测量和调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数的方法

专利名称：测量和调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量和调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料(Rauhschmelze)参数的方法，尤其是用于对那些用光学方法测量的、作为玻璃熔池表面与玻璃流动有关且可良好调节的参数的混合料覆盖率、轴向和径向混合料压实进行简单而且结构固定的调节。本质特征是固定的或以手动方式预先给定的玻璃表面光学参数(如混合料覆盖量、生料漂移和横向热斑的位置)额定值，这些参数表示了玻璃流动强度和在炉体下部熔化区和精炼区反应空间的分离，此外还采用一个为火焰长度调节回路的快速跟踪调节器电路作为补充。
背景技术：
常规的炉况调节方法调节与质量关系不大的炉体上部参数，或者不清楚它们的关系且在具有较大延迟时间的玻璃熔池情况难于调节它们的关系。
连续的玻璃熔化是一个技术上有严格要求的过程，该过程迄今为止存在的问题是延迟时间长和不清楚调节对象的反应。常规推定为保证质量的玻璃熔池状态参数的直接调节不是因其测量就是因为过长的延迟时间而失败。作为该问题的解决方案，一种小型(快速)模型炉的调节看来仍处于没有希望的状态。于是只能将其作为一种无助的技术方案来对待。
采用自动化地确定温度高低的炉顶温度调节手段的起因在于炉顶温度的延迟时间短。尽管如此，这种调节在技术上是有缺点的。该调节有时确实盲目，因为应该熔化的不是炉顶而是其在热交换中的对方，即玻璃。例如，对于大量控制炉内燃烧的影响参数和措施来说，较高的炉顶温度测量值意味着较冷的玻璃，但是重要的是玻璃，且本身的目标也是玻璃。这种调节方法绝不是仅仅在级联的上一节调节回路，或者一个进一步新的或完全自动化的闭合调节方案的结果。对此存在着矛盾。
快速炉顶温度调节的本质系统缺点，由一个被P3610365.9公知为BTR调节的技术方案“Verfahren zur aktuell technologischen Regelung deroberofengeheizung von Glasschmelzwannen”所克服，其中还包含有一个按照上一级热技术计算模型的指令参数进行调节的方式。但是，如上所述，一个如对炉顶温度这样相对明显的调节回路已经使运行者多方迷惑，并将其带离对内部处理关联的理解，通过对具有所有可能的调节参数的任意现象的调节存在着这种危险，正如在例如按照欧洲专利文献EP 0 976 685 T1的所谓模糊调节的主要特征。这种调节方案对于那些对该熔化技术绝对必要的、长期伴随的分析工作来说是有缺点的，并对于一种受限制的、可能公知的技术范围仅仅能够短期成功。
但是，所有这些方案的共同之处是熔化区和精炼区的反应空间相分离，在炉体下部中决定熔炼质量及影响熔体流动的玻璃混合料以及尤其是叉流原理(Kreuzstromprinzip)，既不是调节的重点，又不是调节外在的目标。因为它们仅涉及炉体上部参数，并因此从一开始就不可能为对炉体下部参数(即对玻璃的惟一成形地点)进行直接的且相对独立的调节而设置，并且也不适合于用于这样的调节。
由于其余的特别多样化的动态边界条件，一种保证质量的调节方案必须逻辑关系清楚地针对这些质量参数，且必须尽可能是可理解的，但是应当是可转换到能直接测量且具有良好调节性的质量参数。也就是说，在这些调节对象参数中，平衡时间与延迟时间之比应当尽可能地大。
问题在于，形成玻璃的炉体下部或玻璃熔池中对玻璃质量起决定作用的参数必须服从于一种有因果关系的调节，以便能够有目的地在熔池炉中稳定且有效地制造玻璃。

发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种获取决定质量的玻璃生料参数的间接测量值、并对其进行分析和调节的方法，以便使熔池炉中的玻璃制造过程比较稳定，且在其质量和经济性方面得到改善。
令人惊奇地发现，总覆盖率、特别是混合料分布作为其局部熔池轴向梯度或者微商-生料漂移(Batchdrift)-对于回流有很高的表现力。因为混合料浮块(Gemengescholle)的漂浮取决于装填机器的装填动量、火焰的推动作用和在表面上的分布压力，它们通常相似或被保持相似，所以对于相同的熔化功率来说混合料浮块的紧凑或压实的程度是一个对于表面回流的源流动的恢复作用的量度。这里另一个意义是将熔化功率较大的、吸入下降的熔化流理解为同样意义的支持该流动的条件。表面再循环流确定的仅仅是由对流引起的熔化，并同时主导了玻璃生料和精炼区的混合强度和反应空间的分离，并作为差分流动(Differenzteilstrom)特别有意义。