KR100283419B1 - 폐회로건식분쇄기의 제어 프로세스 - Google Patents

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빈센트베르브룩
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빈센트 에쎄.아.
슬래그땡 에쎄. 아.
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    • G05B11/01—Automatic controllers electric
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    • B07B11/00—Arrangement of accessories in apparatus for separating solids from solids using gas currents
    • B07B11/04—Control arrangements

Abstract

원료를 공급하기 위한 배치장치(1, 2, 3), 분쇄기(6), 가변속동적분리기(1), 분리기의 공급으로 불리는 분쇄기로부터 배출되는 재료를 분리기에 이송하기 위한 수단, 분리기로부터의 오버사이즈로 불리는 분쇄기로부터 배출되는 불충분하게 분쇄된 재료를 분쇄기로 복귀시키기 위한 수단, 완성제품을 이송하기 위한 수단, 분리기로부터의 오버사이즈용 유동계 및 분리기의 공급에 따른 데이타를 측정하기 위한 수단으로 구성되는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스.

Description

[발명의 명칭]
폐회로건식분쇄기의 제어프로세스
[발명의 주제]
본 발명의 주제는 원료를 공급하기 위한 배치(batching)장치, 분쇄기, 가변속동적 분리기, 분쇄기로부터 배출되는 재료를 분리기로 이송시키기 위한 수단, 불충분하게 분쇄된 거친 재료를 분쇄기로 복귀시키기 위한 수단 및 완성제품을 분리기의 출구로 이송하기 위한 수단으로 구성되는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상기 프로세스의 응용에 관한 것이다.
[기술상태]
본 발명은 폐회로건식분쇄설비와 관련된 것으로, 특히 세멘트의 제조에 사용하는 로타리볼밀로 구성되는 설비에 대한 제어프로세스메 관한 것이다 이런 분쇄기는 큰 용량을 가지며, 어떤 것은 8,000kw 이상의 에너지를 소비한다. 이런 분쇄기를 회전시키는데 필요한 설비는 투자 및 에너지의 면에서 매우 값비싸다. 비용을 저렴하게 하기 위해서는, 고급질의 완성제품, 최대 유동률, 최소 전력소비, 최소 유지비를 필요로 한다.
최신의 분쇄설비에 있어서, 비용적으로 가장 효과적인 투자는 완성제품의 분말도를 조정하여 생산된 평균품질과 소망품질사이의 안전여유를 줄이는 것이라는 것은 일반절으로 인정된 것이다. 이 안전여유를 줄임에 의해 설비의 능력이 증대되는바, 몇 퍼센트의 유동률 증대는 가동비용 및 투자보상에서 상당한 절약을 가져다준다.
최신의 폐회로건식분쇄설비는 필수적으로 원료를 공급하기 위한 배치장치, 분쇄기, 가변속동적분리기, 분쇄된 재료를 분쇄기로부터 동적분리기로 안내하기 위한 이송수단(일반적으로 엘리베이터를 포함), 거친 재료(분리기로부터의 오버사이즈의 재료)를 분쇄기로 복귀시키기 위한 수단 및 완성제품을 이송하기 위한 이송수단을 구비 한다.
먼지의 방출을 피하고 설비를 냉각하기 위하여 분쇄기에는 또한 통기장치가 제공된다.
동적분리기는 분배판의 회전과, 선택장치와, 분리기를 통과하는 통기의 흐름의 결합효과에 의해 동작한다.
분리기내의 통기의 흐름은 상기 분리기의 내측 또는 외측 팬에 의해 생길 수 있다.
팬이 분리기의 내부에 있을 때 공기와 완성제품의 분리는 분리기외측의 하나 이상의 사이클론 및/또는 백속의 먼지를 제거하기 위한 장치내에서 일어난다. 외측 팬을 갖는 분리기는 보다 양호한 효율을 나타내며 처리된 제품을 보다 양호하게 냉각시킨다. 현재 최신의 설비에는 일반적으로 이런 종류의 분리기가 제공된다.
내측팬을 갖는 어떤 설비에는 시스템을 충분하지 못하게 냉각시키기 위한 보조 외측팬이 갖추어지므로 이 해결책은 더 이상 최근의 설비에서 사용되지 않는다. 분쇄설비는 다음과 같은 교란을 받는다는 것을 알아야 한다. 공급된 제품(원료)의 분쇄성의 변화, 원료의 공급의 결함같은 결손, 이송회로에서의 교란(넘침, 막힘), 기계적 문제점, 분쇄기의 분쇄용량을 수정하는 분쇄기의 분쇄장입레벨의 변화, 기타
분쇄설비에서의 어떤 교란 또는 안정성부족은 완성제품의 질의 변화를 일으킬 수 있고 분쇄기의 산출에 있어서 특정량의 제품품질을 저하시키고 따라서 생산손실을 일으킬 수 있다.
이들 교란을 제거하거나 줄이기 위하여 분쇄설비는 가능한한 효율적으로 제어되어야 한다.
