LEONARDO工業軟件系統在玻璃生產過程控制中的應用
自上世紀50年代起，許多研究玻璃窯爐的學者對熔化過程的數學模型發生了極大興趣。他們認為通過建立數學模型設計窯爐，在窯爐運行中的調整具有重大意義。但是數十年來，真正能用于實際的數學模型并不是十分完善，隨著計算機技術的發展，基于CFD（計算的流體動力學）的數學模型才越來越有實用價值。現代控制理論早已非常成熟，但在玻璃工業上的應用，卻十分罕見，這是因為玻璃工藝過程十分復雜，人們只能將其視為黑匣子，借助于玻璃窯爐數學模型和仿真器，我們正在找到玻璃生產過程先進控制的突破口。
在玻璃生產的自動控制中，我們必須十分了解工藝過程的條件與玻璃產品質量（按不同產品的合格率分）之間的關系。目前，過程仿真早已被采用，以預估各種工藝過程的影響，例如，窯爐內的燃燒狀態、火焰分布、加料及配合料分布、電助熔對液流的影響、溫度分布以及氧化還原的影響等情況。而仿真結果可以清楚地告訴玻璃廠家生產過程的水平，而工藝水平的提高會相應提高玻璃產品的質量。由于有了詳細的監控信息，玻璃廠家就可以輕松地了解工藝過程與產品質量的關系，并且幫助他們在最佳的生產條件下生產出最佳質量的產品。
LEONARDO軟件套裝是專門為玻璃工藝生產過程設計的。多年來，該軟件在運轉的窯爐上進行離線評估和硬件設計上已得到廣泛應用，而且這個軟件工具也是工程設計和安裝在線操作支持系統（玻璃過程仿真器）的基礎，并能夠支持高性能控制系統（基于嚴格模型的預估控制系統）。有專家認為LEONARDO的技術突破翻開了窯爐優化設計和過程控制的的新篇章。這套軟件的核心部分由GTM-X（玻璃池爐模型）和INCA（IPCOS新穎的控制結構）組成。GTM-X可以在不同的生產線上根據不同的玻璃類型建立數學模型，而INCA則是控制系統的內核軟件，它可以用于互相關聯的多變量控制系統，是許多先進過程控制系統（APC）的基石，它可以和現存的PID、PLC、DCS等整合在一起，在不需改變操作界面的情況下，監督控制生產過程，同時便于操作員的操作。
玻璃工藝過程數學模型：GTM-X在過去的20年中，實質性的程序研究、軟件開發、工業應用與驗證已經使最新的玻璃工藝過程數學模型GTM-X這個最專業的、最精確的玻璃窯爐仿真軟件現實可用。這套玻璃離線工具軟件，包括以CFD（計算的流體動力學）為基礎的全方位嚴格的工藝過程模型。GTM-X不僅可以對穩態過程進行仿真，同時還可以對窯爐的動態行為進行仿真，并為包括燃燒過程、熔化過程、均化過程、澄清過程，以及料道溫度調整過程等提供出詳細的可顯示的信息。而該軟件的另一大優勢是適用于任何窯爐和料道類型上以及任何的玻璃類型。GTM-X包含了專用的模型和數據庫，其中有玻璃模型、燃燒模型、耐火材料模型和實用窯爐技術模型，可方便地用于窯爐的設計、優化和解決故障等。因為它是模塊化組態的，用戶可根據不同需求自由組態。
LEONARDO軟件套裝中，GTM-X是第一個層次的軟件。通常客戶提供其窯爐的技術圖紙，包括一些材料的性質以及玻璃成分等必要的數據，GTM工程師們根據這些數據建立模型，然后進行仿真，最后對模擬出來的數據進行分析。GTM-X不僅可以對窯爐內部的溫度液流情況給出相應的數據，同時對鼓泡、攪拌情況、電助熔的性能給出相應的數據顯示，GTM-X還可以計算出玻璃液的駐留時間。另外，玻璃生產廠商都很在意耐材的情況，GTM-X同樣可以向用戶顯示出窯爐內耐火材料的侵蝕程度。
玻璃工藝過程仿真器：GPS GTM-X軟件并不能滿足運行中的窯爐故障診斷和工藝調整的需要，GPS（玻璃工藝過程仿真器）可以彌補這一不足。GPS是以數學計算方法在GTM-X模型基礎上的窯爐快速仿真器。在線應用的GPS可被看成是提供液流、溫度、氧化還原和駐留時間的“軟傳感器”。那些更重要的操作條件，例如：發泡區的溫度和位置、最少駐留時間以及玻璃的顏色也會被自動測定出來。
GPS的監視系統連接到DCS/PLC/SCADA系統上使用與GMT-X窯爐仿真軟件相結合。在控制室，雖然沒有直接的硬件傳感器或者在線測量工藝過程的條件，但是操作人員可以實時地看到重要的工藝過程的信息。在監視的模式下，這個三維仿真的軟傳感器，根據可得到的測量值來推測相關的信息。在預估模式下，該系統可用來檢查窯爐對于生產工藝參數的改變和其他擾動時所做出反應的未來的行為和表現；GPS系統可很快地預估并模擬參數變化對于工藝過程和玻璃質量的影響，因此，耗資費時的反復試驗方法再也不需要了。
而GPS玻璃工藝過程仿真器在全部操作范圍內對窯爐進行三維仿真。這一最新的玻璃工藝過程數學模型仿真器將原來的零維過程信息詳細到三維狀態：如玻璃溫度、氧化還原、廢氣中含氧量、爐壓等這樣的零維數據發展到三維溫度分布、三維氧化還原分布、熱點位置和溫度、氧化氮排放水平、能耗平衡和效率、三維液流、駐留時間分布、三維玻璃顏色、蓄熱室效率及顯示窯爐和料道性能特征等的詳細數據。
在傳統的玻璃生產工藝過程中，玻璃的生產過程通常被稱為“黑匣子”，對于生產過程中所遇到和將要遇到的各種情況，完全借助于相關的實際經驗來判斷和解決。盡管多年來人們非常希望能了解玻璃窯爐的內部情況和玻璃熔化的過程以及其他相關內容，但是卻無法實現。然而現在有了這個玻璃工藝過程仿真器，我們使這個曾經的“黑匣子”變成透明了。玻璃窯爐內部的窯爐情況、玻璃熔化過程以及其他所有相關的內容，我們都可以通過這個以一個主模型為主的仿真器進行模擬而得出，從而對玻璃生產過程做出全面的判斷和理解，并以事實為依據，以知識為保證對生產中的問題做出正確決定。從而實現了對玻璃工藝的改善，保證了產品質量。
模型預估控制系統：RMPC在過去的幾年里，控制系統已經應用于窯爐或料道的一點或者多點溫度的自動控制。如果想在長時間滯后情況下，以及多變量相關的情況下正確地控制生產過程的動態，那么就需要借助于RMPC（基于嚴格模型的預估控制）控制系統。這一高性能的控制系統在其性質上是獨一無二的，它使用GTM-X為多變量控制器INCA提供所需的預估過程信息。
常規的模型預估控制器采用現場測試而建立的模型，即在生產線上用階躍測試的方法獲得數據而建立數學模型，從而對生產產生較大的擾動，使生產受損；而高性能的基于嚴格模型的預估控制系統采用的是快速仿真模型，因而避免了為建模而影響生產。因此在建模的速度上和設計的范圍上都大大優于傳統方法。
RMPC處在監控層并置于任何型號的PID/DCS/PLC/SCADA系統之上；它取代了操作員的工作，由RMPC控制器來動態地改變底層的PID控制回路設定值并能實實在在地實現最高的控制性能。
在過去一段時間里，RMPC控制系統已經被廣泛地在窯爐或者料道上測試過。以容器玻璃生產為例，熔化池控制器的主要任務是穩定流液洞的平均溫度以及溫度分布，也就是穩定而均勻地提供熔化池出口的玻璃溫度以此來提高玻璃的質量。而玻璃的質量很大程度上取決于玻璃液的粘度，也就是取決于玻璃熔化的溫度及溫度分布。
