Brevet FR2403110A1 — publié le 19790413

L'invention concerne un procédé et un dispositif de régulation pour la régulation du débit d'une installation de broyage avec séparateur à vent et recyclage, dans laquelle par concassage et broyage, on amène des produits inorganiques et/ou organiques à une valeur ou à une répartition convenable prescrite de la granulométrie. Un domaine d'application de cette invention es-t fourni par l'industrie des ciments Les exigences croissantes imposées à la fabrication des ciments, relatives en particulier à la rentabilité et aux réper- cussions sur l'environnement, ont été décrites dès les articles de G. Heinicke et H.-G. Hinske "L'automatisation dans l'industrie des ciments paru dans "3flC Nachrichten" 1975 fascicule 2, pages 87 à 95 ainsi que de G. Heinicke et de H.-J. Heinrich "Mélange automatisé des matières premières, dans une cimenterie" paru dans "BBC Nachrichten" 1975, fascicule 2, pages 96 à 100.De ces exigences poussées, résulte la demande pour une conduite automatisée des opérations, avec des procédés et des appareils hautement sophistiqués. Dans les installations de l'industrie des ciments qui existaient jusqu'à présent, pour la régulation de la conduite du broyeur, on part souvent du principe qui consiste à maintenir constant le flux de matières à l'entrée du broyeur, qui se compose dlun flux de matières premières et d'un flux de produits broyésreçyclés. Le flux de matières premières est un flux de matières fraiches tandis que le flux de produits broyés recyclés est constitué par des matières reprises à la sortie du broyeur, où elles n'ont pas encore été assez finement pulvérisées. Une deuxième conception de la régulation consiste à prendre comme grandeur réglée, pour la conduite du broyeur, le débit de recyclage spécifique pour l'installation de broyage considérée. Une troisième variante possible, pour la régulation, consiste à régler le degré de remplissage, on détermine alors le degré de remplissage au moyen d'une mesure du niveau de bruit, à l'aide d'un microphone associe au broyeur. Ces concepts connus due la régulation pour la conduite des broyeurs présentent l'inconvénient que l'on ne se préoccupe pas suffisamment des caractéristiques spécifiques des matériaux, telles que leur broyabilité qui peut être bonne ou mauvaise, et qu'on ne peut détecter ni compenser les effets d'une substitution ou dtune variation des matériaux. L'objet fondamental de l'invention, est de développer un procédé à l'aide duquel, on peut avoir des renseignements sur la broyabilité de la matière qu'il s'agit de pulvériser. Les variations des paramètres de la boucle de réglage, provoquées par les fluctuations de la broyabilité, doivent être compensées à l'aide d'un dispositif de régulation. Ce problème est résolu selon l'invention, par le fait que les caractéristiques spécifiques de la matière à pulvériser, la bonne ou la mauvaise broyabilité en particulier, sont appréhendées en se basant sur le comportement en fonction du temps à l'entrée et à la sortie du séparateur à vent associé au broyeur, qu'avec un système de régulation adapta tif, on compense ces fluctuations de paramètres de la boucle de régulation et qu'au moyen d'un traitement statistique de signaux aléatoires, ayant une répartition normale ou quasi normale, en particulier de signaux correspondant aux vibrations captées par une "oreille électrique" disposée sur un tube broyeur, on obtientdes données sur la broyabilité de la composition globale de la matière première et on compense les variations de ces caractéristiques spécifiques des matériaux. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, on appréhende les flux de matières qui stécoulent à à travers le broyeur, flux de produits broyés recyclés et flux de matières premières, dans un appareil calculateur on divise le flux total, matières premières plus produits broyés recyclés, par le flux de matières premières, pour obtenir un quotient défini comme étant le facteur de recyclage, et qu'avec ce paramètre de recyclage, on agit sur la détermination des paramètres de réglage d'un régu- lateur de produits broyés recyclés, cette action pouvant être proportionnelle ou pondérée en fonction du temps. Une autre forme de réalisation de l'invention est caractérisée avantageusement par le fait qu'à l'aide de signaux aléatoires, en particulier