분쇄설비용 제어프로세스의 주목적은 완성제품의 품질의 일관성을 최대한 보장하는 것이다. 이 품질은 필수적으로 구성성분의 적절한 배칭에 의해 보장되어야하는 제품의 화학조성과 한편으로는 완성제품의 분말도, 즉 동적분리기의 효율에 의존한다.
완성제품의 분말도를 연속적으로 측정하기는 곤란한데, 사실 이런 측정용으로 이용가능한 장치는 종종 신뢰할 수 없거나 경제적으로 충분히 정확한 측정치를 부여할 수 없다.
실제로 정비가 양호한 상태의 분리기로부터 배출되는 완성제품의 분말도는 분리기를 통과하는 에어의 유동도, 분리기에 공급되는 재료의 양과 분말도 및 상기 분리기의 회전속도에 의존한다고 생각된다.
분리기의 팬이 외부에 있을 때, 분리기의 에어유동률을 측정할 수 있으므로 분리기를 제어하기가 비교적 쉽다. 또한 분리기의 회전속도도 쉽게 측정할 수 있고 제어할 수 있다.
분리기에 공급되는 재료의 양 및/또는 분말도를 제어하는 문제는 보다 복잡하다.
사실 분쇄회로에서 생기는 어떤 교란은 분리기에 공급되는 재료의 양 및/또는 분말도를 수정하는 효과를 가지므로, 완성제품의 양 및/또는 분말도와 분리기로부터의 오버사이즈의 양 및/또는 분말도를 변화시킨다. 이 것은 교란의 사슬형사이클을 일으킨다.
이 교란을 검출하기 위하여, 분리기로부터의 오버사이즈의 유동률, 분리기에 공급하는 엘리베이터에 의해 소비된 동력(이 것은 분리기에 공급되는 재료의 유동률을 짐작할 수 있게 한다), 완성제품의 유동률 및 분쇄기의 잼버에 의해 방출된 소음을 측정할 수 있다.
분리기의 공급을 제어하기 위하여 다음과 같온 많은 방법이 사용되어 왔다.
-원료공급유동률에 작용함에 의해 분리기로부터의 오버사이즈 및 원료의 공급합계를 일정하게 유지함 -원료공급에 작용함에 의하여 오버사이즈를 일정하게 유지함 원료공급에 작용함에 의해 엘리베이터의 동력을 일정하게 유지함(때때로 분쇄챔버로부터 방출되는 소음은 엘리베이터의 동력변화를 예상하는데 사용 된다)
이들 방법은 설비의 안정성과 완성제품의 품질의 일관성을 개선시킬 수 있었다. 그러나 상당한 변동이 지속된다. 상당한 교란후에 평형을 되찾기 위한 시간은 여전히 비교적 길다. 현재의 프로세스로 얻어지는 최적화는 불완전하다. 어떤 교란은 분쇄기의 부속공급을 야기하고 이 것은 그 내부장비(스크린, 간막이, 볼)를 심각하게 손상시킬 수 있으며, 설비의 이용효율퍼센트를 저하시킨다.
종래기술에서 제안된 프로세스의 불완전성은 타변수에서 사슬형변화를 일으키는 일 변수에서의 변화로부터 유래하고 프로세스를 형식화할 때 불량하게 고려된 여러가지 변수사이의 상호작용으로부터 유래한다. 변동의 보정작용과 변동간의 지체중에도 동일한 경우이다.
[발명의 목적]
본 발명의 목적은 주요동작변수의 상호작용을 고려하며 분쇄설비에서의 특성변동을 보정하기 위한 작용을 집중시킬 수 있는 패회로건식분쇄설비의 제어프로세스를 제안하는 것이다.
특히, 본 발명은 완성제품의 품질의 최대안정성을 얻는 한편 완성제품의 유동률을 최적화할 수 있게 하고, 소비에너지를 경제적으로 사용할 수 있게 하고, 장비의 내구성과 마모를 절충시키는 가동조건을 피하고, 설비의 가동을 쉽고 보다 확실하게 할 수 있는 프로세스를 제안하는 것을 목적으로 한다.
[본 발명의 주요특징요소]
본 발명에 따른 제어프로세스는 원료를 공급하기 위한 배치장치, 분쇄기, 가변속동적분리기, 분리기의 공급으로 불리는 분쇄기로부터 배출되는 재료를 분리기에 이송하기 위한 수단, 분리기로부터의 오버사이즈로 불리는 분쇄기로부터 배출되는 불충분하게 분쇄된 재료를 분쇄기로 복귀시키기 위한 수단, 완성제품을 이송하기 위한 수단, 분리기로부터의 오버사이즈용 유동계 및 분리기의 공급에 따른 데이타를 측정하기 위한 수단으로 구성되는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스에 있어서, 상기 프로세스가 분리기로부터의 오버사이즈의 유동률에 대한 설정치(a), 분리기의 공급에 따른 데이타에 대한 자동조정설정치(b), 분리기의 공급에 대한 기준치(c)에 기초하여 이루어지며, 분리기로부터의 오버사이즈의 유동률과 분리기의 공급에 따른 데이타는 분리기의 속도와 원료의 공급의 배치에 작용함에 의한 다변조절기의 도움과 동시에 제어되며, 분리기의 속도는 조절기가 분리기로부터의 오버사이즈의 유동률과 설정치(a) 및 (b)의 부근에 분리기의 공급에 따른 데이타를 유지할 때 계산기의 도움으로 기준치(c)와 주기적으로 비교되는데 계산기는 조절기가 오버사이즈의 유동률의 설정치(a)와 분리기의 공급에 따른 데이타의 조정된 설정치(b)를 정했을 때 분리기의 실제속도가 기준치(c)와 일치하도록 분리기의 공급에 따른 데이타의 설정치(b)를 조정하는, 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스를 의미한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 분리기의 공급에 따른 데이타는 분리기의 공급 유동률이다.