要控制溫度的穩定性，溫度將由9個均勻分布在料道的熱電偶進行測量，料道的溫度擾動主要來自于玻璃液溫度從工作池進入料道的大幅度變化。在人工控制模式下，9點溫差超過+/-2.5度，有些時候更高。當RMPC控制器投入運行，料道的溫度很顯然就變得穩定了（+/-0.5度），而熱電偶測出的溫度的最小變化只有0.2度，由此可更清楚地看出RMPC控制器的作用。除了提高溫度穩定性以外，由于產品規格的改變而改變，設定值也可以在很短的時間內實現，甚至可以實現自動由一個操作工作點到另一個操作工作點的過渡（例如：95噸/每天～135噸/每天，或者不同的玻璃料滴溫度）。
基本上，RMPC是目前玻璃窯爐和料道可用的最先進的過程控制技術，RMPC技術可在以下方面達到杰出的水平：窯爐過程的穩定性、工藝過程的靈活性、生產可控性、能源效率、提高產出、延長爐齡。
這套最新玻璃工藝過程LEONARDO工業軟件套裝由荷蘭TNO玻璃集團開發。其GPS軟件系統同窯爐的DCS系統聯合使用，作為軟傳感器以提供給操作員和玻璃工藝員額外的三維信息，更加內在地了解玻璃的熔化過程、玻璃質量、能耗、氧化還原狀況，并規范窯爐操作，使生產更加穩定，窯爐操作更加簡便。
過渡過程（在產品/出料量變化期間）的信息用于多變量INCA控制器，該方法可使改變產品規格的過程更加順暢，更加靈活，更加有效。在實際生產中，改變產品規格是以最優化的方式完成得更加快捷。
系統中采用的RMPC系統，完全不需要在實際生產線上干擾和打亂生產進行建模測試。根據工藝和設備設計數據和在運行的生產線上的歷史工藝數據，過程模型就可以在辦公桌上生成并驗證。
過程模型在整個操作范圍內都已驗證有效，RMPC控制器在任何可能的操作點上都具有最佳的控制性能。
GTM-X數學模型適用于窯爐和料道，因此在同一公司內的相似窯爐或料道上應用將會非常有效，并且節約成本。同樣，系統的測試、設計和驗證可通過遠程操作來實現，以使在現場工期縮短。
GTM-X仿真軟件承載了詳細的工藝過程的行為特征，這些寶貴的工藝過程信息被安全地保存在模型中并在現在和將來都永久地保留在企業內部。該工藝過程具體的專業技術將不再涉及到有經驗的工程師和操作員，一旦他們離開公司也將不會產生任何影響。
在玻璃生產的自動控制中，我們必須十分了解工藝過程的條件與玻璃產品質量（按不同產品的合格率分）之間的關系。目前，過程仿真早已被采用，以預估各種工藝過程的影響，例如，窯爐內的燃燒狀態、火焰分布、加料及配合料分布、電助熔對液流的影響、溫度分布以及氧化還原的影響等情況。而仿真結果可以清楚地告訴玻璃廠家生產過程的水平，而工藝水平的提高會相應提高玻璃產品的質量。由于有了詳細的監控信息，玻璃廠家就可以輕松地了解工藝過程與產品質量的關系，并且幫助他們在最佳的生產條件下生產出最佳質量的產品。
LEONARDO軟件套裝是專門為玻璃工藝生產過程設計的。多年來，該軟件在運轉的窯爐上進行離線評估和硬件設計上已得到廣泛應用，而且這個軟件工具也是工程設計和安裝在線操作支持系統（玻璃過程仿真器）的基礎，并能夠支持高性能控制系統（基于嚴格模型的預估控制系統）。有專家認為LEONARDO的技術突破翻開了窯爐優化設計和過程控制的的新篇章。這套軟件的核心部分由GTM-X（玻璃池爐模型）和INCA（IPCOS新穎的控制結構）組成。GTM-X可以在不同的生產線上根據不同的玻璃類型建立數學模型，而INCA則是控制系統的內核軟件，它可以用于互相關聯的多變量控制系統，是許多先進過程控制系統（APC）的基石，它可以和現存的PID、PLC、DCS等整合在一起，在不需改變操作界面的情況下，監督控制生產過程，同時便于操作員的操作。
