CN103851029A - 一种在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统，包括：数据采集控制部分、取样部分、数据传输、显示控制模块；数据采集控制部分分别与取样部分、数据传输、显示控制模块联通；显示控制模块向数据采集控制部分发出工作指令，数据采集控制部分启动取样部分将油箱内的待检油品抽取到数据采集控制部分，数据采集控制部分将数据进行存储，然后通过数据传输执行控制动作和传输；显示控制模块接收到油品检测信息后进行现场显示和提醒。本系统实现了对工程车辆润滑油系统进行远程监测；采集系统在整个监测过程中对油品不进行任何破坏性检测；采用工业单板机作为下位机实现传感器信号的采集、保存和远程传输。
Description
技术领域
本发明属于工程车辆监测技术领域，涉及一种工程车辆液压系统运转状态监测技术，尤其涉及一种在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统。
背景技术
目前，随着工程车辆在社会各种场合的广泛应用，工程车辆监测技术也在快速发展，大中型工程车辆在工作过程中，各个动作都是由液压系统提供动力，由于工程车辆作业的场地和强度存在不确定性，其润滑油品特别是液压油的合理使用周期很少会有检测，用户也只是根据自己的经验，按照既定的使用周期进行更换，过度使用的不良润滑油品往往会造成对液压系统的损坏，从而造成工程车辆无法正常工作。众所周知，磨损和润滑不良是导致机器设备过早损坏或发生故障的主要原因。近十几年发展起来的油液监测技术能较好地解决这一问题，特别是近几年，油液监测技术在各行业中得到了迅速的发展。最初的油液监测仅是油液污染分析，主要是分析油品的理化指标，如粘度、水分、酸值、闪点、机械杂质等。通常采用石油产品性能指标测定方法对在用润滑剂进行检测，以评价其质量的变化。工业化生产的发展使机器越来越大型化、复杂化和连续化，对机器的维修要求也越来越高。因此，机器故障诊断技术应运而生，促使了人们积极开发基于油液监测的诊断方法。
在工程车辆的作业过程中，由于工作场地的不固定性和特殊性，车辆在出厂前的各种润滑测试只是按照车辆生产企业所在地进行测试，但是由于车辆工作的环境和工作强度不同。油品的理化性能及内部的构成会发生不同变化，除了油品本身发生的变化，润滑系统还会受外界影响产生一些金属颗粒或者非金属磨损颗粒，另外运行环境中的污染物也会混入油液中，如水分及其他污染物等。而这些都无法得到及时和有效的检测，车辆生产企业也难以获得此类信息，而造成对润滑系统的改进及润滑剂选用合理性的偏差。而油液监测系统将通过现场全天候的实时动态数据采集，通过以GPRS传送到远程计算机，以便于生产企业和用户对车辆润滑状况的研究和改进。
简单地说，油液监测技术就是通过分析被监测工程车辆在用润滑油的性能变化和油中磨损颗粒的情况，获得机械设备润滑和磨损状态的信息，从而评定机械设备的运行工况和对故障进行预测，并进一步确定故障原因的技术并对存在的问题进行改进。使用这一技术需要综合利用各种分析测试手段，如常规的理化分析仪、红外光谱分析仪、顺粒计数器、等离子发射光谱仪、铁谱分析仪、差热分析仪等，对设备进行润滑监控，在设备润滑管理中可以达到很好的效果。油液污染在线监测与控制技术就是将自动控制技术引入到油液污染控制领域，改变传统的污染控制模式，实现对油液污染状态的实时动态监测、控制和主动维护。通过对油液污染度、含水量等各参数的在线监测信号的采集、识别、判断，提出构造油液状态在线监测网络，对油液污染状态进行实时动态监测、诊断和控制，实现对润滑油和液压系统的主动维护，能有效提高系统各元器件的使用寿命，大大降低系统的故障率。
发明内容
本发明的目的在于研制一种对车辆润滑油的粘度、水分、污染度、介电常数进项实时监测的在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统。