본 발명의 다른 최량의 실시예에 따르면, 완성제품유동률설정치는 평형상태의 동작의 경우에 오버사이즈와 완성제품유동률의 합이 분리기공급유동률과 같다면 분리기공급유동률 설정치 대신에 직접 사용될 수 있다. 사실 분리기에 도착하는 재료는 보통 엘리베이터에 의해 공급되는데, 실제로 이 엘리베이터에 의해 운반되는 재료의 유동률을 고정밀도로 판단하기는 어렵다. 엘리베이터를 들어가고 나가는 재료의 중량측정때문에 종종 분쇄설비를 구성하는 건조물의 높이를 증가시키며, 이는 매우 큰 비용을 요구하는 반면 완성제품의 유동률을 측정하기 위한 유동계는 쉽게 설치 가능하다.
본 발명의 프로세스는 볼밀의 도움으로 우선적으로 세맨트의 분쇄에 적용된다.
각각의 세멘트품질에는 여러가지 성분, 예를 들어 세멘트클링커의 성분(7l), 슬래그의 성분(72) 및 석고의 성분(p3)과 제조자에게 공지된 세멘트가루의 분말도의 비례배칭이 대응한다. 사실에 근거하여 예를 들어 클링커의 품질(pl). 슬래그의 품질(p2)및 석고의 품질(73)을 포함한 주어진 품질에 대하여 분쇄기의 산출물과 완성제품의 입도분포(분발도)는 분리기로부터의 오버사이즈의 유동률에 가장 적합하다. 이런 오버사이즈유동률(a)에서, 원하는 분말도는 분리기의 기준속도(c)에 대하여 얻어지며, 다시 사실에 근거하여 설비의 용량은 분리기의 공급에 따른 데이타에 대하여 (b)에 근접한 유동률에 대응한다(설비의 원료공급유동률은 분리기의 공급에 따른 데이터가 완성제품의 유동률인 경우에 (b)와 같다).
회로에 대한 어떤 교란은 분리기에 공급되는 제품의 품질 및/또는 분말도를 변화시되는 영향을 가지며, 이는 완성된 제품 그리고 분리기로부터의 오버사이즈의 품질 및/또는 분말도를 변화시켜 사슬형 교란을 일으킴이 발견되었다.
본 발명에 따른 제어프로세스는 초기교란의 가장 초기의 신뢰할만한 측정가능한 표현은 분리기의 공급에 따른 데이타와 오버사이즈의 유동률의 변화라고 하는 관찰에 근거 한다.
따라서 안정성을 유지하는 관점에서, 본 발명에 따른 프로세스는 분리기로의 공급과 오버사이즈의 유동클에 따른 데이타를 동시에 제어할 수 있게 하며, 이렇게 하기 위해서는 다변조절기가 분리기의 공급과 원료공급유동률에 작용한다. 이것은 분리기의 속도가 기준치(c)로부터 순간적으로 벗어나고 원료공급유동률이 완성제품유동률의 설정치(b)로부터 벗어남을 의미한다(분리기의 공급에 따른 데이터가 완성제품유동률인 경우). 그러나 설비의 용량이 지속적으로 사실에 근거한 기준으로부터 벗어나지 않는다면, 다변조절기는 기준치(c)에 매우 근접한 분리기속도로 설정치(a) 및 (b)를 신속히 재결정한다. 평형상태에서 원료공급유동률은 다시 (b)와 같게 된다. 후에 제시한 예들은 프로세스의 효율을 나타낸다.
예를들어 원료의 분쇄성이 변하거나 분쇄기의 볼장입량이 마모에 의해 감소하기 때문에 설비의 용량이 사실에 근거한 데이타로부터 지속적으로 벗어나는 경우, 다변 조절기가 설정치(a) 및 (b)를 재결정하고 설비가 평형상태가 되었을 때 분리기의 속도는 더 이상 기준치(c)와 같지 않다.
조절기가 오버사이즈유동률과 분리기로의 공급에 따른 데이타를 설정치(a) 및 (b)에서 유지할 때 계산기는 분리기의 실제속도와 기준치(c)를 주기적으로 비교하며, 분리기의 실제속도가 기준치(c)로부터 벗어난다면 계산기는 분리기의 실제속도를 기준치(c)로 복귀시키기 위하여 설정치(b)를 조정한다. 이 제어프로세스는 이런 방식으로 설비의 용량의 지속적인 변화에 적응할 수 있게 한다.