人们几乎不能计算出它，但可以在表面上进行观察和测量。它将对那些形成玻璃和表征熔化动力学的地方开创从起因上作“深层次的观察”。对于其强度，根据熔化功率断定存在一种优化状态，通过本发明的测量方法应当可数字再现地确定是保持还是偏离该优化状态。对于有特点的混合料压实可以简单地采用牛顿流体定律，其对于平板和流体之间摩擦力F的通用形式为F＝-n*A*dv/dx其中，dv/dx是与平板相距垂直距离处流体的速度梯度。A是平板与平行流动流体(玻璃再循环回流)的接触面积，而n是流体的动粘度。如果混合料板简化理解为完全浮动的，则可以将牛顿摩擦定律用于确定由再循环回流产生的、作用于浮块上的反向摩擦力。在得知回流中玻璃的动粘度的情况，通过简单地转换摩擦定律，确定流体的速度梯度。对于一个可以选择的、优选在玻璃熔池混合料下方始终相同的深度处，可以由此求得一个相对速度，作为玻璃回流速度的特征量。如果来自装载动力和斜坡驱动的推动混合料的作用力连续降低，并局部与接近表面的玻璃回流的摩擦力处于平衡，则由于浮块减小，对每个浮块在混合料漂浮方向有一个确定的平衡位置。这里，装载机械旁边的较小的旧浮块在滑坡之后的混合料漂移量，即便在源点前面的“谷”中也不是零，因为该浮块的相对熔化量随着主要面对相反方向熔化动量(通过在该方向上相对强烈的、表面固体阻力)和位于其间的间隙中相对较高的熔化物进入而继续增加。同时，对于再循环流的相对作用力来说，出于两个原因减小了，该减小同样也有利于推动小的旧浮块第一，出于平衡原因，回流的速度在纵轴上是相当恒定的，但是通过较冷熔液的混入和同时在混合料覆盖量下方的流体辐射屏蔽，在随着与增加的封闭的混合料覆盖量接触的开始的返回路程上，回流的温度降低。此时，其粘度以及按照牛顿摩擦定律的恢复力(因为速度保持恒定)上升。第二，继续漂浮的混合料浮块在其面向源点的路径上持续变薄，并更接近在入口遇到的、处于表面平板的简化假设。于是，该强烈依赖于浮块厚度的的端面阻力变小。至少这两个理由有利于旧浮块行进到其不再存在具有相对大的漂浮路径。
该测量方法的优点尤其在于明显没有那些会对混合料孤岛平衡位置(与其形状有关)的调节产生强烈影响的机械。由此奠定了本发明方法的主要预期成果，通过混合料分布可以确定再循环流的继续进行的相对强度。尽管在实践中图像的巨大动态，可以令人惊奇地发现，通常混合料所占份额的表面的定位(正如考虑到处理过程的复杂性)通过一个有意义的线性变化很好地再现。这适用于那些紧随装载区域的封闭混合料覆盖量分段。但是，尤其令人惊奇和满意的是，这种线性分段的斜率实际上出人意料地表示了再循环回流强度的特征数。其中，尤其因为类似模型描述的复杂性和不清晰，如何精确定义这种相关性是不重要的。相反正如本发明方法在此公开的一种可重复的连续测量自身可以无条件地保持在最高的技术水平。
在第一种应用中，将混合料覆盖量的正切函数(或者斜率)沿熔池纵轴(优选)与玻璃主流动方向相反进行设定和利用，以便确定由混合料覆盖量图像得到的再循环流相对强度。为一个相对速度建立特征数对于测量目的或者作为其中调节的实测值完全足够了。用直线斜率表示的、对混合料浮块的压实或包装密度所作的测量在同样的装载机械运行方式下实际上也导致与作比较的诊断测量的表面再循环回流的强度高度一致。
对用于保证质量的有效动态调节参数进行研究和从逻辑上作强制关联是本发明的重要部分。
一种对玻璃熔池的表面按像点的方式区分亮度并逐行确定其份额的图像分析方法用于在该玻璃熔池表面的一个任意选择的图像片段(Bildaus-schnitt)上区分被混合料覆盖的表面和无覆盖的表面。于是可以确定混合料覆盖率沿熔化方向的减小，这种减小与表面再循环流强度直接相关，尤其显示出其稳定性。这是用于构造一个与质量相关的调节回路的实测值所必需的测量值。为了闭合一个与再循环流对应的调节回路，此外还需要一个合适的调节参数。为此，必须克服技术上活动范围的旧的和僵化的限制，在横焰熔池中特别对于沿熔池纵轴的燃料分配中存在这种限制。
按大多数经验所选择的、且随后多半保持为常数的燃料分配得到一个作为调节回路调节参数的新的动态函数。然而，该调节回路不能处于该炉的调节体系之首位(Spitze)。但另一方面，新的调节的结果直接取决于炉体调节结构中有意义的关联。权利要求16所述的调节作为分级中的更重要的调节提供了权利要求1方法中的光学确定混合料覆盖率，其中，该调节给出一个用作预先给定一燃料或总能量供给的输出。该燃料恒定调节或BTR调节有可能位于调节方案之首位，然而效力较低。
一个模糊调节中的关联或者处于一级联之首位的炉体上部温度调节回路方案对该方法来说是不合理的。在BTR调节中优选甚至用较好的动态来保证炉顶温度调节具有特别好的可靠技术特性。
