CN1243104A - 玻璃熔化和/或精炼炉的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种控制玻璃配合料在玻璃熔炉中的熔化的装置,它可根据人工采取的措施自动地进行所有的或其中某些控制熔炉工作参数的操作以及操作熔炉致动器的工作,它包括:一台模糊控制器型分析和控制装置,它采用了一套接收所有来自传感器和探测器的熔炉工作数据以及设定点值的模糊逻辑算法,该算法将控制信号传给各致动器和控制装置;一个神经中枢型和/或模糊型预测***,它根据熔炉状态和长期生产中变化的数据决定要赋予所有致动器的各设定点值,从而确保了各生产阶段具有最佳工作,该设定点值构成了模糊逻辑算法的输入值。

Description

玻璃熔化和/或精炼炉的控制装置

本发明涉及控制玻璃熔炉以使包括过渡阶段操作在内的熔炉操作自动化并提高玻璃产品质量，减少燃料消耗以及减少排污量。本发明可被用于任何类型的玻璃熔化和/或精炼炉，即烧窑、端焰炉或横焰炉、电炉或混合型炉(电+火焰)，而且本发明可被用于任何类型的玻璃产品。

因此，本发明的目的是提供一种玻璃配合料熔化控制装置，它属于模糊控制型控制装置，如此设计所述控制装置，即它可以根据相关工作人员用手采取的措施自动进行一组用于控制熔炉工作参数的操作中的所有或其中某些操作以及一组用于操作控制熔炉设备的致动装置的操作中的所有或其中某些操作。

众所周知的是，玻璃熔炉的控制是一项特别错综复杂的工作，这尤其是因为熔炉控制牵涉许多参数而且这些熔炉惰性很强以及玻璃熔化控制所涉及的参数和现象变化很缓慢。

结果，玻璃熔炉的控制通常停留在根据经验而定的水平上，这种控制常局限于通过人工操作对控制熔炉加热和冷却设备的致动装置和玻璃配合料装料设备起作用的控制装置而进行炉顶温度的调节。这些操作常依赖于工作人员的经验以及他对熔炉和炉中玻璃液的运转或状态的分析，尤其是依赖于目测玻璃成分在炉中熔化和/或精炼的情况。

经验表明，对根据炉中给定情况采取何种操作作出决定的原理是难于形式化的。

为了解决这个问题，工作人员常列出给出在既定生产方案中所有可测熔炉参数的情况的图表，从而试图在相似的生产条件中重复这些参数。所涉及的参数数目和缺少对这些参数之间的关系或内部联系的了解使得操作在熔炉的稳定工作过程中变得复杂了。在过渡阶段内，操作例如变换产品或改变颜色就更加困难了。因此，人们可以设想到，玻璃熔炉只能由经验丰富的技术工人操作。

因此，所作决定常常取决于个人经验或常识。结果，很难总结出一套熔炉控制原理。工作人员在其对熔炉的控制中在相对于最佳操作条件的安全系数内工作，以便不用冒降低玻璃质量的危险，这一作业限制了熔炉的产量或其效率。

实践证明，玻璃熔炉的手控方式在控制过渡阶段时是更加受限制，所述过渡阶段对应于熔炉吨位的变化或玻璃颜色或玻璃种类的变化或其它变化。

现在参见附图1，它以局部剖开的透视图示出了一个可采用本发明的玻璃熔炉的实施例。

这种熔炉众所周知地主要由用耐火材料制成的窑池1构成，玻璃2在所述窑池中熔化。该窑池具有由耐火材料制成的侧壁3和炉顶4。用装在至少一个炉壁中的烧嘴5加热炉室。

精炼出的熔融玻璃在通常被称为工作室6的炉子区域内经历调温处理，随后它们被送往用标记7示意代表的成形设备，这些成形设备可以是任何类型的设备且尤其可以是空心玻璃器皿(瓶子)的成形机或用于获得平面玻璃(窗玻璃)的玻璃板生产设备。

通过至少一个成加料机8形式的装置将玻璃配合料加入熔炉中，这些加料机构被装入至少一个炉壁中，它们投放并将玻璃配合料推放在熔融玻璃的表面上，这些熔融玻璃呈独立料堆形式或呈具有限定成分的薄层9的形式。