최량의 실시예에 따르면, 다변조절기는 제어변수로서 원료공급유동률(ua) 및 분리기의 속도(us)와 제어할 크기로서 오버사이즈의 유동률(yr) 및 완성제품의 유동률(yf)사이에 존.재하는 관계를 정하는 수학적모델로부터 구성되며, 상기 모델은 다음의 식시스템에 의해 나타내어진다.
여기서, 변수 tl1, t12, t21및 t22는 프로세스의 시간상수이다. 이들 식은 교란 후에 안정된 상태로 복귀시키기 위하여 프로세스에 필요한 시간을 결정할 수 있게 한다.
변수 kl1, k12, k21및 k22는 출력변수(yf또는 yr)의 값과 입력변수(Ua또는 Us)의 값사이의 비를 나타내는 프로세스게인이다.
상술한 최량의 실시예에 따르면, 다변조절기는 선형이차조절기이며 그 제어는 조절기를 내부상태와 관련시키는 이차비용기준을 최소화시킨다.
본 발명에 따른 제어프로세스는 외부팬을 구비하는 고효율분리기를 갖는 설비에 우선적으로 적용되며, 상기 프로세스는 또한 분배판/선택장치조립체를 구동하기 위한 장치가 팬과 독립적이고 분리기의 속도가 조정가능하다는 조건하에서(부가의 통기장치를 갖거나 갖지 않는) 내부팬분리기와도 사용할 수 있다.
분리기가 외부팬을 가질때 제어프로세스는 분리기로 들어가는 에어가 먼지제거장치 및 팬의 하류측의 굴뚝을 통해 배기되는 완전개방에어회로와 사용되거나 분리기로 들어가는 에어의 일부 또는 전부가 하나이상의 사이클론을 통해 흐르는 완전폐쇄에어회로와 사용될 수 있으며, 분리기속으로 흡입된 에어의 일부는 분쇄기 또는 보조설비(에리베이터, 에어슈트등)로부터 나올 수 있다.
유리하게도 본 발명에 따른 제어프로세스에서는 분리기를 통과하는 에어의 유동률이 제어되지만 본 발명에 따른 프로세스는 특히 에어가 외부괜분리기내에서 재순환하거나 분리기가 내부팬을 가질때 에어유동률의 제어없이도 사용될 수 있다.
바람직하게도 본 발명의 제어프로세스는 볼밀로 구성되는 세멘트밀링설비에서 사용되지만 압축밀같은 그외의 밀과 세멘트이외의 재료에서도 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 제어프로세스는 분리기로의 공급의 유동률과 분리기로부터의 오버사이즈의 유동률을 안정화시킴에 의해 분리기의 가동을 조절하므로 완성제품의 분말도를 조절한다. 따라서 제품의 품질이 향상된다.
분리기의 공급에 따른 데이타의 설정치(b)의 자동조정은 원료공급유동률을 설비의 최대능력에 가능한 근접하게 유지하여 최대유동률을 얻을 수 있게 한다.
분말도가 정확히 제어되고 유동률이 최대화되기 때문에 전력소모는 최소가 된다.
분쇄기내에서 순환하는 장입량은 그 내부장비의 악화를 피하기 위해 분쇄기가 충분히 공급되도록 선택될 수 있으며 이 장입량은 정확히 제어되어 유지비를 줄인다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 세멘트를 제조하기 위한 볼밀설비를 개략적으로 나타낸다. 이는 본 발명에 따른 제어프로세스에 적당하다.
제2도는 본 발명에 따른 제어프로세스용 계산기와 함께 다변조절기(multivariable regulator)를 차트로 나타낸 것이다.
제3도는 본 발명에 따른 프로세스를 수행하는 조절기를 구비하는 제1도와 유사한 설비에 대한 원료공급유동률(7a)에 대한 변화의 함수로서 오버사이즈유동률(3b), 완성제품유동률(3c) 및 분리기의 속도(3d)의 변화를 네개의 그래프 3a, 3b, 3c, 3d에의해 나타낸 것이다.
제4도는 본 발명에 따른 프로세스를 수행하는 조절기를 구비하는 제1도와 유사한 설비에 대한 분리기의 속도(4d)의 변화의 함수로서 원료공급유동률(4a), 오버사이즈유동률(4b) 및 완성제품유동률(4c)의 변화를 네개의 그래프 4a, 4b, 4c, 4d에 의해 나타낸 것이다.
제5도는 본 발명에 따른 프로세스에 대한 수학적모델의 적합성을 나타내는 것으로, 그래프 5a-5d는 각각 제7도의 원료공급유등률의 변화(그래프 5a 및 5b)와 제4도의 분리기의 속도의 변화(그래프 5c 및 5d)에 대한 오버사이즈유동률과 완성제품유동률의 예상치와 실험데이타를 비교한 것이다.
제6도는 본 발명에 따른 프로세스를 수행하는 다변조절기를 구비하는 설비에 대하여 두개의 상측 그래프(6b, 6c)에서의 유동률과 왼성제품유동률의 설정치와 하측그래프(76d, 6a)에 주어진 분리기속도 및 원료공급유동률에 대한 측정데이타를 비교 한 것이다.
