CN109156178A - 一种圆捆机监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种圆捆机监控系统及方法，通过信号采集模块对草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数进行检测。中央处理器与信号采集模块相连，获取采集的参数信息，并通过GPRS通讯模块上传至服务器。实现了客户端与远程服务器的相互访问，便于操作人员和管理人员了解圆捆机打捆过程参数，获得草产量、牧草卷压及应力松弛模型，利用草捆密度和溢流阀压力的拟合曲线图进行密度调节。操作人员可通过客户端实现捆绳、开关仓门的动作以及草捆密度的调节。该监控系统及方法有效提高了圆捆机自动化水平、管理人员的管理效率且为降低圆捆机功耗、提高草捆质量提供了数据库支持。

Description

一种圆捆机监控系统及方法

技术领域

本发明属于打捆机自动监控技术领域，具体涉及一种圆捆机监控系统及方法。

背景技术

在捡拾压捆技术领域，圆草捆打捆机以其结构简单、生产的草捆内松外紧等特点，在我国农牧业饲草收集中得到了广泛应用。圆捆机主要由传动系统、捡拾器、喂入机构、卷捆室、液压油缸、捆绳机构等组成。其中卷捆室尺寸固定，分为前后2个部分，中间铰接，后半部分称为后仓门。液压油缸与圆捆机后仓门铰接在一起，其作用是开启、关闭后仓门和“打负压”。工作时，拖拉机动力通过传动系统传递到各个工作部件，在圆捆机前进过程中，草物料在捡拾器捡拾、喂入机构抛送下进入卷捆室，不断卷积形成旋转草芯。随着草物料的不断喂入，草物料充满捆室，卷捆室内的钢辊开始对草捆产生挤压力，草捆密度快递增加，仓内压力、圆捆机功耗随着草捆密度的增加而增加。当草捆对后仓门的压力大于负压压力，会涨开后仓门，同时液压系统有杆内腔内压力升高。操作人员观测到液压表示数上升后，停止喂入草物料，控制捆绳机构捆绳。捆绳结束后，操作人员操纵液压手柄向液压油缸无杆内腔内通液压油从而控制后仓门开启放出草捆，至此，一次打捆结束。操作人员操纵液压手柄向液压油缸有杆内腔内通液压油从而控制后仓门关闭，后仓门关闭后需继续给油缸通压力油进行打负压，保证在捆草过程中，液压缸对后仓有一个持续的拉力，通常来说，“负压”压力越大，草捆密度越高。打负压结束后，圆捆机前进开始下一次打捆。

现有圆捆机存在着功耗高、草捆质量不稳定、智能化程度低等问题。农场主、操作人员无法及时获取圆捆机打捆过程相关参数。草捆密度的调节多依靠操作人员下车对溢流阀压力进行手动调节。开仓门、关仓门、打负压动作需操作人员频繁操纵液压手柄。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种圆捆机监控系统及方法，能够有效提高圆捆机的自动化水平、管理人员的管理效率且为降低圆捆机功耗、提高草捆质量提供了数据库支持。

本发明的技术方案是：一种圆捆监控系统，包括信号采集模块、执行机构、中央处理器、GPRS通讯模块、远程服务器以及客户端；所述信号采集模块与中央处理器连接，用于采集草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息；所述执行机构与中央处理器连接，用于驱动圆捆机的捆绳机构、液压油缸以及电液比例溢流阀；所述中央处理器用于接收信号采集模块发送的草捆重量、草捆个数、仓内压力、液压缸有杆内腔内压力、圆捆机扭矩参数信息；与GPRS通讯模块连接，用于将草捆重量、草捆个数、仓内压力、液压缸有杆内腔内压力以及圆捆机功耗参数信息经GPRS通讯模块发送至远程服务器及客户端；所述中央处理器还用于接收客户端发送的捆绳、开仓门、关仓门、溢流阀压力设定命令，并驱动相应执行机构动作；所述远程服务器用于转发中央处理器与客户端的数据；所述客户端为基于Android操作系统的移动终端。

