特許 6998072 インテリジェントマテリアルによるボールミル運行状態のオンライン検査システムと制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-22

(45)【発行日】2022-01-18

(54)【発明の名称】インテリジェントマテリアルによるボールミル運行状態のオンライン検査システムと制御方法

(51)【国際特許分類】

   B02C 25/00 20060101AFI20220111BHJP

   B02C 17/04 20060101ALI20220111BHJP

   G01C 21/10 20060101ALI20220111BHJP

   G16Y 40/10 20200101ALI20220111BHJP

   G16Y 10/20 20200101ALI20220111BHJP

【ＦＩ】

B02C25/00 B

B02C17/04 B

G01C21/10

G16Y40/10

G16Y10/20

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020004679

(22)【出願日】2020-01-15

(65)【公開番号】P2021016855

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2020-01-21

(31)【優先権主張番号】201910652265.2

(32)【優先日】2019-07-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】516265780

【氏名又は名称】北京科技大学

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】鄒文杰

(72)【発明者】

【氏名】張志軍

(72)【発明者】

【氏名】徐懐兵

【審査官】瀧 恭子

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０４７１３５５６（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平１１－２５３８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０８５５４４３３（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１０４７６４４５０（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１８２５５２３（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１１２１６９４０（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２１１２１６９４１（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０２Ｃ １／００－２５／００

Ｇ０１Ｃ ２１／１０－２１／１８

Ｇ１６Ｙ １０／２０，４０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料供給ベルトマシン（１）、ホース（２）、電磁弁（２／１）、粉砕媒体補充装置（３）、インテリジェントマテリアル（７）、粉砕媒体（８）、無線基地局（９）、専門家制御システム（１１）およびマスターコンピューター（１２）を含み、ここで、インテリジェントマテリアル（７）は取り外し可能なケース（７／３）、固定台座、加速度センサー（７／１）、マイクロプロセッサ（７／４）およびケーブル（７／２）を含み、原料供給ベルトマシン（１）は原料投入口（４）を介して鉱石（６）をボールミル（５）に供給し、電磁弁（２／１）はホース（２）を制御してボールミル（５）に水を添加し、粉砕媒体（８）は粉砕媒体補充装置(３)を介してボールミル（５）に添加され、インテリジェントマテリアル（７）はボールミル（５）の中に入れられ、ボールミル（５）の原料投入口（４）と取り出し口（１０）にそれぞれ無線基地局（９）とマイクロプロセッサ（７／４）が設置されており、無線基地局（９）と専門家制御システム（１１）およびマスターコンピューター（１２）の間でデータ伝送を行い、インテリジェントマテリアル（７）に内蔵されている加速度センサー（（７／１）はケーブル（７／２）を介してマイクロプロセッサ（７／４）に接続され、マイクロプロセッサ（７／４）はワイヤレスで無線基地局（９）に接続され、無線基地局（９）は専門家制御システム（１１）に接続され、専門家制御システム（１１）はマスターコンピューター（１２）に接続され、
前記固定台座、加速度センサー（７／１）、マイクロプロセッサ（７／４）およびケーブル（７／２）は取り外し可能なケース（７／３）の中に密封されており、
前記固定台座は鉛ブロックで重み付けをし、インテリジェントマテリアル（７）の密度を粉砕媒体（８）または鉱石（６）と同じにすることができることを特徴とするインテリジェントマテリアルによるボールミルの運行状態を検出するためのオンライン検査システム。

【請求項2】

前記取り外し可能なケース（７／３）は高強度耐摩耗性材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載のインテリジェントマテリアルによるボールミルの運行状態を検出するためのオンライン検査システム。

【請求項3】

前記取り外し可能なケース（７／３）は耐摩耗性鋼、耐摩耗性鋳鉄、中高炭素合金耐摩耗性鋼、硬質合金、硬質ニッケル、セラミック、高強度耐摩耗性有機化合物のうちの一種で構成されていることを特徴とする請求項２に記載のインテリジェントマテリアルによるボールミルの運行状態を検出するためのオンライン検査システム。

【請求項4】

前記粉砕媒体（８）の形状は球形、棒形、短柱形、短切頭錐体形を含むことを特徴とする請求項１に記載のインテリジェントマテリアルによるボールミルの運行状態を検出するためのオンライン検査システム。

【請求項5】

前記専門家制御システム（１１）は論理専門家制御システムとマイクロプログラム専門家制御システムを含み、加速度センサー（７／１）は二軸加速度センサー、三軸加速度センサーを含み、インテリジェントマテリアル（７）の電源はリチウム電池、自家発電技術を含むことを特徴とする請求項１に記載のインテリジェントマテリアルによるボールミルの運行状態を検出するためのオンライン検査システム。

