CN117567005A - 基于生料线位置的控制方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于生料线位置的控制方法、装置、设备及介质，该方法包括采集窑炉内部玻璃液面的图像；基于采集到的图像，定位出生料线位置；基于生料线目标值、第一控制因素和预构建的第一APC模型，获得各个区域空间温度，当各个区域空间温度未超过温度限制值时，基于空间温度目标值、第二控制因素和预构建的第二APC模型，获得窑炉燃烧枪流量；基于残氧含量目标值、第三控制因素和预构建的第三APC模型，获得窑炉燃烧枪氧燃比；当生料线位置、空间温度以及实时残氧含量稳定在目标值后，基于窑炉燃烧枪流量以及窑炉燃烧枪氧燃比，对窑炉进行加热。本发明实现了对窑炉全自动控制，使窑炉控制更加平稳，更加节能。

Description

基于生料线位置的控制方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及基于生料线位置的控制方法、装置、设备及介质。

背景技术

现有玻璃窑炉通过PID(proportional-integral-derivative control，比例积分微分控制)回路控制燃气及氧气的流量，来实现对窑炉喷枪的控制。然后需要人为观察窑炉内部生料线、气泡、火焰等各项关键因素，根据操作员个人的经验结合实际生产情况来对各喷枪及电助熔等进行调整。由于每个人的经验和操作习惯不同，加上窑炉的原料成分波动、窑炉内气流流场变化、窑炉内玻璃流场变化、拉丝作业流量变化、窑炉压力波动、投料速度波动等众多影响因素，控制反复调整，时好时坏，整体稳定性低且耗费人力，频繁调整也造成热量损耗。

发明内容

鉴于上述窑炉控制耦合严重且滞后严重，操作复杂，高度依赖人员经验，控制稳定性差，能量浪费的问题，本申请实施例提供一种基于生料线位置的控制方法、装置、设备及介质，以实现窑炉在保证充分燃烧的前提下，减少废气的产生，减少热量的流失。

为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

本申请实施例的第一方面提供一种基于生料线位置的控制方法，应用于窑炉控制系统，所述控制方法包括：

采集窑炉内部玻璃液面的图像；

基于采集到的所述图像，定位出生料线位置；其中，所述生料线为未熔化的原料和熔化成液态的原料的分界线；

基于生料线目标值、第一控制因素和预构建的第一APC模型，获得各个区域空间温度，其中，各个区域空间为所述窑炉内的多个区域；所述第一控制因素包括第一干扰变量、第一约束变量和第一被控变量，其中，以原料总投料量、各组电助熔功率、原料各组分比例为第一干扰变量，以所述各个区域空间的能量差为第一约束变量，以所述生料线位置为第一被控变量；

当所述各个区域空间温度未超过温度限制值时，基于各个区域空间的空间温度目标值、第二控制因素和预构建的第二APC模型，获得窑炉燃烧枪流量；所述第二控制因素包括第二干扰变量、第二约束变量和第二被控变量，其中，以所述原料总投料量、所述各组电助熔功率、窑炉内部压力为第二干扰变量，以所述各个区域空间的玻璃液温度为第二约束变量，以采集的各个区域的空间温度为第二被控变量；

基于残氧含量目标值、第三控制因素和预构建的第三APC模型，获得窑炉燃烧枪氧燃比；所述第三控制因素包括第三干扰变量、第三被控变量，其中，以燃气热值、氧气浓度为第三干扰变量，以实时残氧含量为第三被控变量；

当所述生料线位置稳定在所述生料线目标值、所述空间温度稳定在所述空间温度目标值以及所述实时残氧含量稳定在所述残氧含量目标值后，基于所述窑炉燃烧枪流量以及所述窑炉燃烧枪氧燃比，对所述窑炉进行加热。

在本申请一些示例性的实施例中，所述基于生料线目标值、第一控制因素和预构建的第一APC模型，获得各个区域空间温度，包括：

将所述生料线位置、所述原料总投料量、所述各组电助熔功率、所述原料各组分比例、所述各个区域空间的能量差作为输入量输入至所述第一APC模型中，获得所述各个区域空间温度值；其中，所述第一干扰变量用于对所述生料线位置进行修正，所述第一约束变量通过约束所述各个区域空间的能量差使所述各个区域空间的能量差控制在第一预设范围内。