炉壁3还具有许多个开口(图中未示出)，从而允许工作人员观察玻璃在炉室中的熔化情况、烧嘴火焰的形状、配合料在熔融玻璃表面上的散布情况、起泡器的工作情况等。

熔炉还包括许多个用于测量熔炉及其***设备如工作室6、燃料和氧化剂环路、通风环路、冷却环路、所有的流体环路的工作参数以及致动装置(控制阀、电力调节装置等)的位置和位置控制件的位置的传感器和探测机构和其它这样的装置。测量值对应于所观察的数量或参数(温度、流速、压力、速度、位置等)的各种状态。

基于现有技术的这种状态，本发明意在提供一种用于监视并控制玻璃配合料在玻璃熔炉中的熔化和/或精炼情况的装置，它根据实施相关操作的工作人员手动采用的措施自动地进行一组用于控制熔炉工作参数的操作中所有的或其中某些操作以及一组用于操作熔炉致动装置的操作中所有的或其中某些操作。构成本发明主题的装置的特征在于，它包括：

-一台模糊控制器型的分析和控制装置，它采用了模糊逻辑型控制算法，这种算法接收来自传感器和安装在熔炉上的探测机构的所有有关熔炉工作的信息以及由工作人员手动输入的设定点值，这种控制算法向熔炉的各致动装置和控制装置输出控制信号；以及

-一个神经中枢型和/或模糊型预测***，它根据熔炉及其参数的最初状态以及至少一种所述参数的变动决定熔炉及其参数状态的预测改变时刻，这种熔炉状态的预测变化被用作模糊控制装置的输入数据，它决定了保持与限定目标不矛盾的最佳熔炉操作所必需的新的熔炉致动装置的设定点值。

这个熔炉及其参数状态的预测变化构成模糊逻辑型控制装置的输入数据的一部分，这种控制装置将决定必须传给用于操作并控制熔炉设备以便维持工作人员的既定目标如炉顶温度或玻璃产品质量的各种致动装置的设定点。

根据构成本发明主题的控制装置的第二实施例，此装置还包括一个在神经中枢型和/或模糊型预测***的记忆阶段内即在获取熔炉的操作准则的阶段内使用的记忆或计算装置。根据本发明，此记忆、决断或计算装置采用了数模式计算机模型，这使得根据实际熔炉由预测***的记忆阶段或通过采用数学模型模拟熔炉的工作而定义出控制熔炉操作的准则成为可能。

根据构成本发明主题的装置的一个优选实施例，此装置还包括一个用于获取并处理熔炉内部的图像且在可见光、红外线或其它光谱范围内工作的装置，该装置可以包括一个位于炉中以便观察对应于与玻璃熔融和/或玻璃熔炼有关的现象的区域的摄像机***，由此获得的图像接着经过处理以便获得与所观察到的现象有关的数据，这些数据经过加工，从而作为熔炉控制算法的输入数据被输入以便监视并控制所观察到的现象。

本发明的其它特征和优点将从以下结合附图所给出的描述中得到，这些附图非限定性地举例示出了本发明的一个实施例，其中：

图1是局部剖开的示意透视图，它示出了一个可采用本发明的上述玻璃熔炉的例子；以及

图2是表示构成本发明主题的控制装置的流程图。

如上所述，本发明的装置提供了一种监视并控制玻璃配合料的熔化和/或精炼的***，这使得根据由手动地执行相关操作的工作人员所采用的措施而自动地进行所有的或其中某些用于控制熔炉工作参数控制的操作及用于操作其致动装置的操作成为可能。

根据这种装置，采用了以下措施：

-一台模糊控制器型分析和控制装置；以及

-一个神经中枢型和/或模糊型预测装置。

此装置还可以包括一个数模式记忆或计算***和一个用于获取和处理炉内图像的装置。

如将要了解到的那样，构成本发明主题的控制装置依赖于一套模糊逻辑型控制算法，它接收以下信息(这种枚举绝不是要限定本发明)：

-由装入或装在玻璃熔炉上的温度传感器获得的温度数据；

-与熔炉所用各种流体(燃料、氧化剂、烟气及其混合物、冷却液、电)的流速和压力有关的数据和与各种流体消耗的测量值有关的数据，由设置在熔炉上或熔炉中的传感器或探测装置输出这些数据；

