本发明属于风电技术领域，尤其涉及一种兆瓦级风电叶片模具电加热控制系统及控制方法。
背景技术：
目前，依据现在风电行业叶片模具的实际使用情况，对风电叶片模具进行加热的系统主要有两种方式，其一是利用导热介质间接实现模具的加热，该导热介质一般为水或者其他非可燃性液体。其二是直接加热，在模具内部埋入电阻丝，通过控制器控制电阻丝电压实现加热控制。
利用导热介质间接实现模具的加热系统一般采用模温机作为加热设备，其控制以内循环流体的温度作为控制参考，由于循环通道的面积大、距离长，导致本系统有如下缺点：1、传热流体加热系统需要二次传导，输送管路较长，容易造成热量损失；2、流体加热速度慢，容易导致加热缓慢、降温困难，延长生产周期；3、传热流体加热系统内循环压力较高，管路长、接头数量多，容易产生渗漏，同时流体的使用也对模具内部管道铺设提出了较高的工艺要求；4、传热流体加热系统温度控制以内循环温度为控制参考，该温度与模具表面实际温度差别较大，不容易实现精准温度控制，且模具表面温度与该循环流体温度的差值与模具所处的环境温度有关，容易导致温度偏差；5、该类模具对使用的环境有较高要求，在北方等低温地区运输、使用时应进行特殊防护。
电加热系统一般通过温度传感器控制加热电压，采用单片机作为控制器，在实际运行时有如下缺点：1、现有电加热系统采用电压控制方法，直接根据温度调节控制电压，因各个通道电阻值大小不一致，此控制方式容易导致通道电流过大温度过高烧坏电阻丝和模具；2、单片机在实际运行时受静电或者其他因素影响经常出现控制失常，导致加热通道温度不受控，烧坏叶片或者模具，运行稳定性较差；3、由于被加热模具的结构导致的当加热的位置不同时，加热的面积不同，进而使得电阻丝阻值大小、热损失率各不相同，因此使用该加热系统的模具型面加热均匀性较差，对叶片质量、模具寿命均有较大影响。
综上，亟需对现有风电叶片模具加热系统进行改进以解决上述问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种改进的风电叶片模具加热系统以解决现有控制系统运行稳定性差，加热均匀性差的问题。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种兆瓦级风电叶片模具电加热控制系统，所述兆瓦级风电叶片模具被划分为若干个加热通道，所述电加热控制系统包括控制装置以及与所述若干个加热通道一一对应的若干个电加热检测调节装置，所述电加热检测调节装置包括传感模块和调压模块；所述传感模块设置于所述加热通道内，其用于实时采集所述加热通道的电流与温度；所述控制装置用于基于所述电流与温度来生成控制信号；所述调压模块用于根据所述控制信号产生加热电阻丝用的输出电压。
优选地，所述传感模块包括：热电阻温度采集单元，其用于获取所述加热通道的温度；以及电流采集模拟量单元，其用于获取所述加热通道的电流。
优选地，所述控制装置包括：加热电流计算模块，其根据采集到的各加热通道的温度以及预设的加热温度和加热时间分别确定各加热通道的加热速度，并根据所述加热速度确定各加热通道预设的加热电流；模糊比较模块，其对所述预设的加热电流与采集到的各加热通道的电流的差值进行模糊比较；模糊计算模块，其对所述模糊比较的结果进行模糊计算产生控制信号。
优选地，所述电加热检测调节装置还包括：加热保护模块，其实时监控所述加热通道的电压、电流及温度，以实现对所述加热通道的保护。
优选地，所述控制装置通过工业以太网与工控机通信连接，所述工控机通过以太网与远程控制端通信连接。
本申请的实施例还提供了一种兆瓦级风电叶片模具电加热控制方法，将所述兆瓦级风电叶片模具划分为若干个加热通道；实时采集所述加热通道的电流与温度；基于所述电流与温度来生成控制信号；根据所述控制信号产生加热电阻丝用的输出电压。
优选地，采用模糊控制算法基于所述电流与温度来生成控制信号。
优选地，所述模糊控制算法包括：根据采集到的各加热通道的温度以及预设的加热温度和加热时间分别确定各加热通道的加热速度，并根据所述加热速度确定各加热通道预设的加热电流；对所述预设的加热电流与采集到的各加热通道的电流的差值进行模糊比较；对所述模糊比较的结果进行模糊计算产生控制信号。
优选地，将所述兆瓦级风电叶片模具被划分为若干个加热通道，包括：根据工艺要求对风电叶片模具进行功能划分；基于功能划分的结果与加热电流和加热工艺的要求将所述兆瓦级风电叶片模具被划分为若干个加热通道。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
通过对兆瓦级风电叶片模具进行加热通道的划分，并针对每个加热通道采取温度、电流双反馈控制，解决了现有技术中模具加热系统故障率高、运营维护成本高、控制精度低的问题，提高了控制精度，降低设备运营故障率、提高产品质量、降低了运营成本。同时通过信息化自动化改造实现工厂的自动化运行，实现生产工艺的在线匹配、生产数据的在线监控，降低人工干预，缩短生产时间，提升生产效率。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为根据本发明一实施例的兆瓦级风电叶片模具电加热控制系统的结构示意图；
图2为根据本发明另一实施例的兆瓦级风电叶片模具电加热控制方法的流程示意图；
图3a-图3b为根据本发明实施例的风电叶片模具单面加热通道的设置示意图；
图4为根据本发明实施例的采用模糊控制算法生成控制信号的流程示意图；
图5为根据本发明实施例的模糊控制算法的控制原理示意图；
图6为根据本发明实施例的兆瓦级风电叶片模具电加热控制系统的数据交换架构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
图1为根据本发明一实施例的兆瓦级风电叶片模具电加热控制系统的结构示意图，图2为根据本发明另一实施例的兆瓦级风电叶片模具电加热控制方法的流程示意图，下面结合图1和图2说明本发明实施例。
如图1所示，该电加热控制系统包括包括控制装置11以及与若干个加热通道一一对应的若干个电加热检测调节装置12，其中，电加热检测调节装置12进一步包括传感模块121和调压模块122。
如图2所示，该电加热控制方法包括以下步骤：
步骤s210、将兆瓦级风电叶片模具划分为若干个加热通道。
步骤s220、实时采集加热通道的电流与温度。
步骤s230、基于采集到的电流与温度来生成控制信号。
步骤s240、根据生成的控制信号产生加热电阻丝用的输出电压。
针对风电叶片模具面积大而使得无法精准控制加热温度、加热速度慢的问题，在本发明实施例中，根据加热面积或者功能将风电叶片模具划分为多个加热通道。
具体的，首先根据工艺要求对风电叶片模具进行功能划分，然后基于功能划分的结果与加热电流和加热工艺的要求将风电叶片模具划分为若干个加热通道，加热通道划分得越细越好，但是一般的，考虑到实际的制造、维护成本，模具加热通道的划分主要依据两个原则，第一是加热丝电阻(根据加热丝材质决定的加热电流)的限制，第二是加热工艺的要求。
比如当加热电源选用220vac(也可以选用380v)时，为限制并实现设定的加热速度，模具加热电流不能超过7a且必须大于5a，因此单个通道电阻丝电阻的大小不能超过30欧姆，否则加热效果或者安全性会受到影响。
加热通道的划分同时还需要考虑工艺要求，不同区域有不同的加热要求，必须根据工艺要求对模具进行功能划分然后才能确定加热通道。
举例而言，如图3a和图3b所示，风电叶片模具的总的加热面积约为300平方米，若取每个加热通道的面积约为2.5平方米(通道的面积第一根据工艺要求及安全性，第二需要考虑电阻丝的特性)，模具每个面加热通道的个数约为60个，整套模具为120个。在实际划分加热通道时，主要依照上述两个原则，同时针对重点区域(比如发热严重位置、需要重点控制位置)做单独划分，此时加热丝阻值和加热通道的面积不再是决定因素。尤其是模具的内外法兰及前后缘发热严重位置，将划分为特定的小通道并设计多个温度模块以实现对模具温度的精准控制。此外，图3a和图3b的加热通道划分还体现了可互换性叶尖模具的可能性。