玻璃工藝過程數學模型：GTM-X在過去的20年中，實質性的程序研究、軟件開發、工業應用與驗證已經使最新的玻璃工藝過程數學模型GTM-X這個最專業的、最精確的玻璃窯爐仿真軟件現實可用。這套玻璃離線工具軟件，包括以CFD（計算的流體動力學）為基礎的全方位嚴格的工藝過程模型。GTM-X不僅可以對穩態過程進行仿真，同時還可以對窯爐的動態行為進行仿真，并為包括燃燒過程、熔化過程、均化過程、澄清過程，以及料道溫度調整過程等提供出詳細的可顯示的信息。而該軟件的另一大優勢是適用于任何窯爐和料道類型上以及任何的玻璃類型。GTM-X包含了專用的模型和數據庫，其中有玻璃模型、燃燒模型、耐火材料模型和實用窯爐技術模型，可方便地用于窯爐的設計、優化和解決故障等。因為它是模塊化組態的，用戶可根據不同需求自由組態。
LEONARDO軟件套裝中，GTM-X是第一個層次的軟件。通常客戶提供其窯爐的技術圖紙，包括一些材料的性質以及玻璃成分等必要的數據，GTM工程師們根據這些數據建立模型，然后進行仿真，最后對模擬出來的數據進行分析。GTM-X不僅可以對窯爐內部的溫度液流情況給出相應的數據，同時對鼓泡、攪拌情況、電助熔的性能給出相應的數據顯示，GTM-X還可以計算出玻璃液的駐留時間。另外，玻璃生產廠商都很在意耐材的情況，GTM-X同樣可以向用戶顯示出窯爐內耐火材料的侵蝕程度。
玻璃工藝過程仿真器：GPS GTM-X軟件并不能滿足運行中的窯爐故障診斷和工藝調整的需要，GPS（玻璃工藝過程仿真器）可以彌補這一不足。GPS是以數學計算方法在GTM-X模型基礎上的窯爐快速仿真器。在線應用的GPS可被看成是提供液流、溫度、氧化還原和駐留時間的“軟傳感器”。那些更重要的操作條件，例如：發泡區的溫度和位置、最少駐留時間以及玻璃的顏色也會被自動測定出來。
GPS的監視系統連接到DCS/PLC/SCADA系統上使用與GMT-X窯爐仿真軟件相結合。在控制室，雖然沒有直接的硬件傳感器或者在線測量工藝過程的條件，但是操作人員可以實時地看到重要的工藝過程的信息。在監視的模式下，這個三維仿真的軟傳感器，根據可得到的測量值來推測相關的信息。在預估模式下，該系統可用來檢查窯爐對于生產工藝參數的改變和其他擾動時所做出反應的未來的行為和表現；GPS系統可很快地預估并模擬參數變化對于工藝過程和玻璃質量的影響，因此，耗資費時的反復試驗方法再也不需要了。
而GPS玻璃工藝過程仿真器在全部操作范圍內對窯爐進行三維仿真。這一最新的玻璃工藝過程數學模型仿真器將原來的零維過程信息詳細到三維狀態：如玻璃溫度、氧化還原、廢氣中含氧量、爐壓等這樣的零維數據發展到三維溫度分布、三維氧化還原分布、熱點位置和溫度、氧化氮排放水平、能耗平衡和效率、三維液流、駐留時間分布、三維玻璃顏色、蓄熱室效率及顯示窯爐和料道性能特征等的詳細數據。
在傳統的玻璃生產工藝過程中，玻璃的生產過程通常被稱為“黑匣子”，對于生產過程中所遇到和將要遇到的各種情況，完全借助于相關的實際經驗來判斷和解決。盡管多年來人們非常希望能了解玻璃窯爐的內部情況和玻璃熔化的過程以及其他相關內容，但是卻無法實現。然而現在有了這個玻璃工藝過程仿真器，我們使這個曾經的“黑匣子”變成透明了。玻璃窯爐內部的窯爐情況、玻璃熔化過程以及其他所有相關的內容，我們都可以通過這個以一個主模型為主的仿真器進行模擬而得出，從而對玻璃生產過程做出全面的判斷和理解，并以事實為依據，以知識為保證對生產中的問題做出正確決定。從而實現了對玻璃工藝的改善，保證了產品質量。
