JPS61276686A - キルン制御方法 - 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〕 この発明は、キルンを自動制御可能な操作端及びキルン
の状態を自動的に検出する状態検出器を備えた計装制御
設備と、演算機能を存する計算機とを組合わせてキルン
を制御するキルン制御方法に関する。

〔従来の技術〕

この種のキルン制御方法として、従来は、通常状態では
キルンの制御を、自己回帰モデルでとらえられる安定制
御だけで対処し、その制御限界を越えた場合には、計算
機を切り離して計装設備だけを使用して、オペレータの
経験と勘に鱈ってキルンを制御するようにしていたのが
一般的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来のキルン制御方法にあっては、
自己回帰モデルで表現される安定制御領域が限定される
ため、キルンに擾乱が発生して不安定状態が継続するこ
とにより、安定側２ａＴｉＩ域を越えたときには、計装
設備による制御だけで対処するようにしており、しかも
両者の制御は互いに独立性が強く相互の補完性は少なく
、オペレータの経験と勘によって再制御間を遷移させる
ようにしているので、複数台の操作機器を数十台の計装
機器の中から選択し、且つリモートからローカルへ又は
その逆に制御モードを移す等の熟練した繰作が必要にな
る問題点があった。

また、安定制御の範囲を越えたときには、直ちに計装設
備制御に切換えるので、長時間計算機制御を継続する可
能性があるにも拘らず、安全性のみを重視して制御を行
うことになり、省エネルギ、省力等の経済性を犠牲にす
ることがしばしば発生するという問題点もあつた。

そこで、この発明は、上記従来方法の問題点に着目して
なされたものであり、自己回帰モデルを採用した安定制
御の他にファジー的な論理制御を適用した回復制御と擾
乱等による不安定制御を修正する修正制御とを組合わせ
ることにより、キルンをより広範囲な変動の制御と、よ
り一層長時間の制御の安定継続を可能とするキルン制御
方法を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明は、キルンの計装
制御機器を計算機制御装置で制御するキルン制御方法に
おいて、前記キルンの状態を検出する状態検出器の検出
値が所定の限定範囲内である定常状態であるときには、
自己回帰モデルに従ってキルン制御を行う安定制御を実
行し、該安定制御の限定範囲を越える被安定状態となっ
たときに、前記状態検出器の検出値に基づきファジー的
な論理制御を行って前記安定制御に復帰させる回復制御
を実行し、万一前記キルンの擾乱等により前記安定制御
又は回復制御で対処できないときでも、前記計算機制御
装置と計装制御機器との連動状態を維持して計算機制御
装置の外部操作を可能とする修正制御を実行するように
したことを特徴とする。

〔作用〕

この発明の具体的な作用についてセメントキルンを例に
して説明する。すなわち、セメントキルンが正常状態で
操業しているとき即ち外乱の影響が少なく所定計測部位
における計測値の変動が所定の限定範囲内であるときに
は、自己回帰モデルを使用した安定制御を行って、クリ
ンカの燃焼過程を均一化する。

また、セメントキルン内での土手落ち、サスペンション
プリヒータでの詰まり等の異常状態が発生して、前記安
定制御では制御しきれない状態となると、ファジー的な
論理制御を適用した回復制御に自動的に遷移させて異常
状態を解消するように制御を行い、正常状態に戻ると安
定制御に自動的に遷移させる。

さらに、操業レベルの変更、長期的な制御変数のドリフ
ト回復制御では対処不能な擾乱に対しては、例えばＣＲ
Ｔディスプレイに表示するオペレータガイダンス情報に
従った外部操作による修正制御を行う。

そして、各制御態様を自動的に選択してセメントキルン
を最適状態で操業させる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す系統図である。

第１図において、１はサスペンションプリヒータ、２は
ロータリキルン、３はタリン力ターラである。

サスペンションプリヒータ１には、ロータリキルン２の
排ガスが排気ファン４によって吸引供給される多段のサ
イクロン１ａを有し、その上端のサイクロン１ａに粉体
状のセメント原料がベルトコンベヤ等の原料供給装置５
によって供給され、そのセメント原料がキルン排ガスと
熱交換されて予熱・予備仮焼される。

ロータリキルン２は、キルン駆動用電動機６によって回
転駆動されると共に、燃料供給機７を介してバーナ８に
供給される燃料の燃焼によってサスペンションプリヒー
タ１から供給される予熱・予備仮焼されたセメント原料
を焼成する。