因此，本发明对玻璃熔池提出了如权利要求2所述的一种用于调节混合料覆盖量的梯度的调节方法，该方法在级联中或作为后接的调节器具有一个用作总燃料或矿物能量投入的输入，作为额定值具有混合料覆盖量的梯度，作为实测值使用了由公知的、对转换过程间歇时间的CCD图像的分析所得到的混合料覆盖量的梯度并用在源点方向上强化的能量输入分布来响应小的混合料覆盖量(即在混合料浮块局部结构中继续向前漂浮的混合料)的梯度，并具有一个调节响应，该响应在带有一个小于预定额定值的混合料覆盖量的梯度的窄压实混合料情况，按照权利要求7将横焰熔池中的能量分配转移到加强装载区域的第一入口或者在源点处的入口，从而加强了再循环流。对于U形熔池和横焰熔池，生料漂移调节回路具有相同调节意义的调节参数是在源点区按照权利要求5提高气泡生成量和按照权利要求6提高电辅助加热。玻璃流动仍然是极慢的层状流动，它和在再循环回流中一样具有仅仅沿一个方向驱动的、极小的横向混合作用。
公知的是，除了用于精炼的源点温度外，通过玻璃中高剪切力得到的良好的反应空间分离和良好的混合是达到玻璃均匀性、即提高玻璃质量的基本前提。
有效的叉流混合只有在轴向再循环流和径向再循环流组合时(即特别通过加强迄今低估的横向混合成分)才形成。在该调整的两者组合中存在一种在炉体下部中混合作用(其意味着熔化功率和质量保证)的本质上更高的潜力。按照本发明为此提出了一个跟踪调节器，它的控制调节器作为实测值具有一个公知的光学图像处理系统“光学熔化控制(OMC)系统”的数字信号，其中，测量所报告的是在熔池横轴玻璃表面上一个火焰轴向温度场内至少一个热斑的重心位置，其额定值是一个长度，该长度优选为在熔池横轴一半处的温度场最大值的位置，其输出是该火焰长度的指令参数，作为后接的调节器的实测值具有一个通过OMC测得的作为表示火焰长度的一个热源重心的位置，而该控制调节器具有一个输出，该输出是一个通过调节一旋流器或调节雾化油气压力或调节一个入口的负载分配来改变火焰长度的调节参数。其中，在横焰熔池中借助于OMC通过控制调节器首先优选对每个火焰轴确定在一火焰轴向温度场中进入玻璃熔池的热量输入的重心。在再生加热熔池中这优选在每次转换间歇中进行。该热量重心在控制调节器中与内容相同的额定值进行比较，该额定值优选为熔池宽度的一半。在额定值和实测值重合时达到了加强横向流动的最佳条件，因为局部热斑，特别是所涉及火焰的重心位于熔池中部的熔池纵轴附近。
按照本发明方法，重要的是通过权利要求3的方法同样加强了玻璃的横向流动，并由此保证了一个强的叉流混合。其中，在转换间歇中确定热量输入的重心，并引入一个位于熔池纵轴上的额定值。
由此，此控制调节器的额定值具有一个固定的最佳值，该值必要时通过与可靠性有关的强制引入影响参数加以修正。控制调节器优选的PID(比例-积分-微分)修正的输出在传送的意义上是一个后接的调节器的火焰长度指令参数。它是一个火焰热量重心的被控制的校正，该校正作为实测值通过一个OMC送至后接的调节器。这导致这样的结果在火焰根部处的局部玻璃熔池热斑的位置附近，火焰长度指令参数通过该控制调节器(然而特别缓慢地)被提高。快速跟踪调节器，同样优选作为PID调节器，将相对快速的火焰长度实测值与由控制调节器预定的指令参数相比较，且给出一个用于调节火焰长度(或更精确地调节一个热斑火焰温度场的重心)的调节输出。其中，对于油加热的熔池来说，调节机构是雾化油气压力的减压调节阀，而对于燃料点火来说一般是一个入口处用于分配燃料的分配阀门。其中，会聚的预先设定的火焰优选为调节十分灵敏的。在可燃气体燃烧器中对湍流增强的旋流器的调节或者对一个公知(优选为燃烧器中间的驱动空气供给的)空气调节阀的调节，优选为后接的调节器的调节参数。但是，火焰长度在一个炉中不能无限长地调节。重要的是避免一个特别长的火焰在可靠性技术上有意义。尤其不允许废气一侧的输出口受到过热的危害。因此，一方面，用一个OMC、通过一种公知的环境比较(但是用在燃烧器嘴上是新的)确定并测量一个过热极限值作为温度梯度。另一方面，必要时也可以按照主观运行者的要求将可见火焰末端的位置作为最大火焰长度(该长度称作火焰燃尽长度)确定为极限值，并借助于OMC连续地测量。两种比较是控制调节器可供选择的前馈控制，其额定值在超出极限值时以相减方式接入，使得玻璃上热斑的额定值位置从中心位置向燃烧控制的一侧缩短。不采用超出中心位置的移动。
该问题的另一个解决方案在于，将对来自优选三个侧壁平行的并对称图像条(Bildstreifen)的亮度和面积填充(Flaechenausfuellung)的集成产品(Integrationsprodukt)的光输出所进行的比较在调节燃料输入额定值的时期内送至燃烧器。其中，靠近出口的图像条所占份额的极限值在三个条的总和中确定。这样对超出极限值的归纳由上述实现。