本发明的技术方案是：一种在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统，包括：数据采集控制部分、取样部分、数据传输、显示控制模块；数据采集控制部分分别与取样部分、数据传输、显示控制模块联通； 显示控制模块向数据采集控制部分发出工作指令，数据采集控制部分启动取样部分将油箱内的待检油品抽取到数据采集控制部分，数据采集控制部分将数据进行存储，然后通过数据传输执行控制动作和传输；显示控制模块接收到油品检测信息后进行现场显示和提醒。
取样部分包括：取样和回路系统三通Ⅰ、取样和回路系统三通Ⅱ、输油动力泵、第一电磁阀、第二电磁阀；油箱连通取样和回路系统Ⅰ，取样和回路系统Ⅰ连通第一电磁阀，第一电磁阀连通输油动力泵，输油动力泵连通数据采集控制部分中的数据采集模块，数据采集模块连通第二电磁阀，第二电磁阀连通取样和回路系统三通Ⅱ，取样和回路系统三通Ⅱ连通油箱；油箱抽出经过取样和回路系统Ⅰ，通过第一电磁阀进入输油动力泵，进入数据采集模块检测完油样依次经过第二电磁阀取样和回路系统三通Ⅱ，最后回到油箱完成取样过程。
数据采集控制部分中的数据采集模块，包括：流体特性传感器、水分传感器、压力传感器、激光颗粒度传感器、电导率传感器、流量传感器；流体特性传感器连通水分传感器，水分传感器分别连通压力传感器与激光颗粒传感器，压力传感器与激光颗粒度传感器均连通电导率传感器，连通电导率传感器连通流量传感器；流体特性传感器、水分传感器、电导率传感器为油品指标检测传感器；压力传感器、流量传感器为本监测系统辅助传感器；在数据采集控制部分控制下待检油样依次通流体特性传感器，水分传感器后，分别和激光颗粒传感器最后经过完成整个检测过程。
本发明采用上述技术方案后可达到如下的有益效果：
（1）实现了对工程车辆润滑油系统进行远程监测。克服了以往车辆由于工作场地的不固定无法及时的对润滑油品进行及时的检测。直接从主油箱底部出一套监测支管，实现对车辆润滑油的实时监测。
（2）采集系统在油箱底部取油样，流经各个采集系统后重新返回油箱，在整个监测过程中对油品不进行任何破坏性检测。
（3）采用工业单板机作为下位机实现传感器信号的采集、保存和传输。所采用的工业单板机稳定性适合全天候使用要求，提供多种硬件接口能够将传感器数据稳定采集并保存在硬盘中。
（4）在下位机上保存一周的历史数据。下位机采用的工业单片机工作稳定性非常高，而数据远程靠GPRS进行传输容易出现数据丢失的现象。近一周内的被下位机采集的传感器信号都将备份在下位机的硬盘中，该数据缓冲区不断刷新。
（5）能够将数据通过打包方式进行远程传输。
附图说明
图1为本发明在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统的工作原理示意图；
图2为本发明在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统的取样部分结构示意图；
图3为本发明在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统的信号采集控制部分结构示意图；
图4为本发明在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统的传输和管理部分结构流程示意图；
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体技术方案。如图1所示，一种在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统，包括：数据采集控制部分1、取样部分2、数据传输3、显示控制模块4；数据采集控制部分1分别与取样部分2、数据传输3、显示控制模块4联通； 显示控制模块4向数据采集控制部分1发出工作指令，数据采集控制部分1启动取样部分2将油箱内的待检油品抽取到数据采集控制部分1，数据采集控制部分1将数据进行存储，然后通过数据传输3执行控制动作和传输；显示控制模块4接收到油品检测信息后进行现场显示和提醒。