クリンカクーラ３は、ロータリキルン２で焼成された製
品となる高塩基性化合物の焼塊（クリンカ）が供給され
、これを冷風によって急冷して排出する。このクリンカ
クーラ３で冷風がクリンカと熱交換されて昇温された２
次空気はキルン２と配管９を通じて前記サスペンション
プリヒータ１に供給される。

そして、上記システムにおいては、各部にその状態を検
出する状態検出器が配設されている。

すなわち、原料供給装置５には、セメント原料のサスペ
ンションプリヒータ１への投入量を検出する例えば重量
検出器及びコンベヤ回転数検出器でなる投入量検出器Ｉ
Ｏ及び投入量調節計１）が配設され、サスペンションプ
リヒータｌには、サイクロン原料温度を検出する温度検
出器１２が配設され、ロータリキルン２の入口側にはキ
ルン入口温度を検出するキルン入口側温度検出器１３が
配設されている。

また、ロータリキルン２のキルン駆動用電動機６にその
駆動電力及び回転数を夫々検出するキルン電力検出器１
４及びキルン回転数検出器１５とキルン駆動用電動機６
の回転数を制御する回転数調節計１５ａとが配設されて
いる。

さらに、バーナ８に供給する燃料の供給量が流量検出器
１６で検出されると共に、流量調節機１７の開度が流量
調節計１８によって制御され、且つバーナ８の燃焼位置
における焼点温度が温度検出器１９で検出される。

またさらに、クリンカクーラ３の室内圧力が圧力検出器
２０によって検出される。

そして、上記各状態検出器からの検出信号が計算機制御
装置２１に供給されており、この計算機制御装置２１に
は、キーボード２２を有するＣＲＴディスプレイ装置２
３が接続され、この計算機制御装置２１でこれら各検出
器の検出信号に基づき所定の演算を行ってロータリキル
ン２の焼成状態を最適状態に制御する。この場合の被制
御変数としては、例えばサスペンションプリヒータ１の
サイクロン原料温度、キルン入口ガス温度、焼点温度、
キルン電力、クリンカクーラ１室圧力があり、操作変数
としては、例えばキルン回転数、キルン燃料供給量、キ
ルン原料投入量がある。

ここで、計算機制御装置２１は、各検出器からの検出信
号を監視し、例えば原料組成成分、キルン入口原料温度
、キルン内化学反応等の変動に対し、クリンカの焼成過
程を均一化するものであり、各検出器からの検出信号が
予め設定した所定範囲内にあるときには、ロータリキル
ンプロセスを統計的ダイナミックシステムとしてとらえ
、統計的特性を把握し、これによってロータリキルン２
の状態を決定する因果関係の仕組みを定量的にとらえて
表現した自己回帰モデルに従って安定制御を実行する。

自己回帰モデルは次式の形式で表現することができる。

ここで、Ｘ　（ｋ）は定常時系列、Ａ（ｉ）はＩＸＩＩ
（Ｄ係数行列、Ｂ　（ｉ）はｌｘｍの係数行列、Ｍは自
己回帰モデルの次数、Ｗ　（ｋ）は平均Ｏで共分散行列
Σを持つようなに次元のホワイトノイズである。

そして、上記（１）式を状態空間表現に変換し、二次評
価関数を最小にする最適制御出力Ｕ　（ｋ）を次式に基
づき算出する。

Ｕ（’ｋ）　＝Ｕ（ｋ−１）　　＋ΔＵ　（ｋ）　　　
・・・・・・・・・・・・（３）ここで、Ｇは最適制御
ゲイン、Δは時間差分である。

この（２）式の静的制御ゲインＧは、二次評価関数の荷
重行列を調整してシミュレーションにより、被制御・操
作変数の変動幅が許容範囲に入るように定める。

ところで、上記のような安定制御中でもキルン内の原料
組成の変動、焼成度合、コーチング、回転速度、焼点温
度等々の変動によって安定制御の目標とすべき値の運転
水準値が移動することがある。このキルン状態の安定運
転中における状態変化（ドリフト）に対しては運転水準
値を変更して安定制御を維持するように安定状態修正制
御を行う。

ここで、運転水準値の変更とは、前記被制御変数及び操
作変数あ目標値が一定でも、制御偏差が大きくなったま
ま安定状態を維持する場合があるので、このときの目標
値を水準値と呼び、その水準値の前回値との差を減少す
るように操作して継続的な安定を保持することをいう。

