CN102129239A

CN102129239A - 一种工程机械监控系统

Info

Publication number: CN102129239A
Application number: CN201110056378XA
Authority: CN
Inventors: 陈宝江; 曾晓渊
Original assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Current assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2011-07-20

Abstract

本发明提供了一种工程机械监控系统，属于工程机械监视与控制技术领域，以解决现有高端大型工程机械控制系统存在的通用性较差的问题。该系统的传感及执行驱动模块用于采集工程机械的工况参数并发送给CAN总线式采集控制模块，以及接收CAN总线式采集控制模块的控制信号并驱动工程机械；CAN总线式采集控制模块用于将传感及执行驱动模块发送的工况参数发送给监控模块，以及将监控模块发送的控制信号发送到传感及执行驱动模块；监控模块用于将CAN总线式采集控制模块发送的工况参数显示给用户，以及根据用户输入的控制命令向CAN总线式采集控制模块发送控制信号。本发明无需为每种特定的工程机械机型单独设计控制系统，具有较好的通用性。

Description

一种工程机械监控系统

技术领域

本发明涉及一种工程机械监控系统，属于工程机械监控技术领域。

背景技术

工程机械是人类改造自然、利用自然最有力的工具，在许多领域都有着不可替代的作用。PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)由于具有可靠性高、通用型强、成本较低、软硬件易于开发以及工业现场抗干扰能力强等特点，使其在工业控制和工程机械等领域应用十分广泛。但是，随着工程机械自动化程度的进一步提高、处理信息量的加大以及作业对象复杂程度的提高，PLC所擅长的顺序控制能力已经无法满足大中型工程机械的高端产品的要求。

随着计算机以及微电子技术的发展，采用32位CPU控制器为核心以及使用C、LabVIEW等高级语言进行编程并采用提高控制性能的实时操作系统的高端大型工程机械控制系统已经成为工程机械控制领域的发展趋势。目前已有的高端大型工程机械控制系统往往是针对特定机型需要单独设计的一套专用系统。这就使一整套设计架构良好的监控系统不能在软硬件上方便地进行适当剪裁，从而应用到其他类型的工程机械监控系统中去，导致一些系统设计工作的内容重复进行，并且优异的设计方案也不能大范围推广，使系统的通用性大大降低。

发明内容

本发明为解决现有高端大型工程机械控制系统存在的通用性较差的问题，提出了一种工程机械监控系统，包括：

传感及执行驱动模块，用于采集工程机械的工况参数并将所述工况参数发送给CAN总线式采集控制模块，以及接收CAN总线式采集控制模块的控制信号并驱动工程机械工作装置动作；

CAN总线式采集控制模块，用于将传感及执行驱动模块发送的工况参数通过CAN总线发送给监控模块，以及将监控模块通过CAN总线发送的控制信号发送到传感及执行驱动模块；

监控模块，用于将CAN总线式采集控制模块发送的工况参数显示给用户，以及根据用户输入的控制命令向CAN总线式采集控制模块发送控制信号。

本发明通过将采集的工程机械工况信息通过CAN总线式采集控制模块发送给监控模块，并由监控模块根据工况参数及用户输入的控制命令对工程机械进行相应的控制。该系统硬件易于重构，软件通用性强，可以通过简单剪裁，满足具体工程机械机型的监控需求，无需为每种特定的工程机械机型单独设计监控系统，具有较好的通用性。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式提供的工程机械监控系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式提供了一种工程机械监控系统，包括传感及执行驱动模块、CAN总线式采集控制模块和监控模块，传感及执行驱动模块用于采集工程机械的工况参数并将所述工况参数发送给CAN总线式采集控制模块，以及接收CAN总线式采集控制模块的控制信号并驱动工程机械工作装置动作；CAN总线式采集控制模块用于将传感及执行驱动模块发送的工况参数通过CAN总线发送给监控模块，以及将监控模块通过CAN总线发送的控制信号发送到传感及执行驱动模块；监控模块用于将CAN总线式采集控制模块发送的工况参数显示给用户，以及根据用户输入的控制命令向CAN总线式采集控制模块发送控制信号。该监控系统用于对大中型工程机械的监视和控制，其主要原理是基于CAN总线和嵌入式系统，与汽车电子控制系统应用CAN总线类似，系统以两个差分信号(CAN HIGH & CANLOW)传输数据。该监控系统对于各种监控需求不同的工程机械具有很强的适应能力，通过现场总线把单个分散的测量控制设备变成网络节点，这些网络节点可以针对不同监控需求的工程机械任意增减，以现场总线为纽带，将它们连接成可以相互沟通信息、共同完成监控任务的网络系统。