上述信号采集模块包括称重传感器、信号调理模块、光电收发器、压力传感器、液压系统压力传感器、扭矩传感器，所述称重传感器安装在传感器安装架上，与圆捆机溜草架上秤台面通过螺栓相连，用于采集草捆重力垂直于称重平台的分量；光电收发器通过支架固定在圆捆机上，用于草捆计数，通过检测草捆落下的遮挡信号次数来对草捆计数；压力传感器安装在捆绳机构处两个钢辊之间的缝隙，用于采集仓内压力；液压系统压力传感器安装在液压油缸有杆内腔所在的油路，用于采集液压油缸有杆内腔压力；扭矩传感器通过联轴器与圆捆机传动轴和拖拉机动力输出轴相连，用于采集圆捆机扭矩，进而计算出圆捆机功耗，在圆捆机转速一定的情况下，圆捆机功耗与圆捆机扭矩成正比，圆捆机功耗与圆捆机扭矩之间的关系为：T＝9550P/n，式中P为圆捆机功耗,单位Kw；T为圆捆机扭矩，单位N·m；n为圆捆机转速，单位r/min；信号调理模块用于将称重传感器输出的模拟量转换为数字量，然后通过RS485进行数据上传。

上述中央处理器设有RS485通讯模块，所示光电收发器的输出端与中央处理器的输入端连接，信号调理模块、压力传感器、液压系统压力传感器、扭矩传感器均与中央处理器的RS485通讯模块连接，将采集到的信息发送至中央处理器，采用RS485通讯有利于系统进一步扩展。

上述执行机构包括分别与中央处理器连接的电磁离合器、电磁三位四通换向阀以及电液比例放大板，其中电磁离合器用于驱动捆绳机构，电磁三位四通换向阀用于驱动液压油缸；电液比例放大板用于驱动电液比例溢流阀。

一种圆捆监控方法，包括如下步骤：

步骤a：通过信号采集模块采集草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息；

步骤b：中央处理器接受信号采集模块采集的草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息，将采集的草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息经过GPRS通讯模块发送至远程服务器；

步骤c：远程服务器负责与GPRS通讯模块建立连接，实时监测GPRS通讯模块的运行状态，并接收GPRS通讯模块发送的数据包，并将数据包按照约定的格式存储到数据库中，同时配置心跳包及发送间隔；

步骤d：客户端实现与远程服务器的相互访问，并对数据包进行解析、处理与实时显示，并绘制圆捆机草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数的变化曲线。

步骤f：客户端还具有控制指令远程发送的功能，通过远程服务器和GPRS通讯模块实现对执行机构的控制，以达到捆绳、开仓门、关仓门、草捆密度调节的目的。

在步骤a之前还包括如下步骤：

步骤a0：中央处理器收集草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息并采用多次采样取平均值的算法对数据进行处理，按照数据包格式对数据进行统计分析、处理与打包；

步骤a1：客户端根据远程服务器的IP地址和端口号创建长链接，通过该端口发送连接请求，与远程服务器进行数据交互。

在步骤a1中，根据长链接创建两个对象，一个对象负责获取远程服务器发送至客户端的数据，另一个对象负责读取客户端发送至远程服务器的数据。

本发明的有益效果：本发明提供了一种圆捆机监控系统及方法，通过信号采集模块对草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数进行检测。中央处理器与信号采集模块相连，获取采集的参数信息，并通过GPRS通讯模块上传至服务器。实现客户端与远程服务器的相互访问，便于操作人员和管理人员了解圆捆机草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息，从中获得从而获得草产量、牧草卷压及应力松弛模型，利用草捆重量和溢流阀设定历史进行密度调节。操作人员可通过客户端实现捆绳、开关仓门的动作以及草捆密度的调节。该监控系统及方法有效提高了圆捆机自动化水平、管理人员的管理效率且为降低圆捆机功耗、提高草捆质量提供了数据库支持。

本发明通过在圆捆机上安装各种传感器，利用手机APP获取草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗的实时和历史数据，通过手机APP实现捆绳、开关仓门的动作以及草捆密度的调节，为农场主、操作人员打包决策提供数据、显示、存档及捆绳、开关仓门、草捆密度调节等自动控制。

根据草捆重量与草捆个数的历史数据可以计算草产量；草捆密度和相关操纵变量溢流阀压力的拟合曲线图，用于下一个草捆密度控制，越来越多的捆包，曲线不断拟合改进；草捆成型过程中，随着草捆密度不断增大，仓内压力、圆捆机功耗不断增大。草捆成型后继续在捆室内运转，仓内压力随时间不断下降，产生应力松弛现象。仓内压力、圆捆机功耗的实时数据方便操作人员了解草捆成型情况，仓内压力、圆捆机功耗的历史数据得到圆捆机不同工况下的牧草卷压模型及应力松弛模型；液压系统在打捆过程中给后仓门一个持续的拉力，当草捆密度达到一定值，草捆对后仓门的压力大于负压压力，会涨开后仓门，草液压油缸有杆内腔压力上升，此时操作人员进行捆绳、放捆。液压系统实时数据方便操作人员及时了解草捆密度是否达设定值。

附图说明

图1为本发明的圆捆机监控系统原理图；

图2为本发明方法实施例的监控方法流程图；

图3为本发明方法另一实施例的监控方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本发明提供了一种圆捆机监控系统及方法，参见图1所示，其圆捆机监控系统包括信号采集模块1、执行机构2、中央处理器3、GPRS通讯模块4、远程服务器5、客户端6。

信号采集模块1，与中央处理器3连接，用于采集草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息；

其中信号采集模块包括称重传感器11、信号调理模块12、光电收发器13、压力传感器14、液压系统压力传感器15、扭矩传感器16，称重传感器11安装在传感器安装架上，与圆捆机溜草架上秤台面通过螺栓相连，用于采集草捆重力垂直于称重平台的分量；光电收发器13通过支架固定在圆捆机上，用于草捆计数，通过检测草捆落下产生的遮挡信号次数来对草捆计数；压力传感器14安装在捆绳机构处两个钢辊之间的缝隙，用于采集仓内压力；液压系统压力传感器15安装在液压油缸有杆内腔所在的油路，用于采集液压系统有杆内腔的压力；扭矩传感器16通过联轴器与圆捆机传动轴和拖拉机动力输出轴相连，用于采集圆捆机扭矩，进而计算出圆捆机功耗，在圆捆机转速一定的情况下，圆捆机功耗与圆捆机扭矩成正比，圆捆机功耗与圆捆机扭矩之间的关系为：T＝9550P/n，式中P为圆捆机功耗,单位Kw；T为圆捆机扭矩，单位N·m；n为圆捆机转速，单位r/min。信号调理模块12用于将称重传感器11输出的模拟量转换为数字量，然后通过RS485进行数据上传。

所述执行机构2，与中央处理器3连接，用于驱动捆绳机构24、液压油缸25以及电液比例溢流阀26，执行机构包括电磁离合器、电磁三位四通换向阀、电液比例放大板等，用于驱动圆捆机部件；

其中执行机构2分别为电磁离合器21、电磁三位四通换向阀22、电液比例放大板23，均与中央处理器3连接。其中，电磁离合器21用于驱动捆绳机构24；电磁三位四通换向阀22用于驱动液压油缸内活塞的伸缩25；电液比例放大板23用于驱动电液比例溢流阀26。

所述中央处理器3，用于接收信号采集模块发送的草捆重量、草捆个数、仓内压力、液压系统压力、圆捆机功耗参数信息；与GPRS通讯模块4连接，用于将打捆过程参数信息经GPRS通讯模块发送至远程服务器5及客户端6；用于接收客户端6发送的捆绳、开仓门、关仓门、溢流阀压力设定命令，并驱动相应执行机构3动作；

其中中央处理器3设有RS485通讯模块31，光电收发器13的输出端与中央处理器3的输入端连接，信号调理模块12、压力传感器14、液压系统压力传感器15、扭矩传感器16均与中央处理器3的RS485通讯模块31连接，将采集到的信息发送至中央处理器3，采用RS485通讯，有利于系统进一步扩展。

所述远程服务器5用于转发中央处理器3与客户端6的数据。

所述客户端为基于Android操作系统的移动终端。

基于本发明的圆捆监控系统，参见图2，本发明的圆捆监控方法按以下步骤进行：

步骤a：信号采集模块1采集圆捆机打捆过程参数。

步骤b：中央处理器3接受信号采集模块1采集的参数，将采集的参数经过GPRS通讯模块4发送至远程服务器5。

步骤c：远程服务器5负责与GPRS通讯模块4建立连接，实时监测GPRS通讯模块4运行状态，接收GPRS模块4发送的数据包，并将数据包按照约定的格式存储到数据库中，同时配置心跳包及发送间隔。

步骤d：客户端6实现与远程服务器5的相互访问，并对数据包进行解析、处理与实时显示，绘制圆捆机打捆过程参数变化曲线。

步骤e：客户端6还具有控制指令远程发送的功能，通过服务器5和GPRS通讯模块4实现对各执行机构2的控制，以达到捆绳、开仓门、关仓门、草捆密度调节的目的。

基于本发明的圆捆监控系统，参见图3，在上述圆捆监控方法的基础上，在步骤a之前，本发明的圆捆监控方法还可以增加以下步骤a0-a1两个步骤：

步骤a0：中央处理器收集打捆过程参数并按照确定的数据处理算法和数据包格式对数据进行统计分析、处理与打包。

步骤a1：客户端根据远程服务器的IP地址和端口号创建长链接，通过该端口发送连接请求，与远程服务器进行数据交互。

步骤a1中，根据长链接创建两个对象，一个对象负责获取服务器发送至客户端的数据，另一个对象负责读取客户端发送至服务器的数据。

综上所述，本发明提供的圆捆机监控系统及方法，通过采集模块对草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数进行检测。中央处理器与采集模块相连，获取采集的参数信息，并通过GPRS通讯模块上传至服务器。实现客户端与远程服务器的相互访问，便于操作人员和管理人员了解圆捆机草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息，从中获得草产量、牧草卷压及应力松弛模型，利用草捆重量和溢流阀设定历史进行密度调节。操作人员可通过客户端实现捆绳、开关仓门的动作以及草捆密度的调节。该监控系统及方法有效提高了圆捆机自动化水平、管理人员的管理效率且为降低圆捆机功耗、提高草捆质量提供了数据库支持。

本发明通过在圆捆机上安装各种传感器，利用手机APP获取草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗的实时和历史数据，通过手机APP实现捆绳、开关仓门的动作以及草捆密度的调节，为农场主、操作人员打包决策提供数据、显示、存档及捆绳、开关仓门、草捆密度调节等自动控制。

根据草捆重量与草捆个数的历史数据可以计算草产量；草捆密度和相关操纵变量溢流阀压力的拟合曲线图，用于下一个草捆密度控制，越来越多的捆包，曲线不断拟合改进；草捆成型过程中，随着草捆密度不断增大，仓内压力、圆捆机功耗不断增大。草捆成型后继续在捆室内运转，仓内压力随时间不断下降，产生应力松弛现象。仓内压力、圆捆机功耗的实时数据方便操作人员了解草捆成型情况，仓内压力、圆捆机功耗的历史数据得到圆捆机不同工况下的牧草卷压模型及应力松弛模型；液压系统在打捆过程中给后仓门一个持续的拉力，当草捆密度达到一定值，草捆对后仓门的压力大于负压压力，会涨开后仓门，草液压油缸有杆内腔压力上升，此时操作人员进行捆绳、放捆。液压系统实时数据方便操作人员及时了解草捆密度是否达设定值。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种圆捆监控系统，其特征在于：包括信号采集模块(1)、执行机构(2)、中央处理器(3)、GPRS通讯模块(4)、远程服务器(5)以及客户端(6)；

所述信号采集模块(1)与中央处理器(3)连接，用于采集草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息；

所述执行机构(2)与中央处理器(3)连接，用于驱动圆捆机的捆绳机构(24)、液压油缸(25)以及电液比例溢流阀(26)；

所述中央处理器(3)用于接收信号采集模块(1)发送的草捆重量、草捆个数、仓内压力、液压缸有杆内腔内压力、圆捆机扭矩参数信息；与GPRS通讯模块(4)连接，用于将草捆重量、草捆个数、仓内压力、液压缸有杆内腔内压力以及圆捆机功耗参数信息经GPRS通讯模块(4)发送至远程服务器(5)及客户端(6)；所述中央处理器(3)还用于接收客户端(6)发送的捆绳、开仓门、关仓门、溢流阀压力设定命令，并驱动相应执行机构动作；

所述远程服务器(5)用于转发中央处理器(3)与客户端(6)的数据；

所述客户端(6)为基于Android操作系统的移动终端。

2.如权利要求1所述的一种圆捆监控系统，其特征在于：所述信号采集模块(1)包括称重传感器(11)、信号调理模块(12)、光电收发器(13)、压力传感器(14)、液压系统压力传感器(15)、扭矩传感器(16)，所述称重传感器(11)安装在传感器安装架上，与圆捆机溜草架上秤台面通过螺栓相连，用于采集草捆重力垂直于称重平台的分量；光电收发器(13)通过支架固定在圆捆机上，用于草捆计数，通过检测草捆落下的遮挡信号次数来对草捆计数；压力传感器(14)安装在捆绳机构处两个钢辊之间的缝隙，用于采集仓内压力；液压系统压力传感器(15)安装在液压油缸有杆内腔所在的油路，用于采集液压油缸有杆内腔压力；扭矩传感器(16)通过联轴器与圆捆机传动轴和拖拉机动力输出轴相连，用于采集圆捆机扭矩，进而计算出圆捆机功耗，在圆捆机转速一定的情况下，圆捆机功耗与圆捆机扭矩成正比，圆捆机功耗与圆捆机扭矩之间的关系为：T＝9550P/n，式中P为圆捆机功耗,单位Kw；T为圆捆机扭矩，单位N·m；n为圆捆机转速，单位r/min；信号调理模块用于将称重传感器输出的模拟量转换为数字量，然后通过RS485进行数据上传。

3.如权利要求1所述的一种圆捆监控系统，其特征在于：所述中央处理器(3)设有RS485通讯模块(31)，所示光电收发器(13)的输出端与中央处理器(3)的输入端连接，信号调理模块(12)、压力传感器(14)、液压系统压力传感器(15)、扭矩传感器(16)均与中央处理器(3)的RS485通讯模块(31)连接，将采集到的信息发送至中央处理器(3)，采用RS485通讯有利于系统进一步扩展。

4.如权利要求1所述的一种圆捆监控系统，其特征在于：所述执行机构(2)包括分别与中央处理器(3)连接的电磁离合器(21)、电磁三位四通换向阀(22)以及电液比例放大板(23)，其中电磁离合器(21)用于驱动捆绳机构(24)，电磁三位四通换向阀(22)用于驱动液压油缸(25)；电液比例放大板(23)用于驱动电液比例溢流阀(26)。

5.一种圆捆监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a：通过信号采集模块(1)采集草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息；

步骤b：中央处理器(3)接受信号采集模块(1)采集的草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息，将采集的草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息经过GPRS通讯模块(4)发送至远程服务器(5)；

步骤c：远程服务器(5)负责与GPRS通讯模块(4)建立连接，实时监测GPRS通讯模块(4)的运行状态，并接收GPRS通讯模块(4)发送的数据包，并将数据包按照约定的格式存储到数据库中，同时配置心跳包及发送间隔；

步骤d：客户端(6)实现与远程服务器(5)的相互访问，并对数据包进行解析、处理与实时显示，并绘制圆捆机草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数的变化曲线。

步骤f：客户端(6)还具有控制指令远程发送的功能，通过远程服务器和GPRS通讯模块(4)实现对执行机构的控制，以达到捆绳、开仓门、关仓门、草捆密度调节的目的。

6.如权利要求5所述的一种圆捆监控方法，其特征在于，在步骤a之前还包括如下步骤：

步骤a0：中央处理器(3)收集草捆密度、草捆重量、草捆个数、液压油缸有杆内腔压力、仓内压力、圆捆机功耗参数信息并采用多次采样取平均值的算法对数据进行处理，按照数据包格式对数据进行统计分析、处理与打包；

步骤a1：客户端(6)根据远程服务器(5)的IP地址和端口号创建长链接，通过该端口发送连接请求，与远程服务器(5)进行数据交互。

7.如权利要求6所述的一种圆捆监控方法，其特征在于，在步骤a1中，根据长链接创建两个对象，一个对象负责获取远程服务器(5)发送至客户端(6)的数据，另一个对象负责读取客户端(6)发送至远程服务器(5)的数据。