制造玻璃材料的方法和装置制造方法[0001]本申请是申请号为201010272920.0、申请日为2010年7月29日、题为“制造玻璃材料的方法和装置”的中国发明专利申请的分案申请。[0002]本申请要求2009年7月29日提交的美国专利申请第12/511306号的优先权权益。[0004]制造玻璃材料的方法和装置通常包括将配合料引入玻璃熔化器中以生产一定量的熔融玻璃。熔融玻璃此后可形成玻璃板。可调整各种加工技术以影响加工效率和/或成形玻璃板的特征。
[0005]下面是本发明的简要概述，以对详细描述中所述的一些示例方面提供基本的理解。 [0006]在一个示例方面，提供一种制造玻璃材料的方法。该方法包括以下步骤:控制进入玻璃熔化器的配合料的实际配合料充填速率。该控制步骤还包括以下步骤:估算进入所述玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率，以及基于预定配合料充填速率与估算配合料充填速率之间的比较结果来控制所述实际配合料充填速率。[0007]在另一示例方面，提供一种控制玻璃熔化器内的熔融玻璃液位的方法。该方法包括以下步骤:监测所述玻璃熔化器内的熔融玻璃液位；基于熔融玻璃预定液位与熔融玻璃监测液位之间的差值，来计算用于所述玻璃熔化器的预定配合料充填速率；通过确定一定量配合料随时间的特征变化，来估算进入所述玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率；以及基于所述预定配合料充填速率与所述估算配合料充填速率之间的比较结果，来控制进入所述玻璃熔化器的配合料的实际配合料充填速率。
[0008]在再一示例方面，提供一种玻璃熔化器。该玻璃熔化器包括液位传感器和液位控制器，所述液位传感器构造成测量所述玻璃熔化器内的熔融玻璃的液位，所述液位控制器可操作地连接至所述液位传感器。所述液位控制器构造成基于熔融玻璃预定液位与所述液位传感器监测的熔融玻璃液位之间的差值，来计算用于所述玻璃熔化器的预定配合料充填速率。该玻璃熔化器还包括配合料传感器和估算器，所述配合料传感器构造成测量一定量配合料的特征，所述估算器可操作地连接至所述配合料传感器。所述估算器构造成从所述配合料传感器接受信息以估算进入所述玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率。该玻璃熔化器还包括:配合料充填速率控制器，所述配合料充填速率控制器构造成基于来自所述液位控制器的预定配合料充填速率与来自所述估算器的估算配合料充填速率之间的差值，来计算速度指令；以及配合料输送装置，所述配合料输送装置构造成以响应于来自所述配合料充填速率控制器的速度指令的实际配合料充填速率用配合料充填所述玻璃熔化器。



[0009]在参照附图阅读了下面的详细描述之后，更好理解这些和其它方面，在附图中:
[0010]图1是制造玻璃材料的装置的示意图；
[0011]图2是用于控制进入玻璃熔化器的配合料的实际配合料充填速率的示意说明流程图；
[0012]图3是用于估算进入玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率的示意说明流程图；
[0013]图4示出了在一时间段上检测将附加配合料添加至一定量配合料的事件的一示例；以及
[0014]图5是用于估算进入玻璃熔化器的配合料的配合料充填速率的一个示例的示意说明流程图。

[0015]现在将在下文参照附图更完整地描述示例，附图中示出了示例实施例。只要有可能，在所有附图中，都用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。然而，诸方面可具体实施成许多不同形式，不应理解成对这里所述的实施例进行限制。
[0016]图1示出了制造玻璃材料的装置110的示意图。装置110可包括玻璃熔化器112，该玻璃熔化器构造成从容纳箱116接受配合料114。包括测力计119的配合料传感器118可连接至容纳箱116，且构造成测量容纳箱116中的一定量配合料114的一个或多个特征。容纳箱116中的配合料114可通过配合料输送装置120以实际配合料充填速率被引导至玻璃熔化器112。配合料输送装置120可包括各种机械装置(例如螺旋馈送器、传送器)，构造成将配合料114从容纳箱116输送至玻璃熔化器112。还可设置控制器122以操作配合料输送装置120。一旦引入配合料，玻璃熔化器112就可施加热量以还原玻璃配合料114，从而产生一定量的熔融玻璃124。液位传感器126可构造成测量装置100的一部分内的熔融玻璃124的液位。如图所示，液位传感器126可连接至第二连接管140，但是在其它实施例中液位传感器126也可连接至装置110的其它部分。
[0017]如图1所示，控制器122可包括液位控制器128、用于提供熔融玻璃的预定液位的单元130、估算器132、以及配合料充填速率控制器134。液位控制器128可以可操作地连接至液位传感器126和用于提供熔融玻璃的预定液位的单元130。液位控制器128构造成基于单元130提供的熔融玻璃预定液位与液位传感器126监测的熔融玻璃124的液位之间的差值，来计算 用于玻璃熔化器112的预定配合料充填速率。借助数学等式的计算、先前经验的预测、查表检索等，熔融玻璃的预定液位可以设置成常数或变量。而且，配合料充填速率控制器134可以可操作地连接至液位控制器128、估算器132和配合料输送装置120。配合料充填速率控制器134构造成基于来自液位控制器128的预定配合料充填速率与来自估算器132的估算配合料充填速率之间差值，来计算用于配合料输送装置120的速度指令。估算器132可以可操作地连接至配合料传感器118和配合料充填速率控制器134，且构造成从配合料传感器118接收信息以估算进入玻璃熔化器112的配合料114的配合料充填速率。配合料114的各种信息可由估算器132接收，诸如重量、质量、体积、液位、密度、以及容纳箱116内的一定量配合料114的其它特征。