只是在优选的额定值位置上才有可能是一个连续的不依赖于侧面的横向源流位置，并对其调节，其中火焰长度这样被跟踪，并按照权利要求4根据其图像上的一个热重心实际地且在燃烧周期内这样调节，使得火焰轴向热斑位于靠近熔池纵轴上的理想位置，其中，由权利要求3的调节回路来控制权利要求10的火焰长度调节回路。按照权利要求8，在油燃烧器通过降低雾化油气压力将火焰长度调节得更长。按照权利要求9，在一个入口内的燃烧器上燃料的不对称分配是本发明的一个适用的加长可燃气体火焰和油火焰的手段，尤其在火焰轴相交或者会聚时。为了应对过长火焰的危险，按照权利要求11对火焰长度的指令参数接入一个影响参数，该影响参数按照权利要求23是一个监测火焰端部、尤其是监测转换间歇期间废气排出口棱边上局部过热的光学测量参数。但是，该光学测量尤其按照权利要求12是针对玻璃熔池表面进行的。分析图像片段的边界优选这样手动确定，使得该全部由炉室摄像机可见到的玻璃表面位于其中。反映到图像中的摄像机视孔上起泡的斑点或者污染，则作为图像片段通过分析加以排除。为了识别玻璃表面上热斑的成因并为了对火焰长度进行实际的燃烧调节，按照权利要求13为每个入口配置一个火焰轴，优选该火焰轴在分析图像中是不可见的。
按照权利要求1和2，混合料覆盖量和生料漂移应该具有尽可能小的梯形失真，且按照权利要求21是接近实际的数值。因此，每个像点按照权利要求14以其距图像拍摄装置的距离的平方作加权校正。按照权利要求15，允许一种对位于侧面的混合料产生较小影响的侧向失真。由于V形装载所希望的图像情形，这对权利要求2的调节来说是一个优点，此外在算法上特别简单。
按照权利要求17，将混合料压实作为逆着玻璃提取流动方向的混合料覆盖量的斜率优选也用图形示出，但是，其中数字确定的线性斜率按照权利要求2是调节方法的输入实测值。不仅在权利要求14的灰色调情况，而且在权利要求20的彩色强度比较情况，是混合料还是玻璃的准则性区分，通过与特别热的第一行和特别冷的第二行两个现有标准的长期动态比较(按照权利要求18对变化热炉况的亮度和按照权利要求22对变化热炉况的色彩)相适应。对于图像分析，按照权利要求19优选视向沿着熔池纵轴，从而图像行设置在熔池的横向。因为按照权利要求2待调节的和按照权利要求17待测量的再循环流的方向与提取流动的方向相反，为各行沿此方向指定一个编号。
该方法相对于公知现有技术的商业优点在于，在大量玻璃的玻璃熔化中有较高的质量保证，在可比的质量下有较高的可供使用的专门熔化功率，降低的能耗，必要时较长的设备使用寿命。在大量应用中可以预期减少废气NOX的排放。


下面结合实施方式对本发明作进一步的说明图1示意地表示本发明对玻璃表面附近主要的再循环流进行强度调节的调节回路；图2表示构成本发明生料漂移调节回路输入的一个OMC测量系统的测量结果；图3表示图2所示OMC测量的质量因数曲线；图4表示随着一个横焰熔池的火焰大小变化对调节对象所作的调节行为；图5表示在输出情况下精炼区承受热负载和再调节后的情况；图6示意地表示本发明对玻璃表面附近的横向再循环流进行强度调节的调节回路。
具体实施例方式
首先结合第一实施方式详细说明权利要求2所述方法的实现过程。一个浮法玻璃金属熔池主要按照一技术规范(在此规范中根据熔化功率和碎片份额预先给定燃料总供给的额定值)以燃料自动运行方式工作。这专门通过一个公知为燃料温度调节器(BTR)1的调节器来实现，该调节器具有同时进行拱顶温度监测的优点。如权利要求1所述的、位于该调节体系之首的、从原理来说本身非常简单的混合料覆盖率调节方法在这种熔炼炉中尚处于暂时试验性的开环试验阶段。在此实施方式中所采用的BTR之后设置了一个常规的用于总燃料的PID调节器。所有入口均配备了λ调节装置。每个入口分别具有一个单独的、为空气系数λ预先给定的额定值。由此，充分保证了在各个入口的热负载的变化通过其燃料供给得到校正，而不是甚至相反发展。各个入口的燃料分配量以在总燃料供给中所占份额的形式被存储在一个燃料分配器2的各个额定值设定装置中，该燃料分配器2由一个过程控制系统(Prozessleitsystem)来手动调节。熔液的表面通过一个常规的炉室摄影机监视，而沿熔池纵轴的混合料熔化程度通过一个权利要求17的方法测量，其中，测量装置被称为光学熔化控制系统(OMC)4。在熔化区中混合料覆盖量(Gemengebedeckung)的斜率在从近乎0到近乎100％的混合料覆盖量的范围中由OMC沿横轴逐行测量，并借助一种简单的线性近似沿表面再循环流的方向加以确定。该斜率是本发明生料漂移(Batchdrift)调节回路的实测值。根据运营者通过长期对质量和混合料压实(Gemengezusammen-drngung)数字斜率形式的OMC输出进行比较观察，为熔化功率确定了一个斜率的质量因数。该质量因数是对生料漂移调节器3以手动方式预先给定的额定值。
在图2中给出了构成本发明的生料漂移调节回路3输入的OMC测量系统的测量结果。其中，熔池长度作为横坐标13沿熔液流动方向示出。此外，沿横向的混合料覆盖量作为纵坐标14示出。尽管通过系统对每个图像行逐一进行了测量，为平滑图像行的杂散分别由多个行构成一个混合料覆盖量的平均值，并作为一个表示图像行组15的混合料覆盖量(百分数方式)的柱给出。借助于简单的线性回归处理(Regression)，将熔化区17内的混合料覆盖量斜率的主支确定为混合料覆盖量的主近似直线。其在横座标轴上的投影(Ankathete)长度是熔化区实际所占部分的长度16。为了调节，将数字斜率作为输入信号使用，其为主近似直线在纵座标轴上的投影(Gegenkathete)与在横座标轴上投影之比。在该实例中，因为在混合料覆盖量从5％至97％范围(即值1＝100％被减少了0.95和0.03)确定斜率，则该区相应在纵座标轴上的投影为0.92。该区相应在横座标轴上的投影值是0.33。因此，调节对象(Regelstreck)的实测值是2.79。近似混合料压实的斜率角18为该比值的正切，并具有更直观的值。为此，还针对性地对横座标轴上的投影使用了其值。就内容而言其理由在于，这里要确定起作用的表面再循环流具有与横坐标13相反的方向，但是出于清楚起见，如通常那样沿流动方向表示该熔池长度。
图3示出了相应的被存储的OMC测量的质量因数曲线。质量因数存储的主近似直线19给出了个别值直到2％混合料覆盖量的良好相关关系。存储的质量因数中保证质量的混合料压实斜率角20比实测值更平坦。但是对于调节方法来说，数字斜率是重要的。该斜率在质量因数(其对相同吨位成为生料漂移调节回路的实测值)中为2.35。调节误差为-0.44，于是该实例指出，调节误差优选强烈地扩展到较大的值。
在示例中，燃料分配仅仅在入口2和入口3、另外在作为“源点入口”的入口5有变化。调节误差在生料漂移调节器中按照PID特性进行估算，并作为调节参数送至燃料分配单元2。该燃料分配单元减小“源点入口”、即入口5的燃料份额，其中，燃料分配器同时将入口2和3的燃料份额之和以均分方式提高相同的量。其功能是由此保持入口2+3+5份额的总和不变。因而，本发明调节回路3的调节输出成为燃料分配单元2的输入，用于在校正该手动预先给定值的意义上控制额定值。在示例中将额定值校正的允许范围限定在各为总燃料量的3％。作为生料漂移调节器3输出参数的调节参数的数值没有被实现，但却被显示出来。同时，它到达对手动干预作操作建议的状态，并在操作监视器上对此提供彩色显示。作为燃料额定值的预先给定的总燃料是公知的前一级燃料温度调节器(BTR)1的输出和公知的燃料调节器的输入。BTR调节器1典型地在相对长的时间上预先给定相同的总燃料额定值，由此避免了由燃料变化造成的调节行为的系统性叠加或耦合叠加。在示例中，在燃料调节器后设置了燃料分配单元2。作为一种选择，建议将向燃料调节器导送的额定值输入用作燃料分配单元2的输入。
在图1中未示出实际设备中设置在燃料分配器后面的单独燃料调节器。动态调节参数的调节在专业人员处理的范围内实现。在该示例中，由于仅仅每隔20分钟就出现该OMC各个增加的测量值的转换间歇，首先调节器作为P调节器运行，然后有效地利用I部分(I-Anteil)，并继续小心地提高微分部分(differentielle Anteil)。低于2小时的延迟时间是不适用的。低于1小时的积分重复(integrierende Wiederholung)同样是不适用的(I部分)。
在图4和5中以易懂的示意图方式示出了随着火焰大小变化对调节对象所进行的调整行为。在此，火焰大小用于代替表示所涉及的入口或该燃烧器的燃料供给量。其中，图4示出了横焰熔池上的调整行为，作为生料漂移调节器对上述示例中在熔化区待挤压的混合料位置的调节偏差作出的反应。这里，第五个火焰带有完全封闭实线的轮廓表示输出状态源点处的相对热负载5。它随着生料漂移调节器的调整行为被减小，以减弱该源点。该火焰的间断轮廓象征性地示出了源点处调节后的相对热负载7。在输出状况下入口2和3处的热负载6由第二和第三火焰面来表征。燃料分配单元的调整条件是保持来自入口2+3+5的燃料总和不变。其结果是，调节后入口2处的热负载8与入口3一样大于输出状态时的热负载。
对于一个U型火焰熔池，调节的思路是从整个的燃烧器入口转移到单个的燃烧器。图5示出了在输出状况下精炼区的热负载9和调节后的精炼区热负载11(表现为减小的火焰大小)。通过燃料分配单元，对于横跨装载区和熔化区设置的第三火焰，使其由表征输出状况熔化区单独热负载10的火焰大小转变到表征调节后熔化区单独热负载12的火焰大小。
为了实现权利要求3和4的方法，示例中玻璃熔池上用于光学控制玻璃熔液的系统“光学熔化控制系统”(OMC)4测量色度蓝、绿和红。如公知那样，用等温线来限定温度场。这里，对干扰的冷区域(混合料孤岛)作重新评估。在等温线内部，玻璃表面上的一个热斑按照权利要求3和12来限定和确定。这在回热式的熔池中优选在火焰转换间歇内完成。确定该热斑的几何中心，并将其配属给一个像点。图像行按照权利要求13通过预先选择一个火焰轴配属给一个燃烧器入口。由此，确定了产生此影响的燃烧器入口。玻璃上火焰沿轴向温度场的几何中心位置作为图6中向控制调节器25传送的实测值被估为玻璃熔池中一个热斑温度场的重心沿火焰轴向的位置，具体而言，其实测位置以在熔池横轴长度上所占份额的形式出现。由位于熔池中轴上的炉室摄像机的固定鸟瞰出发，对称的图像片段的中心像点构成玻璃熔池的中轴。每个火焰的实际冷源的重心应该位于该处。按照权利要求3，这是冷源的一个火焰轴向温度场重心的额定位置21，优选为控制调节器25的固定设定额定值，其为半个熔池宽度。在示例中存在一个调节偏差。从先前的、刚刚断开的火焰源头来看，玻璃熔池中一个热斑温度场的重心在火焰轴向位置的额定值24在示例中位于额定值之前。这意味着，该火焰显然过早解除了其热量，以致不能如希望的那样在该熔池的中轴处在一个火焰轴向温度场内部建立一个热负载重心并由此将增加的横向流驱送到中间位置。对此目的而言，该火焰调节得有些过短。控制调节器或冷源调节器25改变传送给跟踪调节器(更明确地为灵敏的火焰长度调节器) 27的火焰长度指令参数26以得到更长的火焰长度。该指令参数在重新引入火焰时在该侧被激活，而跟踪调节器27此时调节当前一个“更长”的火焰。该火焰长度同样借助于OMC(4)类似地但在火焰周期内长时间连续测量。在一条等温线的内部建立了火焰的重心，该等温线的相关长度由熔池宽度确定。简称为火焰长度的实测值30。该火焰配属于一个入口，且这样来接通该调节回路通过该跟踪调节器27的一个接通火焰长度调节机构28的调整行为来加长该过短的火焰。在示例中，按照权利要求8降低该入口的油燃烧器的雾化油气压力。该调节对象29的图像按玻璃熔池表面温度分布和池壁温度分布的形式变化。这些图像是调节回路中OMC图像处理的输入。在燃烧期间该调节器27在对于半个燃烧周期改变的指令参数的基础上继续自主工作，并独立地重新调节在该时间间隔中由于调节对象的变化引起的所有火焰长度的改变。仅仅提醒了由于入口空气供给的变化或炉室压力波动引起的干扰，以说明对调节器现实状况的要求。在下一个周期中，例如识别出玻璃熔池和熔池中轴上最明亮的位置的重合。在这种情况下，控制调节器25不会改变跟踪调节器27的指令参数，而跟踪调节器27在下一周期中按照火焰长度旧的指令参数工作。火焰长度的调节回路也可以与控制调节器25解耦，而只是稳定地运行在例如主观希望的火焰长度。此时，在控制调节器25的完整配置中给出的指令参数成为跟踪调节器27的额定值。在示例中描述了权利要求4所述的仅对火焰长度进行的调节，以便借助于权利要求10的方法如权利要求3所述那样调准熔池中间位置处相应的热斑。尤其是对横焰熔池设置了多个这样的调节回路，但它们通常仅仅共同使用一个OMC系统4。
本方法的结果显然面向一个插入图像(Einlagebild)的较强的V型结构，并作为这种图像可以通过与本发明无关的、现有的OMC系统4以数字方式相对确定。按照权利要求2，在横焰熔池上与被调节火焰长度的入口相对置的输出口应该通过如权利要求11极限长度监测加以保护，避免受到相当程度的过热。燃烧器开口边沿过热的影响参数22应当避免。按照权利要求23，借助于OMC紧接在“停止燃烧”之后的燃烧间歇期间对一个手动选定的炉体上部侧壁上的图像片段(该图像片段靠近所涉及的入口，但不包括入口本身)进行图像分析。结果对该表面确定了蓝、绿和黄强度的分配。几乎同时在包括入口边沿的情况下进行同样的操作。一个在包括燃烧器开口边沿情况下由人工调节的被划分为危急类的相对蓝色偏移，通过OMC 4发出一个与蓝色偏移量成正比的信号，用以从手动设定的控制调节器的额定值中减去火焰轴向冷源重心的额定位置21。结果是得到了传送给冷源调节器的、经过可靠性校准的额定值23。该额定值被从理想的中间位置向后移动，以便有利于输出口的温度防护。
在U型火焰熔池情况下对于燃烧入口处各燃烧器的燃料分配量的调节参数和对于入口处起支持燃烧作用的空气分配量的调节参数，是一些可在工程技术手段范围内通过由上述横焰熔池中的相关调节参数相应转换得到的与之略有不同的调节参数。
权利要求
1.一种用于调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数的方法，其特征在于借助于一个混合料覆盖率调节回路对玻璃熔池表面上的混合料覆盖率进行调节，其中，用光学方法测得的玻璃熔池表面上的混合料覆盖率实测值作为输入参数被输入该调节回路中，该调节回路本身具有一个混合料覆盖率额定值，它的输出参数用于对玻璃熔池的总能量供给进行调节。
