ｌ和６３年特許願第１９４３３３号発１ｇＩの名
称 粉砕機の自動制御方法 補止をする者 １１件との関係 住　　所

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉砕機を最適運転するために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、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
   夫々を検出し、該音響特性と該出口静圧とに別個に設定
   した重み係数を夫々乗算し、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ことを特徴とする粉砕機の自動制
   御方法。
2. （２）制御関数が、通常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請求項１に
   記載の粉砕機の自動制御方法。
3. （３）制御対象粉砕機の出口静圧の異常時における処理
   方法が、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処理さ
   れる、請求項１又は２のいずれかに記載の粉砕機の自動
   制御方法。
4. （４）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
   の音源により発生され直接に、及び他物体から反射され
   間接に制御対象粉砕機に到達する音響要素を差し引いた
   ものである、請求項１又は２のいずれかに記載の粉砕機
   の自動制御方法。
5. （５）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ないし
   ４のいずれかに記載の粉砕機の自動制御方法。