CN110702173A - 一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，所述工程机械设备包括引擎、转速感应器、油量采集器、车体、大臂、小臂、挖斗、水箱和液压油箱，其特征在于，所述自适应式的工程机械监测设备包括油量采集模块、姿态监测模块、引擎振动信号采集模块、引擎状态监测模块、水温及油温采集模块、电源模块、数据传输模块、云平台；通过所述云平台接收并处理所述各模块上传的数据，对各项数据信息进行记录，并对超限数据信息进行预警。本设备对数据处理自适应性程度进行了有效提高，云平台可根据实际情况，提高或降低限定值，在提高监测设备兼容性的同时，有效减少了现有监测设备适应性差的问题。

Description

一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及工程施工及工程机械领域，具体涉及一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法。

背景技术

随着国家基础设施建设的迅速发展，各施工领域对工程机械的需求越来越大，这使得工程机械的日常监控与管理成为了本领域技术人员面前共同的难题。

目前，国内的工程机械监控领域还主要依靠检修人员进行，同时，由于工程机械品牌多，用途广，型号众多，现有的监控技术兼容性与覆盖面都有限。并且监测数据的限值主要依赖人工提前设置，无法很好的根据工程机械的不同型号与服役年限进行自动调整。

因此，目前急需一种具有高兼容性，适应不同品牌，不同型号，且可以自行调整监测数据限值的监测设备。

发明内容

本发明克服现在技术中的上述难题，本发明提出一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，解决了现有工程机械监测设备兼容度低，适应性差的问题。

本发明通过以下技术方案来实现：一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，所述工程机械设备包括引擎、转速感应器、油量采集器、车体、大臂、小臂、挖斗、水箱和液压油箱，其特征在于，所述自适应式的工程机械监测设备包括油量采集模块、姿态监测模块、引擎振动信号采集模块、引擎状态监测模块、水温及油温采集模块、电源模块、数据传输模块、云平台；所述油量采集模块、所述姿态监测模块、所述引擎振动信号采集模块、所述引擎状态监测模块、所述水温及油温采集模块分别与所述数据传输模块连接，并通过所述数据传输模块将采集到的数据上传至所述云平台中；所述电源模块用于向所述油量采集模块，所述姿态监测模块、所述引擎振动信号采集模块、所述引擎状态监测模块、所述水温及油温采集模块以及所述数据传输模块提供电源；所述油量采集模块与所述油量采集器相互连接，并接收电信号数据；所述姿态监测模块被设置在车体、大臂、小臂、挖斗上，用于实时测量挖机不同姿态下的角度信息；所述引擎振动信号采集模块被设置在引擎外部，用于采集引擎的振动数据；所述引擎状态监测模块被连接在所述转速感应器外部，用于采集引擎的转速数据；所述水温及油温采集模块，被分别设置在液压油箱及水箱外部，用于采集水温及油温数据；所述云平台用于接收并处理所述油量采集模块、所述姿态监测模块、所述引擎状态监测模块、所述引擎振动信号采集模块以及所述水温及油温采集模块通过所述数据传输模块上传的数据，并通过对所述电信号数据、所述角度信息以及所述引擎振动信号数据进行运算处理，得到油量数据、工程机械姿态信息、引擎振动信号、引擎转速数据以及水温和油温数据，并通过将以上数据信息与预设值进行对比，达到对超限指标进行预警的目的。

进一步的，所述油量采集模块的采集线数量不少于所述油量采集器的采集线的数量，将油量采集器的每个采集线分别与油量采集模块的任意一个采集线连接，油量采集模块的多余采集线则不进行连接，所述油量采集模块能自动识别采集线所采集的电信号信息，并根据预设的电信号区间，从多个数据采集通道中自动判定正确的油量数据通道。

本发明的第一目的是提供一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述油量采集模块根据如下原理实现自适应式油量监测：

1)用户将工程机械油箱及油量参数上传至云平台中；

2)油量采集模块根据工程机械参数预估满油箱及空油箱情况下的油量电信号值Q_max和Q_min；

3)如果油量采集模块采集到的电信号数据Q_current大于Q_max则在数据库中变更Q_max的值为当前Q_current的数据；

4)如果油量采集模块采集到的电信号数据Q_current小于Q_min则在数据库中变更Q_min的值为当前Q_current的数据；

5)如果油量采集模块采集到的电信号数据Q_current在Q_min和Q_max之间，则将该值记录在数据库中；

6)根据将记录后的数据进行滤波，按照时间排序，并将电信号数据进行拟合，提高与电信号数据与真实油量情况的契合度；

7)将任意两时间点油量数据相减便可以得到相应的油量变化数据，由此达成自适应式油量监测的目的。

进一步的，所述引擎振动信号采集模块包括位移传感器、速度传感器以及加速度传感器。

本发明的第二目的是提供一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述引擎振动信号采集模块根据如下原理实现自适应式引擎工作情况监测：

