JPS62168557A - 閉回路チユ−ブミルの粉砕制御方法 - 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、閉回路粉砕系の制御方法、さらに言えばセメ
ント工業において用いられる閉回路チューブミルの制御
方法に関するものである。

［従来の技術］ 第７図は、代表的な閉回路チューブミルの概略図である
。原料供給装置ｌにより供給される被粉砕原料は、エア
セパレータ４で分級された粒径の大きな被粉砕物（戻粉
）といっしょになり、ミル２に送入される。ミル２から
排出された被粉砕物は、バケットエレベータ３によって
エアセパレータ４に運ばれ、そこで系外に取り出される
精粉とふたたびミル２内に送入される粗粉（戻粉）とに
分級される。このような閉回路粉砕系の制御に用いられ
る被制御変数としては、バケットエレベータ３の消費電
力、戻粉量、サーキュレーティングロード（＝戻粉量／
被粉砕原料供給量）、ミル２の発生する振動や音響など
が用いられている。

従来の制御方法は、これらの変数のどれかを単独である
いは組み合わせて、そこから得られる信号を一定にする
よう被粉砕原料供給量を制御する定値制御であった。ま
た、ミル２内への散水は、供給セメントクリンカの温度
上昇などにより精粉温度が高くなるような場合に行われ
るが、この散水量の制御は、製品であるセメントの品質
を規定値内で管理する目的で、自動あるいは手動によっ
て前述の被粉砕原料供給量の制御とは別ループで行われ
ている。

被制御変数の設定値変更については、以下のような方法
がとられている。

供給被粉砕原料の被粉砕性や温度などの外乱により、粉
砕状態は常に変化しており、それに従って最適設定値も
ある値へと変っていく。このような外乱は自動運転中に
随意に発生し、ミルオペレータによって人為的に設定値
を変更しないかぎりミルは最適な条件から離れたところ
で運転されることになる。したがって、最適な条件で運
転を行うために、ミルのオペレータが個々の経験と感覚
により設定値を変更しているのが一般的である。そこで
、自動的な設定値の変更方法として、最適値探索による
方法が従来性われてきた。これは、ミルの粉砕効率とミ
ル負荷との間に第８図のような関係があることを利用し
ている。現在のミルの状態が第８図の点Ａの状態にある
とすると、設定値はこの方法により以下に示すように変
更される。

まず被粉砕物の輸送装置、たとえば、バケットエレベー
タなどの消費電力を被制御変数とし、この設定値を任意
に一定時間毎に増加さ・せることとする。これによって
、設定値変更前後の、たとえば、精粉量の出力信号の一
定時間内の積算値が、変更前の積算値よりも増大したな
らば、さらにその設定値を増大せしめる。そして同様の
比較をする。これを数回繰り返したある時点で第８図の
点Ｂの右側に状態が移動し、設定値変更後の積算値が変
更前の積算値より減少する点を確認することになる。最
後の設定値変更の直前の設定値が最適設定値、この場合
ならば精粉量を最大にする設定値となり、その値に自動
的に設定される。

［発明が解決しようとする問題点］ 先に述べたバケットエレベータ消費電力、戻粉量、サー
キュレーティングロード、振動、音響の中で、応答性や
制御性の面で優れた特性を持つ被制御変数は、振動であ
ると言える。したがって、これまで多く用いられてきた
バケットエレベータ消費電力から振動やあるいは音響へ
と、被制御変数が移行する傾向が見られる。この被制御
変数としての振動は、ミルが２室にわかれている場合、
１室での粗粉砕状態を表わしている。１室のチャージ量
が多くなれば振動は小さくなり、チャージ量が少なくな
れば振動は大きくなる。