[0018]控制器122可以是电子控制器，且可包括处理器。控制器122可包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑电路、或类似控制器。控制器122还可包括存储器，并可存储程序指令以引起控制器122提供在此归属于其的功能。存储器可包括一个或多个易失的、非易失的、磁性的、光学的或电气的介质，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存器、或类似存储器。控制器122还可包括一个或多个模拟-数字(A/D)转换器，用于处理控制器的各种模拟输入。对本领域的技术人员来说很明显，可进行各种更改和改变而不背离本发明的精神和范围。
[0019]装置110还可包括第一连接管136、精炼器138 (例如精炼管)、以及第二连接管140中的一个或多个。第一连接管136可提供玻璃熔化器112和精炼器138之间的流体连通。第二连接管140可提供精炼器138和其它下游部件(未示出)之间的流体连通。
[0020]现在将描述用装置110制造玻璃的示例方法。参见图2，一个示例方法包括以下步骤:用估算器132估算进入玻璃熔化器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基于预定配合料充填速率246与估算配合料充填速率242之间的比较来控制实际配合料充填速率244。
[0021]如图2所示，第一加法器248接收预定配合料充填速率246和估算配合料充填速率242，并确定两者之间的差值。然后将该差值发送至配合料充填速率控制器134，从而计算用于操作配合料输送装置120的速度指令250。在一示例实施例中，配合料充填速率控制器134可使用任何闭环控制，其驱使预定配合料充填速率246和估算配合料充填速率242之间的差值变成零或接近零。示例闭环控制技术包括比例积分(PD控制、比例积分微分(PID)控制、以及类似控制。将简单性与性能平衡起来的示例的闭环控制技术是PI控制。
[0022]假如进入玻璃熔化器112的实际配合料充填速率244保持接近于流出精炼器138处的熔融玻璃拉伸速率，则熔融玻璃124的液位将保持相对恒定。熔融玻璃124的液位响应(Level)可建模成与实际配合料充填速率244与熔融玻璃拉伸速率之间的差值的积分成比例，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是比例常数(或处理增益)，其反比于熔化容器(例如玻璃熔化器112和精炼器138)的表面积。因为高于或低于对应熔融玻璃拉伸速率的实际配合料充填速率244将对应地在玻璃熔化器112和精炼器138中积聚或减少熔融玻璃的质量，所以该关系式是显然的因此，通过在合适的时间段内使实际配合料充填速率244上移或下移，然后使实际配合料充填速率244返回以匹配熔融玻璃拉伸速率，可上下调整熔融玻璃124的液位。
[0025]应注意到，可能还有未被配合料充填速率控制器补偿的、会影响熔融玻璃124液位的其它扰动，诸如玻璃熔化器112中的压力和温度变化。因此可能有利的是，调节预定配合料充填速率246以实现熔融玻璃124的稳定液位。参见图2，可使用液位控制器128，从而基于熔融玻璃124的监测液位252与预定液位254之间的差值来确定应如何调节预定配合料充填速率246。第二加法器256接收熔融玻璃124的监测液位252和预定液位254，并确定两者之间的差值。然后将该差值发送至液位控制器128以调节预定配合料充填速率246。该级联控制构造既有内控制环上的配合料充填速率补偿，也有外控制环上的熔融玻璃液位补偿。在一示例实施例中，液位控制器128可使用任何闭环控制，其驱使熔融玻璃124的监测液位252与预定液位254之间的差值变成零或接近零。示例的闭环控制技术包括PI控制、PID控制、以及类似控制。将简单性与性能平衡起来的示例的闭环控制技术是PI控制。
[0026]在下面的示例实施例中，基于内模方法的变化，用于配合料充填速率控制器134和液位控制器128的PI控制通过选定PI增益(即比例增益和积分增益)来指定，用来确保闭环稳定性。该变化可包括关于充填速率变化的信息，从而试图在闭环稳定性与扰动阻碍之间平衡折衷。
[0027]在一示例实施例中，用于配合料充填速率控制器134 (即内控制环)的PI增益通过考虑充填速率变化(即扰动d)来确定。控制器设计可基于一处理模型，具体地说，使用从速度指令250到实际配合料充填速率244的处理增益(kg)，实际配合料充填速率响应的时间常数(τ )，以及速度指令250与实际配合料充填速率244之间的延迟时间(Θ )。这些值可以从基于历史数据的处理或例如从阶段试验来确定。控制器设计还使用扰动的频率响应特征。通过测试从处理数据获得的这些扰动的频率响应，来选定所关心扰动d的最高频率(ω)。还可选定所需的扰动衰减量(ad)。该值被选定为0〈ad〈l，其中，O对应于0%的衰减，而I对应于100%的衰减。比例增益kp和积分增益Iii可用下式来计算: