CN109629392A - 一种热熔标线机智能监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热熔标线机智能监测系统，该系统包括数据采集端、数据处理端和信息显示端。其中，数据采集端采集热熔标线机工作时的关键信息物理量，通过信号线和USB数据线传输至数据处理端，数据处理端经数据处理和存储后传输至信息显示端，操作人员根据信息显示端的反馈信息进行判断。当数据异常时，报警器发出信号，操作人员调整热熔标线机状态，完成对热熔标线机的智能监测。本发明通过对传统热熔标线机施工过程中的关键信息进行监测，实现了数据的精准采集、智能运行及实时存储功能，有利于提高划线质量。

Description

一种热熔标线机智能监测系统

技术领域

本发明涉及一种智能监测系统，具体是涉及一种热熔标线机智能监测系统。

背景技术

在道路建设后期阶段，需要在路面上绘制车辆行走规范、标志等地面专用标识。在诸多标线设备中，手推式热熔标线机具有使用方便、价格低廉的优点，应用最为广泛。

划线的质量与涂料温度及流量、玻璃珠流量和热熔标线机速度有关，涂料温度高和流量大，容易造成划线厚度大，涂料浪费，提高生产成本。玻璃珠流量异常容易使标线偏离标准，影响高速公路的反光效果。热熔标线机速度过快，也会对标线的实际值产生影响。热熔标线机施工过程中，没有较为标准的施工方法，完全依赖操作人员经验，对这些关键信息的控制不精确、不规范，难以保证作业质量和施工标准。

传统手推式热熔标线机不存在电气部分，机械结构简单，自动化功能匮乏，市场上的测量器件大多为监测模块，测取信息单一，只能对某一物理量(温度、速度等)进行监测，不存在专用于热熔标线机的智能监测系统，也无法对上述信息进行统一监控。

发明内容

本发明的技术解决问题为：克服传统热熔式标线机自动化程度较低、对操作工作经验水平依赖度较高的问题，对热熔式标线机的电气电路进行设计，使划线质量和施工效率有所提高。

为解决上述问题，本发明的技术解决方案为：

一种热熔标线机智能监测系统，主要包括数据采集端、数据处理端和信息显示端，其中，数据采集端采集热熔标线机工作时的关键信息物理量，通过信号线和USB数据线传输至数据处理端，数据处理端经数据处理和存储后传输至信息显示端，操作人员根据信息显示端的反馈信息进行判断。当数据异常时，报警器发出信号，操作人员调整热熔标线机状态，完成对热熔标线机的智能监测。

所述数据采集端包括温度传感器、直线位移传感器、角位移传感器、速度传感器和GPS接收器，其中温度传感器采集涂料温度对应的电阻值R；直线位移传感器采集涂料桶阀门开口度对应的位移量Δm；角位移传感器采集玻璃珠阀门开口度对应的位移量Δn；速度传感器采集热熔标线机齿轮角速度ω；GPS接收器采集时间t和热熔标线机位置信息(x，y)，其中x为经度，y为纬度。

所述数据处理端包括处理器和存储器，其中处理器对数据采集端采集的数据进行计算，其中涂料温度T的计算为T＝(R-100)/0.385，其中R为温度传感器采集的涂料温度对应电阻值；涂料流量S₁依据涂料温度T计算，公式为S₁＝0.12×Δm×lg(T-4.58)/e^2.15，其中，Δm为直线位移传感器采集的涂料桶阀门开口度对应位移量，e为数学常数，其值为2.71828...；玻璃珠流量S₂的计算为S₂＝6.43×Δn×r/(r²+2.12ln(r+1.21))，其中Δn为角位移传感器采集的玻璃珠阀门开口度对应位移量，r为玻璃珠平均半径；热熔标线机速度v的计算为v＝124π×ω/60，π为数学常数，其值为3.14159...，ω为热熔标线机齿轮角速度；数据处理端的存储器通过以太网将处理器和GPS接收器传输的数据进行信息存储。

所述信息显示端包括嵌入式显示器和报警器，其中嵌入式显示器显示界面包括操作菜单、涂料温度信息、涂料流量信息、玻璃珠流量信息、热熔标线机速度信息、GPS信息、传感器状态和通信状态信息。其中，操作菜单对涂料温度、涂料流量、玻璃珠流量和热熔标线机速度的正常值进行设置，当报警器接收到正常值后，与存储器的数据对比，用于判断热熔标线机工作是否正常。

根据所述的热熔标线机智能监测系统，进行智能监测的方法，包括以下步骤：

步骤1：操作人员起动热熔标线机，检查工作环境和热熔标线机状态。

步骤2：打开电源开关，开启处理器、存储器及嵌入式显示器，检查电气设备通电情况，测试传感器状态和通讯状态。

步骤3：将GPS接收器的USB接口连接至存储器，开始记录时间t初始值和热熔标线机位置信息(x，y)，其中x为经度，y为纬度。利用信息显示端的操作菜单设置关键信息正常值，包括涂料温度正常值、涂料流量正常值、玻璃珠流量正常值和热熔标线机速度正常值。

步骤4：数据采集端的温度传感器、直线位移传感器、角位移传感器和速度传感器开始工作，分别采集涂料温度对应的电阻初始值R₀、料桶阀门开口度对应的位移量初始值Δm₀、玻璃珠阀门开口度对应的位移量初始值Δn₀和热熔标线机齿轮角速度初始值ω₀。

步骤5：基于步骤4中采集的物理量，数据处理端的处理器开始计算，根据公式T＝(R-100)/0.385、S₁＝0.12×Δm×lg(T-4.58)/e^2.15、S₂＝6.43×Δn×r/(r²+2.12ln(r+1.21))和v＝124π×ω/60，分别计算涂料温度初始值T₀、涂料流量初始值S₁₀、玻璃珠流量初始值S₂₀和热熔标线机速度初始值v₀，其中e为数学常数，其值为2.71828...；r为玻璃珠平均半径；π为数学常数，其值为3.14159...。

步骤6：基于步骤5中计算的数据和步骤3中的关键信息正常值，数据处理端的处理器开始判断数据是否异常，包括对涂料温度初始值T₀的判断，T₀异常时温度报警，操作人员调整加热装置改变涂料温度，温度传感器重新采集电阻值R₁，计算涂料温度T₁，处理器再次对此时的涂料温度进行判断；对涂料流量初始值S₁₀的判断，涂料流量初始值S₁₀异常时涂料流量报警，操作人员调整料桶阀门开口，直线位移传感器重新采集位移量Δm₁，计算涂料流量S₁₁，处理器再次对此时的涂料流量进行判断；对玻璃珠流量初始值S₂₀的判断，玻璃珠流量初始值S₂₀异常时玻璃珠流量报警，调整玻璃珠阀门开口，角位置传感器重新采集位移量Δn₁，计算玻璃珠流量S₂₁，处理器再次对此时的玻璃珠流量进行判断；对热熔标线机速度初始值v₀的判断，热熔标线机速度初始值v₀异常时速度报警，操作人员调整热熔标线机前进速度，速度传感器重新采集热熔标线机齿轮角速度ω₁，计算热熔标线机速度v₁，处理器再次对此时的热熔标线机速度进行判断。信息显示端实时采集、处理、显示数据。

步骤7：工作过程中，数据处理端的存储器存储历史数据，以便操作人员查看和记录。

步骤8：关闭GPS接收器、处理器、存储器和嵌入式显示器。

步骤9：热熔标线机停止工作，对所有传感器和电气设备进行检查。

本发明与现有技术相比的优点在于：增加了传感器、GPS接收器等电气设备，提高了热熔标线机的电气化水平，实现传统热熔标线机的智能监测及显示，实现界面化操作、系统智能运行及数据实时存储等功能，使得标线作业的整体质量保持一致；同时加入报警器，使操作人员及时纠正偏差，保证了施工质量，进一步节约了标线涂料，使得标线施工更加经济，避免了涂料的浪费。