de signaux irréguliers représentatifs des vibrations captées par une "oreille électrique" disposée sur un tube broyeur, on détermine la probabilité de dépassement ou de non obtention d'un seuil prédéterminé, en particulier d'une valeur analogique ou numérique correspondant à une valeur prédéterminée des vibrations, et que l'on utilise ce signal statistique après traitement en l'appliquant au régulateur des produits broyés recyclés pour la détermination de la valeur de consigne de celui-ci. En variante, selon une autre proposition de la présente invention, on peut introduire le signal statistique, après traitement, dans une boucle de régulation secondaire du régulateur des produits broyés recyclés. Comme signal aléatoire, on peut aussi utiliser la valeur de mesure de la finesse de la matière qu'il s'agit de pulvériser. La mise en oeuvre concrète du procédé selon l'invention est avantageusement caractérisée par le fait que par l'intermédiaire d'un convertisseur de mesure, on applique le signal représentatif des vibrations captées par une "oreille électrique" disposée sur un tube broyeur, à l'entrée d'un dispositif de traitement statistique dont la valeur de sortie est appliquée, par l'intermé- diaire d'un régulateur et d'un réseau limiteur non linéaire, à l'entrée d'un régulateur des produits broyés recyclés et constitue la valeur de consigne de celui-ci, que la valeur représentative de la masse des produits broyés recyclés est appliquée par l'intermédiaire d'un convertisseur de mesure à un calculateur et au régulateur des produits broyés et recyclés, le calculateur recevant, en outre, sur son entrée la valeur représentative du flux des ma- tières premières et étant relié en sortie au régulateur des produits broyés recyclés, et que la sortie du régulateur des produits broyés recyclés est reliée à des élaborateurs de consignes de quan tité pour les transporteurs peseurs utilisés pour le dosage des matières premières, qui au moyen de régulateurs, règlent la vitesse de rotation des moteurs d'entrainement des transporteurs peseurs de dosage des matières premières, les régulateurs recevant, en outre sur leurs entrées, par l'intermédiaire de convertisseurs de mesure, les valeurs des flux de matières, exprimés en poids, qui sont acheminés par les transporteurs peseurs assurant le dosage des matières premières. En variante, on peut appliquer les signaux de sortie du dispositif de traitement statistique, du régulateur des produits broyés recyclés et du régulateur à un autre régulateur, dont la sortie est reliée aux entrées des élaborateurs de consignes de quantité pour les transporteurs peseurs utilisés pour le dosage des matières premières. Les avantages pouvant être obtenus avec l'invention consistent-en particulier dans le fait que l'on appréhende les variations "à long- terme" de la dureté des matériaux et que l'on peut obtenir ainsi une bonne conduite du broyeur, ce qui se traduit par une évolution plus calme des opérations, entrainant une production plus élevée. A l'aide des dessins nous allons expliquer un exemple de réalisation de 1'invention. Les figures montrent respectivement Figure 1, un dispositif de régulation selon l'invention, pour une régulation adaptative du débit traversant des broyeurs avec séparateur à vent et recyclage Figure 2, une variante du dispositif de régulation selon l'invention, pour une régulation adaptative du débit traversant des broyeurs avec séparateur à vent et recyclage. Dans la figure 1, on a représenté un dispositif de régulation selon l'invention, pour une régulation adaptative du débit traversant des broyeurs avec séparateur à vent et recyclage. Dans de dessin les flux d'informations sont représenté en trait plein, tandis que le cheminement des matières est représenté en trait plein avec des hachures en travers. Dans le cas particulier de cet exemple de réalisation, on a esquissé un dispositif de régulation pour une cimenterie, on peut cependant utiliser ce dispositif, éventuellement sous une fprme légèrement modifiée, également pour d'autres processus faisant appel- à un concassage et à un broyage de matières inorganiques et/ou organiques, et où il faut obtenir une valeur ou une répartition déterminée de la granulométrie. Un tube broyeur est traversé par un flux de matières, un flux M arrivant à l'entrée et un flux M étant prélevé