粉砕効率や制御性から言えば、振動を被制御変数とし被
粉砕原料供給量を操作変数とする制御方法では、１室の
粗粉砕領域の制御しか行えず、２室での微粉砕領域には
制御が及ばない。そのため、供給被粉砕原料の粉砕性な
どの変化によって２室の微粉砕状態に外乱が生じた場合
、その影響がまずエアセパレータへとおよび、精粉粒度
のバラツキ、分級効率の変動を引き起こし、さらには戻
粉を通して１室の粗粉砕能力まで左右されることとなる
。したがって、多室ミル、特に２室ミルにおいて振動の
定値制御を行う場合、２室の変動、すなわち微粉砕性の
変動に対して何らかの対策を講じなければならない。そ
の対策の１つとして、振動とバケットエレベータ消費電
力の、ある加重平均を振動のかわりに被制御変数とする
方法がある。バケットエレベータ消費電力は、ミルを通
過する被粉砕物の量を反映しており、ミル内の通風に乗
ってバケットエレベータへ直接運ばれる場合も含め、ミ
ル全体の粉砕状態′を表わすと言える。振動とこのバケ
ットエレベータ消費電力との組合わせからできる１つの
変数は、２室の粉砕状態を、ある程度表わした被制御変
数と言えないことはないが、振動とバケットエレベータ
消費電力が、応答性の面ではかなりの違いがあるものの
、同じような動きを示す変数であること、これらを加重
平均することによって、変数の数が２から１に減り、情
報量が減少することの理由で好ましくない。

以上のように、従来の制御方法の持つ第１の問題点は、
振動やバケットエレベータ消費電力、あるいはそれらの
組合わせによる変数の１被制御変数と、被粉砕原料供給
量の１操作変数の１人力ｌ出力制御系では、粉砕系から
得られる情報が１室だけの、あるいは粉砕系全体として
の粉砕状態に関するものであって、１室と２室の粉砕状
態をそれぞれ１つの情報として、制御系に取り入れるこ
とができないことである。

２番目の問題点は、温度〜散水量の制御ループと上述の
振動〜被粉砕原料供給量の制御ループとが、それぞれ独
立した単独ループである点にある。散水量は、ミル出口
の被粉砕物温度を一定にするように制御されるが、散水
量の増減によって被粉砕物温度が変化するのと同様に、
第１０図に示すように、被粉砕原料供給量の増減によっ
ても被粉砕物温度が変化する。すなわち、散水量も被粉
砕原料供給量も、ともにミル出口被粉砕物温度を一定に
する操作変数たりうる６また、散水は、その量を増やす
と戻粉量が減少するといった粉砕性の向上をもたらす助
剤効果を持ち、ミルの粉砕能力に大きく係わっているこ
とや、サーキュレーティングロードが小さいときには、
第１１図のように、被粉砕原料供給量の制御系の被制御
変数である振動が散水によっても変化する傾向が、我々
の実験で確認されている。さらに、被粉砕原料供給量と
散水量が一定の場合、振動と被粉砕物温度との間には、
第１２図（Ａ）のように振動が増大すると、被粉砕物温
度は第１２図（Ｂ）のように上昇する。一方、第１３図
（Ａ）のように被粉砕物温度が増大すると、振動は第１
３図（Ｂ）のように上昇するといった傾向も確認されて
いる。

このように、前述の２つの制御系のそれぞれの操作変数
（被粉砕原料供給量、散水量）は、他方の制御系の被制
御変数（振動、被粉砕物温度）と密接な関係を持ってお
り、従来の制御方法では、これらの変数相互間の影響を
全く無視することになる。

３番目の問題点は、被制御変数の設定値変更方法にある
。まず、オペレータの手動操作による設定値変更では、
オペレータ個人個人の差が現われ、オペレータが経験不
足の場合、最適条件が保たれるよう設定値変更がなされ
ているとは言い難い。一方、自動的に設定値変更がなさ
れる最適値探索による方法は、粉砕系の持つ時定数が小
さい場合には有効であるが、閉回路チューブミルのよう
な時定数が大きく応答が遅い場合には次のような欠点が
ある。