2.一种用于调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数的方法，其特征在于通过轴向遏制混合料浮块状地向前漂浮、对玻璃熔池表面附近主要的再循环玻璃回流的强度进行调节，其中借助于一个隶属于一个总燃料调节回路的生料漂移调节回路对混合料覆盖率沿熔池纵轴方向的梯度进行调节，其中，用光学方法测得的该梯度实测值作为输入参数被输入该生料漂移调节回路中，而其输出参数则作为一个连接在其后的、用于间接调节玻璃在炉体下部中流动的调节回路的指令参数。
3.一种用于调节横焰玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数的方法，在该熔池中的浮块状向前漂移的混合料受到侧向的V形遏制，其特征在于对该玻璃熔池表面附近的横向再循环玻璃流的强度进行调节，其中，对玻璃表面上的一条火焰踪迹的一个热斑的重心在火焰轴向的位置进行调节，其中，用光学方法所测得的该热斑重心在火焰轴向的位置实测值作为输入参数被输入一个燃烧控制调节回路，该调节回路的优选额定值是该热斑沿熔池横向处于熔池的中间位置，其输出参数则作为一个连接在其后的、用于调整火焰长度的调节回路的指令参数。
4.一种用于调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数和为保护炉体而控制燃烧的方法，其特征在于对一个用光学方法测得的、一个燃烧用空气入口的热斑火焰温度场重心位置的实测值进行调节，其中，该调节回路是一个带有一额定值的火焰长度调节回路，该额定值是关于热斑在火焰轴上位置的额定值。
5.按照权利要求2所述的用于调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数的方法，其特征在于所述连接在后的调节回路是通过一种具有相同调节意义的、对在源点附近所生成气泡的调节来实现对炉体下部中的玻璃流动的调节。
6.按照权利要求2所述的用于调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数的方法，其特征在于所述连接在后的调节回路是通过一种具有相同调节意义的、对在源点附近电辅助加热的调节来实现对炉体下部中的玻璃流动的调节的。
7.按照权利要求2所述的用于调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数的方法，其特征在于在横焰玻璃熔池情况下，所述连接在后的调节回路通过对各入口处燃料分配的调节来加强炉体下部中的玻璃流动，其中所述源点入口和/或第一个入口被分配得到更多的燃料。
8.按照权利要求4所述的用于调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数和为保护炉体而控制燃烧的方法，其特征在于所述火焰长度调节回路的输出参数是一个通过调节燃油燃烧器的雾化油气压力转而实现对火焰长度调节的调节参数。
9.按照权利要求4所述的用于调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数和为保护炉体而控制燃烧的方法，其特征在于所述火焰长度调节回路的输出参数是一个通过将燃料不对称地分配到一个入口的多个燃烧器上来实现对火焰长度调节的调节参数，其中，通过增强不均匀分配来调节较长的火焰。
10.按照权利要求3或4所述的用于调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数的方法，其特征在于所述火焰长度调节回路的、作为其指令参数的额定值由所述燃烧控制调节回路提供，而其输出是一个调节火焰长度的调节参数。
11.按照权利要求10所述的用于调节玻璃熔池中决定质量的玻璃生料参数的方法，其特征在于所述火焰长度调节回路的作为其指令参数的额定值由所述燃烧控制调节回路提供，且受到一个用于监控极限长度的前馈控制。
12.一种通过炉室图像分析获得测量值的方法，其特征在于所述图像分析局部地在一个图像片段内进行，该图像片段包括在摄像机透视中可见到的玻璃熔池表面，连同漂浮的混合料，但不包括炉体上部侧壁。
13.一种用于实现权利要求3或4所述方法的、通过炉室图像分析获得测量值的方法，其特征在于所述图像分析在燃烧周期内并局部地在一个包括摄像机透视中可见到的上部炉室的图像片段内进行，并且通过一种与一在图像中预先选定火焰轴作对称比较、为一火焰配置一个火焰温度场。
14.按照权利要求12所述的、用于实现权利要求1至4所述方法的、通过炉室图像分析获得测量值的方法，其特征在于在所述图像片段内部，通过对像点进行一种与所属实际物体和图像拍摄装置物镜间距离的平方成比例的加权，对图像矩阵各行和各列之间距离的透视性变短进行校正。