在本申请一些示例性的实施例中，所述当所述各个区域空间温度未超过温度限制值时，基于空间温度目标值、第二控制因素和预构建的第二APC模型，获得窑炉燃烧枪流量，包括：

将基于所述第一APC模型获得的所述各个区域空间温度值作为所述第二APC模型的空间温度目标值，将所述采集的各个区域的空间温度、所述原料总投料量、所述各组电助熔功率、所述窑炉内部压力、所述各个区域空间的玻璃液温度作为输入量输入至所述第二APC模型中，获得所述窑炉燃烧枪流量；其中，所述第二干扰变量用于对所述采集的各个区域的空间温度进行修正，所述第二约束变量通过约束所述玻璃液温度使所述玻璃液温度控制在第二预设范围内。

在本申请一些示例性的实施例中，所述基于残氧含量目标值、第三控制因素和预构建的第三APC模型，获得窑炉燃烧枪氧燃比，包括：

将所述实时残氧含量、所述燃气热值、所述氧气浓度作为输入量输入至所述第三APC模型中，获得所述窑炉燃烧枪氧燃比；其中，所述第三干扰变量用于对所述实时残氧含量进行修正。

在本申请一些示例性的实施例中，所述将所述生料线位置作为输入量输入至所述第一APC模型中，获得所述各个区域空间温度值之后，包括：

判断所述各个区域空间温度值是否超过所述温度限制值；

若所述各个区域空间温度值未超过所述温度限制值，将所述各个区域空间温度值作为所述第二APC模型的所述空间温度目标值；

若所述各个区域空间温度值超过所述温度限制值，所述生料线自动控制降级并进行报警提示。

在本申请一些示例性的实施例中，所述基于采集到的所述图像，定位出生料线位置，包括：

通过所述图像中的颜色进行识别，基于所述图像中不同区域的颜色，确定所述生料线位置。

在本申请一些示例性的实施例中，所述基于采集到的所述图像，定位出生料线位置，还包括：

通过热成像获取窑炉中的温度场；

以玻璃液流向方向记录所述温度场中温度相同的点，构建等温线；

将所述等温线与所述图像叠加，记录温度变化的点，定位生料线位置。

本申请实施例的第二方面提供一种基于生料线位置的控制装置，所述控制装置包括：

图像采集模块，用于采集窑炉内部玻璃液面的图像；

生料线位置定位模块，用于基于采集到的所述图像，定位出生料线位置；其中，所述生料线为未熔化的原料和熔化成液态的原料的分界线；

各个区域空间温度获取模块，用于基于生料线目标值、第一控制因素和预构建的第一APC模型，获得各个区域空间温度，其中，各个区域空间为所述窑炉内的多个区域；所述第一控制因素包括第一干扰变量、第一约束变量和第一被控变量，其中，以原料总投料量、各组电助熔功率、原料各组分比例为第一干扰变量，以所述各个区域空间的能量差为第一约束变量，以所述生料线位置为第一被控变量；

窑炉燃烧枪流量获取模块，用于当所述各个区域空间温度未超过温度限制值时，基于各个区域空间的空间温度目标值、第二控制因素和预构建的第二APC模型，获得窑炉燃烧枪流量；所述第二控制因素包括第二干扰变量、第二约束变量和第二被控变量，其中，以所述原料总投料量、所述各组电助熔功率、窑炉内部压力为第二干扰变量，以所述各个区域空间的玻璃液温度为第二约束变量，以采集的各个区域的空间温度为第二被控变量；

窑炉燃烧枪氧燃比获取模块，用于基于残氧含量目标值、第三控制因素和预构建的第三APC模型，获得窑炉燃烧枪氧燃比；所述第三控制因素包括第三干扰变量、第三被控变量，其中，以燃气热值、氧气浓度为第三干扰变量，以实时残氧含量为第三被控变量；

自动控制模块，用于当所述生料线位置稳定在所述生料线目标值、所述空间温度稳定在所述空间温度目标值、所述实时残氧含量稳定在所述残氧含量目标值后，基于所述窑炉燃烧枪流量以及所述窑炉燃烧枪氧燃比，对所述窑炉进行加热。

本申请实施例的第三方面提供一种计算机设备，所述计算机设备包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行如第一方面所述的基于生料线位置的控制方法。

本申请实施例的第四方面提供一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由处理器执行时，使得其执行如第一方面所述的基于生料线位置的控制方法。

有益效果:

本发明通过对窑炉变量进行预测建模来控制窑炉整体稳定，APC系统实现了窑炉的自动控制，无需依赖人员经验，控制更加平稳，更加节能，减少了能量的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中控制方法的另一流程图；

图3为本发明实施例中控制装置的框图；

图4为本发明实施例中计算机设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

玻璃窑炉能将玻璃原料熔化为玻璃液，是玻纤工业的核心设备之一。在玻璃窑炉中，生料线的长度是玻璃质量和生产效率的一个关键因素，它指的是未熔化的原料和熔化成液态的原料的分界线，他们存在较大的温度差别，所以肉眼也能分辨，普通摄像机呈现不同的亮度。

本发明实施例公开了一种基于生料线位置的控制方法，应用于窑炉控制系统，如图1所述，该方法包括如下步骤：

S101，采集窑炉内部玻璃液面的图像。

S102，基于采集到的图像，定位出生料线位置。

S103，基于生料线目标值、第一控制因素和预构建的第一APC模型，获得各个区域空间温度。

S104，当各个区域空间温度未超过温度限制值时，基于各个区域空间的空间温度目标值、第二控制因素和预构建的第二APC模型，获得窑炉燃烧枪流量。

S105，基于残氧含量目标值、第三控制因素和预构建的第三APC模型，获得窑炉燃烧枪氧燃比。

S106，当所述生料线位置稳定在所述生料线目标值、所述空间温度稳定在所述空间温度目标值以及所述实时残氧含量稳定在所述残氧含量目标值后，基于所述窑炉燃烧枪流量以及所述窑炉燃烧枪氧燃比，对所述窑炉进行加热。

步骤S101中，窑炉内部监控系统复制实时采集窑炉内部图像，可以通过摄像机对窑炉观察孔以及镜像图像进行采集，将采集的图像进行记录和传输，视频信号被发送至计算机，由计算机进行处理，例如可以是CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)摄像机，但不仅限于此。

步骤S102中，在生料线距离分析系统中进行生料线位置的获取，生料线是未熔化的玻璃原料和熔化成液态的玻璃原料的分界线，他们存在较大的温度差别，所以肉眼也能分辨。通过普通摄像机所采集的图像所呈现的不同亮度，很容易就可得到两个面的分界线，即生料线位置。如若使用红外传感器来采集红外图像，所得到的结果更加精确。

步骤S103中，预构建的第一APC(Advanced Process Control，先进过程控制)模型为生料线APC模型，通过将第一干扰变量、第一约束变量和第一被控变量输入至生料线APC模型中，获得第一操纵变量，也就是窑炉各个区域空间温度，各个区域空间为窑炉的多个区域，即投料反应区、高温区、冷却澄清区。第一被控变量为所定位出的生料线位置，通过生料线距离分析系统将所定位出的生料线位置输入至APC控制系统中时，为了确保系统的安全，加入防火墙，防止万一有节点存在病毒等情况，可以通过防火墙来隔断。第一被控变量是控制的目标变量，通过调整生料线APC模型的操纵变量来维持在特定值即生料线目标值，即反向判断，由得到的各个区域空间温度发生更改，判断出生料线位置的移动，从而使其生料线目标值为准。由于每座窑炉产品不同，工艺的控制要求也不同，生料线的控制标准也不同，按比例来说，生料线目标值大约在中间靠前的1/3处。第一约束变量为各个区域空间的能量差，第一约束变量相当于第二被控变量，通过约束各个区域空间的能量差使其输出必须落在特定范围内。第一干扰变量为原料总投料量、各组电助熔功率、原料各组分比例，由于第一APC模型控制结果有随机性，会有一定的偏差，第一干扰变量用来辅助第一被控变量，使第一被控变量更加贴合实际。

步骤S104中，预构建的第二APC模型为空间温度APC模型，首先判断由第一APC模型所输出的各个区域空间温度是否超过各个区域空间的温度限制值，在未超过的前提下，将第一APC模型所输出的各个区域空间温度作为第二APC模型的空间温度目标值。通过将第二干扰变量、第二约束变量和第二被控变量输入至空间温度APC模型中，获得第二操纵变量，也就是窑炉燃烧枪流量。第二被控变量为所采集的各个区域空间的空间温度，是控制的目标变量，通过调整空间温度APC模型的操纵变量来维持在特定值即空间温度目标值，进行反向判断，由得到的窑炉燃烧枪流量发生更改，判断出各个区域空间温度发生更改，从而以第一APC模型所输出的各个区域空间温度作为空间温度的目标值为准。第二约束变量为各个区域空间的玻璃液温度，第二约束变量相当于第二被控变量，通过约束各个区域空间的玻璃液温度使其输出必须落在特定范围内。第二干扰变量为原料总投料量、各组电助熔功率、窑炉内部压力，由于第二APC模型控制结果有随机性，会有一定的偏差，第二干扰变量用来辅助第二被控变量，使第二被控变量更加贴合实际。

步骤S105中，预构建的第三APC模型为残氧APC模型，残氧APC模型的参数不多，架构相对简单，工艺条件来看它不需要有其他的变量来约束因而无需约束变量，约束变量的存在与否取决于工艺，它类似模糊控制的边界，也可以认为是第二控制目标即范围控制。

将采集的第三被控变量以及第三干扰变量输入至残氧APC模型中，获取第三操纵变量，也就是窑炉燃烧枪氧燃比，通过窑炉燃烧枪氧燃比反向观察实时残氧含量，将实时残氧含量的值稳定在设置的目标值后，继续采集残氧含量值，以保证输出的为通过稳定后的残氧含量所获得的窑炉燃烧枪氧燃比，燃烧枪由氧气和燃气控制，尽可能的使窑炉内燃烧枪充分燃烧。

步骤S103-S105中，APC控制系统对玻纤窑炉变量进行预测建模来控制窑炉整体稳定的功能，可以视为边缘计算系统，来实现在原有系统基础上，实现窑炉的自动控制，APC控制系统中包含上述三个APC模型：生料线APC模型中的控制因素即原料总投料量、各组电助熔功率、原料各组分比例、各个区域空间的能量差、生料线位置，空间温度APC模型中的控制因素即原料总投料量、各组电助熔功率、窑炉内部压力、各个区域空间的玻璃液温度、各个区域的空间温度，残氧APC模型中的控制因素即燃气热值、氧气浓度、实时残氧含量，均通过OPC通讯接口从窑炉控制系统中获取。OPC(Object Linking and Embedding(OLE)forProcess Control，对象连接与嵌入)通讯接口是APC控制系统与窑炉控制系统的数据交互接口，为APC控制系统提供变量采集与控制给定的交互数据通道。窑炉控制系统为玻纤窑炉原有的主控单元，是窑炉的重要控制系统，一般可以是DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)控制系统或者PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制系统，其具有OPC通讯接口，进行数据交换。

步骤S106中，当生料线位置稳定在生料线目标值、空间温度稳定在空间温度目标值以及实时残氧含量稳定在残氧含量目标值后，将得到的窑炉燃烧枪流量以及窑炉燃烧枪氧燃比通过OPC通讯接口输入至窑炉控制系统对窑炉进行加热，实现窑炉的自动控制，APC控制系统与窑炉控制系统中有确保系统安全的防火墙，万一有节点存在病毒，可以通过防火墙进行隔断。

作为本发明一个可选实施方式，基于生料线目标值、第一控制因素和预构建的第一APC模型，获得各个区域空间温度，包括：

将生料线位置、原料总投料量、各组电助熔功率、原料各组分比例、各个区域空间的能量差作为输入量输入至第一APC模型中，获得各个区域空间温度值；其中，第一干扰变量用于对生料线位置进行修正，第一约束变量通过约束各个区域空间的能量差使各个区域空间的能量差控制在第一预设范围内。

通过OPC接口从窑炉控制系统中获取生料线位置、原料总投料量、各组电助熔功率、原料各组分比例、各个区域空间的能量差，并将其作为输入量输入至APC控制系统中的第一APC模型即生料线APC模型中，以此来获得窑炉各个区域空间温度值，各个区域空间为窑炉的多个区域，即投料反应区、高温区、冷却澄清区。所定位出的生料线位置为第一被控变量，是控制的目标变量，由于得到的各个区域空间温度发生更改，判断出生料线位置的移动，以其移动到生料线目标值为准。由于每座窑炉产品不同，工艺的控制要求也不同，生料线的控制标准也不同，按比例来说，生料线目标值大约在中间靠前的1/3处。各个区域空间的能量差为第一约束变量，相当于第二被控变量，通过约束各个区域空间的能量差使其输出必须落在特定范围内，约束投料反应区、高温区、冷却澄清区三个区域为高温区的温度高于投料反应区、冷却澄清区，若玻璃温度超出预设范围，加速控制来使其在所允许的范围内。原料总投料量、各组电助熔功率、原料各组分比例为第一干扰变量，第一干扰变量只是第一APC模型的一个前馈变量，即第一干扰变量首先会对第一被控变量产生影响，具有一定的滞后，也就是说第一干扰变量先变化了，但是第一被控变量还未变化的时候，就可提前知道第一被控变量因为第一干扰变量的变化了，因而可能在将来一定的时间内有一定的变化，那控制就会在那个时刻有一定的预先调整。第一干扰变量用来辅助第一被控变量，对第一被控变量进行修正，使得由于第一APC模型控制结果有随机性所产生的偏差不再具有，使第一被控变量更加贴合实际。

作为本发明一个可选实施方式，当各个区域空间温度未超过温度限制值时，基于空间温度目标值、第二控制因素和预构建的第二APC模型，获得窑炉燃烧枪流量，包括：

将基于第一APC模型获得的各个区域空间温度值作为第二APC模型的空间温度目标值，将采集的各个区域的空间温度、原料总投料量、各组电助熔功率、窑炉内部压力、各个区域空间的玻璃液温度作为输入量输入至第二APC模型中，获得窑炉燃烧枪流量；其中，第二干扰变量用于对采集的各个区域的空间温度进行修正，第二约束变量通过约束玻璃液温度使玻璃液温度控制在第二预设范围内。

在第一APC模型所输出的各个区域空间温度未超过各个区域空间的温度限制值时，将第一APC模型所输出的各个区域空间温度作为第二APC模型的空间温度目标值。通过OPC接口从窑炉控制系统中获取各个区域的空间温度、原料总投料量、各组电助熔功率、窑炉内部压力、各个区域空间的玻璃液温度，并将其作为输入量输入至APC控制系统中的第二APC模型即空间温度APC模型中，以此来获得窑炉燃烧枪流量。所采集的各个区域的空间温度为第一被控变量，是控制的目标变量，由于得到的窑炉燃烧枪流量发生更改，判断出各个区域空间温度发生更改，以第一APC模型所输出的各个区域空间温度作为空间温度的目标值为准。各个区域空间的玻璃液温度为第二约束变量，相当于第二被控变量，通过约束各个区域空间的玻璃液温度使其输出必须落在特定范围内，约束投料反应区、高温区、冷却澄清区三个区域的玻璃液温度，通过调窑炉燃烧枪来加速控制使其在所允许的范围内。原料总投料量、各组电助熔功率、窑炉内部压力为第二干扰变量，第二干扰变量只是第二APC模型的一个前馈变量，即第二干扰变量首先会对第二被控变量产生影响，具有一定的滞后，也就是说第二干扰变量先变化了，但是第二被控变量还未变化的时候，就可提前知道第二被控变量因为第二干扰变量的变化了，因而可能在将来一定的时间内有一定的变化，那控制就会在那个时刻有一定的预先调整。第二干扰变量用来辅助第二被控变量，对第二被控变量进行修正，使得由于第二APC模型控制结果有随机性所产生的偏差不再具有，使第二被控变量更加贴合实际。

作为本发明一个可选实施方式，基于残氧含量目标值、第三控制因素和预构建的第三APC模型，获得窑炉燃烧枪氧燃比，包括：

将实时残氧含量、燃气热值、氧气浓度作为输入量输入至第三APC模型中，获得窑炉燃烧枪氧燃比；其中，第三干扰变量用于对实时残氧含量进行修正。

通过OPC接口从窑炉控制系统中获取燃气热值、氧气浓度、实时残氧含氧量，并将其作为输入量输入至APC控制系统中的第三APC模型即残氧APC模型中，以此来获得窑炉燃烧枪氧燃比。残氧APC模型的参数不多，架构相对简单，工艺条件来看它不需要有其他的变量来约束因而无需约束变量，约束变量的存在与否取决于工艺。采集的实时残氧含量为第三被控变量，是控制的目标变量，由于窑炉燃烧枪氧燃比发生变化，反向判断出实时残氧含量的变化，以实时残氧含量的值变化到残氧含量目标值为准，继续采集残氧含量值，以保证输出的氧燃比为经过稳定后的残氧含量所获得的窑炉燃烧枪氧燃比。燃烧枪由氧气和燃气控制，尽可能的使窑炉内燃烧枪充分燃烧。燃气热值、氧气浓度为第三干扰变量，第三干扰变量只是第三APC模型的一个前馈变量，即第三干扰变量首先会对第三被控变量产生影响，具有一定的滞后，也就是说第三干扰变量先变化了，但是第三被控变量还未变化的时候，就可提前知道第三被控变量因为第三干扰变量的变化了，因而可能在将来一定的时间内有一定的变化，那控制就会在那个时刻有一定的预先调整。第三干扰变量用来辅助第三被控变量，对第三被控变量进行修正，使得由于第三APC模型控制结果有随机性所产生的偏差不再具有，使第三被控变量更加贴合实际。

作为本发明一个可选实施方式，如图2所示，将生料线位置作为输入量输入至第一APC模型中，获得各个区域空间温度值之后，包括：

S201，判断各个区域空间温度值是否超过温度限制值；

S202，若各个区域空间温度值未超过温度限制值，将各个区域空间温度值作为第二APC模型的空间温度目标值；

S203，若各个区域空间温度值超过温度限制值，生料线自动控制降级并进行报警提示。

第一APC模型也就是生料线APC模型最终输出的为各个区域的空间温度，即投料反应区、高温区、冷却澄清区的空间温度，将所输出的各个区域的空间温度与各个区域空间的温度限制值进行比较。各个区域空间的温度限制值根据每座窑炉的安全进行设定的，可以投料反应区为1500℃，高温区1600℃，冷却澄清区1500℃，但不限于此，但由于窑炉的工艺，必须保证窑炉的区域空间温度中间高两边低，但是针对每座窑炉的各个区域空间的温度限制值是固定的，并且其控制过程不变，只不过不同座窑炉的各个区域空间的温度限制值是不同的。如若第一APC模型所输出的各个区域的空间温度没有超过各个区域空间的温度限制值，将第一APC模型所输出的各个区域的空间温度作为第二APC模型的空间温度目标值，此目标值用来判断第二APC模型输出窑炉燃烧枪流量时，此时所采集的各个区域空间温度是否稳定在目标值处。