à la sortie. Ce flux de sortie MT du broyeur est acheminé dans un séparateur à vent 2. Du séparateur 2, on prélève d'une part un flux de produit fini VIF, constitué par le produit fin obtenu avec llopé- ration de broyage, et d'autre part un flux de produits broyés à recycler MG, ,constitué par les matières dont la granulation est encore trop grossière. Le flux de produits broyés à recycler MG est renvoyé dans le tube broyeur -1 par un premier transporteur peseur 3 et par un premier point d'addition 4.Deux silos d'approvisionnement 5 et 6 contenant chacun les constituants de la matière première à broyer alimentent respectivement les transporteurs peseurs correspondants 7 et 8 avec des flux de matériaux qui se réunissent en un deuxième point d'addition 9 pour former le flux de matières premières MR Ce flux de matières premières MR est dirigé vers le point --------- d'addition 4 puis également dans le tube broyeur 1. Une "oreille électrique" 10 est disposée sur le tube broyeur 1, pour la mesure des vibrations, et ses grandeurs de sortie sont dirigées vers un convertisseur de mesure 11 qui fournit un signal électrique de sortie "x". Un dispositif de traitement statistique 12 reçoit sur ses entrées d'une part la grandeur "x", d'autre part le signal de sortie d'un organe d'ajustage 13. La sortie du dispositif de traitement statistique 12 est appliquée à l'entrée d'un régulateur 14, l'entrée de ce régulateur est éga- lement reliée à un organe d'ajustage 15. Après passage par un élément non linéaire à caractéristique limitatrice (limiteur) 16, la sortie du régulateur 14 est appui quée en tant que valeur de consigne à une première entrée d'un régulateur des produits broyés recyclés 17. La deuxième entrée de ce régulateur 17 est alimentée par un organe d'ajustage 18 et la troisième par un convertisseur de mesure 19. Sur son entrée, ce convertisseur de mesure 19 reçoit la valeur de la masse véhiculée par le transporteur peseur 3. La grandeur de sortie du convertisseur de mesure 19 est appliquée,en outre,à l'entrée d'un calculateur 20. Sur une autre entrée ce calculateur 20 reçoit la valeur du flux de matières premières MR, sa sortie attaque le régulateur des produits broyés recyclés 17. La grandeur de sortie du régulateur des produits broyés recyclés 17 est appliquée à deux élaborateurs de consignes de quantité 21 et 22 pour les transporteurs peseurs 7 et 8. Les moteurs de commande des élaborateurs de consignes sont reliés respectivement à des organes d'ajustage 23 et 24. Les signaux de sortie des élaborateurs de consignes 21 et 22 sont appliqués à l'entrée des régulateurs 25 et 26. Sur leurs entrées, les régulateurs 25 et 26 reçoivent respectivement les grandeurs de sortie des convertisseurs de mesure 27 et 28. Ces convertisseurs de mesure 27 et 28 reçoivent d'une part les valeurs des poids véhiculés par les transporteurs peseurs 7 et 8, et d'autre part les valeurs des vitesses de rotation des moteurs 29 et 30 des moteurs qui entrainent ces transporteurs peseurs, mesurées au moyen des capteurs de mesure 31 et 32. Dans la figure 2, on a représenté une autre variante du dispositif de régulation pour la régulation adaptative du débit traversant des broyeurs avec séparateur à vent et recyclage. Le tube broyeur 1, le séparateur à vent 2, les transporteurs peseurs 3, 7 et 8 sont, ainsi queles-silos d'approvisionnement 5 et 6 disposés de la même manière que dans la figure 1 déjà décrite. On a aussi les mêmes flux de matériaux : ma le flux d'entrée du broyeur, MT le flux de sortie du broyeur, X le flux de produit fini, MG le flux de produits broyés recyclés et M R le flux de matières premières. La grandeur de sortie de l'oreille électrique 10 est également transmise par le convertisseur de mesure 11, en tant que grandeur x au dispositif de traitement statistique 12, dont de plus l'entrée est également reliée à l'organe d'ajustage 13. La grandeur de sortie x du dispositif de traitement statistique 12 est appliquée à l'entrée d'un régulateur 33. Un autre signal de sortie de ce dispositif de traitement est appliqué au régulateur 33 par l'intermédiaire du régulateur 14. L'entrée du régulateur 14 est aussi reliée à organe d'ajustage 15. La grandeur de sor tie x représente la valeur moyenne du signal représentatif des vibrations x, ainsi que nous allons le décrire plus en détail par la