粉砕系の持つ時定数が大きいために積算時間をあまり小
さくすることができず、設定値変更前後の差を検出する
ためには、ある程度積算時間を大きくとる必要がある。

このように積算時間を大きくすれば、短い周期で外乱が
発生し、急激に最適設定値が変化した場合、その値への
追従が遅くむだ時間が伴い好ましくない。

［問題点を解決するための手段］ 先に、従来の制御方法の第１の問題点は２室の粉砕状態
を考慮できず、粉砕状態を表わす情報が少ないことであ
ると述べたが、我々の実機ミルに関する調査の結果、ミ
ル出口被粉砕物温度が高い時には、２室の微粉砕性が低
下し戻粉量が多くなり、逆にミル出口被粉砕物温度が低
い時には、２室の微粉砕性が向上し戻粉量が減ると言う
現象などにより、ミル出口の被粉砕物温度が微粉砕状態
、すなわち、２室の良好な粉砕状態を表わしていること
が判明した。したがって、制御系の被制御変数としては
、１室での粗粉砕状態を表わす変数である振動と、２室
での微粉砕状態を表わす変数であるミル出口被粉砕物温
度の２変数がもっとも優れており、これに、散水量、原
料供給量という２つの操作変数を組み合せて、制御方法
を多入力多出力の多変数制御とすることが望ましい。

振動とミル出口被粉砕物温度を、多変数制御系における
被制御変数として用いるならば、操作変数としてはそれ
ぞれの被制御変数の操作変数であった被粉砕原料供給量
と散水量の２つが考えられる。この時、散水量は製品の
品質管理にのみ寄与するのではなく、先に述べた２室で
の微粉砕性を反映する、ミル出口被粉砕物温度と密接に
関係しているため、粉砕制御系に対しても大きく寄与す
ることとなる。これらの４変数によって多変数制御を行
えば、従来の制御系における２つの制御ループは１つに
統合され、変数相互間の影響を考慮した制御を行うこと
が可能となるので、前述の２番目の問題点も解決する。

さらに本発明の場合、被制御変数の１つである振動の設
定値変更は、上述の制御ループ（２次制御ループ）の外
に置かれたバケットエレベータなどの輸送装置の消費電
力や戻粉量、あるいはサーキュレーティングロードなど
を被制御変数とする、もう１つの制御ループ（１次制御
ループ）に基づいて行われる。これは、振動を２次制御
ループの被制御変数、あるいは被制御変数の１つとする
粉砕制御系では、前記輸送装置の消費電力や戻粉量、あ
るいはサーキュ１／−ティングロードなどをパラメータ
とした場合、被制御変数の１つである振動の設定値と粉
砕状態との間に第９図のような関係があることが判明し
たからである。たとえば、サーキュレーティングロード
（ＣＬ）をパラメータにした、振動の設定値と粉砕状態
との関係を表わしている第９図から明らかなように、点
Ｃにおいて最適粉砕状態で運転されていたミルに、なん
らかの外乱が生じてサーキュレーティングロードが小さ
くなった場合、設定値を小さくすれば、点りにおいて最
適粉砕状態を維持することができる。また、逆にサーキ
ュレーティングロードが大きくなった場合には、設定値
を大きくしてやれば点Ｅにおいて最適粉砕状態を維持す
ることができることになる。したがって、自動最適値探
索では不可能であった短周期の最適設定値の変動に対し
ても対応がとれるようになった。

したがって、本発明では、これらの４変数を多変数制御
系に組入れ、被粉砕原料供給量と散水量を、それぞれ振
動と被粉砕物温度に対する操作変数として総合的に制御
を行い、かつ、振動の設定値を、輸送装置の消費電力の
信号、または戻粉量の信号、あるいはサーキュレーティ
ングロードの信号と、この信号の予め定められている設
定値からの偏差が正ならば下げ、偏差が負ならば上げる
ように変更可能にした。

［作用］ したがって、ミル操業時において、刻々、ミル入口軸受
メタルに取付けられた振動計による信号と、ミル出口の
被粉砕物温度計からの信号と、原料供給系輸送機に設置
される計量機からの信号、ならびに散水用流量計からの
信号の、４つの情報をもとに、その時点における適正な
被粉砕原料供給量と散水量を、予め与えられている計算
式により算出し、原料供給量装置と散水流量調節弁に指
令をだすという動作が、繰返えされる。この時、振動の
設定値は、粉砕状態を最適に維持するために、バケット
エレベータに取付けられた電力計からの信号や、戻粉輸
送系に設置される計量機からの信号、あるいは戻粉と被
粉砕原料供給量から計算されるサーキュレーティングロ
ードの信号をもとに計算される最適値へと、ミル固有の
時定数（原料平均滞留時間）から決定される周期で変更
される。

