製造玻璃材料的方法和裝置製造方法
2023-08-11 13:23:21 1
製造玻璃材料的方法和裝置製造方法
【專利摘要】提供製造玻璃材料的方法和裝置。該裝置包括：液位傳感器，該液位傳感器構造成測量玻璃熔化器內的熔融玻璃的液位；液位控制器，該液位控制器可操作地連接至液位傳感器；配合料傳感器，該配合料傳感器構造成測量一定量配合料的特徵；估算器，該估算器可操作地連接至配合料傳感器；配合料充填速率控制器，該配合料充填速率控制器構造成計算速度指令；以及配合料輸送裝置，該配合料輸送裝置構造成充填玻璃熔化器。該方法包括以下步驟：控制進入玻璃熔化器的配合料的實際配合料充填速率。該控制步驟還包括：估算進入玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率，以及基於預定配合料充填速率與估算配合料充填速率之間的比較結果來控制實際配合料充填速率。
【專利說明】製造玻璃材料的方法和裝置
[0001]本申請是申請號為201010272920.0、申請日為2010年7月29日、題為「製造玻璃材料的方法和裝置」的中國發明專利申請的分案申請。
[0002]本申請要求2009年7月29日提交的美國專利申請第12/511306號的優先權權益。【技術領域】
[0003]本發明總地涉及製造玻璃材料的方法和裝置，更具體地說，涉及控制進入玻璃熔化器的配合料的實際配合料充填速率的裝置和方法。
【背景技術】
[0004]製造玻璃材料的方法和裝置通常包括將配合料引入玻璃熔化器中以生產一定量的熔融玻璃。熔融玻璃此後可形成玻璃板。可調整各種加工技術以影響加工效率和/或成形玻璃板的特徵。
【發明內容】
[0005]下面是本發明的簡要概述，以對詳細描述中所述的一些示例方面提供基本的理
解。
[0006]在一個示例方面，提供一種製造玻璃材料的方法。該方法包括以下步驟:控制進入玻璃熔化器的配合料的實際配合料充填速率。該控制步驟還包括以下步驟:估算進入所述玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率，以及基於預定配合料充填速率與估算配合料充填速率之間的比較結果來控制所述實際配合料充填速率。
[0007]在另一示例方面，提供一種控制玻璃熔化器內的熔融玻璃液位的方法。該方法包括以下步驟:監測所述玻璃熔化器內的熔融玻璃液位；基於熔融玻璃預定液位與熔融玻璃監測液位之間的差值，來計算用於所述玻璃熔化器的預定配合料充填速率；通過確定一定量配合料隨時間的特徵變化，來估算進入所述玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率；以及基於所述預定配合料充填速率與所述估算配合料充填速率之間的比較結果，來控制進入所述玻璃熔化器的配合料的實際配合料充填速率。
[0008]在再一示例方面，提供一種玻璃熔化器。該玻璃熔化器包括液位傳感器和液位控制器，所述液位傳感器構造成測量所述玻璃熔化器內的熔融玻璃的液位，所述液位控制器可操作地連接至所述液位傳感器。所述液位控制器構造成基於熔融玻璃預定液位與所述液位傳感器監測的熔融玻璃液位之間的差值，來計算用於所述玻璃熔化器的預定配合料充填速率。該玻璃熔化器還包括配合料傳感器和估算器，所述配合料傳感器構造成測量一定量配合料的特徵，所述估算器可操作地連接至所述配合料傳感器。所述估算器構造成從所述配合料傳感器接受信息以估算進入所述玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率。該玻璃熔化器還包括:配合料充填速率控制器，所述配合料充填速率控制器構造成基於來自所述液位控制器的預定配合料充填速率與來自所述估算器的估算配合料充填速率之間的差值，來計算速度指令；以及配合料輸送裝置，所述配合料輸送裝置構造成以響應於來自所述配合料充填速率控制器的速度指令的實際配合料充填速率用配合料充填所述玻璃熔化器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]在參照附圖閱讀了下面的詳細描述之後，更好理解這些和其它方面，在附圖中:
[0010]圖1是製造玻璃材料的裝置的示意圖；
[0011]圖2是用於控制進入玻璃熔化器的配合料的實際配合料充填速率的示意說明流程圖；
[0012]圖3是用於估算進入玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率的示意說明流程圖；
[0013]圖4示出了在一時間段上檢測將附加配合料添加至一定量配合料的事件的一示例；以及
[0014]圖5是用於估算進入玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率的一個示例的示意說明流程圖。
【具體實施方式】
[0015]現在將在下文參照附圖更完整地描述示例，附圖中示出了示例實施例。只要有可能，在所有附圖中，都用相同的附圖標記來表示相同或類似的部件。然而，諸方面可具體實施成許多不同形式，不應理解成對這裡所述的實施例進行限制。
[0016]圖1示出了製造玻璃材料的裝置110的示意圖。裝置110可包括玻璃熔化器112，該玻璃熔化器構造成從容納箱116接受配合料114。包括測力計119的配合料傳感器118可連接至容納箱116，且構造成測量容納箱116中的一定量配合料114的一個或多個特徵。容納箱116中的配合料114可通過配合料輸送裝置120以實際配合料充填速率被引導至玻璃熔化器112。配合料輸送裝置120可包括各種機械裝置(例如螺旋饋送器、傳送器)，構造成將配合料114從容納箱116輸送至玻璃熔化器112。還可設置控制器122以操作配合料輸送裝置120。一旦引入配合料，玻璃熔化器112就可施加熱量以還原玻璃配合料114，從而產生一定量的熔融玻璃124。液位傳感器126可構造成測量裝置100的一部分內的熔融玻璃124的液位。如圖所示，液位傳感器126可連接至第二連接管140，但是在其它實施例中液位傳感器126也可連接至裝置110的其它部分。
[0017]如圖1所示，控制器122可包括液位控制器128、用於提供熔融玻璃的預定液位的單元130、估算器132、以及配合料充填速率控制器134。液位控制器128可以可操作地連接至液位傳感器126和用於提供熔融玻璃的預定液位的單元130。液位控制器128構造成基於單元130提供的熔融玻璃預定液位與液位傳感器126監測的熔融玻璃124的液位之間的差值，來計算 用於玻璃熔化器112的預定配合料充填速率。藉助數學等式的計算、先前經驗的預測、查表檢索等，熔融玻璃的預定液位可以設置成常數或變量。而且，配合料充填速率控制器134可以可操作地連接至液位控制器128、估算器132和配合料輸送裝置120。配合料充填速率控制器134構造成基於來自液位控制器128的預定配合料充填速率與來自估算器132的估算配合料充填速率之間差值，來計算用於配合料輸送裝置120的速度指令。估算器132可以可操作地連接至配合料傳感器118和配合料充填速率控制器134，且構造成從配合料傳感器118接收信息以估算進入玻璃熔化器112的配合料114的配合料充填速率。配合料114的各種信息可由估算器132接收，諸如重量、質量、體積、液位、密度、以及容納箱116內的一定量配合料114的其它特徵。
[0018]控制器122可以是電子控制器，且可包括處理器。控制器122可包括一個或多個微處理器、微控制器、數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、離散邏輯電路、或類似控制器。控制器122還可包括存儲器，並可存儲程序指令以引起控制器122提供在此歸屬於其的功能。存儲器可包括一個或多個易失的、非易失的、磁性的、光學的或電氣的介質，諸如只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、快閃記憶體器、或類似存儲器。控制器122還可包括一個或多個模擬-數字(A/D)轉換器，用於處理控制器的各種模擬輸入。對本領域的技術人員來說很明顯，可進行各種更改和改變而不背離本發明的精神和範圍。
[0019]裝置110還可包括第一連接管136、精煉器138 (例如精煉管)、以及第二連接管140中的一個或多個。第一連接管136可提供玻璃熔化器112和精煉器138之間的流體連通。第二連接管140可提供精煉器138和其它下遊部件(未示出)之間的流體連通。
[0020]現在將描述用裝置110製造玻璃的示例方法。參見圖2，一個示例方法包括以下步驟:用估算器132估算進入玻璃熔化器112的配合料114的配合料充填速率242，以及用配合料充填速率控制器134基於預定配合料充填速率246與估算配合料充填速率242之間的比較來控制實際配合料充填速率244。
[0021]如圖2所示，第一加法器248接收預定配合料充填速率246和估算配合料充填速率242，並確定兩者之間的差值。然後將該差值發送至配合料充填速率控制器134，從而計算用於操作配合料輸送裝置120的速度指令250。在一示例實施例中，配合料充填速率控制器134可使用任何閉環控制，其驅使預定配合料充填速率246和估算配合料充填速率242之間的差值變成零或接近零。示例閉環控制技術包括比例積分(PD控制、比例積分微分(PID)控制、以及類似控制。將簡單性與性能平衡起來的示例的閉環控制技術是PI控制。
[0022]假如進入玻璃熔化器112的實際配合料充填速率244保持接近於流出精煉器138處的熔融玻璃拉伸速率，則熔融玻璃124的液位將保持相對恆定。熔融玻璃124的液位響應(Level)可建模成與實際配合料充填速率244與熔融玻璃拉伸速率之間的差值的積分成比例，如下式所示:
[0023]液位=km / (充填速率(t)_拉伸速率(t))dt (I)
[0024]其中，km是比例常數(或處理增益)，其反比於熔化容器(例如玻璃熔化器112和精煉器138)的表面積。因為高於或低於對應熔融玻璃拉伸速率的實際配合料充填速率244將對應地在玻璃熔化器112和精煉器138中積聚或減少熔融玻璃的質量，所以該關係式是顯然的因此，通過在合適的時間段內使實際配合料充填速率244上移或下移，然後使實際配合料充填速率244返回以匹配熔融玻璃拉伸速率，可上下調整熔融玻璃124的液位。