suite. L'appréhension de la masse véhiculée par le transpor teur peseur 3, sa transformation dans le convertisseur de mesure 19 ainsi que l'introduction de cette valeur transformée dans le calculateur 20 et à entrée du régulateur des produits broyés recyclés 17, s'éffectue là aussi d'une manière analogue à celle de la figure 1. Le calculateur 20 reçoit également sur son entrée la valeur du flux de matières premières MR , en sortie il attaque le régulateur des produits broyés recyclés 17 dont l'entrée reçoit aussi une grandeur de réglage fournie par ltorgane ajustage 18. La grandeur de sortie du régulateur des produits broyés recyclés 17 constitue l'une des grandeurs d'entrée du régulateur 33. En sortie le régulateur 33 est réuni aux élaborateurs de consignes de quantité 21 et 22. La disposition des organes d'ajustage 23 et 24, des régulateurs 25 et 26, des convertisseurs de mesure 27 et 28, des moteurs 29 et 30 ainsi que des capteurs 31 et 32 qui viennent ensuite, ainsi que les interconnexions entre ces diffé rents appareils sont encore les memes qu'avec le dispositif de ré- gulation décrit pour la figure 1. On va décrire ci-dessous-le fonctionnement du dispositif de régulation adaptative du débit d'une installation de broyage avec séparateur à vent et recyclage. Le dispositif de régulation du débit a pour tâche dans ce cas, d'une manière générale, de ré- gler la somme des flux d'éléments composants en fonction des caractéristiques de broyabilité. Le tube broyeur 1 travaille en circuit fermé avec le séparateur à vent réglable 2. Le matériau à moudre, autrement dit le flux d'entrée du broyeur, arrive dans le broyeur 1, où il est pulvérisé, transporté jusqu'à la sortie du broyeur où il est repris par une noria et remonté dans le séparateur 2.Le séparateur à vent 2 partage le flux de sortie M T du broyeur en deux, selon une caractéristique de séparation ajustable : un flux MG de produits broye-'srecyclés, c'est-à-dire de matériaux encore trop grossiers, et en un flux M F de produit fini, c'est-àdire de matériaux suffisamment fins. Entre les deux flux de matériaux1 le flux de matières premières MR et le flux de produits broyés recyclés MG il se produit un échange de matériaux qui maintient le régime de fonctionnement stationnaire a = MF . Le flux de produits broyés recyclés M G est alimenté par le flux de matières premières a et il se déverse dans le flux de produit fini MF Le comportement en entrée et en sortie- du tube broyeur 1 dépend du facteur de recyclage U.Ce facteur de recyclage U est égal au rapport du flux d'entrée du broyeur MA = ( ! MG > au flux de matières premières M R Les fluctuations de la broyabilité dues par exemple à des fluctuations de la dureté des matériaux, se traduisent par une variation du flux de produits broyes recyclés MG, et aussi par conséquent par une variation du facteur de recyclage U. L'installation de broyage avec séparateur à vent peut être décrite avec une bonne précision au moyen d'un système constitué par un élément à temps mort et par un élément de retard du premier ordre. Dans un tel modèle, les paramètres de la boucle de régulation sont directement proportionnels au recyclage. Le poids du flux de produits broyés recyclés MG reposant sur le transporteur peseur 3 et pesé par celui-ci est transmis simultanément au calculateur 20 et au régulateur des produits broyés recyclés 17, au moyen du convertisseur de mesure 19 qui transforme ce poids en une grandeur électrique proportionnelle. Dans le calculateur 20, on introduit également la valeur des matières premières MR Pour déterminer le flux de matières premières, aux convertisseurs de mesure 27 et 28, on applique d'une part les poids reposant sur les transporteurs peseurs 7 et 8, et pesés par ceux-ci, et d'autre part les vitesses dî rotation des moteurs 29 et 30 des transporteurs peseurs de dosage 7 et 8, déterminées au moyen de génératrices tachymétriques et des capteurs de mesure 31 et 32. Le flux exprimé en poids, obtenu à partir de ces deux grandeurs, le poids et la vitesse de rotation, est transformé en un signal de sortie électrique par les convertisseurs de mesure 27 et 28. Dans le calculateur 20, on détermine le facteur de recyclage, on détermine par conséquent le comportement en fonction du temps du système constitué par le broyeur et le séparateur à vent. On peut utiliser ce facteur