附图说明

图1为智能监测系统框图；

图2为智能监测系统控制流程图。

具体实施方式

下面根据附图详细阐述本发明详细的实施方式。

本发明提供的一种用于热熔标线机的智能监控系统，包括数据采集端、数据处理端和信息显示端，其中，数据采集端采集热熔标线机工作时的关键信息物理量，通过信号线和USB数据线传输至数据处理端，数据处理端经数据处理和存储后传输至信息显示端，操作人员根据信息显示端的反馈信息进行判断。当数据异常时，报警器发出信号，操作人员调整热熔标线机状态，完成对热熔标线机的智能监测。

所述数据采集端包括温度传感器、直线位移传感器、角位移传感器、速度传感器和GPS接收器，其中温度传感器采集涂料温度对应的电阻值R；直线位移传感器采集涂料桶阀门开口度对应的位移量Δ_m；角位移传感器采集玻璃珠阀门开口度对应的位移量Δn；速度传感器采集热熔标线机齿轮角速度ω；GPS接收器采集时间t和热熔标线机位置信息(x，y)，其中x为经度，y为纬度。

所述数据处理端包括处理器和存储器，其中处理器对数据采集端采集的数据进行计算，其中涂料温度T的计算为T＝(R-100)/0.385，其中R为温度传感器采集的涂料温度对应电阻值；涂料流量S₁依据涂料温度T计算，公式为S₁＝0.12×Δm×lg(T-4.58)/e^2.15，其中，Δm为直线位移传感器采集的涂料桶阀门开口度对应位移量，e为数学常数，其值为2.71828...；玻璃珠流量S₂的计算为S₂＝6.43×Δn×r/(r²+2.12ln(r+1.21))，其中Δn为角位移传感器采集的玻璃珠阀门开口度对应位移量，r为玻璃珠平均半径；热熔标线机速度v的计算为v＝124π×ω/60，π为数学常数，其值为3.14159...，ω为热熔标线机齿轮角速度；数据处理端的存储器通过以太网将处理器和GPS接收器传输的数据进行信息存储。

所述信息显示端包括嵌入式显示器和报警器，其中嵌入式显示器显示界面包括操作菜单、涂料温度信息、涂料流量信息、玻璃珠流量信息、热熔标线机速度信息、GPS信息、传感器状态和通信状态信息。其中，操作菜单对涂料温度、涂料流量、玻璃珠流量和热熔标线机速度的正常值进行设置，当报警器接收到正常值后，与存储器的数据对比，用于判断热熔标线机工作是否正常。

根据所述的热熔标线机智能监测系统，进行智能监测的方法，包括以下步骤：

步骤1：操作人员起动热熔标线机，检查工作环境和热熔标线机状态。

步骤2：打开电源开关，开启处理器、存储器及嵌入式显示器，检查电气设备通电情况，测试传感器状态和通讯状态。

步骤3：将GPS接收器的USB接口连接至存储器，开始记录时间t初始值和热熔标线机位置信息(x，y)，其中x为经度，y为纬度。利用信息显示端的操作菜单设置关键信息正常值，包括涂料温度正常值、涂料流量正常值、玻璃珠流量正常值和热熔标线机速度正常值。

步骤4：数据采集端的温度传感器、直线位移传感器、角位移传感器和速度传感器开始工作，分别采集涂料温度对应的电阻初始值R₀、料桶阀门开口度对应的位移量初始值Δm₀、玻璃珠阀门开口度对应的位移量初始值Δn₀和热熔标线机齿轮角速度初始值ω₀。

步骤5：基于步骤4中采集的物理量，数据处理端的处理器开始计算，根据公式T＝(R-100)/0.385、S₁＝0.12×Δm×lg(T-4.58)/e^2.15、S₂＝6.43×Δn×r/(r²+2.12ln(r+1.21))和v＝124π×ω/60，分别计算涂料温度初始值T₀、涂料流量初始值S₁₀、玻璃珠流量初始值S₂₀和热熔标线机速度初始值v₀，其中e为数学常数，其值为2.71828...；r为玻璃珠平均半径；π为数学常数，其值为3.14159...。

步骤6：基于步骤5中计算的数据和步骤3中的关键信息正常值，数据处理端的处理器开始判断数据是否异常，包括对涂料温度初始值T₀的判断，T₀异常时温度报警，操作人员调整加热装置改变涂料温度，温度传感器重新采集电阻值R₁，计算涂料温度T₁，处理器再次对此时的涂料温度进行判断；对涂料流量初始值S₁₀的判断，涂料流量初始值S₁₀异常时涂料流量报警，操作人员调整料桶阀门开口，直线位移传感器重新采集位移量Δm₁，计算涂料流量S₁₁，处理器再次对此时的涂料流量进行判断；对玻璃珠流量初始值S₂₀的判断，玻璃珠流量初始值S₂₀异常时玻璃珠流量报警，调整玻璃珠阀门开口，角位置传感器重新采集位移量Δn₁，计算玻璃珠流量S₂₁，处理器再次对此时的玻璃珠流量进行判断；对热熔标线机速度初始值v₀的判断，热熔标线机速度初始值v₀异常时速度报警，操作人员调整热熔标线机前进速度，速度传感器重新采集热熔标线机齿轮角速度ω₁，计算热熔标线机速度v₁，处理器再次对此时的热熔标线机速度进行判断。信息显示端实时采集、处理、显示数据。

步骤7：工作过程中，数据处理端的存储器存储历史数据，以便操作人员查看和记录。

步骤8：关闭GPS接收器、处理器、存储器和嵌入式显示器。

步骤9：热熔标线机停止工作，对所有传感器和电气设备进行检查。

依据图2的智能监测系统控制流程图，本发明专利具体实施例中，使用智能监测系统对一台320自走式热熔划线机进行监测：

本实例中的温度传感器采用PT100温度传感器，直线位移传感器采用注塑机拉杆直线位移传感器，型号为SONSEIKO-KTC-200；角位移传感器采用旋转式霍尔角位移传感器，型号为PandAuto P3022-V1-CW360；速度传感器采用旋转编码器，型号为OMRON E6B2-CWZ6C；GPS接收器型号为BS-708GPS模组；处理器采用PLC可编程控制器，型号为SIMATICS7-200 SMART 6ES7288；存储器采用Seagate STDR1000移动硬盘；嵌入式显示器采用HqisQnse SK17A嵌入式显示器。

本实例的操作步骤如下：

步骤1：操作人员起动320自走式热熔划线机，检查工作环境符合规定，检查热熔标线机状态良好。

步骤2：打开电源开关，检查电气设备已通电，测试传感器状态和通讯状态，传感器状态正常，通讯状态正常。

步骤3：将BS-708GPS模组的USB接口连接至PLC可编程控制器，开始记录时间t，时间t的初始值为2019.0101 10：15；以及热熔标线机位置信息(x，y)，其中x为经度，y为纬度，热熔标线机位置信息的初始值为(N39.95，E116.30)。利用HqisQnse SK17A嵌入式显示器的操作菜单设置关键信息正常值，包括涂料温度正常值为50℃～60℃，涂料流量的正常值为1.8dm³/min～2.4dm³/min，玻璃珠流量正常值为58mm³/min～62mm³/min，热熔标线机速度正常值为20m/min～30m/min。

步骤4：基于步骤3中数据采集端的PT100温度传感器采集的涂料温度对应电阻值初始值为R₀＝123.6Ω，注塑机拉杆直线位移传感器采集料桶阀门开口度对应的位移量初始值为Δm₀＝80mm，旋转式霍尔角位移传感器采集玻璃珠阀门开口度对应的位移量初始值为Δn₀＝25mm和旋转编码器采集的热熔标线机齿轮角速度ω₀＝3.65rad/s。

步骤5：基于数据采集端的数据，PLC可编程控制器开始计算，涂料温度初始值为

T₀＝(R₀-100)/0.385＝(123.6-100)/0.385＝61.30℃

涂料流量初始值为

S₁₀＝0.12×Δm₀×lg(T₀-4.58)/e^2.15＝0.12×80×lg(T₀-4.58)/e^2.15＝1.96dm³/min玻璃珠流量初始值为

S₂₀＝6.43×Δn₀×r/(r²+2.12ln(r+1.21))

＝6.43×25×0.85/(0.85²+2.12ln(0.85+1.21))＝60.60mm³/min

热熔标线机速度初始值为

v₀＝124π×ω₀/60＝124π×3.65/60＝23.70m/min

其中e为数学常数，其值为2.71828...；r为玻璃珠平均半径，本例中其值为0.85mm；π为数学常数，其值为3.14159...。

步骤6：基于步骤5中计算的数据和步骤3中的关键信息正常值，PLC可编程控制器判断涂料流量初始值、玻璃珠流量初始值和热熔标线机速度初始值正常，而涂料温度初始值T₀异常，温度报警，信息显示端的涂料温度信息显示异常。操作人员调整加热装置，温度传感器重新采集电阻值R₁＝121.5Ω，此时的涂料温度为

T₁＝(R₁-100)/0.385＝(121.5-100)/0.385＝55.84℃

PLC可编程控制器再次对涂料温度进行判断，此时涂料温度正常。热熔标线机继续工作。

步骤7：工作过程中，Seagate STDR1000移动硬盘存储历史数据。

步骤8：操作人员关闭BS-708GPS模组、PLC可编程控制器、Seagate STDR1000移动硬盘和HqisQnse SK17A嵌入式显示器。

步骤9：停止热熔标线机的工作，对所有传感器和电气设备进行检查，设备检查正常。

在本例实施后，相较于传统热熔标线机，划线质量合格率提高了25％，标线精度提高了35％。在保证工程质量的前提下，每公里涂料使用量由5.6kg降低到4.9kg，每公里玻璃珠使用量由2.15kg降低至1.96kg。本发明的热熔标线机智能监测系统有效提升了划线质量，大大节约了工程划线的生产成本，提高了经济效益。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护并不局限于此，本领域技术人员在不改变原理的情况下，做出的任何无实质变化的改进也应视为本发明的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种热熔标线机智能监测系统，其特征在于：主要包括数据采集端、数据处理端和信息显示端，其中，数据采集端采集热熔标线机工作时的关键信息物理量，通过信号线和USB数据线传输至数据处理端，数据处理端经数据处理和存储后传输至信息显示端，操作人员根据信息显示端的反馈信息进行判断。当数据异常时，报警器发出信号，操作人员调整热熔标线机状态，完成对热熔标线机的智能监测。

2.根据权利要求1所述的热熔标线机智能监测系统，其特征在于：所述数据采集端包括温度传感器、直线位移传感器、角位移传感器、速度传感器和GPS接收器，其中温度传感器采集涂料温度对应的电阻值R；直线位移传感器采集涂料桶阀门开口度对应的位移量Δm；角位移传感器采集玻璃珠阀门开口度对应的位移量Δn；速度传感器采集热熔标线机齿轮角速度ω；GPS接收器采集时间t和热熔标线机位置信息(x，y)，其中x为经度，y为纬度。

3.根据权利要求1所述的热熔标线机智能监测系统，其特征在于：所述数据处理端包括处理器和存储器，其中处理器对数据采集端采集的数据进行计算，其中涂料温度T的计算为T＝(R-100)/0.385，其中R为温度传感器采集的涂料温度对应电阻值；涂料流量S₁依据涂料温度T计算，公式为S₁＝0.12×Δm×lg(T-4.58)/e^2.15，其中，Δm为直线位移传感器采集的涂料桶阀门开口度对应位移量，e为数学常数，其值为2.71828...；玻璃珠流量S₂的计算为S₂＝6.43×Δn×r/(r²+2.12ln(r+1.21))，其中Δn为角位移传感器采集的玻璃珠阀门开口度对应位移量，r为玻璃珠平均半径；热熔标线机速度v的计算为v＝124π×ω/60，π为数学常数，其值为3.14159...，ω为热熔标线机齿轮角速度；数据处理端的存储器通过以太网将处理器和GPS接收器传输的数据进行信息存储。