제7도는 계산기의 시행을 두개의 그래프 7a, 7b에 의해 나타낸 것이다. 상측그래프는 완성제품유동률설정치의 변화를 보여주며, 하측그래프는 분리기속도의 변화를 보여준다.
[본 발명의 최량 실시예의 설명]
제1도는 본 발명에 따른 제어프로세스의 사용에 적합한 세멘트밀링설비를 개략적으로 나타낸다. 본 프로세스의 최량구체예는 이하에 상기 설비에 대하여 상세히 설명 된다.
세멘트클링커의 배처(1), 슬래그의 배처(2) 및 석고의 배처(3)로 구성되는 장치는 밀링설비에 원료를 공급한다.
배처들로부터 원료는 벨트(4)에 의해 호퍼(5)속으로 안내되어 볼밀(6)속으로 들어간다. 로타리볼밀은 공지된 것으로 그 구조적 특징과 내부장비는 설명하지 않는다.
볼밀(6)로부터 분쇄된 재료는 후드(7)속으로 방출되고 여기서 에어슈트(9)로 향하며 에리베이터(17)로 향하는 베이스(8)를 통해 나가며 에리베이터(10)는 에어슈트(18)를 거쳐 동적분리기(11)에 공급한다.
에어정화류(12)는 호퍼(5)속으로 들어가고 볼밀(6)을 통과하며, 후드(7)로 향하며 (13)에서 파이프 속으로 흡입되며 이 파이프는 에어정화류를 먼지제거장치(14), 흡입팬(15) 그리고 배기굴뚝(16)으로 보낸다. 따라서 볼밀은 먼지의 방출을 방지하기 위하여 약간의 진공하에 유지된다. 한편 에어는 동작중에 소모된 에너지의 일부를 열로 변환시키는 볼밀(6)을 냉각시킨다. 이중밸브(17)는 후드(7)의 바닥을 격리시켜 분쇄된 재료가 엘리베이터쪽으로 이동하는 한편 볼밀을 진공하에 유지할 수 있게 한다. 먼지제거장치(14)에서 수집된 먼지는 워엄(41)과 격리밸브(42)에 의해 엘리베이터(10)로 이 송된다.
동적분리기(11)는 회전케이지형이다. 제1도는 케이지형 분리기의 공지모델을 나타낸다. 그외의 케이지형 분리기가 존재하며 그 동작원리는 유사하다. 재료는 (19)속으로 공급되고 케이지의 상부(21)위로 떨어진다. 케이지는 원통형으로서, 그 상측면은 분배관으로서 작용하는 원판을 형성하며, 그 주위는 상호 분리된 바(22)로 형성되며, 그 하측면(23)은 개방되어 있다. 케이지는 분리기위에 위치하는 가변속구동장치(25)에 연결된 샤프트(24)에 매달린다. 재료는 케이지의 회전에 의해 원심력을 가져 바(22)의 전방으로 흘러 내린다. 분리기는 (26)에서 외부로부터 흡입된 기류에 의해 관통되며 단면감소된 파이프(27)에 의해 원주전체에 걸쳐 분배되고, 지향성 패들(28)은 에어를 케이지주위로 안내한다. 케이지의 개방하측부에는 상부가 개방되고 주위와 바닥이 폐쇄된 원통형고정박스가 대향한다. 관(30)은 박스의 내부와 분리기의 외부 및 떨어져 있는 백의 먼지제거기(31)를 연결한다.
고정박스와 화전케이지사이의 누설방지는 시일이 보중한다. (26)에서 횹입되어 케이지주위로 분배된 에어는 바(22)사이의 틈새(33)를 통해 케이지속으로 들어간다. 패들(28)과 케이지사이에서는 케이지주위로 하강하는 재료를 에어가 통과하여 우선적으로 최소입자를 함유한다. 에어에 의해 바로 운반된 거친 입자는 미세입자보다 천천히 진행하며, 대부분의 거친 입자는 바에 의해 충돌하여 케이지의 외부로 다시 보내어진다.
분리기의 하측부는 에어에 포함되지 않은 입자들을 케이지의 내부로 모으는 콘(34)을 형성하며, 이들 입자는 (35)에서 분리기를 나와 원치 않는 에어의 유입을 방지하는 로타리밸브(36)을 통과한다. (35)에서 배출된 입자들은 오버사이즈를 구성하며 에어슈트(77)를 거쳐 볼밀의 입구로 복귀된다. 케이지를 통과하는 에어/세멘트혼합물은 에어로부터 세멘트를 분리하는 먼지제거기(31)속에서 처리된다.
먼지제거기속의 세멘트는 워엄(38) 및 격리밸브(39)에 의해 배출되어 완성제품을 구성하며, 정화된 에어는 진공하에 분리기를 유지하는 괜(32)에 의해 흡입되어 굴뚝(40)을 통해 배기된다.
제1도의 설비에서 분리기와 블밀속으로 횹입되는 에어유동률은 각각 (43)과 (44)에서 측정되며 패들에 의해 팬의 흡입류까지 조정되거나 모터의 속도를 변화시킴에 의해 조정될 수 있다.
조절루프는 회로내의 낙차(head)의 손실에 관계없이 분리기를 통과하는 에어유동률을 일정하게 유지한다.