模型預估控制系統：RMPC在過去的幾年里，控制系統已經應用于窯爐或料道的一點或者多點溫度的自動控制。如果想在長時間滯后情況下，以及多變量相關的情況下正確地控制生產過程的動態，那么就需要借助于RMPC（基于嚴格模型的預估控制）控制系統。這一高性能的控制系統在其性質上是獨一無二的，它使用GTM-X為多變量控制器INCA提供所需的預估過程信息。
常規的模型預估控制器采用現場測試而建立的模型，即在生產線上用階躍測試的方法獲得數據而建立數學模型，從而對生產產生較大的擾動，使生產受損；而高性能的基于嚴格模型的預估控制系統采用的是快速仿真模型，因而避免了為建模而影響生產。因此在建模的速度上和設計的范圍上都大大優于傳統方法。
RMPC處在監控層并置于任何型號的PID/DCS/PLC/SCADA系統之上；它取代了操作員的工作，由RMPC控制器來動態地改變底層的PID控制回路設定值并能實實在在地實現最高的控制性能。
在過去一段時間里，RMPC控制系統已經被廣泛地在窯爐或者料道上測試過。以容器玻璃生產為例，熔化池控制器的主要任務是穩定流液洞的平均溫度以及溫度分布，也就是穩定而均勻地提供熔化池出口的玻璃溫度以此來提高玻璃的質量。而玻璃的質量很大程度上取決于玻璃液的粘度，也就是取決于玻璃熔化的溫度及溫度分布。
要控制溫度的穩定性，溫度將由9個均勻分布在料道的熱電偶進行測量，料道的溫度擾動主要來自于玻璃液溫度從工作池進入料道的大幅度變化。在人工控制模式下，9點溫差超過+/-2.5度，有些時候更高。當RMPC控制器投入運行，料道的溫度很顯然就變得穩定了（+/-0.5度），而熱電偶測出的溫度的最小變化只有0.2度，由此可更清楚地看出RMPC控制器的作用。除了提高溫度穩定性以外，由于產品規格的改變而改變，設定值也可以在很短的時間內實現，甚至可以實現自動由一個操作工作點到另一個操作工作點的過渡（例如：95噸/每天～135噸/每天，或者不同的玻璃料滴溫度）。
基本上，RMPC是目前玻璃窯爐和料道可用的最先進的過程控制技術，RMPC技術可在以下方面達到杰出的水平：窯爐過程的穩定性、工藝過程的靈活性、生產可控性、能源效率、提高產出、延長爐齡。
這套最新玻璃工藝過程LEONARDO工業軟件套裝由荷蘭TNO玻璃集團開發。其GPS軟件系統同窯爐的DCS系統聯合使用，作為軟傳感器以提供給操作員和玻璃工藝員額外的三維信息，更加內在地了解玻璃的熔化過程、玻璃質量、能耗、氧化還原狀況，并規范窯爐操作，使生產更加穩定，窯爐操作更加簡便。
過渡過程（在產品/出料量變化期間）的信息用于多變量INCA控制器，該方法可使改變產品規格的過程更加順暢，更加靈活，更加有效。在實際生產中，改變產品規格是以最優化的方式完成得更加快捷。
系統中采用的RMPC系統，完全不需要在實際生產線上干擾和打亂生產進行建模測試。根據工藝和設備設計數據和在運行的生產線上的歷史工藝數據，過程模型就可以在辦公桌上生成并驗證。
過程模型在整個操作范圍內都已驗證有效，RMPC控制器在任何可能的操作點上都具有最佳的控制性能。
GTM-X數學模型適用于窯爐和料道，因此在同一公司內的相似窯爐或料道上應用將會非常有效，并且節約成本。同樣，系統的測試、設計和驗證可通過遠程操作來實現，以使在現場工期縮短。
GTM-X仿真軟件承載了詳細的工藝過程的行為特征，這些寶貴的工藝過程信息被安全地保存在模型中并在現在和將來都永久地保留在企業內部。該工藝過程具體的專業技術將不再涉及到有經驗的工程師和操作員，一旦他們離開公司也將不會產生任何影響。
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