すなわち、定常時系列Ｘ　（ｋ）としたときに、運転水
準値を又とすると、その誤差ｅ　（ｋ）は、ｅ　（ｋ）
　＝　Ｘ　（ｋ）　−ｘ　　　　”−・（４１で表され
る。

とおいて、Ｓが運転上許容できる値εの範囲内か否かを
判断し、Ｓ〉εとなったときに、セメントキルンオペレ
ータの判断で水準値の変更を行う。

このとき、従前の運転状態を維持したいときには、被制
御変数の水準値変更を行って、Ｓ＝Ｏになるように制御
を行う。ここで、Ｓの値は、一定時間Ｔの間監視するこ
とによって判断する。

一方、従前の運転状態を変更することが望ましいとオペ
レータが判断したときには、操作変数の水準値変更及び
被制御変数の水準値変更の双方を同時に行い、その後一
定時間の間状況を監視して水準値変更の結果を監視する
。

そして、以上の安定制御によっては、キルンの状態を安
定化しきれないときには、回復制御を実行する。

この回復制御は、ロータリキルンの状態変化を端的に表
すキルン電力変化を監視し、安定制御では対処できない
擾乱発生の大きさを判断し、擾乱対策を行い、このとき
のキルン電力の変化率を監視し、平常時の変化率を越え
る電力変化を検出したときにキルン内部のコーチング落
下と判断しその急激な電力上昇の大きさによってそのコ
ーチング落下の大きさを判定し、キルン内のコーチング
の移動速度を考慮してその大きさに応じた制御を行う。

この場合、コーチング落下によってキルン内の状態は変
化するが、その落下規模、落下位置によって変化の状態
を明確に区別することは困難であり、このため５、キル
ン内の状態変化をファジー（Ｆｕｚｚｙ）的挙動として
とらえ、ファジー的論理制御を行う。

すなわち、コーチング落下が発生すると、キルン電力は
、第２図（ａ）に示す如く、急激な上昇変化を生じた後
徐々に降下する。このとき、キルン焼点温度も時間の経
過につれて徐々に低下するが、クリンカクーラ３の１室
圧力は、第２図山）に示す如く、時間の経過と共に、逆
に上昇に向かい落下したコーチングの通過後に元の状態
に復帰するようなファジー的な現象が生じる。

コレラファジー的論理判定することにより、現象に見合
う適切な操作制御でロータリキルン２の定常状態への回
復を早める制御を行うことが・できる。

具体的には、キルン電力の変化を監視し、その単位時間
当たりの変化量ΔＷが所定設定値ＷＳ以上であるか否か
を判定し、その判定結果がΔＷくＷＳであるときには、
正常状態と判定して前記安定制御を継続し、Δｗ１）：
ｗｓであるときには、小擾乱発生と判定して直ちに安定
制御から回復制御に移行する。

この回復制御は、キルン燃料を予め設定した所定設定量
Ｆだけ増加させる制御を行う。

この状態で、キルン電力が平定し、且つクリンカクーラ
３の１室風圧が上昇し、ピーク点Ｐを過ぎた後に定常状
態の風圧レベルａに所定圧力ΔＰを加算した許容範囲内
に復帰したときには、擾乱回復と判定する。

このように擾乱回復と判定すると、キルン制御系を安定
状態に復元するために、キルン燃料を前記所定設定量Ｆ
だけ減少させ、キルン燃料が定常状態の設定値に復帰し
た時点で回復制御から安定制御に自動的に遷移させる。

なお、コーチング落下が大きい大擾乱であり、キルン燃
料の制御では対処できないときには、キルン回転速度の
減速、キルン投入原料の減少等の制御を付加し、キルン
電力、焼点温度、クリンカクーラ３の１室圧力のファジ
ー的な回復判定を待って操作量を原状前に復帰させる回
復制御を行う。

また、前記回復制御又は定常状態修正制御では、安定制
御への復帰が困難な状態であるときには、修正制御に移
行する。

この修正制御は、回復制御又は定常状態修正制御では対
処不可能な大擾乱等が発生したときに、計算機制御装置
から当該事象に対応したガイダンス情報をキーボード２
２を有するＣＲＴディスプレイ２３に送出してその表示
画面に表示し、オペレータに外部操作を要求し、オペレ
ータが表示されたガイダンス情報に基づいてキーボード
２２を操作して、キルン計算機制御装置２１に操作指示
情報を入力し、ロータリキルン２を定値制御する。

この定価制御により、キルンの状態が安定したときには
、自動的に制御モードの遷移図に従って安定制御に移行
する。

このように、修正制御は、従来例のように計算機制御を
切り離して計装機器だけでオペレータが判断して手動操
作するのではなく、修正制御プログラムとして計算機を
利用するようにしているので、計装制御設備のリモート
、オート、マニュアル操作の切換えを意識する必要がな
く、最適なキルン制御を行うことができる。