다른 조절루프는 볼밀을 통과하는 에어의 유동률을 일정하게 유지하며 실제로 볼밀의 낙차손실이 변하여 에어의 조절없이 재료의 유동변동을 일으킨다.
분리기로부터의 오버사이즈는 충격유량계에 의해 측정된다.
먼지제거기의 출구에서의 완성제품의 방출에는 중량측정기(46)가 갖추어진다.
최량의 실시예에 따르면 제어프로세스는 오버사이즈(45)의 유동률의 설정값(a)과, 완성제품(46)의 유동률의 자동조정설정값(b)과, 분리기(11)의 모터(25)의 속도의 기준값(c)에 의해 이루어진다.
분리기로부터의 오버사이즈의 유동률(45)과 완성제품의 유동률(46)을 동시에 제어하는 다변조절기는 전술한 식[(1), (2), (3), (4)]에 의해 설명된 기계적모델로부터 구성된다.
조절기를 전개하기 위해서는 컴퓨터에 의해 용이하게 계산하기 위해 식[(1), (2), (3), (4)]이 소위 상태변수로 불리는 일차미분식의 형태로 쓰여진다.
상태변수에 의한 모델의 표현은 내부성분을 포함한 프로세스를 완전히 설명한다. 이런 방식으로 단지 입력과 출력을 생각하면 감추어질 수 있는 내부동요와 불안정이 고려된다. 최적제어이론이 충족될 수 있으며 내부기준모델에 의한 표현이 실시된다.
프로세스를 나타내는 상태변수의 미분식은 다음과 같은 표준형태를 갖는다.
여기서, x는 시스템상태변수의 벡터,
x는 이들 상태변수의 도함수의 벡터,
u는 시스템입력의 벡터,
y는 시스템출력의 벡터, A,B,C,D는 상기 식을 구성하는 행렬이다.
본 발명의 프로세스를 수행하는 조절기는 다변선형이차조절기이다. 두개 의 출력(완성제품유동률 및 오버사이즈유동률)과 두개의 입력(원료공급유동률 및 분리기의 속도)이 사용되기 때문에 다변이다. 전체설계가 선형시스템의 이론에 기초하기 때문에 선형이다. 설계기준은 입력변수의 제곱과 상태변수의 제곱을 포함하는 기준이기 때문에 이차이다.
선형이차조절기는 다음의 성능지수 또는 기준
이 다음의 상태식
의 형태로 나타내어진 시스템에 대하여 최소일때 최소이다.
Q 및 R은 제어프로세스의 구성시에 설계자에 의해 선택된 웨이트인자이다.
기준 J를 최소화하는 조절기는 다음의 선형괸계에 의해 주어짐이 증명될 수 있다.
여기서, 게인 K의 최적값은 J기준(7)과 상태식(8),(7)를 결합하여 생긴 다음의 리카터(Riccati)식(11)과 J기준(7)의 최적해답(10)을 구함에 의해 얻어진다.
여기서, K는 게인 K는 게인의 도함수 A 및 B는 시스템의 상태표현의 행렬 Q 및 R은 이차기준 J의 웨이트, 상술한 조절기는 상태변수를 요구하지만 상태변수들은 모두 측정가능한 것이아니며 따라서 불용상태를 재구성할 시스템이 충족되어야 한다. 상태를 제구성하는데 사용되는 방법은 상태변수에 기초하여 모델을 연속적으로 보정하기 위하여 측정된 출력과 예상출력사이의 차를 취하는 것으로 구성된다.
상태재구성의 고전적인 방법은 선형이차조절기(LQ)를 정하기 위해 사용되는 방법과 동일한 방법, 즉 상술한 차와 상태변수사이의 게인(L)를 찾는 방법에 기초하는 칼만(Kalman)필터이다.
다변선형이차조절기(LQ)의 제어(분리기의 속도 및 원료공급유동률)는 제어를 내부상태와 관련시키는 이차비용기준을 최소화하도록 이루어진다. 그 구성은 다음의 두개의 단계를 포함한다.
1) 출력(Yf및 Yr)의 측정치로부터 내부상태의 관찰자의 게인(L)의 계산. 게인(L)은 두개의 양의 준정부호(semi-definite)대칭웨이팅행렬(Q1및 R1)의 선택에 따른다.
2) 다음의 이차기준
을 최소화하는 선형조절기 U = -Kx의 게인(K)의 계산.
여기서 x는 내부상태의 벡터, U는 제어이며, Q2및 R2는 양의 준정부호대칭웨이팅행렬이다.
각 순간에서 계산기는 분리기의 진속도와 미리 고정된 속도의 기준값(c)를 비교 할 것이다
이로부터 비교에 의해 상기 두개의 크기의 차가 생길 것이다. 이 차는 이차를 취소할 완성제품의 유동률의 조정설정값(b)을 결과로서 부여할 식속에 삽입될 것이다.
이 식은 비례작용이 에러(속도의 기준값과 측정값간의 차)와 적용될 유동률(b) 사이의 순간비율을 부여하게되는 비례적분조절기(Pl)를 나타내는 식(13)같은 여러가지 종류가 될 수 있다. 적분작용은 순수비례작용에 의해 취소될 수 없는 영구에러를 일으키는 외부교란에 의한 에러의 부분이 취소되게 할 것이다.
여기서, t-1: 1제어주기이하의 현재순간에 해당
t-2: 2제어주기이하의 현재순간에 해당
ut: 순간 t에서의 제어
ut-1: 순간 t-1에서의 제어
yt: 현재순간에서의 측정치
yt-1: 1제어주기이하의 현재순간에서의 측정치
yt-2: 2제어주기이하의 현재순간에서의 측정치
u : 완성제품유동률설정치 또는 설비에 의해 생산될 재료의 유동률
y : 분리기의 속도
제어는 컴퓨터에 의해 이루어지기 때문에 작용은 순간적이다. 두개의 작용을 분리하는 시간을 제어주기(tc)라고 부르며 t는 현재순간에 해당한다.
다변조절기가 계산기와 함께 제2도의 차트에 요약될 것이다.
불록 Ⅱ는 입력이 원료공급유동률과 분리기의 속도이며 출력(측정된 크기)이 완성제품유동률과 오버사이즈유동률인 설비를 나타낸다.
블록 I는 완성제품유동률의 설정치(b)와 측정치간의 차와 오버사이즈유동률의 설정치(a)와 측정치간의 차를 취소하기 위해 원료공급유동률과 분리기속도를 계산하는 다변선형이차조절기를 나타낸다.
오버사이즈유동률설정치(a)는 사용자에 의해 정해지고 완성제품설정치(b)는 계산기에 의해 주어진다(블록 Ⅲ).
블록 Ⅲ은 분리기의 기준값(c)과 분리기의 진속도의 측정치간의 차에 근거한 완성제품유동률의 자동조정설정치(b)를 계산하는 계산기를 나타낸다.
분리기의 속도의 기준값(c)은 사용자에 의해 정해진다.
제어시스템을 수행할 때 다음과 같은 사항을 정할 필요가 있다.
[모델의 변수]
식[(1), (2), (3), (4)]의 시스템의 모든 변수, 즉,
원료공급유동률(ua)
분리기의 속도(us)
완성 제품유동률(yf)
오버 사이즈유동률(yr)
을 연결하는 관계를 결정하기 위하여, 두개의 시행이 수행되는데, 첫번째는 분리기의 속도를 일정하게 유지하는 한편 원료공급유동률에 대한 단계작용을 구성하고, 두번째는 원료공급유동률을 일정하게 유지하는 한편 분리기의 속도에 대한 단계작용을 구성 한다.
공급유동률에서의 단계시행을 도시하기 위하여, 제3도에서 그래프(3a), (3b), (3c), (3d)는 각각 횡좌표로서 주어진 시간(시)의 함수로서 종좌표로서 원료, 오버사이즈, 완성제품의 공급유동률(시간당 톤수) 및 분리기의 속도(분당회전수)를 나타낸다.
제3도 및 제4도의 분석은 완성제품과 오버사이즈유동률에 대한 원료공급유동률과 분리기의 속도의 영향을 보여준다. 각 출력에 대한 각 입력의 영향은 모델의 다변성의 중요성을 보여준다.
두벌의 시행중의 데이타의 기록에 근거하여, 모델의 변수를 결정하기 위하여 모델적합성의 고전적이론이 적용된다. 모델은 상술한 제1데이타에 근거하여 점검 및 확인된다.
제5도는 수학적모델의 도식적적합성을 보여준다. 파선은 설비에서 기록된 실험데이타를 나타내고 연속선은 모델로부터 만들어진 예상을 나타낸다. 그래프 5a 및 5b는 각각 원료공급유동률에 대한 단계작용시행에 대한 횡좌표로서 주어진 오버사이즈와 완성제품의 유동률(시간당톤수)을 종좌표로서 나타낸다 그래프 5c 및 5d는 분리기의 속도에 대한 단계작용시행에 대한 횡좌표로서 주어진 시간(시)의 함수로서 오버사이즈와 완성제품의 유동률(시간당톤수)을 종자표로서 나타낸다.
상기 곡선과 관련된 모델의 식을 하기에 나타낸다.
[다변조절기의 게인]
다변조절기가 각 설비에 응용된다. 이렇게 하기 위해 점(1)에서 정해진 수학적모델에 근거하여 내부상태의 관찰자의 게인(L)과 이차기준을 최소화하는 게인(K)이 계산된다. 그후 조절기는 원료공급유동률과 분리기의 속도에 작용함에 의한 완성제품과 오버사이즈유동률의 일관성을 최적화하기 위하여 시뮬레이숀에 의해 복귀한다. 식(11)은 게인(K)을 계산하기 위하여 사용되며 동종의 식은 게인(L)을 계산하기 위하여 사용된다.
기준의 웨이팅은 고전적인 권고, 즉 다음식에 따라서 선택된다.
R1및 R2는 비제로대각원소가 조절기의 설계변수를 구성하는 두개의 대각행렬이다.