［実施例１ 本発明による制御方法をセメントタリンカ粉砕に適用し
た場合を第１図に示して、その詳細を述べる。

被粉砕原料であるセメントクリンカおよび石膏は、原料
供給装置１によってミル２に送入される。ミル２から排
出された被粉砕物はバケットエレベータ３で、エアセパ
レータ４に運ばれる。このエアセパレータ４において、
所定の粒度より小さい精粉とそれ以外の粗粉とに分級さ
れ、精粉は経路５より粉砕系外に製品として取り出され
る。

一方、粗粉は経路６を経てミル２に戻され、再粉砕され
る。このような粉砕系において、本発明である制御方法
を実施するために、ミル入口軸受メタル７には振動計８
が、ミル２出口には温度計９が、原料供給装置１には計
量装置１０が、散水装置１１には流量計１２が、さらに
ミル２から排出された被粉砕物をエアセパレータに輸送
する装置には電力計１３が、それぞれ設置されている。

ミル入口軸受メタル７に取付けられた振動計８によって
検出された信号は、フィルタ１４を通り、不必要な周波
数成分が除去され、コントローラ１５に送られる。同様
に、温度計９からの信号と、計量装置１０からの信号と
、流量計１２から検出された散水量の信号も、それぞれ
フィルタ１６．１７．１８を通って、コントローラ１５
に送られる。これら４変数をもとに被粉砕原料供給量と
散水量の操作量がコントローラ１５内の２次制御ループ
操作量演算部２５において計算され、この操作量に従っ
て原料供給装置１と散水量調節弁１９が制御される。以
」二は２次制御ループの実施例である。

１次制御ループは次のように構成される。

電力計１３からの信号はフィルタ２０を通ったあとコン
トローラ２１に送られ、ここで２次制御ループの被制御
変数である振動の設定値の変更量が算出される。算出方
法としては以下の４つの実施例がある。

（ａ）第２図に示すように、電力計１３からの信号と、
予め定められているその設定値との偏差に基づいて、偏
差が正であれば振動の設定値を下げ、逆に偏差が負であ
れば振動の設定値を」−げるように、設定値操作量演算
部２２で操作量が計算され、コントローラ１５へと伝え
られる。

（ｂ）上の（ｂ）とほぼ同様であるが、第３図に示すよ
うに、電力計１３からの信号と、予め定められているそ
の設定値との偏差に対し、設定値変更範囲設定部２３に
おいである範囲が決められており、この範囲から外れた
場合にのみ、この設定範囲の上限あるいは下限からの偏
差に基づいて、偏差が正であれば振動の設定値を下げ、
逆に負であれば振動の設定値を上げるように、設定値操
作量演算部２２で操作量が計算され、コントローラ１５
へと伝えられる。

（ｃ）上記（ａ）　、　（ｂ）は連続時間系であるが、
第４図に示すように、コントローラ２１の前に区間平均
値演算部２４があり、これにより算出される一定期間の
平均値と電力計１３からの信号のあらかじめ定められて
る設定値との偏差に基づいて、偏差が正であれば振動の
設定値を下げ、逆に偏差が負であれば振動の設定値を上
げるように、離散時間系において設定値操作量演算部２
２で操作量が計算され、コントローラ１５へと伝えられ
る。

（ｄ）上記の（ｃ）とほぼ同様であるが、第５図に示す
ように、電力計１３からの信号とあらかじめ定められて
いるその設定値との偏差に対し、設定値変更範囲設定部
２３においである範囲が決められており、その範囲から
外れた場合にのみ、設定範囲の上限あるいは下限からの
偏差に基づいて、偏差が正であれば振動の設定値を下げ
、逆に負であれば振動の設定値を上げるように、離散時
間系において設定値操作量演算部２２で操作量が計算さ
れ、コントローラ１５へと伝えられる。