如若第一APC模型所输出的各个区域的空间温度超过了各个区域空间的温度限制值，将生料线APC模型的自动控制进行降级处理并发出报警提示。

作为本发明一个可选实施方式，基于采集到的图像，定位出生料线位置，包括：

通过图像中的颜色进行识别，基于图像中不同区域的颜色，确定生料线位置。

由于生料线分界处的颜色区别较为明显，因而利用边界识别算法对料线进行识别。通过摄像机所采集的玻璃液面图像呈现的不同亮度，其亮度值以RGB值进行表示，可以得到图像中不同区域的颜色，从而识别生料线的位置，进而通过对窑炉进行视觉修正，以使得图像修正为正方形，便于观察，得到图像所在的以像素值表示的位置值，更加准确地定位出生料线在窑炉中的位置。

作为本发明一个可选实施方式，基于采集到的图像，定位出生料线位置，还包括：

通过热成像获取窑炉中的温度场；

以玻璃液流向方向记录温度场中温度相同的点，构建等温线；

将等温线与图像叠加，记录温度变化的点，定位生料线位置。

通过热成像采集窑炉内部投料反应区内一定波长的红外光，可为0.99μm-1.4μm，以此为例，并不固定，以此来绕过火焰燃烧的部分。通过热成像仪非接触探测红外能量即热量，并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，从而获取窑炉中的温度场，在温度场中按照玻璃液流向的方向来记录每一纵轴上温度相同的点，连接温度相同的点构成等温线，将等温线与实际采集的图像进行叠加，可以得到每一纵轴上温度变化的点，将所有温度变化的点记录并连接，即可得到生料线的位置。

本发明实施例还公开了一种基于生料线位置的控制装置。如图3所示，本发明中示出的一种基于生料线的控制装置的框图。

该框图包括：图像采集模块301，生料线位置定位模块302，各个区域空间温度获取模块303，窑炉燃烧枪流量获取模块304，窑炉燃烧枪氧燃比获取模块305，自动控制模块306。图像采集模块301，用于采集窑炉内部玻璃液面的图像；生料线位置定位模块302，用于基于采集到的图像，定位出生料线位置；其中，生料线为未熔化的原料和熔化成液态的原料的分界线；各个区域空间温度获取模块303，用于基于生料线目标值、第一控制因素和预构建的第一APC模型，获得各个区域空间温度，其中，各个区域空间为窑炉内的多个区域；第一控制因素包括第一干扰变量、第一约束变量和第一被控变量，其中，以原料总投料量、各组电助熔功率、原料各组分比例为第一干扰变量，以各个区域空间的能量差为第一约束变量，以生料线位置为第一被控变量；窑炉燃烧枪流量获取模块304，用于当各个区域空间温度未超过温度限制值时，基于各个区域空间的空间温度目标值、第二控制因素和预构建的第二APC模型，获得窑炉燃烧枪流量；第二控制因素包括第二干扰变量、第二约束变量和第二被控变量，其中，以原料总投料量、各组电助熔功率、窑炉内部压力为第二干扰变量，以各个区域空间的玻璃液温度为第二约束变量，以采集的各个区域的空间温度为第二被控变量；窑炉燃烧枪氧燃比获取模块305，用于基于残氧含量目标值、第三控制因素和预构建的第三APC模型，获得窑炉燃烧枪氧燃比；第三控制因素包括第三干扰变量、第三被控变量，其中，以燃气热值、氧气浓度为第三干扰变量，以实时残氧含量为第三被控变量；自动控制模块306，用于当生料线位置稳定在生料线目标值、空间温度稳定在空间温度目标值、实时残氧含量稳定在残氧含量目标值后，基于窑炉燃烧枪流量以及窑炉燃烧枪氧燃比，对窑炉进行加热。

作为本发明一个可选实施方式，各个区域空间温度获取模块303还用于：将生料线位置、原料总投料量、各组电助熔功率、原料各组分比例、各个区域空间的能量差作为输入量输入至第一APC模型中，获得各个区域空间温度值；其中，第一干扰变量用于对生料线位置进行修正，第一约束变量通过约束各个区域空间的能量差使各个区域空间的能量差控制在第一预设范围内。