【請求項6】

ボールミル（５）の粉砕過程において、インテリジェントマテリアル（７）は粉砕媒体（８）および鉱石（６）と一緒に運動し、加速度センサー（７／１）はインテリジェントマテリアル（７）の加速度信号を検出し、ケーブル（７／２）を介してマイクロプロセッサ（７／４）に入力し、マイクロプロセッサ（７／４）は加速度信号に対するスペクトル分析を行い、かつスペクトル情報を出力し、無線基地局（９）を介して専門家制御システム（１１）とマスターコンピューター（１２）に送信し、マスターコンピューター（１２）は力解析を行い、専門家制御システム（１１）に入力し、専門家制御システム（１１）はスペクトル情報と力解析に基づいて制御信号を計算して原料供給ベルトマシン（１）、電磁弁（２／１）および粉砕媒体補充装置（３）に出力して制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のインテリジェントマテリアルによるボールミルの運行状態を検出するためのオンライン検査システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は鉱物加工技術分野、特にインテリジェントマテリアルによるボールミル運行状態のオンライン検査システムと制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、我が国において情報技術と伝統的な鉱物加工技術が深く融合しており、鉱物加工プロセスは典型的なプロセス工業として、鉱物加工プロセスのオンライン検査と制御を実現することが生産コストを低減し、労働者の仕事強度を軽減させ、生産効率を向上させる上で非常に重要である。ボールミルは日々進歩してかつ広く応用されている粉砕設備の一種で、選鉱プロセスの中で非常に重要な工程の一環である。ボールミルの内部負荷はよくアンダーロード、正常、オーバーロードの３つの状態で現れる。正常な運行状態以外の２つのタイプはボールミルを最適な運行状態にすることができない。ボールミルの負荷状態は主に回転速度、充填率、ボール比、媒体のサイズなどによって決まる。パラメータの間には一定のカップリング作用があるため、直接または間接的な手段で正確にボールミルの内部負荷パラメータ（充填率、ボール比、濃度）を予測することができるかどうかは、ボールミル全体の最適化制御の成敗の鍵となっている。既存の検出方法として、振動法、有効電力法、振音法、電力－音響法、音響－振動法、振動－電力法、振動－振音－電力法はあるが、各検出方法にはそれぞれ長所と短所があり、かつボールミルに影響を与える要素として多様性と各要素間カップリングの複雑性が存在するため、ボールミル媒体の運動規則に基づいて、最新の信号分析技術を用いてデータを深く掘り下げ、特徴的な要素に含まれている潜在的な情報を探索し、最終的にはボールミル負荷の正確、適時な予測を実現することが急務である。本発明はボールミルの運転状態をオンラインで検出するためのインテリジェントマテリアルおよびボールミル負荷の制御方法に関するものであり、ボールミルの最適化制御を実現することができ、ボールミルの制御に重要な指導的意義がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明はボールミルのオンライン検出技術の不足に対して、インテリジェントマテリアルによるボールミル運行状態のオンライン検査システムと制御方法を提供し、実現しやすく、正確に実行することができ、実用性が高く、ボールミル中の原料の運動状態を記録でき、リアルタイムでボールミルの負荷状態をオンラインで監視することができる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

当該システムは原料供給ベルトマシン、ホース、電磁弁、粉砕媒体補充装置、インテリジェントマテリアル、粉砕媒体、無線基地局、専門家制御システムとマスターコンピューターを含み、ここで、インテリジェントマテリアルは取り外し可能なケース、固定台座、加速度センサー、マイクロプロセッサとケーブルを含み、原料供給ベルトマシンは原料供給口を介して鉱石をボールミルに送り、電磁弁はホースからボールミルへの給水を制御し、粉砕媒体は粉砕媒体補充装置を介してボールミルに供給され、インテリジェントマテリアルはボールミルの中に添加され、ボールミルの原料投入口と取り出し口にそれぞれ無線基地局、マイクロプロセッサと専門家制御システムが設置されており、マスターコンピューター間でデータ伝送を行い、インテリジェントマテリアルに内蔵されている加速度センサーはケーブルを介してマイクロプロセッサに接続され、マイクロプロセッサはワイヤレスで無線基地局に接続され、無線基地局は専門家制御システムに接続され、専門家制御システムはマスターコンピューターに接続されている。

【0005】

ここで、固定台座、加速度センサー、マイクロプロセッサおよびケーブルは、取り外し可能なケースの内部に密封されている。

【0006】

固定台座に鉛ブロックを載せて重量を調整することによって、インテリジェントマテリアルの密度を粉砕媒体や鉱石と同じにすることで、実際の粉砕媒体や鉱石が置かれた環境を作り出している。