在加热通道内安放加热电阻丝和设置传感模块121。其中，加热电阻丝的长度以及阻值根据加热单位的面积确定。例如前例中，当每个加热单位的面积约为2.5平方米时，电阻丝长度约100米。电阻丝可通过安装或直接埋置在模具相应加热通道内。传感模块包括热电阻温度采集传感器、电流传感器与模拟量单元，如图1所示，分别用于实时检测各加热通道的温度与电流，在本发明实施例中，采用了温度与电流双反馈的控制方式，后面将详细说明。
在加热通道内设置调压模块122，每个调压模块对应于一个加热通道，其用于接收控制装置11生成的控制信号，根据该控制信号调整加热电阻丝的输出电压以实现对加热通道的加热控制。
在本发明的一个实施例中，控制装置11采用模糊控制算法生成控制信号，如图4所示，具体包括以下步骤：
步骤s410、根据采集到的各加热通道的温度以及预设的加热温度和加热时间分别确定各加热通道的加热速度，并根据加热速度确定各加热通道预设的加热电流。
步骤s420、对预设的加热电流与采集到的各加热通道的电流的差值进行模糊比较。
步骤s430、对模糊比较的结果进行模糊计算产生控制信号。
模糊控制算法的控制原理如图5所示。
另外，在电加热检测调节装置12中还设置有加热保护模块，通过实时监控加热区域内各加热通道的电压、电流及温度来实现对加热通道的保护。
通过检测的温度和实时设定温度进行比较，根据比较的差值和设定的计算得到需要实现的加热速度(即电流)，再通过电流互感器检测实际的运行电流，通过调压模块使实际加热电流等于设定加热电流。通过模糊计算可以降低运算量，程序简单，响应速度快，且降低了对硬件设备的要求。
在本发明的实施例中，通过采用模糊控制方式，基于温度、电流双反馈实现对加热(温度)的准确控制，克服了电加热系统控制系统器件容易损坏、对使用环境要求高、非直接电流控制的缺点。同时去除采用pid算法的繁杂计算和复杂的程序，采用简单的模糊比较，每个加热通道单独控制，控制程序简单灵活，同时因为增加了电流反馈，控制精度较高，可以做到温度调节的快速响应。
为了增强本发明实施例的加热控制系统的信息化和自动化集成，在本发明的一个实施例中，共设置10个加热控制箱，所有的加热控制箱由1台工控机实现集中控制，实现生产配方的调用、信息采集保存、生产过程监控、生产异常报警、生产数据信息化联网等，如图1所示，各加热控制箱通过工业以太网与工控机通信连接，该工控机进一步通过以太网与远程控制端通信连接。在本发明的实施例中，利用控制装置与plc控制器配合完成通道的温度控制，简化了控制流程，提高了控制精度，稳定性好。
通过工业以太网接口，该加热系统的数据可以很方便的和工厂的mes、sap等信息化系统进行集成，实现工厂生产的信息化管理。控制系统的数据交换架构如图6所示。
本发明实施例的兆瓦级风电叶片模具电加热控制系统采用成熟的工业级电气产品构成，各类器件运行稳定性高，故障率低，能适应风电行业恶劣的工业生产环境，且器件通用性强，维护方便、成本低。
本发明实施例的兆瓦级风电叶片模具电加热控制系统控制策略简单、控制精度高，通过增加反馈实现温度的精准控制，控制精度和安全性远高于现有的无反馈系统，有利于控制产品质量。
本发明实施例的兆瓦级风电叶片模具电加热控制系统通过模块化的加热控制箱的设计，不仅简化了一次回路线缆的走线量，而且实现了一次二次回路的完全隔离，系统运行安全性高。
本发明实施例的兆瓦级风电叶片模具电加热控制系统采用智能调压模块实现电压调节，其运行时可以较好的实现电网电流平衡，同时避免了瞬起瞬停对电网的冲击，降低了对电网的污染。
本发明实施例的兆瓦级风电叶片模具电加热控制系统信息化程度高，采用工业以太网作为通信网络，控制方式灵活，可以由触摸屏、上位机、mes系统等进行监控，可扩充性好。
本发明实施例的兆瓦级风电叶片模具电加热控制系统可以很方便的和其他工业控制软件如mes系统等进行数据交换，利于实现工厂的信息化建设，利于提升工厂的自动化水平，降低了生产过程的人工监护量，具有良好的经济效益前景。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。