本発明の制御系演算部を、コントローラ１５゜２１を中
心に第１図から取り出して記述したものが第６図である
。コントローラ１５には振動計８、温度計９．計量装置
ｌＯ９流量計１２によつて検出された信号が、コントロ
ーラ２１には電力計１３によって検出された信号が、そ
れぞれフィルタ１４．１６．１７，１８．２０を通り、
送られてくる。１次制御ループのコントローラ２１にお
いて」二連の（ａ）〜（ｄ）の方法で計算された操作量
は、コントローラ１５内１次制御ループＯＮ・ＯＦＦス
イッチ２７を通り、２次制御ループの振動の設定値を変
更している。

なお、上記電力計１３の代わりに、経路６に流量計を取
付け、ここから得られる信号、あるいはこの信号とさら
に被粉砕原料供給量、の信号から得られるサーキュレー
ティングロードの信号を採用しても、全く同じように制
御することができる。

［発明の効果１ 本発明による制御方法は、次の特長を有する。

（ａ）１室の粉砕状態を反映するミルから発生する振動
と、２室の粉砕状態を反映するミル出口被粉砕物温度を
それぞれ１つの被制御変数として、多変数制御系に取り
入れることによって、ミル内の粗粉砕俳微粉砕状態を一
定に維持することができる。

（ｂ）被粉砕原料供給量、散水量、振動、ミル出口被粉
砕物温度の４変数は、相互に影響を及ぼし合うが、多変
数制御系であるため、それらの影響を考慮した制御を行
うことができる。

（ｃ）上記（ａ）　、　（ｂ）の理由により、非常に安
定した制御系を得ることができる。たとえばエアセパレ
ータ回転数の変更などによる精粉粒度の調整が不必要と
なるほどに、精粉粒度の変動は小さくなる。

（ｄ）短周期の最適設定値の変動にも追従することがで
きる。したがって本制御の実施により、粉砕系全体の安
定化や粉砕状態の最適化を図り、省電力化、省力化を推
進することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御方法の１実施例を示す説明図
、第２図、第３図、第４図、第５図は設定値変更の実施
例を示す説明図、第６図は制御系演算部を示す説明図、
第７図は従来の一般的な閉回路チューブミル粉砕系を表
わす概略系統図、第８図はミル負荷と粉砕効率との関係
の説明図、第９図はサーキュレーティングロードをパラ
メータとし被制御変数の設定値と最適設定値との関係を
表わす説明図、第１０図、第１１図、第１２図、第１３
図は被制御変数や操作変数間の関係を経時変化によって
表わす説明図である。 １・・・原料供給装置、　　　２・・・ミル、３・・・
バケットエレベータ、４・・・エアセパレータ、５・・
・経路（精粉）、　　　６・・・経路（戻粉）、７・・
・ミル入口軸メタル、　８・・・振動計、９・・・温度
計、　　　　　　１０・・・計量装置、１１・・・散水
装置、　　　　１２・・・流量計、１３・・・電力計、
　　　　　１４・・・フィルタ、１５・・・コントロー
ラ、　　　１６・・・フィルタ、１７・・・フィルタ、
　　　　　１８・・・フィルタ、１９・・・流量ｉｇｉ
＊弁、　　　２０・・・フィルタ、２１・・・コントロ
ーラ、 ２２・・・設定値操作量演算部、 ２３・・・設定値変更範囲設定部、 ２４・・・区間平均値演算部、 ２５・・・２次制御ループ操作量演算部、２６・・・制
御系演算部、 ２７・・・１次制御ループＯＮ・ＯＦＦスイッチ。 特許出願人　　宇部興産株式会社 第７図 第８図 第９図 ２良１１岬変数（Ｈ力）の言ン定４ Ｗ翰φ−遡敏　　　鴨奴 縫〈−曖響　　　！！喚

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料供給装置によって被粉砕物原料をミルに供給
   して粉砕し、粉砕された被粉砕物をバケットエレベータ
   などの輸送装置によりエアセパレータに移送し、このエ
   アセパレータにおいて、粉砕系外に取り出される所定の
   粒度の精粉と、ふたたびミル内に送入される粗粉（戻粉
   ）とに分級し、粗粉をミルに戻して再粉砕する閉回路粉
   砕系において、ミルから発生する振動と、ミルから排出
   される被粉砕物の温度の２変数を被制御変数とし、かつ
   、被粉砕原料供給量と、ミル内への散水量の２変数を操
   作変数とし、前記被粉砕物温度が上昇するとすこし遅れ
   て前記振動が増大し、逆に振動が増大すると被粉砕物温
   度がすこし遅れて上昇するといった、被粉砕物温度と振
   動の間の影響を考慮して、前記振動と被粉砕物温度から
   なる被制御変数が増加したとき、前記被粉砕原料供給量
   とミル内散水量からなる操作変数を増大させて、前記被
   制御変数を減少せしめるような方法により、前記の４つ
   の変数を多変数制御系に組入れ、被粉砕原料供給量と散
   水量を、それぞれ振動と被粉砕物温度に対する操作変数
   として総合的に制御を行い、かつ前記被制御変数の１つ
   である振動の設定値を、前記バケットエレベータなどの
   輸送装置の消費電力の信号とこの信号の予め定められて
   いる設定値からの偏差が正ならば下げ、偏差が負ならば
   上げるように変更することを特徴とする閉回路チューブ
   ミルの粉砕制御方法。
2. （２）原料供給装置によって被粉砕物原料をミルに供給
   して粉砕し、粉砕された被粉砕物をバケットエレベータ
   などの輸送装置によりエアセパレータに移送し、このエ
   アセパレータにおいて、粉砕系外に取り出される所定の
   粒度の精粉と、ふたたびミル内に送入される粗粉（戻粉
   ）とに分級し、粗粉をミルに戻して再粉砕する閉回路粉
   砕系において、ミルから発生する振動と、ミルから排出
   される被粉砕物の温度の２変数を被制御変数とし、かつ
   、被粉砕原料供給量と、ミル内への散水量の２変数を操
   作変数とし、前記被粉砕物温度が上昇するとすこし遅れ
   て前記振動が増大し、逆に振動が増大すると被粉砕物温
   度がすこし遅れて上昇するといった、被粉砕物温度と振
   動の間の影響を考慮して、前記振動と被粉砕物温度から
   なる被制御変数が増加したとき、前記被粉砕原料供給量
   とミル内散水量からなる操作変数を増大させて、前記被
   制御変数を減少せしめるような方法により、前記の４つ
   の変数を多変数制御系に組入れ、被粉砕原料供給量と散
   水量を、それぞれ振動と被粉砕物温度に対する操作変数
   として総合的に制御を行い、前記被制御変数の１つであ
   る振動の設定値を、前記戻粉量の信号とこの信号の予め
   定められている設定値からの偏差が正ならば下げ、偏差
   が負ならば上げるように変更することを特徴とする閉回
   路チューブミルの粉砕制御方法。
3. （３）原料供給装置によって被粉砕物原料をミルに供給
   して粉砕し、粉砕された被粉砕物をバケットエレベータ
   などの輸送装置によりエアセパレータに移送し、このエ
   アセパレータにおいて、粉砕系外に取り出される所定の
   粒度の精粉と、ふたたびミル内に送入される粗粉（戻粉
   ）とに分級し、粗粉をミルに戻して再粉砕する閉回路粉
   砕系において、ミルから発生する振動と、ミルから排出
   される被粉砕物の温度の２変数を被制御変数とし、かつ
   、被粉砕原料供給量と、ミル内への散水量の２変数を操
   作変数とし、前記被粉砕物温度が上昇するとすこし遅れ
   て前記振動が増大し、逆に振動が増大すると被粉砕物温
   度がすこし遅れて上昇するといった、被粉砕物温度と振
   動の間の影響を考慮して、前記振動と被粉砕物温度から
   なる被制御変数が増加したとき、前記被粉砕原料供給量
   とミル内散水量からなる操作変数を増大させて、前記被
   制御変数を減少せしめるような方法により、前記の４つ
   の変数を多変数制御系に組入れ、被粉砕原料供給量と散
   水量を、それぞれ振動と被粉砕物温度に対する操作変数
   として総合的に制御を行い、かつ前記被制御変数の１つ
   である振動の設定値を、サーキュレーティングロードの
   信号とこの信号の予め定められている設定値からの偏差
   が正ならば下げ、偏差が負ならば上げるように変更する
   ことを特徴とする閉回路チューブミルの粉砕制御方法。