为了更清楚的说明该技术方案，下面结合说明书附图进行说明，如图1所示，该系统具体可以包括：

传感及执行驱动模块1，用于采集工程机械的工况参数并将所述工况参数发送给CAN总线式采集控制模块2，以及接收CAN总线式采集控制模块2的控制信号并驱动工程机械工作装置动作；

CAN总线式采集控制模块2，用于将传感及执行驱动模块1发送的工况参数通过CAN总线发送给监控模块3，以及将监控模块3通过CAN总线发送的控制信号发送到传感及执行驱动模块1；

监控模块3，用于将CAN总线式采集控制模块2发送的工况参数显示给用户，以及根据用户输入的控制命令向CAN总线式采集控制模块2发送控制信号。

具体的，在传感及执行驱动模块1中，可以包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、流量传感器、位移传感器(包括线位移和度位移传感器)、速度传感器(包括角速度传感器和线速度传感器)、扭矩传感器、风速传感器、图像传感器、开关量传感器、数字量传感器等覆盖一般工程机械运行过程工况参数检测需要的传感器等多种数据采集设备，可以根据具体的工况选择搭配其中的一种或几种相应的数据采集设备。其中，温度传感器可用来实现对工程机械液压系统内液压油温度以及油箱内温度的测定，来对整个液压系统实现安全监控，冷却系统通过检测冷却水进出口温差来实现冷却系统的安全监控；扭矩传感器可用来检测一定范围内的扭矩，实现对大力臂构件的保护，当达到扭矩极值，进行安全报警；拉压力传感器可用来对产生拉压动作的部件进行拉压力检测，对一定量程范围内的拉压力进行检测并通过变送器产生0～5VDC范围内的电压信号；风速传感器可对工程机械工作现场的风速，从一级到十二级进行检测，检测到的风速可作为驾驶员进行操作的参考，或者输入到控制器中，按照预先的程序设定来对工程机械进行进一步的控制，如果风速超过报警限度，可以报警或者停机；线位移传感器可以对于需要测定线位移的部件进行检测，位移是否到位等；角速度传感器是通过光电编码器输出的脉冲信号，经过变送器可实现对转速的测量；角位移传感器通过增量式光电编码器输出的脉冲信号，经过变送器可实现对工程机械回转机构回转角度的测量；光电开关也可实现对位移的检测，通常可用来检测运动部件是否到位；接近开关可以对金属物体进行检测，用以实现运动部件的位移是否到位，还可以通过检测与轴一起转动的金属物体经过接近开光的次数来测定轴的转速；图像传感器可以检测对象周围图像信息，以防止机械之间的干涉和碰撞的发生；等等。

CAN总线式采集控制模块2可采用高性能16位MCU技术，具体可选用Freescale的16位微控制器HCS12系列MC9S12XEQ-512单片机，该单片机具有MSCAN块及16路8位AD采集；4路PWM通道；8路IO接口；CAN通信；模块具有抗震性能；采用专用监控软件。其中每个模块16个模拟信号通道可对0～5VDC的电压信号进行采集，4个PWM信号通道输出5V高电平，4个数字I/O通道在输出状态下，高电平为5V；在输入状态下，可以接收高电平为5V的开关信号。其MSCAN模块又有新增模块XGATE协处理器模块和FlexRay模块来支持，使得其CAN通信在数据的接受和发送性能大大提高。