-与各熔炉致动装置(控制阀、电力调节器、配合料流速调节装置等)的位置有关的数据；

-来自熔炉设备运行终端传感器的数据；

-由工作人员手动输入熔炉控制***中的设定点值；

-涉及玻璃产品质量的数据，可以在生产过程的任一点处获得这类数据；

-如以下将要详细描述的那样，来自神经中枢网的信息；以及

-如以下将要描述的那样，得自对炉内图像的分析的数据。

模糊控制装置的控制算法控制着信号且尤其是那些用于下述元件的信号(这种例举没有局限性)：

-燃烧设备(烧嘴及其燃料和氧化剂输入设备)；

-用于加热或调节的电器设备；

-玻璃精炼装置(起泡器、电热促熔器等)；以及

-熔炉控制***。

根据上述输入数据的处理产生由所述算法而来的输出数据，并根据基于***的特定要求的模糊逻辑原理和相应的控制准则进行上述数据处理。当对***编程时，这些准则可以是用手输入的，或者是在记忆阶段内直接在待控制熔炉上通过模糊逻辑获得的。

如将要了解到的那样，模糊控制装置收集所有的与熔炉操作有关的数据，这些数据来自安装在炉中的传感器和探测***，所述控制装置采用了模糊逻辑算法，这种算法复制了工作人员的操作原理和技术诀窍，从而决定必须操作的最适当的熔炉致动装置或熔炉致动装置组，以便获得最佳的熔炉控制。

神经中枢型和/或模糊型预测***根据熔炉瞬时状态和输入材料的变动或至少其中一种参数的编程改动使得确定在采取这些变动后的若干小时中的对应熔炉状态成为可能。换句话说，此***可根据熔炉状态和与长期生产中的变化有关的数据以预测的方式确定出熔炉状态变化和各不同参数将对此所采取的值。

因此，根据表示熔炉状态的参数的预测变化，该预测***将确定必须要赋予所有熔炉致动装置的各设定点值以确保各生产阶段具有最佳的熔炉工作状态。根据要进行的各生产过程的不同参数，预测***决定各设定点值的变化以使过渡阶段最佳化。这种最佳化考虑了熔炉要求，且尤其是考虑了那些涉及最终产品的质量、在其成分的安全范围内的熔炉工作条件、熔炉工作所需的各种能量的消耗值、污染物的排放、配合料的可获得性等等的要求。

此预测***考虑了所有这些约束条件，它如所限定的那样根据可能有的熔炉状态决定最佳的控制措施，这些措施是通过赋予各熔炉致动装置的预测设定点值来实施的。这些设定点值构成了模糊逻辑熔炉控制算法的输入数据。

构成本发明主题的控制装置还可能包括一个在神经中枢型和/或模糊型预测***的记忆阶段内即在获取熔炉工作准则的阶段内采用的记忆、决定或计算装置。这种可采取数模式计算机模型的装置使得根据针对实际熔炉的预测***的记忆阶段或通过用数学模型模拟熔炉工作而限定控制熔炉操作的准则成为可能。

传给模糊控制装置的控制算法的数据包括涉及熔炉内部图像的数据。根据其中一个方面，构成本发明主题的控制装置包括用于获取并处理熔炉内部图像的装置。为此，通过一个图像获取仪器扫描炉子内部，此仪器可以是由至少一个在可见光、红外线或其它光谱内工作的摄像机构成的。这些摄像机安置在炉壁内或炉顶上，从而能够对至少一个对应于与玻璃熔化和/或精炼有关的现象的区域进行监视。这些现象可能是：

-送入熔炉中的配合料的分布情况，料堆位置及其速度分布情况和当配合料在熔融玻璃表面上熔化时与配合料的外表相关的其它参数；

-烧嘴的工作情况且尤其是烧嘴火焰在熔炉内的分布及其形状，从而控制热能向玻璃的散布并抑制上层结构的耐火材料如炉壁和炉顶的耐火材料的磨损；

-玻璃熔融物中的对流运动，尤其是为了使玻璃的精炼和/或熔化最佳化的对流运动，从而控制其质量并限制构成将玻璃保持在熔炉内的窑池的耐火材料的磨损；

-起泡器的操作情况；以及

-任何可在熔炉内观察到的现象。

由此获得的图像经过电子处理或经过计算处理以便提取与所观察到的现象有关的数据。使用这些数据，从而它们可作为熔炉控制算法的输出数据地被输入，以便监视和控制所观察到的现象，由此使得对出现在炉内的玻璃熔化和/或精炼发生地的现象进行自动分析成为可能。