4.根据权利要求1所述的热熔标线机智能监测系统，其特征在于：所述信息显示端包括嵌入式显示器和报警器，其中嵌入式显示器显示界面包括操作菜单、涂料温度信息、涂料流量信息、玻璃珠流量信息、热熔标线机速度信息、GPS信息、传感器状态和通信状态信息。其中，操作菜单对涂料温度、涂料流量、玻璃珠流量和热熔标线机速度的正常值进行设置，当报警器接收到正常值后，与存储器的数据对比，用于判断热熔标线机工作是否正常。

5.根据权利要求1所述的热熔标线机智能监测系统，进行智能监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：操作人员起动热熔标线机，检查工作环境和热熔标线机状态。

步骤2：打开电源开关，开启处理器、存储器及嵌入式显示器，检查电气设备通电情况，测试传感器状态和通讯状态。

步骤3：将GPS接收器的USB接口连接至存储器，开始记录时间t初始值和热熔标线机位置信息(x，y)，其中x为经度，y为纬度。利用信息显示端的操作菜单设置关键信息正常值，包括涂料温度正常值、涂料流量正常值、玻璃珠流量正常值和热熔标线机速度正常值。

步骤4：数据采集端的温度传感器、直线位移传感器、角位移传感器和速度传感器开始工作，分别采集涂料温度对应的电阻初始值R₀、料桶阀门开口度对应的位移量初始值Δm₀、玻璃珠阀门开口度对应的位移量初始值Δn₀和热熔标线机齿轮角速度初始值ω₀。

步骤5：基于步骤4中采集的物理量，数据处理端的处理器开始计算，根据公式T＝(R-100)/0.385、S₁＝0.12×Δm×lg(T-4.58)/e^2.15、S₂＝6.43×Δn×r/(r²+2.12ln(r+1.21))和v＝124π×ω/60，分别计算涂料温度初始值T₀、涂料流量初始值S₁₀、玻璃珠流量初始值S₂₀和热熔标线机速度初始值v₀，其中e为数学常数，其值为2.71828...；r为玻璃珠平均半径；π为数学常数，其值为3.14159...。

步骤6：基于步骤5中计算的数据和步骤3中的关键信息正常值，数据处理端的处理器开始判断数据是否异常，包括对涂料温度初始值T₀的判断，T₀异常时温度报警，操作人员调整加热装置改变涂料温度，温度传感器重新采集电阻值R₁，计算涂料温度T₁，处理器再次对此时的涂料温度进行判断；对涂料流量初始值S₁₀的判断，涂料流量初始值S₁₀异常时涂料流量报警，操作人员调整料桶阀门开口，直线位移传感器重新采集位移量Δm₁，计算涂料流量S₁₁，处理器再次对此时的涂料流量进行判断；对玻璃珠流量初始值S₂₀的判断，玻璃珠流量初始值S₂₀异常时玻璃珠流量报警，调整玻璃珠阀门开口，角位置传感器重新采集位移量Δn₁，计算玻璃珠流量S₂₁，处理器再次对此时的玻璃珠流量进行判断；对热熔标线机速度初始值v₀的判断，热熔标线机速度初始值v₀异常时速度报警，操作人员调整热熔标线机前进速度，速度传感器重新采集热熔标线机齿轮角速度ω₁，计算热熔标线机速度v₁，处理器再次对此时的热熔标线机速度进行判断。信息显示端实时采集、处理、显示数据。

步骤7：工作过程中，数据处理端的存储器存储历史数据，以便操作人员查看和记录。

步骤8：关闭GPS接收器、处理器、存储器和嵌入式显示器。

步骤9：热熔标线机停止工作，对所有传感器和电气设备进行检查。