作为本发明一个可选实施方式，窑炉燃烧枪流量获取模块304还用于：将基于第一APC模型获得的各个区域空间温度值作为第二APC模型的空间温度目标值，将采集的各个区域的空间温度、原料总投料量、各组电助熔功率、窑炉内部压力、各个区域空间的玻璃液温度作为输入量输入至第二APC模型中，获得窑炉燃烧枪流量；其中，第二干扰变量用于对采集的各个区域的空间温度进行修正，第二约束变量通过约束玻璃液温度使玻璃液温度控制在第二预设范围内。

作为本发明一个可选实施方式，窑炉燃烧枪氧燃比获取模块305还用于：将实时残氧含量、燃气热值、氧气浓度作为输入量输入至第三APC模型中，获得窑炉燃烧枪氧燃比；其中，第三干扰变量用于对实时残氧含量进行修正。

作为本发明一个可选实施方式，各个区域空间温度获取模块303还用于：判断各个区域空间温度值是否超过温度限制值；若各个区域空间温度值未超过温度限制值，将各个区域空间温度值作为第二APC模型的空间温度目标值；若各个区域空间温度值超过温度限制值，生料线自动控制降级并进行报警提示。

作为本发明一个可选实施方式，生料线位置定位模块302还用于：通过图像中的颜色进行识别，基于图像中不同区域的颜色，确定生料线位置。

作为本发明一个可选实施方式，生料线位置定位模块302还用于：通过热成像获取窑炉中的温度场；以玻璃液流向方向记录温度场中温度相同的点，构建等温线；将等温线与图像叠加，记录温度变化的点，定位生料线位置。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，如图4所示，该电子设备可以包括处理器401和存储器402，其中处理器401和存储器402可以通过总线或者其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。

处理器401可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器401还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器402作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的基于生料线位置的控制方法对应的程序指令/模块。处理器401通过运行存储在存储器402中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的基于生料线位置的控制方法。

存储器402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器401所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器402可选包括相对于处理器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器401。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器402中，当被所述处理器401执行时，执行如图1所示实施例中的基于生料线位置的控制方法。

上述电子设备具体细节可以对应参阅图1所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

一般而言，应当至少部分地由语境下的使用来理解术语。例如，至少部分地根据语境，文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数的意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数的意义的特征、结构或特性的组合。类似地，至少部分地根据语境，还可以将诸如“一”或“所述”的术语理解为传达单数用法或者传达复数用法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于生料线位置的控制方法，其特征在于，应用于窑炉控制系统，所述方法包括：

采集窑炉内部玻璃液面的图像；

基于采集到的所述图像，定位出生料线位置；其中，所述生料线为未熔化的原料和熔化成液态的原料的分界线；

基于生料线目标值、第一控制因素和预构建的第一APC模型，获得各个区域空间温度，其中，各个区域空间为所述窑炉的多个区域；所述第一控制因素包括第一干扰变量、第一约束变量和第一被控变量，其中，以原料总投料量、各组电助熔功率、原料各组分比例为第一干扰变量，以所述各个区域空间的能量差为第一约束变量，以所述生料线位置为第一被控变量；

当所述各个区域空间温度未超过温度限制值时，基于各个区域空间的空间温度目标值、第二控制因素和预构建的第二APC模型，获得窑炉燃烧枪流量；所述第二控制因素包括第二干扰变量、第二约束变量和第二被控变量，其中，以所述原料总投料量、所述各组电助熔功率、窑炉内部压力为第二干扰变量，以所述各个区域空间的玻璃液温度为第二约束变量，以采集的各个区域的空间温度为第二被控变量；

基于残氧含量目标值、第三控制因素和预构建的第三APC模型，获得窑炉燃烧枪氧燃比；所述第三控制因素包括第三干扰变量、第三被控变量，其中，以燃气热值、氧气浓度为第三干扰变量，以实时残氧含量为第三被控变量；

当所述生料线位置稳定在所述生料线目标值、所述空间温度稳定在所述空间温度目标值以及所述实时残氧含量稳定在所述残氧含量目标值后，基于所述窑炉燃烧枪流量以及所述窑炉燃烧枪氧燃比，对所述窑炉进行加热。

2.如权利要求1所述的基于生料线位置的控制方法，其特征在于，所述基于生料线目标值、第一控制因素和预构建的第一APC模型，获得各个区域空间温度，包括：

将所述生料线位置、所述原料总投料量、所述各组电助熔功率、所述原料各组分比例、所述各个区域空间的能量差作为输入量输入至所述第一APC模型中，获得所述各个区域空间温度值；其中，所述第一干扰变量用于对所述生料线位置进行修正，所述第一约束变量通过约束所述各个区域空间的能量差使所述各个区域空间的能量差控制在第一预设范围内。