利用计算机的功能来综合这许多玻璃熔化和/或精炼工艺特有的参数的处理和某些目前尚不能使用控制玻璃熔炉的人工方式进行的事务。

在由本发明即构成本发明主题的自动熔炉控制装置所产生的优点中，尤其要注意以下优点：

-与工作人员的主观感觉及其经验无关地进行熔炉控制；

-综合考虑了玻璃熔化工艺的所有参数以及这些不同参数之间的相互作用；

-使熔炉控制最佳化；

-熔炉操作更加稳定；

-更好地控制了过渡阶段；

-更好地控制了燃烧并因此更好地控制了消耗和排污；

-更好地控制了输入熔炉各区内的热力的分布和传送并因此更好地控制了玻璃精炼；

-供给熔炉的各能源之间具有最佳配置，例如在石油能源和电能之间有最佳配置；

-更好地利用了玻璃精炼工具如起泡器或用于精炼的电热促熔装置；

-通过控制玻璃中的对流减少了耐火材料的磨损，由此可以延长熔炉寿命；

-更好地控制了最终产品的质量和提高了最终产品的质量；

-对相同生产过程来说提供了更好的熔炉调节的再现性；

-降低了能耗；以及

-减少了排入大气中的污染物。

当然，本发明始终不局限于上述和/或在此所示的实施例，而是它包含了任何落于如后续权利要求书所限定的本发明范围内的变型。

Claims (9)

1.一种用于控制玻璃配合料在玻璃熔炉中的熔化的装置，它根据执行有关操作的工作人员手动采取的措施自动地进行一组用于控制熔炉工作参数的操作中的所有或其中某些操作以及一组用于操作熔炉致动装置的操作中所有的或其中某些操作，此装置的特征在于，它包括：

-一台模糊控制器型的分析和控制装置，它采用了一套接收所有来自安装在熔炉上的传感器和探测装置的与熔炉操作有关的数据以及由工作人员手动输入的设定点值的模糊逻辑型控制算法，此套控制算法将控制信号传给熔炉的各致动装置和控制装置；以及

-一个神经中枢型和/或模糊型预测***，它根据熔炉状态和长期生产中变化的数据决定要赋予所有熔炉致动装置的各设定点值，从而确保了各生产阶段的最佳工作，所述设定点值构成了控制熔炉的模糊逻辑算法的输入值。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，它还包括一台在神经中枢型和/或模糊型预测***的记忆阶段内即在获取熔炉的工作准则的阶段内使用的记忆或计算装置。

3.如权利要求2所述的控制装置，其特征在于，记忆或计算装置采用了数模式计算机模型，这使得根据针对实际熔炉的所述预测***的记忆阶段或通过采用数学模型模拟熔炉工作而定义出控制熔炉操作的准则成为可能。

4.如权利要求1-3之一所述的控制装置，其特征在于，它还包括一个用于获取并处理熔炉内部图像的装置，此装置在可见光、红外线或在其它光谱范围内工作，该装置可以是由至少一个布置在炉中以便观察对应于与玻璃熔化和/或精炼有关的现象的区域的摄像机构成，使由此获得的图像经过处理，从而获得了与所观察到的现象有关的数据，这些数据经过加工以便作为熔炉控制算法的输入数据被输入，从而可以监视并控制所观察到的现象。

5.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述的由用于获取和处理炉内图像的装置观察到的现象是送入炉内的玻璃配合料的分布情况、料堆位置及其速度的分布情况以及当配合料在熔融玻璃的表面上熔化时与配合料的外表有关的各种参数。

6.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述的由用于获取和处理炉内图像的装置观察到的现象是烧嘴火焰在炉内的形状及其分布，从而可以控制热能的分布并抑制耐火材料且尤其是炉顶、炉壁的耐火材料的磨损。

7.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述的由用于获取和处理炉内图像的装置观察到的现象是熔融玻璃中的对流运动且尤其是为了使玻璃的熔化和/或精炼最佳化的对流运动，从而可以控制其质量并抑制构成用于将玻璃保持在熔炉内的窑池的耐火材料的磨损。

8.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述的由用于获取和处理炉内图像的装置观察到的现象是起泡器的工作情况。

9.如前述权利要求之一所述的控制装置，其特征在于，模糊逻辑型或神经中枢型预测***被设计成尤其是根据对生产程序的变动或根据装入熔炉的材料的变动输出由逻辑控制装置所用的数据以便限定出必须传给用于操作并控制熔炉设备的各致动装置的设定点。

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