15.按照权利要求12所述的、用于实现权利要求1至4所述方法的、通过炉室图像分析获得测量值的方法，其特征在于在所述图像片段内部仅对图像矩阵各行之间距离的透视性变短进行校正，其中为图像片段中的每个像点行乘以一个透视校正系数1/cosα，其中，α是一个在玻璃熔池平面上熔池纵轴和图像拍摄装置物镜之间形成的角度。
16.按照权利要求12所述的、用于实现权利要求1所述方法的、通过炉室图像分析获得测量值的方法，其特征在于在一个大体包括一个玻璃熔池熔化区的玻璃熔池表面的图像片段中确定一个作为混合料浮块表面之和的混合料覆盖量，所述混合料覆盖量是该混合料面积除以恒定的玻璃熔池表面积所得的商。
17.按照权利要求12所述的、用于实现权利要求2所述方法的、通过炉室图像分析获得测量值的方法，其特征在于在所规定的图像片段中确定在漂浮的混合料浮块区域中混合料覆盖量的线性增加，其中，借助于图像分析将松散的混合料覆盖的面积作为一个行场来确定，该行场既具有以多个亮度值准则性地予以区分的亮像点，又具有交替间隔其间的暗像点，逐行确定一行像点中的暗像点数在该整行像点数中所占份额，并确定混合料覆盖量的线性斜率，该混合料覆盖量的线形斜率常数作为沿熔池纵轴并逆抽取流方向来编号的图像行的一个函数，是再循环玻璃流的动量的特征参数和输入所述生料漂移调节回路的测量值参数。
18.按照权利要求16或17所述的方法，其特征在于所述准则性的像点亮度阈值由在图像片段底部的第一行图像行亮度的平均值和最后一行图像行亮度的平均值构成。
19.按照权利要求16或17所述的方法，其特征在于所述视向轴这样定向，使得它与图像片段的高度和熔池纵轴近似构成一个共同的垂直于玻璃镜面的平面，且位于所述视向轴的各条垂直线上的像点构成各分析图像行，这些分析图像行从图像片段的底部开始递增编号。
20.按照权利要求16或17所述的方法，其特征在于所述准则性的亮度阈值由尤其为红色和绿色的强度代替，其中，小的红色值表示熔化的混合料和/或热的混合料，而小的绿色值则表示冷的混合料，从而“暗”由接近0的红和小的但不接近0的绿替代，而“亮”则比照前述方式来代替，即蓝色很大、红和绿都小或者中等但都不接近0。
21.按照权利要求20所述的方法，其特征在于所述对于蓝色、绿色和红色的强度的准则性阈值分别由第一行图像行和最后一行图像行各色平均值的平均值构成。
22.按照权利要求14或15和16或17所述的方法，其特征在于所述混合料覆盖量当前在玻璃熔池表面积中所占份额这样来求得，即，将所述图像片段中的暗像点数的加权值与该图像片段中所有像点数的加权值相除。
23.按照权利要求4所述的、用于实现权利要求11所述方法的、通过炉室图像分析获得测量值的方法，其特征在于在排出废气周期之后的燃烧间歇对火焰极限长度的监视在先前排出废气的炉侧这样进行，即，对两个图像片段亮度的平均值进行比较，其中一个图像片段包括先前排出废气的口的棱边，而第二个比较图像片段则是关于前述第一个图像片段的一个外部环境范围的图像片段，而不包括该前述第一个图像片段本身，当比较差值超出一个允许上限值时就发出一个用于监测火焰极限长度的干扰信号。
24.按照权利要求4所述的通过炉室图像分析获得测量值的方法，其特征在于所述测量从时间上看在燃烧侧变换的间歇中进行。
全文摘要
本发明涉及一种对玻璃熔池中决定质量的参数进行测量和简单地作固定结构调节的方法。按照本发明，对混合料覆盖量、混合料压实、冷源和热源的热重心位置、特别是玻璃熔池表面的位置和火焰的位置进行光学测量，将它们作为额定值或者在后续调节中作为指令参数进行比较，并通过燃料供给、燃料分配、燃烧器预压、辅助加热功率或者生成气泡进行调节。在一个炉室摄像机的按实际份额进行估计的图像片段中，逐点优选按颜色权重区分出混合料或者玻璃。在调节体系中首先由一个调节回路调节混合料覆盖率。将沿熔池横向逐行列出的混合料份额和其在熔化区沿熔池轴向线性变化确定为本方法本质的、以再循环流为条件的混合料压实，并且用作向生料漂移调节回路输入的实测值。在横焰熔池中，一个火焰控制调节回路，根据在转换间歇测得的火焰轴向玻璃热斑相对于由最强流动的额定值确定的熔池轴向平均位置的位置偏差，向位于其后的火焰长度调节回路发送一个火焰长度指令参数，该火焰长度调节回路在燃烧周期中实时地调节火焰重心。在控制调节回路上施加影响参数避免了对排出口边的过度加热。强烈的叉流混合以及熔化区和精炼区反应空间的严格分离是本发明典型的质量保证。
文档编号C03B5/00GK1489554SQ01822658
公开日2004年4月14日 申请日期2001年12月13日 优先权日2000年12月14日
发明者弗兰克·赫格沃尔德, 赫尔穆特·希尔曼, 彼得·赫曼, 弗兰克 赫格沃尔德, 特 希尔曼, 赫曼 申请人:科特布斯玻璃设计及技术有限责任公司