CAN总线式采集控制模块2与监控模块3通过CAN总线交互的CAN报文是以广播形式发送的，当CAN总线上有报文时，只有发送节点在发送CAN报文，其他的节点都只能接收；当其它节点接收到CAN报文之后，会将CAN报文暂时存储到一个激活的后台接收缓冲区中，进而进行滤波。如果节点所接收到的CAN报文正是其需要的报文，则接收该CAN报文；如果接收节点并不需要此报文，则暂时存储的CAN报文会被下一个CAN报文所覆盖。

监控模块3可以采用EM9161，EM9161是一块嵌入式主板，主要面向工业自动化。该主板可以作为封装好的芯片使用，其两侧有双排插针，而根据实际应用需求而设计的底板上面有插槽，这样主板和底板的配合构成了完整的智能设备。EM9161底板的基本功能主要包括依据工程应用需求提供各种通讯接口、提供电源模块为主板供电、扩展专用电路等。底板的设计包括底板尺寸以及接口放置的位置，都应该充分考虑所设计的产品的实际需求。另外整机的电磁兼容性的优劣也能在底板的设计上有所体现。具体的，监控模块3可以分成数据接收及发送子模块和显示及输入子模块两部分，对于传感及执行驱动模块1采集的工况参数，主要通过数据接收及发送子模块将CAN总线式采集控制模块发送的工况参数存储，以供显示及输入子模块读取及在监控模块的监控界面中显示，以及将显示及输入子模块发送的用户控制指令打包成数据帧发送给CAN总线式采集控制模块；以及通过显示及输入子模块读取数据接收及发送子模块存储的工况参数，并在监控模块的监控界面中将具有物理意义的值显示给用户，以及将用户输入的控制指令存储到相应的变量中，以供数据接收及发送子模块读取。

当传感及驱动模块1中各路传感器能够将所采模拟信号、数字信号和开关信号传输到CAN总线式采集控制模块2中后，CAN总线式采集控制模块2中的模数转换器(ADC)可以将模拟量转换成为8位的数字量，再通过CAN总线传输到监控模块3，并显示出信号对应的物理量值；监控模块3能够发出控制信号，用以调整CAN总线式采集控制模块2所产生的PWM信号的占空比和频率，以及调整开关信号输出为高电平或者低电平，从而达到监视并控制工程机械的目的。

采用本具体实施方式提供的技术方案，通过将采集的工况信息通过CAN总线式采集控制模块发送给监控模块，并由监控模块根据工况参数及用户输入的控制命令对工程机械进行相应的控制，由于软硬件技术特点和模块化结构，易于重构，无需为特定的工程机械机型单独设计监控系统，具有较好的通用性，使得通过一次性对系统架构的良好设计可以应用到各种控制对象不同的系统中去，能够减少很多在系统设计当中的重复工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种工程机械监控系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的工程机械监控系统，其特征在于，所述监控模块包括：数据接收及发送子模块，用于将CAN总线式采集控制模块发送的工况参数存储，以供显示及输入子模块读取及在监控模块的监控界面中显示，以及将显示及输入子模块发送的用户控制指令打包成数据帧发送给CAN总线式采集控制模块；

显示及输入子模块，用于读取数据接收及发送子模块存储的工况参数，并在监控模块的监控界面中将具有物理意义的值显示给用户，以及将用户输入的控制指令存储到相应的变量中，以供数据接收及发送子模块读取。

3.根据权利要求1所述的工程机械监控系统，其特征在于，所述传感及执行驱动模块包括检测单元和驱动单元，所述检测单元包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、流量传感器、位移传感器、速度传感器、扭矩传感器、风速传感器、图像传感器、开关量传感器、数字量传感器等覆盖一般工程机械运行过程工况参数检测需要的传感器构成；所述驱动单元由适应于驱动工程机械工作装置动作的电子放大驱动电路构成。