【0007】

取り外し可能なケースは高強度の耐摩耗性材料で作られている。

【0008】

取り外し可能なケースは耐摩耗性鋼、耐摩耗鋳鉄、中高炭素合金耐摩耗性鋼、硬質合金、硬質ニッケル、セラミック、高強度耐摩耗性有機高分子化合物の一つで作られている。

【0009】

粉砕媒体の形状は球形、棒形、短柱形、短切頭錐体形を含む。

【0010】

専門家制御システムは組み合わせ論理専門家制御システムとマイクロプログラム専門家制御システムを含み、加速度センサーは二軸加速度センサー、三軸加速度センサーを含み、インテリジェントマテリアルの電源はリチウム電池と自家発電技術を含む。

【0011】

当該オンライン検査システムを用いて負荷制御を行う方法として、具体的にはボールミルで鉱石を粉砕する過程において、原料供給ベルトマシンを介して鉱石を供給し、ホースを介して給水し、インテリジェントマテリアルは粉砕媒体と一緒に添加され、インテリジェントマテリアルは粉砕媒体および鉱石と一緒に運動し、加速度センサーはインテリジェントマテリアルの加速度信号を検出し、ケーブルを介してマイクロプロセッサに入力し、マイクロプロセッサは加速度信号に対するスペクトル分析を行い、かつスペクトル情報を出力し、無線基地局を介して専門家制御システムとマスターコンピューターに伝達し、マスターコンピューターは力解析を行って、専門家制御システムに入力し、専門家制御システムはスペクトル情報と力解析に基づいて、制御信号を計算して原料供給ベルトマシン、電磁弁と粉砕媒体補充装置に出力して制御を行い、ボールミルを最適状態に調整するとともに、専門家制御システムはマスターコンピューターに接続されており、粉砕過程においてインテリジェントマテリアルに損傷が生じた場合、相応の数量のインテリジェントマテリアルを追加する。

【発明の効果】

【0012】

上記の技術案において、ボールミルの原料運動軌跡の追跡研究を実現することが可能で、原料運動特性の分析を簡略化し、ボールミル最適化制御の自動化を実現し、人間の判断経験不足や、粉砕効果の変動性が大きい問題を低減することができる。インテリジェントマテリアルの球体ケースは耐摩耗性の高強度材料を用いて作られており、その大きさ、寸法、密度は制御できるため、実際の粉砕媒体と鉱石の再現性が良く、生産プロセスが簡単で、汚染がなく、運動特性も安定している。インテリジェントマテリアルの中に加速度センサーとマイクロプロセッサが設置されており、その運動状態の情報収集とデータ送信を実現することができるため、専門家制御システムとマスターコンピューターを介してスペクトル分析と力解析を行い、専門家制御システムはスペクトル情報と力解析に基づいて制御信号を計算して原料供給ベルトマシン、電磁弁および粉砕媒体補充装置に出力して制御を行い、ボールミルを最適な状態に調整することができる。実験結果はボールミル中の原料の運動に対する更なる認識ができるだけでなく、生産に対しても重要な指導的意義を持つ。当該システムおよび方法は、ボールミル運行状態の直接的オンライン検査と負荷制御を実現でき、簡単で精度が高く、実用性が強く、ボールミルの自動制御に利用でき、省エネを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明のインテリジェントマテリアルによるボールミルの運行状態のオンライン検査システムの構成図である。

【図2】本発明のインテリジェントマテリアル内部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明が解決しようとする技術問題、技術案および利点をより明確にするために、次に添付図面および具体的な実施形態に合わせて詳細に説明する。

【0015】

本発明はインテリジェントマテリアルによるボールミルの運行状態のオンライン検査システムおよび制御方法を提供する。

【0016】

図１に示すように、当該システムは原料供給ベルトマシン１、ホース２、電磁弁２／１、粉砕媒体補充装置３、インテリジェントマテリアル７、粉砕媒体８、無線基地局９、専門家制御システム１１およびマスターコンピューター１２を含み、ここで、インテリジェントマテリアル７は取り外し可能なケース７／３、固定台座、加速度センサー７／１、マイクロプロセッサ７／４およびケーブル７／２を含む。原料供給ベルトマシン１は原料投入口４を介して鉱石６をボールミル５に送り、電磁弁２／１はホース２を制御してボールミル５に水を添加し、粉砕媒体８は粉砕媒体補充装置３を介してボールミル５に供給され、インテリジェントマテリアル７はボールミル５の中に添加され、ボールミル５の原料投入口４と原料取り出し口１０にそれぞれ無線基地局９が設置されており、無線基地局９は専門家制御システム１１およびマスターコンピューター１２とデータ伝送を行い、インテリジェントマテリアル７内蔵の加速度センサー７／１はケーブル７／２を介してマイクロプロセッサ７／４に接続され、マイクロプロセッサ７／４はワイヤレスで無線基地局９に接続され、無線基地局９は専門家制御システム１１に接続され、専門家制御システム１１はマスターコンピューター１２に接続されている。