3.如权利要求1所述的基于生料线位置的控制方法，其特征在于，所述当所述各个区域空间温度未超过温度限制值时，基于空间温度目标值、第二控制因素和预构建的第二APC模型，获得窑炉燃烧枪流量，包括：

将基于所述第一APC模型获得的所述各个区域空间温度值作为所述第二APC模型的空间温度目标值，将所述采集的各个区域的空间温度、所述原料总投料量、所述各组电助熔功率、所述窑炉内部压力、所述各个区域空间的玻璃液温度作为输入量输入至所述第二APC模型中，获得所述窑炉燃烧枪流量；其中，所述第二干扰变量用于对采集的各个区域的空间温度进行修正，所述第二约束变量通过约束所述玻璃液温度使所述玻璃液温度控制在第二预设范围内。

4.如权利要求1所述的基于生料线位置的控制方法，其特征在于，所述基于残氧含量目标值、第三控制因素和预构建的第三APC模型，获得窑炉燃烧枪氧燃比，包括：

将所述实时残氧含量、所述燃气热值、所述氧气浓度作为输入量输入至所述第三APC模型中，获得所述窑炉燃烧枪氧燃比；其中，所述第三干扰变量用于对所述实时残氧含量进行修正。

5.如权利要求2所述的基于生料线位置的控制方法，其特征在于，所述将所述生料线位置作为输入量输入至所述第一APC模型中，获得所述各个区域空间温度值之后，包括：

判断所述各个区域空间温度值是否超过所述温度限制值；

若所述各个区域空间温度值未超过所述温度限制值，将所述各个区域空间温度值作为所述第二APC模型的所述空间温度目标值；

若所述各个区域空间温度值超过所述温度限制值，所述生料线自动控制降级并进行报警提示。

6.如权利要求1所述的基于生料线位置的控制方法，其特征在于，所述基于采集到的所述图像，定位出生料线位置，包括：

通过所述图像中的颜色进行识别，基于所述图像中不同区域的颜色，确定所述生料线位置。

7.如权利要求1所述的基于生料线位置的控制方法，其特征在于，所述基于采集到的所述图像，定位出生料线位置，还包括：

通过热成像获取窑炉的温度场；

以玻璃液流向方向记录所述温度场中温度相同的点，构建等温线；

将所述等温线与所述图像叠加，记录温度变化的点，定位生料线位置。

8.一种基于生料线位置的控制装置，其特征在于，包括：

图像采集模块，用于采集窑炉内部玻璃液面的图像；

生料线位置定位模块，用于基于采集到的所述图像，定位出生料线位置；其中，所述生料线为未熔化的原料和熔化成液态的原料的分界线；

各个区域空间温度获取模块，用于基于生料线目标值、第一控制因素和预构建的第一APC模型，获得各个区域空间温度，其中，各个区域空间为所述窑炉内的多个区域；所述第一控制因素包括第一干扰变量、第一约束变量和第一被控变量，其中，以原料总投料量、各组电助熔功率、原料各组分比例为第一干扰变量，以所述各个区域空间的能量差为第一约束变量，以所述生料线位置为第一被控变量；

窑炉燃烧枪流量获取模块，用于当所述各个区域空间温度未超过温度限制值时，基于各个区域空间的空间温度目标值、第二控制因素和预构建的第二APC模型，获得窑炉燃烧枪流量；所述第二控制因素包括第二干扰变量、第二约束变量和第二被控变量，其中，以所述原料总投料量、所述各组电助熔功率、窑炉内部压力为第二干扰变量，以所述各个区域空间的玻璃液温度为第二约束变量，以采集的各个区域的空间温度为第二被控变量；

窑炉燃烧枪氧燃比获取模块，用于基于残氧含量目标值、第三控制因素和预构建的第三APC模型，获得窑炉燃烧枪氧燃比；所述第三控制因素包括第三干扰变量、第三被控变量，其中，以燃气热值、氧气浓度为第三干扰变量，以实时残氧含量为第三被控变量；

自动控制模块，用于当所述生料线位置稳定在所述生料线目标值、所述空间温度稳定在所述空间温度目标值、所述实时残氧含量稳定在所述残氧含量目标值后，基于所述窑炉燃烧枪流量以及所述窑炉燃烧枪氧燃比，对所述窑炉进行加热。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行如权利要求1至7任一项所述的基于生料线位置的控制方法。

10.一种非临时性计算机可读存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由处理器执行时，使得执行如权利要求1至7任一项所述的基于生料线位置的控制方法。