以上の安定制御、安定状態修正制御、回復制御及び修正
制御を選択するための具体的処理手順を第３図に示す。

まず、ステップ■でキルンが定常状態以外の非定常状態
であるか否かを判定し、定常状態であるときには、ステ
ップ■に移行して、前記自己回帰モデルに従った安定制
御を行う。

また、ステップ■の判定結果が非定常状態であるときに
は、ステップ■に移行して、キルン入口原料温度、クリ
ンカクーラ１室圧力等の外乱パターンに応じて操作変数
を変更する回復制御を実行してからステップ■に移行し
て一定時間ＴＩだけキルン状態を監視する。

次いで、ステップ■に移行して、制御変数が水準値未満
であるか否かを判定する。ここで、制御変数が水準値未
満であるときには、ステップ■に移行して、操作変数の
回復動作を行い、次いでステップ■に移行して、定常状
態であるか否かを判定する。このステップ■の判定結果
が非定常状態であるときには、所定時間Ｔ！経過するま
で待機してからステップ■に戻り、上記のステップを繰
り返してステップ■に移行し、定常状態であるときには
、ステップ■に移行して安定制御に遷移する。

また、ステップ■の判定結果が、制御変数が水準値以上
であるときには、ステップ■に移行して、この状態が２
回継続したか否かを判定し、１回目であるときには、ス
テップ■に戻り、２回目であるときには、ステップ■に
移行して、前記ＣＲＴディスプレイによる対話形式の修
正制御を実行する。

この修正制御の結果、キルンが設定値の変更を必要とし
ない定常状態となると、制御モードの遷移図に従って安
定制御に移行する。

なお、上記実施例においては、セメントキルンについて
被制御変数としてサイクロン原料温度。

キルン入口ガス温度、焼点温度、キルン電力、クリンカ
クーラ１室圧力を、操作変数としてキルン回転数、キル
ン燃料供給量、キルン原料投入量を夫々設定した場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、ロ
ータリキルン２の制御態様に応じても、また一般のキル
ンについても種々の被制御変数及び操作変数を適用する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、キルンの状態
に応じて自己回帰モデルに従った安定制御、安定制御で
は対処できない擾乱等が発生したときにファジー的論理
制御を行う回復制御、及び万−安定制御又は回復制御で
は対処できない大擾乱等が発生したときにＣＲＴディス
プレイを使用した対話形式で定値制御を行う修正制御を
、キルンの状態変化に対応して選択するようにしたので
、長時間の計算機制御を行うことが可能となり、キルン
の運転の重要な指標の一つであるフリーライム（Ｆ−Ｃ
ａＯ）を一定パーセント以下に保持することができ、ク
リンカ品質の均一性を向上させることができる。その結
果として、燃料原単位を減少させる。また、長期間の安
定継続は、結果的にキルンの耐火レンガの寿命を伸ばし
、年間生産量の増大をもたらす等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す系統図、第２図はこ
の発明の回復制御の説明に供する信号波形図、第３図は
各制御モードの選択手順の一例を示す流れ図である。 図中、１はサスペンシリンプリヒータ、２はロータリキ
ルン、３はクリンカクーラ、５は原料供給装置、６はキ
ルン駆動用電動機、８はバーナ、１０は投入量検出器、
１）は投入量調節計、１４はキルン電力検出器、１５は
キルン回転数検出器、１５ａはキルン回転数調節計、１
６は流量検出器、１７は流量調節機、２０は圧力検出器
、２１は計算機制御装置、２２はキーボード、２３はＣ
ＲＴディスプレイ装置である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）キルンの計装制御機器を計算機制御装置で制御す
   るキルン制御方法において、前記キルンの状態を検出す
   る状態検出器の検出値が所定の限定範囲内である定常状
   態であるときには、自己回帰モデルに従ってキルン制御
   を行う安定制御を実行し、該安定制御の限定範囲を越え
   る被安定状態となったときに、前記状態検出器の検出値
   に基づきファジー的な論理制御を行って前記安定制御に
   復帰させる回復制御を実行し、前記キルンの擾乱等によ
   り前記安定制御又は回復制御で対処できないときに、前
   記計算機制御装置と計装制御機器との連動状態を維持し
   て計算機制御装置の外部操作を可能とする修正制御を実
   行するようにしたことを特徴とするキルン制御方法。
2. （２）前記修正制御は、自己回帰モデルによる安定制御
   状態での制御偏差を水準値変更処理によって補正する定
   常状態修正制御を含んでいる特許請求の範囲第１項記載
   のキルン制御方法。