【0017】

図２に示すように、固定台座、加速度センサー７／１、マイクロプロセッサ７／４およびケーブル７／２は取り外し可能なケース７／３の中に密封されている。

【0018】

当該システムの具体的応用方法は以下の通りである。ボールミル５の粉砕工程において、インテリジェントマテリアル７は粉砕媒体８および鉱石６と一緒に運動し、加速度センサー７／１はインテリジェントマテリアル７の加速度信号を検出し、ケーブル７／２を介してマイクロプロセッサ７／４に入力し、マイクロプロセッサ７／４は加速度信号に対するスペクトル分析を行い、かつスペクトル情報を出力し、無線基地局９を介して専門家制御システム１１およびマスターコンピューター１２に送信する。マスターコンピューター１２は力解析を行い、専門家制御システム１１に出力し、専門家制御システム１１はスペクトル情報と力解析に基づいて制御信号を計算して原料供給ベルトマシン１、電磁弁２／１および粉砕媒体補充装置３に出力して制御を行う。

【0019】

当該システムにおいて、加速度センサーは小型と軽量の特徴を持ち、空間加速度を測定することが可能で、物体の運動状態を全面かつ正確に反映することができる。加速度センサーの計測を保障するために、加速度マネージャのプロセス管理ブロックの取り付けと固定要求を保障する上で、プロセス管理ブロックをハードサポートのある位置に取り付けており、一定量のインテリジェントマテリアルを原料に一緒にボールミルシステムに添加し、インテリジェントマテリアルは原料と一緒に運動しているため、全体の運動過程においてインテリジェントマテリアルは加速度データを漏れなく収集している。

【0020】

無線基地局は専門家制御システムとマスターコンピューターに接続されているため、マスターコンピューターは力解析を行った上、専門家制御システムに入力し、専門家制御システムは無線基地局が伝送してきた加速度センサーから出力されたアナログ電圧のスペクトル情報を読み出して変換し、データ処理を経て、専門家制御システムはスペクトル情報と力解析に基づいて制御信号を計算して原料供給ベルトマシン、電磁弁および粉砕媒体補充装置に出力して制御を行う。

【0021】

以下、具体的な実施形態に合わせて説明する。

【0022】

一台のボールミルの加工プロセスを例にして、オーバーフロー型のボールミルを選んだ。原料供給ベルトマシン、ホース、粉砕媒体補充装置はオーバーフロー型ボールミルの原料投入口に接続され、オーバーフロー型ボールミルの原料取り出し口に選別機が接続され、インテリジェントマテリアルの加速度センサーは二軸加速度センサーを採用し、マイクロプロセッサはスマートチップを採用し、インテリジェントマテリアルのケースの材料は高強度鍛造鋼を採用し、内部の残りの固定台座に鉛ブロックで重み付けをし、ボールミルの粉砕過程において、インテリジェントマテリアルは粉砕媒体および鉱石と一緒に運動し、加速度センサーはインテリジェントマテリアルの加速度信号を検出し、ケーブルを介してマイクロプロセッサに入力し、マイクロプロセッサは加速度信号に対するスペクトル分析を行い、かつスペクトル情報を出力し、無線基地局を介して専門家制御システムとマスターコンピューターに伝達する。マスターコンピューターは力解析を行い、専門家制御システムに入力し、専門家制御システムはスペクトル情報と力解析に基づいて制御信号を計算して原料供給ベルトマシン、電磁弁と粉砕媒体補充装置に出力して制御を行うと同時に、専門家制御システムをマスターコンピューターに接続する。

【0023】

以上本発明の好ましい実施形態について述べたが、本技術分野の一般技術者にとっては、本発明の原理を逸脱しない範囲において、若干の改良および潤飾を行うことができる。これらの改良および潤飾も本発明の保護範囲と見なすべきである。

【符号の説明】

【0024】

１－原料供給ベルトマシン
２－ホース
３－粉砕媒体補充装置
４－原料投入口
５－ボールミル
６－鉱石
７－インテリジェントマテリアル
８－粉砕媒体
９－無線基地局
１０－原料取り出し口
１１－専門家制御システム
１２－マスターコンピューター
２／１－電磁弁
７／１－加速度センサー
７／２－ケーブル
７／３－取り外し可能なケース
７／４－マイクロプロセッサ

【図1】

【図2】