CN108445798A - 联合收获机在线监测系统 - Google Patents

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CN108445798A CN201810195704.7A CN201810195704A CN108445798A CN 108445798 A CN108445798 A CN 108445798A CN 201810195704 A CN201810195704 A CN 201810195704A CN 108445798 A CN108445798 A CN 108445798A
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王东岳
杨化伟
王树成
卢绪振
张波
赵立虹
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Shandong Academy of Agricultural Machinery Sciences
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Shandong Academy of Agricultural Machinery Sciences
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G—PHYSICS
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    • G05B2219/20—Pc systems
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Abstract

联合收获机在线监测系统，用于实时对工作中的联合收获机进行监测，以便于及时发现异常情况。它包括数据采集模块、数据传输模块、现场总线、故障诊断模块、数据集中器和服务器，所述数据采集模块通过传感器采集联合收获机上主要受力部件的挠度、倾斜度、振动大小和变形量，然后传送至现场总线，数据传输模块将现场总线的数据输送至数据集中器，数据集中器与服务器无线通信将数据汇总至服务器，故障诊断模块检测各传感器的工作状态并将传感器的状态信息发送至数据集中器。本发明可实时对工作状态的联合收获机进行监测，以便于及时发现异常状况，以便于对联合收获机的改进。

Description

联合收获机在线监测系统
技术领域
本发明涉及联合收获机状态监测技术领域，具体地说是一种联合收获机在线监测系统。
背景技术
联合收获机在工作的过程中，不可避免的要承受载荷的作用。当有载荷施加在联合收获机上时，联合收获机上的受力部件会在载荷的作用下发生变形。对于一些装配精度要求较高的零部件来说，当零部件的变形较大时，会影响联合收获机整体的正常工作。同时，联合收获机在工作的过程中，个别零部件的损坏不容易被察觉，直至发现联合收获机的异常时，有时可能已发生无法修复的损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种联合收获机在线监测系统，用于实时对工作中的联合收获机进行监测，以便于及时发现异常情况。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：联合收获机在线监测系统，其特征是，它包括数据采集模块、数据传输模块、现场总线、故障诊断模块、数据集中器和服务器，所述数据采集模块通过传感器采集联合收获机上主要受力部件的挠度、倾斜度、振动大小和变形量，然后传送至现场总线，数据传输模块将现场总线的数据输送至数据集中器，数据集中器与服务器无线通信将数据汇总至服务器，故障诊断模块检测各传感器的工作状态并将传感器的状态信息发送至数据集中器。
进一步地，数据采集模块包括监测联合收获机主要受力部件挠度的应变式传感器、监测主要受力部件倾斜程度的水平仪、监测主要受力部件相对变形的位移计、监测主要受力部件振动大小的振动传感器、监测环境温度的温度传感器。
进一步地，在数据采集模块中设有由MCU协议转换电路、前端调理电路、自动增益电路、ADC和MCU构成的智能节点采集器。
进一步地，故障诊断模块包括节点和主机，主机通过收集节点信息，不断重复发送心跳包查询节点是否在线进而判定节点状态，然后通过网络提交到数据集中器。
本发明的有益效果是：本发明提供的联合收获机在线监测系统，在联合收获机处于工作状态时，可实时对各受力部件的变形、受力等进行监测；对各类不同参数的测试数据进行综合管理，解决了管理人员需要面对多类采集系统的困难；传感器信息的描述记录：可录入传感器的设置位置及编号等信息，记录与联合收获机相关的信息，便于传感器的管理。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为智能节点采集器的结构示意图；
图3为数据采集模块的示意图；
图4为电阻式温度传感器采样和故障诊断流程示意图；
图5为振弦式传感器采样和故障诊断流程示意图；
具体实施方式
如图1所示，本发明主要包括数据采集模块、现场总线、故障诊断模块、数据传输模块、数据集中器和服务器。
如图3所示，数据采集模块包括监测联合收获机主要受力部件挠度的应变式传感器、监测主要受力部件倾斜程度的水平仪、监测主要受力部件相对变形的位移计、监测主要受力部件振动大小的振动传感器、监测环境温度的温度传感器。应变式传感器监测主要受力部件的挠度，水平仪监测主要受力部件的倾斜角度，位移计监测主要受力部件的相对变形，振动传感器监测主要受力部件的振动大小。上述主要受力部件可以为联合收割机的刀片、滚筒，播种机的开沟器、排种轮等。
由于本系统采用了多种类型的传感器，数据采集较为复杂，为了克服各传感器协议不一致、传感器输出易受干扰的弊端，如图2所示，本系统采用总线式智能采集节点方式，其中数字量输出传感器经过MCU协议转换电路后并入现场总线；模拟量输入信号经过前端调理电路、自动增益电路后送入ADC(模数转换器)变换为数字量，最后通过MCU(单片机)解算并送入现场总线。MCU协议转换电路、前端调理电路、自动增益电路、ADC和MCU构成了智能节点采集器，智能节点采集器位于数据采集模块内。
数据采集节点采用编址方式构造成一个智能总线节点，每个节点具有唯一的识别码，自动识别各传感器的状态、故障，进行传感器在线检测和故障诊断，自动规避现场总线拥塞。故障诊断模块包括节点和主机，主机通过收集节点信息，不断重复发送心跳包查询节点是否在线进而判定节点状态，然后通过网络提交到数据集中器。数据集中器能够识别到具体到节点的故障信息。
传感器在线检测
智能节点采集器固定支持32路传感器的硬件连接，考虑实际使用可能存在仅使用其中几路的情况，若是固定采集并发送32路数据会造成很大的带宽资源浪费，因此设计了传感器上线检测功能。在之后的时间内，智能节点采集器仅仅对硬件连接到的传感器进行采样和故障检测，非在线传感器不再进行处理。重新对采集器进行上电会自动判定移除或新增的传感器。
在智能节点采集器上电开机时，节点采集器自动判断32路传感器中已经硬件连接的传感器，尝试3个循环之后，断定哪些传感器位置未连接，在之后的时间节点采集器仅采集已经在线(连接)的传感器，非连接传感器不再采样。
温度传感器的在线检测：温度传感器通过测量电压值的方式间接测量热敏电阻阻值，若温度传感器未连接，则其采样电压会上升至3.3V，设定异常阈值为3.287V，高于阀值时即可断定温度传感器未连接。
位移计的在线检测：位移计实际上是一个振弦类的传感器，施加激励信号后，会产生振弦信号输出。若无输出，则可以断定应变计未连接。
传感器故障诊断
传感器在线监测仅仅在开机时进行，开机后对于在线的传感器进行故障监测。对于有故障的传感器，智能节点采集器每次上传故障代码到服务器。
智能节点采集器上设计的故障检测电路和固件，能够定位到每一个传感器是否出现严重故障，通过故障指示能够为现场施工或监测人员的安装、维修维护提供有力依据。
温度传感器的故障诊断：采用电阻式温度传感器，电阻式温度传感器采样和故障诊断流程如图4所示，首先采样电阻分压值，在判断该电压值是否过大，如果过大，则标示电阻式传感器已经拔出或故障；否则计算电阻传感器温度。最后通过CAN总线将故障报警或实时温度值上传到数据集中器，最终通过数据集中器发送到服务器端。
位移计的故障诊断：位移计为振弦式传感器，其采样和故障诊断流程如图5所示，首先高压触发振弦震荡，然后采样振弦频率，若500ms内无稳定的频率值，则位移计故障，否则等待2s计算震荡频率。最后通过CAN总线将故障报警或实时频率值上传到数据集中器，最终通过数据集中器发送到服务器端。
采集后的监测数据通过成熟的GPRS/GSM模块，通过DTU(Data Transfer unit)内嵌的PPP、TCP/IP、DDP等多种协议，实现联合收获机上采集节点到数据集中器的远程数据通信。GPRS/GSM网络模块或DTU构成了数据传输模块。数据集中器可以设置在联合收获机的驾驶室内，也可设置在远程监控室内。数据集中器与服务器无线通信，将各联合收获机上传感器采集的数据传递至服务器，以供记录和分析。

Claims (4)

1.联合收获机在线监测系统，其特征是，它包括数据采集模块、数据传输模块、现场总线、故障诊断模块、数据集中器和服务器，所述数据采集模块通过传感器采集联合收获机上主要受力部件的挠度、倾斜度、振动大小和变形量，然后传送至现场总线，数据传输模块将现场总线的数据输送至数据集中器，数据集中器与服务器无线通信将数据汇总至服务器，故障诊断模块检测各传感器的工作状态并将传感器的状态信息发送至数据集中器。
2.根据权利要求1所述的联合收获机在线监测系统，其特征是，数据采集模块包括监测联合收获机主要受力部件挠度的应变仪、监测主要受力部件倾斜程度的水平仪、监测主要受力部件相对变形的位移计、监测主要受力部件振动大小的振动传感器、监测环境温度的温度传感器。
3.根据权利要求1所述的联合收获机在线监测系统，其特征是，在数据采集模块中设有由MCU协议转换电路、前端调理电路、自动增益电路、ADC和MCU构成的智能节点采集器。
4.根据权利要求1所述的联合收获机在线监测系统，其特征是，故障诊断模块包括节点和主机，主机通过收集节点信息，不断重复发送心跳包查询节点是否在线进而判定节点状态，然后通过网络提交到数据集中器。
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