[0025]應注意到，可能還有未被配合料充填速率控制器補償的、會影響熔融玻璃124液位的其它擾動，諸如玻璃熔化器112中的壓力和溫度變化。因此可能有利的是，調節預定配合料充填速率246以實現熔融玻璃124的穩定液位。參見圖2，可使用液位控制器128，從而基於熔融玻璃124的監測液位252與預定液位254之間的差值來確定應如何調節預定配合料充填速率246。第二加法器256接收熔融玻璃124的監測液位252和預定液位254，並確定兩者之間的差值。然後將該差值發送至液位控制器128以調節預定配合料充填速率246。該級聯控制構造既有內控制環上的配合料充填速率補償，也有外控制環上的熔融玻璃液位補償。在一示例實施例中，液位控制器128可使用任何閉環控制，其驅使熔融玻璃124的監測液位252與預定液位254之間的差值變成零或接近零。示例的閉環控制技術包括PI控制、PID控制、以及類似控制。將簡單性與性能平衡起來的示例的閉環控制技術是PI控制。
[0026]在下面的示例實施例中，基於內模方法的變化，用於配合料充填速率控制器134和液位控制器128的PI控制通過選定PI增益(即比例增益和積分增益)來指定，用來確保閉環穩定性。該變化可包括關於充填速率變化的信息，從而試圖在閉環穩定性與擾動阻礙之間平衡折衷。
[0027]在一示例實施例中，用於配合料充填速率控制器134 (即內控制環)的PI增益通過考慮充填速率變化(即擾動d)來確定。控制器設計可基於一處理模型，具體地說，使用從速度指令250到實際配合料充填速率244的處理增益(kg)，實際配合料充填速率響應的時間常數(τ )，以及速度指令250與實際配合料充填速率244之間的延遲時間(Θ )。這些值可以從基於歷史數據的處理或例如從階段試驗來確定。控制器設計還使用擾動的頻率響應特徵。通過測試從處理數據獲得的這些擾動的頻率響應，來選定所關心擾動d的最高頻率(ω)。還可選定所需的擾動衰減量(ad)。該值被選定為0〈ad〈l，其中，O對應於0%的衰減，而I對應於100%的衰減。比例增益kp和積分增益Iii可用下式來計算:
【權利要求】
1.一種製造玻璃材料的方法，包括以下步驟: 利用液位傳感器來測量玻璃熔化器內的熔融玻璃的液位； 利用可操作地聯接至所述液位傳感器的液位控制器，基於熔融玻璃預定液位與所述液位傳感器監測的熔融玻璃液位之間的差值，來計算用於所述玻璃熔化器的預定配合料充填速率； 利用配合料傳感器來測量一定量配合料的特徵； 利用可操作地連接至所述配合料傳感器的估算器來估算進入所述玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率，該估算器從所述配合料傳感器接受信息以估算進入所述玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率； 利用配合料充填速率控制器，基於來自所述液位控制器的預定配合料充填速率與來自所述估算器的估算配合料充填速率之間的差值，來計算速度指令；以及 利用配合料輸送裝置，響應於來自所述配合料充填速率控制器的速度指令，以實際配合料充填速率用配合料充填所述玻璃熔化器。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟: 在一時間段內將附加的配合料添加至所述一定量配合料。
3.如權利要求2 所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟: 當確定所述時間段內的所述重量改變時，通過用歷史重量改變數據基本上掩蔽所述附加的配合料來補償所述附加的配合料。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述掩蔽步驟由下式觸發:
I ABff(k) -1 ΔBffavg(k) I I ≥ ABffthreshold 其中，ΛBWthreshtjld是常數，ABW(k)是在取樣瞬時的配合料重量改變，k是取樣瞬時，ΔBWavg(k)是所述配合料重量改變的移動平均值。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述實際配合料充填速率是這樣來控制的，即，使用閉環控制來致使所述實際配合料充填速率接近所述預定配合料充填速率。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述估算步驟包括以下步驟:預先過濾與所述一定量配合料的重量相對應的數據。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述估算步驟包括:確定一定量配合料隨時間的重量改變。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述估算步驟包括:使用數值微分技術來計算所述重量改變。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟:對與所述時間段內的所述重量改變相對應的數據進行後過濾。
【文檔編號】C03B3/00GK104003605SQ201410242317
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2010年7月29日 優先權日:2009年7月29日
【發明者】J·H·阿倫斯, C·M·卡特, 金鐘學 申請人:康寧股份有限公司