本发明涉及风电叶片组件生产技术领域，尤其是风电叶片组件模具智能监控系统。
背景技术：
目前，风电叶片组件采用模具真空灌注成型技术进行生产，在真空灌注过程中，需要使用真空泵和加热器，而模具涉及翻转、合模等操作。由于风电叶片组件体型非常大，在生产现场，真空泵、加热器等分散布置在不同地方，且真空泵和加热器的工作参数也都各自都有独立的仪表进行显示，这就导致一个操作人员不能及时监控到各个仪表的参数。比如，灌注过程中必须保证真空负压满足要求。由于生产时各设备分散在生产场地的各处，当发生真空泄露时，操作人员往往不易及时发现。
归纳起来，主要存在以下几方面问题：
(1)加热器、真空泵、液压翻转装置等设备分散布置，占用空间大；各设备的工作参数独立控制和显示，缺乏集中监控的平台。工人需要以目视的方式查看现场仪表和设备的数值，手写表单的方式进行记录，劳动强度大，人工成本过高。
(2)缺乏生产过程中的模具参数实时监控、数据收集及反馈功能，没有足够的数据支撑，无法及时找到生产过程中产品问题发生的真正原因。许多工艺缺陷的解决或工艺优化只能通过一次次的试错和试验。
(3)对于水加热模具，能有分区控制，但目前也仅限于加热器的进回水温度显示，缺少模具各区域温度的实时反馈，模具局部温度异常时无预警。
(4)此外，对于模具翻转合模后的合模缝间隙和合模错位，现有的监控系统也不具有在线监测功能，需要人工检查，劳动强度大，增加生产所需时间，且存在漏检风险。
目前也有一些相关从业者提出了参数监控的技术方案，但大多数的方案应用范围比较小，只局限于某一特定参数，缺乏一定的通用性、系统性，缺乏各种参数的整合和分析，难以满足参数预警和工艺升级的要求和生产线数字化、智能化的生产模式。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术所存在的问题，本发明提供一种风电叶片组件模具智能监控系统，可对风电叶片组件生产中模具的多个参数进行集中采集和反馈，替代目前分散显示和反馈、人工查看仪表和记录参数的模式，满足生产要求的同时提升生产效率和减少参数异常造成叶片报废的风险，同时针对目前缺少模具各区域温度的实时反馈的问题，不能对模具翻转合模后的合模缝间隙和合模错位进行在线监测的问题，相应提出了解决措施。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明一种风电叶片组件模具智能监控系统，所述监控系统包括传感器、信号采集及传输系统以及控制系统；
所述风电叶片组件模具为风电叶片模具、叶根模具、腹板模具或叶片主梁模具；
所述控制系统包含上位机；
所述传感器包括真空度传感器、温度传感器和激光位移传感器；所述激光位移传感器为多个，用于检测合模缝宽度和合模缝轴向错位程度和弦向错位程度；所述真空度传感器包括多个，分别安装在上模后缘、下模后缘的抽真空管道上；所述温度传感器包括预埋在上模和下模表面的多个热电阻，所热电阻均匀分布在上模和下模的整个表面上；
所述信号采集及传输系统包括数据采集模块；所述模具的上模、下模划分为多个区域，每个所述区域设有一个数据采集模块，每个区域内的所述数据采集模块用于采集所在区域的所有传感器的数据，并发送到控制系统的上位机；
所述上位机根据接收的传感器数据，对各传感器按照量程的数据进行标定处理；
其中，对于真空度传感器和激光位移传感器的数据，算法如下：
其中，对于温度传感器的数据，算法如下：
所述上位机运行监控软件，能够将上模、下模的各区域的传感器测量的温度值、真空度值显示在监控软件的监控界面上。
根据本发明较佳实施例，所述激光位移传感器包括用于检测合模缝宽度的第一检测器，在所述上模和下模其中之一的边缘安装第一反光板，其中另一个的边缘安装第一检测器，所述第一检测器发出的激光照射在所述第一反光板上，由第一反光板反射并被所述第一检测器接收，由所述第一检测器感测上模和下模之间的合模缝宽度。
优选地，所述第一反光板安装在模具的ps面，所述第一检测器安装在模具ss面。由于第一反光板不需接线路即可正常工作，安装简单，安装在ps面，此种安装方式可以避免ps面翻转时线路的干扰，模具ss面不翻转。模具合模后，所述第一检测器自动检测合模缝宽度数值。
优选地，所述第一检测器和第一反光板的外侧分别设有保护罩，所述保护罩不与第一检测器的支架结合，也不与第一反光板结合，可避免因保护罩晃动引起检测误差。
根据本发明较佳实施例，所述激光位移传感器包括用于检测合模缝轴向错位程度和弦向错位程度的第二检测器；所述第二检测器安装在顶起气缸旁侧，且在所述顶起气缸的旁侧还安装有第二反光板；所述第二检测器安装在模具的ps面，而第二反光板安装在模具的ss面；所述第二检测器的激光发射和接收端对应所述第二反光板；借助所述第二检测器和第二反光板可检测检测合模缝轴向错位程度和弦向错位程度。
根据本发明较佳实施例，所述热电阻的数量至少有52个，在生产制造模具时预埋在模具的ps面和ss面上，模具的ps面和ss面上分别设有至少26个热电阻，这些热电阻均匀分散在模具的ps和ss面整个表面，用于监测模具各不同位点的温度。
根据本发明较佳实施例，所述真空度传感器的数量至少为13个，其中一个安装在抽真空管道上，其余安装在上模后缘、下模后缘的一真空、二真空位置；上模后缘的一真空安装至少3个，上模后缘的二真空安装至少3个，下模后缘的一真空安装至少3个，下模后缘的二真空安装至少3个。
根据本发明较佳实施例，所述第一检测器和第一反光板至少包括10套，其中至少5套安装在模具前缘，至少5套安装在模具后缘用于检测合模缝宽度；所述第二检测器和第二反光板至少包括2套，设于顶起气缸的旁侧，用于检测合模缝轴向错位程度和弦向错位程度。
根据本发明较佳实施例，所述模具的上模和下模分别分成2个区域，总计4个区域，每个区域内设有一个数据采集模块，所述数据采集模块用于采集其所在区域的所有传感器的数据。
根据本发明较佳实施例，所述数据采集模块采集的数据采用modbustcp协议传输，将数据采集模块和控制系统的上位机的ip地址设置在同一网段，通过有线或无线连接到同一台交换机，所述上位机作为客户端设为读取模式，通过指向不同的ip地址，以循环访问的方式与每个区域的数据采集模块建立连接，并将交换机寄存器区域的数据存储到上位机的不同数据块内。优选地，加热器、真空泵、液压翻转控制柜的运行、故障信号和其他重要设备参数也均通过接线或以太网通讯的方式发送至上位机。
根据本发明较佳实施例，所述控制系统除了包含所述上位机，所述交换机之外，还包括一套工控机、必要的开关、显示灯、报警器等设备。
根据本发明较佳实施例，所述上位机的监控界面包含与模具ps面和ss面相对应的图形，在图形上对应模具上所设置的真空度传感器、温度传感器、激光位移传感器的位置设有显示相应位置传感器检测值的数据框。
根据本发明较佳实施例，所述监控软件可根据工艺要求设置参数上下限，所述参数上下限包括合模缝上限、各阶段的加热温度上下限，真空压力上下限等，上位机根据设置的参数上下限对生产过程中各(传感器)的检测数据进行判断，当某个检测数据超出上下限范围时，报警器设备发出警报以提醒现场人员，或者监控界面的图形上对应位置的数据框闪烁以提醒工作人员并记录报警时间，测量点位置和测量值类型。
优选地，本发明中的上位机可通过plc进行数据的采集和计算，如西门子s7-1200plc等。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明的风电叶片组件模具智能监控系统不仅可以直观地向工作人员集中展示整个真空灌注工艺生产风电叶片组件过程中，模具不同位点的温度、模具不同位置的真空度、合模缝宽度、合模错位程度等模具的参数情况，(还可以展示加热器、真空泵、液压翻转控制柜的运行、故障信号和其他重要设备工作参数等数据)，只需要一个操作人员即可随时了解模具的工作参数是否在正常范围内，并及时做出应对措施。此外，系统的监控软件还可形成历史趋势图、报警记录和统计报表，供现场查询和打印输出，并传输到手机app或笔记本电脑等，用于替代工人需要以目视的方式查看和手写表单的方式记录的模式，大幅减小劳动强度，降低人工成本，提高监控效率。
(2)本发明的风电叶片组件模具智能监控系统，提供了生产过程中的模具参数实时监控、数据收集及反馈功能，提供足够的数据支撑，有助于生产技术人员及时找到生产过程中产品问题发生的真正原因，找到工艺缺陷原因，减少试错，并快速找到优化技术方案。
(3)本发明对于模具的加热程度，模具ps面和ss面上不同位点的温度分布情况仅仅实时反馈，不仅仅限于加热器的进回水温度，为模具局部温度异常提供预警。本发明还对模具翻转合模后的合模缝间隙和合模错位，提供了实时在线监测功能，无需人工检查，减少人工劳动强度，减小漏检风险，提高风电叶片组件生产效率。
(4)实现模具参数的实时采集、自动监测，减少人工检查成本，提高生产效率；可根据设定的参数上下限自动报警，避免人工记录统计数据的滞后性和实时报警减少参数异常造成的产品损失。
(5)由于叶片体型非常大，采用分区域的测量方式，将传感器信号就近接入对应区域的数据采集模块，减少布线长度和成本。
(6)数据集成在同一个监控平台上，可在现场和手机app同时显示，并提供对外的通信接口，便于数据统一管理，促进叶片生产的数字化转型。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的风电叶片组件模具智能监控系统的整体框图。
图2为用于检测合模缝宽度的激光位移传感器的安装示意图。
图3为用于检测合模缝错位大小的激光位移传感器的安装示意图。
图4为上位机上运行的监控软件的监控界面(具有与模具对应的图形)示意图。
图5为模具上某位点处温度历史趋势记录及统计示例。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，为本发明较佳实施例的风电叶片组件模具智能监控系统，主要包括三大部分，即传感器、信号采集及传输系统以及控制系统。
本实施例以风电叶片模具为例进行说明。
传感器包括真空度传感器、温度传感器、激光位移传感器。其中，真空度传感器包括多个，分别安装在上模后缘、下模后缘的抽真空管道上，可以测除真空管道之外模具前缘和后缘多个位置的真空度。温度传感器包括预埋在模具ps面和ss面的多个热电阻，所热电阻均匀分散在模具的ps面和ss面的整个表面上，可以测定模具上不同位点的温度分布情况。激光位移传感器包括用于检测合模缝宽度的第一检测器，以及用于检测合模缝轴向错位程度和弦向错位程度的第二检测器。
控制系统，包括上位机，工控机(控制柜)、交换机和必要的开关、按钮、报警器等设备。
所述信号采集及传输系统包括多个数据采集模块。将模具的上模、下模划分为多个区域，每个所述区域设有一个数据采集模块，以便就近采集所在区域的所有传感器的数据，并发送到控制系统的上位机。优选地，结合图1所示，模具的上模和下模分别分成2个区域，总计4个区域，每个区域内设有一个数据采集模块，所述数据采集模块用于采集其所在区域的所有传感器的数据。
数据采集模块发送数据的方式可采用modbus协议通过屏蔽双绞线传输或采用modbustcp协议传输。上位机根据接收的传感器数据，对各传感器按照量程的数据进行标定处理；
其中，对于真空度传感器和激光位移传感器的数据，算法如下：
其中，对于温度传感器的数据，算法如下：
上位机运行监控软件，能够将上模、下模的各区域的传感器测量的温度值、真空度值显示在监控软件的监控界面上。
优选地，结合图4所示，热电阻的数量有52个，在生产制造模具时预埋在模具的ps面和ss面上，模具的ps面和ss面上分别埋设26个热电阻，这些热电阻均匀分散在模具的ps和ss面整个表面，以便于全面、精确地监测模具各不同位点的温度，可对局部温度过高引起给出警示。
优选地，真空度传感器的数量为13个，其中1个安装在抽真空管道上，其余12个安装在上模后缘、下模后缘的一真空、二真空位置；上模后缘的一真空安装3个，上模后缘的二真空安装3个，下模后缘的一真空安装3个，下模后缘的二真空安装3个，一共12个。
使用激光位移检测器用于检测合模缝宽度时，安装方式如图2所示。上模和下模其中之一的边缘安装第一反光板12，其中另一个的边缘安装第一检测器11(激光位移检测器)。第一检测器11和第一反光板12都安装在模具玻璃钢壳体边缘，第一反光板12与第一检测器11的距离可以直接反映模具ps面和ss面合模后的距离。第一检测器11发出的激光照射在第一反光板12上，由第一反光板12反射并被第一检测器11接收，由此测出上模和下模的合模缝宽度。优选地，第一反光板12安装在模具的ps面，第一检测器11则安装在模具ss面。由于第一反光板12不需接线路即可正常工作，安装简单，因而优选安装在ps面，此种安装方式可以避免被翻转机构驱动ps面翻转时线路的干扰。如图2所示，第一检测器11和第一反光板12的外侧分别设有保护罩13，第一检测器11的保护罩13不与第一检测器11的支架111结合，第一反光板12的保护罩13也不与第一反光板12结合，可避免因保护罩13晃动引起检测误差。
第一检测器和第一反光板至少包括10套，其中至少5套安装在模具前缘，至少5套安装在模具后缘用于检测合模缝宽度；所述第二检测器和第二反光板至少包括2套，设于顶起气缸的旁侧，用于检测合模缝轴向错位程度和弦向错位程度。
使用激光位移检测器用于检测合模后上下模错位程度时，安装方式如图3所示。第二检测器21安装在顶起气缸3的旁侧，且在顶起气缸3的旁侧还安装有第二反光板22。第二检测器21和第二反光板22分设于上模和下模上，用于检测上下模合模后的错位程度，当检测到错位程度较高时，则发出警示，需要重新合模。优选地，第二检测器21安装在模具的ps面，而第二反光板22安装在模具的ss面。检测原理为：利用支架211将第二检测器21的激光发射和接收端对应着第二反光板22而安装设置，由第二检测器21发出激光，第二反光板22进行反射，第二检测器21发出激光接收反射光，根据反射光的角度和发射至接收的时间间隔测出合模缝轴向错位程度(距离)和弦向错位程度(距离)。
图1中，关于数据采集模块所采集的各传感器的数据，与控制系统上位机传送的方式，可通过modbustcp通讯协议或modbus协议。优选地，采用modbustcp协议传输时，将数据采集模块和控制系统的上位机的ip地址设置在同一网段，通过有线或无线连接到同一台交换机，所述上位机作为客户端设为读取模式，通过指向不同的ip地址，以循环访问的方式与每个区域的数据采集模块建立连接，并将交换机寄存器区域的数据存储到上位机的不同数据块内。
除了各数据采集模块所采集的各传感器原始数据应发送给上位机之外，与风电叶片生产配套使用的模具加热器、真空灌注使用的真空泵、用于翻转模具(ps面)的液压翻转控制柜的运行、故障信号和其他重要设备参数也均通过接线或以太网通讯(或其他无线通讯)的方式发送至上位机。
结合图4所示，上位机所运行的监控软件，其监控界面包含与模具ps面和ss面相对应的图形(用于模拟风电叶片模具的上模和下模)，并且对应实际生产使用的模具上所设置的真空度传感器、温度传感器、激光位移传感器的位置(和个数)，在图形上设有显示相应位置传感器检测值的数据框，以便操作者对模具的参数状况一目了然。
此外，上位机运行的监控软件可根据工艺要求设置参数上下限，所述参数上下限包括合模缝上限、各阶段的加热温度上下限，真空压力上下限等等。在实际生产过程中，上位机根据设置的这些参数上下限，不断地对生产过程中各(传感器)的检测数据进行比较大小并判断是否超出该上下限，一旦模具上某个位点的某项检测数据(如温度或真空度)超出上下限范围时，上位机发出指令使报警器设备发出警报以提醒现场人员做出应对措施，或者直接监控界面的图形上，使对应该参数的数据框闪烁(或变色，如变成醒目的红色)以提醒工作人员做出反应，并记录报警时间，测量点位置和测量值类型。
本发明的系统除了可实现更加集中、更加全面、更及时在线向操作者展示风电叶片生产过程中模具各部位的参数情况之外，同时本发明的系统，还利用监控软件将所有在线实时获得的数据，按照时间横轴形成历史趋势图、报警记录和统计报表，供现场查询和打印输出，并传输到手机app或笔记本电脑等(结合图1所示)，用于替代工人需要以目视的方式查看和手写表单的方式记录的模式，大幅减小劳动强度，降低人工成本，提高监控效率。例如，温度历史趋势记录及统计示例见图5。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。
1.一种风电叶片组件模具智能监控系统，其特征在于，所述监控系统包括传感器、信号采集及传输系统以及控制系统；
所述风电叶片组件模具为风电叶片模具、叶根模具、腹板模具或叶片主梁模具；
所述控制系统包含上位机；