de recyclage pour déterminer les paramètres de réglage du régulateur des produits broyés recyclés soit par une action proprotionnelle (facteur )soit par une action pondérée en fonction du temps (temps de dosage d'intégration Tn). Une adaptation du régulateur des produitsbroyés recyclés 17 aux fluctuations des paramètres de la boucle de régulation, par l'intermédiaire du facteur de recyclage U, assure une compensation rapide en cas de perturbations, par exemple, en cas de fluctuations de la dureté des matériaux.On adapte par conséquent le régulation du débit aux caractéristiques de broyabilité du flux de matières premières MR' la régulation se faisant d'une manière adaptative en fonction du facteur de recyclage U, en se basant sur le comportement en entrée et en sortie du broyeur 1. Des informations sur la broyabilité de la composition initiale globale des matières bruteslet ainsi sur la progression du concassage, peuvent être obtenues à partir du spectre du signal fourni par "l'oreille électrique" 10. Par l'intermédiaire d'un convertisseur de mesure 11 ce spectre de signal est appliqué au dispositif de traitement statistique 12.Dans ce dernier, par une méthode numérique ou analogique, à partir du signal irrégulier'"x" on détermine la valeur moyenne où T représente la valeur moyenne correspondant précisément à l'instant où l'on élabore la nouvelle valeur moyenne, et où T est supérieur au centuple de la durée maximale d'une oscillation du signal irrégulier l'x". A partie du signal irrégulier "x" et de sa valeur moyenne x, par un procédé analogique Oll numérique, on élabore la variante où la grandeur T est supérieure au centuple au domaine dintégra- tion de x. Ensuite, par un procédé analogique ou numérique, à partir de x, de OI et de la valeur fournie par l'organe d'ajustage 13 (x13) on élabore la valeur z = (xl3 x ) / Cr On peut ainsi indiquer la probabilité F(z) de la non obtention d'un seuil prédéterminé, en calculant par une méthode analogique ou numérique 1 expression L'expression F(z) constitue la "valeur instantanée" pour le régulateur 14. L'organe d'ajustage 15 fournit la valeur de consigne de la probabilité. La sortie du régulateur 14, après passage par le limiteur 16, sert à déterminer la valeur de consigne des produits broyés recyclés, pour le régulateur des produits broyés recyclés 17. Dans le dispositif de régulation selon la figure 2, pré- senté en variante, on applique à l'entrée du régulateur 33 la valeur de sortie du régulateur 14, la valeur x du dispositif de traitement statistique 12 et la valeur de sortie du régulateur 17. Le signal statistique élaboré F(z) peut donc être utilisé soit comme on l'a indiqué dans la figure 1 pour déterminer la valeur de consigne du régulateur des produits broyés recyclés 17, soit ainsi qu'on l'a représenté dans la figure 2, en l'introduisant dans un circuit de régulation secondaire, pour déterminer le degré de remplissage. Ce traitement statistique du signal représentatif des vibrations émanant de 1,l'oreille électrique" 10, non filtré, permet d'une manière générale d'obtenir des indications sur la broyabilité de la composition de base globale du flux d'entrée du broyeur MA. Le signal élaboré obtenu en sortie du dispositif de traitement statistique sert de mesure pour ltaptitude du broyeur à recevoir et à traiter de la matière à moudre, et il contribue manière décisive à la détermination du flux de matières premières. En variante au traitement statistique du signal représentatif du niveau de bruit, décrit ci-dessus, on peut recourir à un traitement statistique de la finesse des matériaux. D'une manière générale, à l'aide de signaux aléatoires ayant une répartition normale ou quasi normale, on peut déterminer la probabilité de dépassement ou de non obtention d'un seuil prédéterminé, et réaliser au moyen de cette grandeur, une conduite optimale du processus. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la régulation du débit traversant une installation de broyage avec séparateur à vent et recyclage, dans laquelle par concassage et broyage, on amène des produits inorganiques et/ou organiques à une valeur ou à une répartition convenable prescrite de la granulométrie, caractérisé par le fait qu'en traitant les signaux représentatifs du comportement en fonction du temps des débits à l'entrée et à la sortie du système séparateur à vent associé au broyeur, on appréhende les caractéristiques particulières du matériau qutil stagit de broyer, en particulier sa bonne ou sa mauvaise broyabilité, qu'au moyen dtune régulation adaptative on compense les fluctuations de ces paramètres de la boucle de régulation, et qu'au moyen dlun traitement statistique de signaux aléatoires, ayant une répartition normale ou quasi normale, de signaux en particulier fournis par une "oreille électrique" associée à un tube broyeur, on élabore des données traduisant la broyabilité de la composition initiale globale des matières premières et que l'on compense les variations de ces caractéristiques particulières à ces matières premières. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on appréhende les flux de matériaux qui s'écoulent à travers un tube broyeur, le flux de produits broyés recyclés et le flux de matières premières, qu'en divisant le flux total, matées premières plus produits broyés recyclés, par le flux de matières premières, on élabore au moyen d'un calculateur un quotient défini comme étant le facteur de recyclage, et qu'au moyen de ce facteur de recyclage, on agit sur les paramètres de réglage d'un régulateur des produits broyés recyclés, cette action pouvant être proportionnelle ou pondérée en fonction du temps. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'à l'aide de signaux aléatoires, en particulier à l'aide des signaux irréguliers constitués par les vibrations captées par une "oreille électrique" disposée sur un tube broyeur, on détermine la probabilité de dépassement ou de non obtention dlun seuil prédéterminé, en particulier d'une valeur analogue ou numérique correspondant à une valeur (amplitude) de vibrations prédéterminée et que l'on applique ce signal statistique après traitement, à l'entrée du régulateur adaptatatif des produits broyés recyclés, comme grandeur d'influence déterminant la valeur de consigne. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le signal statistique est introduit, après traitement, dans une boucle de régulation secondaire du régulateur des produits broyés recyclés. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que comme signal aléatoire, on utilise la valeur de mesure de la finesse de la matière qu'il sragit de broyer. 6.- Dispositif de régulation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le signal correspondant aux vibrations captées par une "oreille électrique" (10) disposée sur un tube broyeur (1) est appliqué par 11 intermédiaire d'un convertisseur de mesure (77) à un dispositif de traitement statistique (12), dont la valeur de sortie, après passage dans un amplificateur (14) et dans un réseau limiteur non linéaire (16) est appliquée à l'entrée d'un régulateur des produits broyés recyclés (17) et constitue la valeur de consigne de celui-ci, que par l'intermédiaire d'un convertisseur de mesure (19) la valeur représentative des produits broyés recyclés arrive à un calculateur (20) qui la transmet au régulateur des produits broyés recyclés (t7), l'appareil calculateur (20) recevant de plus sur son entrée la valeur du flux de matières premières (MR) et étant relié par sa sortie au régulateur des produits broyés recyclés (17) et' que la sortie du régulateur des produits broyés recyclés (17) est réunie aux élaborateurs de la consigne de quantité (21, 22) pour les transporteurs peseurs de dosage des matières premières (7, 8) qui, par l'intermédiaire des régulateurs (25, 26) règlent les vitesses de rotation respectives des moteurs d'entralnement (29, 30) des transporteurs peseurs de dosage (7, 8) des matières premières, ces régulateurs (7, 8) recevant par l'intermédiaire des convertisseurs de mesure (27, 28) les valeurs représentatives des flux, exprimés en poids, qui s'écoulent par les transporteurs peseurs (7, 8) assurant le dosage des matières premières. 7.- Dispositif de régulation selon la revendication 6 et pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les signaux de sortie du régulateur des produits broyés recyclés (17), du dispositif de traitement statistique (12) et du régulateur (14) sont appliqués à l'entrée d'un autre régulateur (33), dont la sortie est reliée aux entrées des élaborateurs de consignes de quantité (21, 22) pour les transporteurs peseurs (7, 8) utilisés pour le dosage des matières premières.