이행된 다변조절기에 의한 설정치의 보존을 도시하기 하기 위하여, 제6도에서 그래프 6a, 6b, 6c, 6d는 각각 횡좌표로서 주어진 시간(시)의 함수로서 원료, 오버사이즈 및 완성제품의 공급유동률(시간당톤수)과 분리기의 속도(분당회전수)를 종좌표로서 나타낸다. 그래프 6b 및 6c에서, 그래프 6d 및 6a에서 주어진 분리기속도 및 원료공급유동률에 대하여 굵은선은 각각 오버사이즈와 완성제품의 설정치를 나타내고 가는선은 설비에서 측정된 데이타를 나타낸다
[계산기의 변수]
설비에서 다변조절기를 충족시킨 후, 계산기를 평가하기 위하여 시행이 실시된다. 분리기의 속도의 동적범위에 대한 영향을 관찰하기 위하여 완성제품설정치의 변화가 적용된다.
완성제품설정치의 테스팅을 도시하기 위하여. 제7도에서 그래프 7a, 7b는 각각 횡좌표로서의 시간(시)의 함수로서 완성제품유동률설정치(시간당톤수)와 분리기의 속도(분당회전수)를 종좌표로서 나타낸다. 그래프 7a에 주어진 바와 같이, 유동률설정치에서 생긴 변화는 그래프 7b에 도시한 바와 같이 분리기의 속도에 대하여 측정된 데이타의 변화를 일으킨다.
제7도에서 설명한 테스트에 근거하여, 분리기의 속도의 변화에 대한 완성제품설정치의 변화의 영향의 평가가 정해져 계산기의 변수, 예를들어 비례적분조절기(PI)의 비례 및 적분계수를 계산할 수 있게 한다.

Claims (9)

  1. 원료를 공급하기 위한 배치장치, 분쇄기, 가변속동적분리기, 분리기의 공급으로 불리는 분쇄기로부터 배출되는 재료를 분리기에 이송하기위한 수단, 분리기로부터의 오버사이즈로 불리는 분쇄기로부터 배출되는 불충분하게 분쇄된 재료를 분쇄기로 복귀시키기 위한 수단, 완성제품을 이송하기 위한 수단, 분리기로부터의 오버사이즈용 유동계 및 분리기의 공급에 따른 데이터 즉 분리기 자체의 공급원료량, 엘리베이터의 동력, 완성제품의 유동률 또는 원료의 유동률을 측정하기 위한 수단으로 구성되는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스에 있어서, 상기 프로세스는 분리기로부터의 오버사이즈의 유동률에 대한 설정치(a), 분리기의 공급에 따른 데이터에 대한 자동조정설정치(b), 분리기의 공급에 대한 기준치(c)에 의해 이루어짐과 아울러, 다변조절기는 분리기로부터의 오버사이즈의 실제 유동률과 분리기의 공급에 따른 실제 데이타값을 동시에 제어하여 그 데이타값을 분리기의 속도와 볼밀속으로 공급되는 원료의 양에 영향을 미치는 설정치(a) 및 (b)에 대해 일정하게 유지시키고, 분리기의 실제 속도는 설정치를 초과할 때의 주기동안 기준치(c)의 속도를 벗어나는 상기 실제 속도가 항상 일정하게 기준치(c)와 동일한 수준이 유지되도록 하며, 자동조정설정치(b)는 분리기의 속도를 다시 기준치(c)와 일치시킬 수 있는 신규 설정치(b)로 갱신하기 위해 계산기에 의해 자동으로 수정되며, 상기 계산결과는 조절기로 전송되어 상기 설정치가 그에 따라 수정되는 한편 변경되지 않은 설정치(a)를 계속 유지하고 있는 것을 특징으로 하는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스.
  2. 제1항에 있어서, 분리기의 공급에 따른 데이터는 분리기의 공급유동률인 것을 특징으로 하는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스.
  3. 제1항에 있어서 , 분리기의 공급에 따른 데이터는 완성제품의 유동률인 것을 특징으로 하는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스.
  4. 제1항에 있어서, 다변조절기는 제어변수로서 원료의 공급유동률 및 분리기의 속도와 제어할 값으로서 오버사이즈의 유동률 및 분리기의 공급에 따른 데이터의 유동률 사이의 관계를 정하는 수학적프로세스모델로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스.
  5. 제4항에 있어서 , 수학적 모델은 다음의 식의 시스템에 의해 지정되는 것을 특징으로 하는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스.
    여기서 yr는 분리기로부터의 오버사이즈의 유동률 ua는 원료의 공급유동률 us는 분리기의 속도 t11, t12, t21및 t22는 시간상수 k11, k12, k21및 k22는 프로세스게인이다.
  6. 제5항에 있어서, 다변조절기는 선형이차이며 , 그 제어는 다변조절기를 내부상태와 관련시키는 이차비용기준을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스.
  7. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 볼밀로 구성되는 설비에 적용하는 것을 특징으로 하는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스.
  8. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서 , 페블밀(pebble mill)로 구성되는 설비에 적용하는 것을 특징으로 하는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스.
  9. 제1항에 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 압축밀로 구성되는 설비에 적용하는 것을 특징으로 하는 폐회로건식분쇄설비의 제어프로세스.
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