所述传感器包括真空度传感器、温度传感器和激光位移传感器；所述激光位移传感器为多个，用于检测合模缝宽度和合模缝轴向错位程度和弦向错位程度；所述真空度传感器包括多个，分别安装在上模后缘、下模后缘的抽真空管道上；所述温度传感器包括预埋在上模和下模表面的多个热电阻，所热电阻均匀分布在上模和下模的整个表面上；
所述信号采集及传输系统包括数据采集模块；所述模具的上模、下模划分为多个区域，每个所述区域设有一个数据采集模块，每个区域内的所述数据采集模块用于采集所在区域的所有传感器的数据，并发送到控制系统的上位机；
所述上位机根据接收的传感器数据，对各传感器按照量程的数据进行标定处理；
其中，对于真空度传感器和激光位移传感器的数据，算法如下：
pmax和pmin分别对应传感器量程的上下限，in为数据采集模块从相应传感器采集到的原始数据；
其中，对于温度传感器的数据，算法如下：
所述上位机运行监控软件，能够将上模、下模的各区域的传感器测量的温度值、真空度值显示在监控软件的监控界面上。
2.根据权利要求1所述的风电叶片组件模具智能监控系统，其特征在于，所述激光位移传感器包括用于检测合模缝宽度的第一检测器，在所述上模和下模其中之一的边缘安装第一反光板，其中另一个的边缘安装第一检测器，所述第一检测器发出的激光照射在所述第一反光板上，由第一反光板反射并被所述第一检测器接收，由所述第一检测器感测上模和下模之间的合模缝宽度。
3.根据权利要求1所述的风电叶片组件模具智能监控系统，其特征在于，所述激光位移传感器包括用于检测合模缝轴向错位程度和弦向错位程度的第二检测器；所述第二检测器安装在顶起气缸旁侧，且在所述顶起气缸的旁侧还安装有第二反光板；所述第二检测器安装在模具的ps面，而第二反光板安装在模具的ss面；所述第二检测器的激光发射和接收端对应所述第二反光板；借助所述第二检测器和第二反光板可检测检测合模缝轴向错位程度和弦向错位程度。
4.根据权利要求1所述的风电叶片组件模具智能监控系统，其特征在于，所述热电阻的数量至少有52个，在生产制造模具时预埋在模具的ps面和ss面上，模具的ps面和ss面上分别设有至少26个热电阻，这些热电阻均匀分散在模具的ps和ss面整个表面，用于监测模具各不同位点的温度。
5.根据权利要求1所述的风电叶片组件模具智能监控系统，其特征在于，所述真空度传感器的数量至少为13个，其中一个安装在抽真空管道上，其余安装在上模后缘、下模后缘的一真空、二真空位置；上模后缘的一真空安装至少3个，上模后缘的二真空安装至少3个，下模后缘的一真空安装至少3个，下模后缘的二真空安装至少3个。
6.根据权利要求1所述的风电叶片组件模具智能监控系统，其特征在于，所述第一检测器和第一反光板至少包括10套，其中至少5套安装在模具前缘，至少5套安装在模具后缘用于检测合模缝宽度；所述第二检测器和第二反光板至少包括2套，设于顶起气缸的旁侧，用于检测合模缝轴向错位程度和弦向错位程度。
7.根据权利要求1所述的风电叶片组件模具智能监控系统，其特征在于，所述模具的上模和下模分别分成2个区域，总计4个区域，每个区域内设有一个数据采集模块，所述数据采集模块用于采集其所在区域的所有传感器的数据。
8.根据权利要求1所述的风电叶片组件模具智能监控系统，其特征在于，所述数据采集模块采集的数据采用modbustcp协议传输；将数据采集模块和控制系统的上位机的ip地址设置在同一网段，通过有线或无线连接到同一台交换机，所述上位机作为客户端设为读取模式，通过指向不同的ip地址，以循环访问的方式与每个区域的数据采集模块建立连接，并将交换机寄存器区域的数据存储到上位机的不同数据块内。
9.根据权利要求1所述的风电叶片组件模具智能监控系统，其特征在于，所述上位机的监控界面包含与模具ps面和ss面相对应的图形，在图形上对应模具上所设置的真空度传感器、温度传感器、激光位移传感器的位置设有显示相应位置传感器检测值的数据框。
10.根据权利要求1所述的风电叶片组件模具智能监控系统，其特征在于，所述监控软件根据工艺要求设置参数上下限，所述参数上下限包括合模缝上限、各阶段的加热温度上下限，真空压力上下限，上位机根据设置的参数上下限对生产过程中各传感器的检测数据进行判断，当某个检测数据超出上下限范围时，监控界面的图形上对应的数据框位置闪烁以提醒工作人员并记录报警时间，测量点位置和测量值类型。
技术总结