如图2所示，取样部分2包括：取样和回路系统三通Ⅰ11、取样和回路系统三通Ⅱ9、输油动力泵6、第一电磁阀5、第二电磁阀8；油箱10连通取样和回路系统Ⅰ11，取样和回路系统Ⅰ11连通第一电磁阀5，第一电磁阀5连通输油动力泵6，输油动力泵6连通数据采集控制部分1中的数据采集模块7，数据采集模块7连通第二电磁阀8，第二电磁阀8连通取样和回路系统三通Ⅱ9，取样和回路系统三通Ⅱ9连通油箱10；油箱10抽出经过取样和回路系统Ⅰ11，通过第一电磁阀5进入输油动力泵6，进入数据采集模块7检测完油样依次经过第二电磁阀8取样和回路系统三通Ⅱ9，最后回到油箱10完成取样过程。
其中第一电磁阀5、第二电磁阀8、输油动力泵6由数据采集控制模块7统一按照设置进行控制。其作用是由于工程车辆在作业过程中油温会超出传感器的测量范围，要根据实时的油温进行有选择性的进行取样，可以更合理的保证传感器的使用。同时油品的检测过程会有压力传感的介入，用以测量检测系统的压力，用以判断系统是否正常工作和是否出现泄漏等现象，可以更好的保证本发明的实用性和可靠性。
图3中所示为本发明的传感器信号采集传输和工作结构示意图。数据采集控制部分1中的数据采集模块7包括：流体特性传感器12、水分传感器13、压力传感器14、激光颗粒度传感器15、电导率传感器16、流量传感器17；流体特性传感器12连通水分传感器13，水分传感器13分别连通压力传感器14与激光颗粒传感器15，压力传感器14与激光颗粒度传感器15均连通电导率传感器16，连通电导率传感器16连通流量传感器17；流体特性传感器12、水分传感器13、电导率传感器16为油品指标检测传感器；压力传感器14、流量传感器17为本监测系统辅助传感器；在数据采集控制部分1控制下待检油样依次通流体特性传感器12，水分传感器13后，分别和激光颗粒传感器15最后经过完成整个检测过程。
数据采集控制模块7中的CPU、SD卡、GPRS模块，RS232串接口，RS485接口，CAN总线接口，模拟量接口，IO控制输出模块。其中运算部分CPU主要执行以下三个功能：其一，接收车辆液压系统工作状况信息，并根据设定的温度范围向IO输出模块发出指令，输油动力泵6和第一电磁阀5、第二电磁阀8完成对系统的启停控制；其二，完成传感器的测得数据的接收、运算、存储、发送，由于每个传感器的通讯协议不同，需要按照每个传感器的既定协议进行解析和比照；其三，根据既定规则对系统的运行情况进行监测和控制，包含系统压力、温度、流速、流量。SD卡为系统所用存储模块，包含：公式及运算法则存储；油品报警参数设置存储；油品检测到数据的存储。GPRS模块通过一路RS232接口与采集控制模块相连，辅助完成数据的远程发送。RS232 、CAN、模拟量接口为传感器供电和数据接收功能，IO输出模块主要起对齿轮油泵和电磁阀的控制作用。
待检油品经过输油动力泵6输送到流体特性传感器12，流体特性传感器12通过CAN总线与采集模块进行通讯，主要采集参数为粘度、密度、介电常数、温度四个参数，水分传感器13为微水传感器，输出为绝对含水量，量程0--500ppm。压力传感器14对整个系统的压力进行监测，以kpa为单位，最小精度为50kpa,系统的工作压力范围为0.7mpa，在设定的工作压力值域内如果测得压力超出设定范围，控制模块将根据信息停止并切除整个系统。激光颗粒度传感器15与采集模块采用RS232进行通讯，采集值分别为4、6 、14 、21um粒径颗粒数目及相对应的ISO4406污染等级；电导率传感器16采集油中导电性能，油液的酸值发生变化时，会对导电性造成影响，通过该特性对油品的酸值给予判别。流量传感器17主要保证系统的运行正常，主要以L/H为单位输出实时流量。
图4为本发明在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统的数据传输和管理部分结构流程示意图。详细反映了整个系统的工作状况的数据流动情况。本系统的具体功能描述如下：
（1）、系统的启动实现与车辆的液压系统工作状况联动：从驾驶室的取力开关引出信号，驾驶员将行车状态调整为工作状态时，取力开关自身发出脉冲信号，车载终端接收后发送给运算控制部分，运算控制部分向取样部分发出启动指令，油泵和电动球阀开始启动。同事运算控制部分开始给传感器供电，并且检查传感器通讯和数据位是否正常。（2）、实时控制：根据对车辆的液压系统运行状况及压力传感和流量监测随时对系统进行启停控制。
（3）、数据存储和调用：采集的原始数据需要进行计算，计算公式和油品的国家标准及行业标准存储于采集控制模块，以便于系统随时调用，此外运算完的数据进行一个溢流式存储。
（4）、公式代入：传感器的原始数据需要进行计算处理。运算基本操作包括：加减乘除四则运算，平方开方对数等，不同数据项算法不同。
（5）、显示方式：显示方式按照实时显示，具体由9寸LED显示屏执行。
（6）、异常报警：每数据项字段设置双重报警临界设置：①数据上下限区间；②数据平均值范围区间。具体范围由用户设置，当触发其中任一项时报警。
（7）、原始数据加密：原始数据由传感器设备读取后，按自定义格式加密存储。
（8）、数据的远程传输：通过GPRS进行远程数据传输，采用单工模式，传输内容包括被监测设备信息、油品的参数及报警信息。
Claims (3)
1.一种在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统，包括：数据采集控制部分（1）、取样部分（2）、数据传输（3）、显示控制模块（4）；其特征在于：数据采集控制部分（1）分别与取样部分（2）、数据传输（3）、显示控制模块（4）联通； 显示控制模块（4）向数据采集控制部分（1）发出工作指令，数据采集控制部分（1）启动取样部分（2）将油箱内的待检油品抽取到数据采集控制部分（1），数据采集控制部分（1）将数据进行存储，然后通过数据传输（3）执行控制动作和传输；显示控制模块（4）接收到油品检测信息后进行现场显示和提醒。
2. 根据权利要求1所述的一种在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统，其特征在于：取样部分（2）包括：取样和回路系统三通Ⅰ（11）、取样和回路系统三通Ⅱ（9）、输油动力泵（6）、第一电磁阀（5）、第二电磁阀（8）；其特征在于：油箱（10）连通取样和回路系统Ⅰ（11），取样和回路系统Ⅰ（11）连通第一电磁阀（5），第一电磁阀（5）连通输油动力泵（6），输油动力泵（6）连通数据采集控制部分（1）中的数据采集模块（7），数据采集模块（7）连通第二电磁阀（8），第二电磁阀（8）连通取样和回路系统三通Ⅱ（9），取样和回路系统三通Ⅱ（9）连通油箱（10）；油箱（10）抽出经过取样和回路系统Ⅰ（11），通过第一电磁阀（5）进入输油动力泵（6），进入数据采集模块（7）检测完油样依次经过第二电磁阀（8）取样和回路系统三通Ⅱ（9），最后回到油箱（10）完成取样过程。
3.根据权利要求1所述的一种在用大型工程车辆液压系统在线自动监测系统，其特征在于：数据采集控制部分（1）中的数据采集模块（7），包括：流体特性传感器（12）、水分传感器（13）、压力传感器（14）、激光颗粒度传感器（15）、电导率传感器（16）、流量传感器（17）；流体特性传感器（12）连通水分传感器（13），水分传感器（13）分别连通压力传感器（14）与激光颗粒传感器（15），压力传感器（14）与激光颗粒度传感器（15）均连通电导率传感器（16），连通电导率传感器（16）连通流量传感器（17）；流体特性传感器（12）、水分传感器（13）、电导率传感器（16）为油品指标检测传感器；压力传感器（14）、流量传感器（17）为本监测系统辅助传感器；在数据采集控制部分（1）控制下待检油样依次通流体特性传感器（12），水分传感器（13）后，分别和激光颗粒传感器（15）最后经过完成整个检测过程。
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