1)用户将工程机械引擎参数上传至云平台中；

2)云平台根据工程机械引擎参数调取数据库中预设振动信号的特征值阀值，振动特征值是以下指标的一个或多个：振动频率、频谱特征值、振动幅值、振动能量、振动均方根值；

3)启动工程机械，使引擎分别处于怠速和工作状态，并确认引擎振动信号采集模块正常采集数据；

4)引擎振动信号采集模块将采集到的数据通过数据传输模块传输至云平台；

5)云平台对采集到的数据进行滤波及降噪处理，对怠速状态和工作状态下的信号进行区分，并分别与数据库中的预设振动信号的特征值阀值进行对比；

6)若数据超限，则对检修人员发出警告，并由维修人员进行设备状态评估；

7)若通过维修人员评估，认为该引擎尚在正常工作状态，则提高该引擎振动特征值的阀值，并将此数据记录在数据库中；若未通过维修人员评估，则对工程机械进行检修；

8)若超过半数的同一型号引擎在怠速状态或/和工作状态下的振动特征值普遍高于预设阀值，则云平台自动对数据库中的预设阀值进行相应调整，或由云平台提示管理人员并由人工对阈值进行设置与调整。

进一步的，所述振动传感器能自动检测引擎状态，当引擎处于停机状态时，自动监测可能的人为异常振动，并在出现异常振动时向预设的相关人员发出安全预警。

进一步的，所述的一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述引擎状态监测模块的采集线数量不少于所述转速感应器的采集线的数量，将转速感应器的每个采集线分别与引擎状态监测模块的任意一个采集线连接，引擎状态监测模块的多余采集线则不进行连接，同时所述引擎状态监测模块能自动识别采集线所采集的电信号信息，并从多个数据采集通道中自动判定正确的转速数据通道。

本发明的第三目的是提供一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述引擎状态监测模块根据如下原理实现自适应式引擎转速情况监测：

1)用户将工程机械引擎参数上传至云平台中；

2)云平台根据工程机械引擎参数调取数据库中预设怠速和工作状态下的引擎转速区间；

3)启动工程机械，使引擎分别处于怠速和工作状态，并确认引擎状态监测模块正常采集数据；

4)引擎状态监测模将采集到的数据通过数据传输模块传输至云平台；

5)云平台对采集到的数据进行滤波及降噪处理，对怠速和工作状态下的引擎转速数据进行区分，并分别与数据库中的预设引擎转速数据的区间值进行对比；

6)若转速数据与预设怠速状态数据区间吻合，则判定该工程机械在怠速状态，并在云平台中记录该工程机械在怠速状态的时间点与时长；若转速数据与预设工作状态数据区间吻合，则判定该工程机械在工作状态，并在云平台中记录该工程机械在工作状态的时间点与时长；

7)若发现云平台记录状态与实际状态不符，则通知云平台维护人员进行评估，视情况决定是否更改该引擎在怠速和工作状态下转速的区间，并在更改后将新转速区间数据记录在数据库中；

8)若超过半数的同一型号引擎在怠速状态或/和工作状态下的转速数据区间普遍不同于预设区间值，则云平台自动对数据库中的预设阀值进行相应调整，或由云平台提示管理人员并由人工对区间值进行设置与调整。

根据上述技术方案，本发明的有益效果是：对工程机械采用无线监控，可以达到实时监控，实时预警的目的；其适应性好，兼容面广，同一监控设备可以兼容大部分现有工程机械；监控指标可以通过自动或人工的方式对于同种工程机械的不同设备状况进行适应于调整。

附图说明

图1为工程机械设备的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明。

一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，所述工程机械设备包括引擎1、转速感应器2、油量采集器3、车体4、大臂5、小臂6、挖斗7、水箱8和液压油箱9，其特征在于，所述自适应式的工程机械监测设备包括油量采集模块、姿态监测模块、引擎振动信号采集模块、引擎状态监测模块、水温及油温采集模块、电源模块、数据传输模块、云平台；所述油量采集模块、所述姿态监测模块、所述引擎振动信号采集模块、所述引擎状态监测模块、所述水温及油温采集模块分别与所述数据传输模块连接，并通过所述数据传输模块将采集到的数据上传至所述云平台中；所述电源模块用于向所述油量采集模块，所述姿态监测模块、所述引擎振动信号采集模块、所述引擎状态监测模块、所述水温及油温采集模块以及所述数据传输模块提供电源；所述油量采集模块与所述油量采集器3相互连接，并接收电信号数据；所述姿态监测模块被设置在车体4、大臂5、小臂6和挖斗7上，用于实时测量挖机不同姿态下的角度信息；所述引擎振动信号采集模块被设置在引擎1外部，用于采集引擎1的振动数据；所述引擎状态监测模块被连接在所述转速感应器2外部，用于采集引擎的转速数据；所述水温及油温采集模块，被分别设置在水箱8及液压油箱9外部，用于采集水温及油温数据；所述云平台用于接收并处理所述油量采集模块、所述姿态监测模块、所述引擎状态监测模块、所述引擎振动信号采集模块以及所述水温及油温采集模块通过所述数据传输模块上传的数据，并通过对所述电信号数据、所述角度信息以及所述引擎振动信号数据进行运算处理，得到油量数据、工程机械姿态信息、引擎振动信号、引擎转速数据以及水温和油温数据，并通过将以上数据信息与预设值进行对比，达到对超限指标进行预警的目的

所述油量采集模块可采用ADS1110A0IDBVR芯片、姿态监测模块可采用ADXL345BCCZ芯片、引擎振动信号采集模块可采用LIS3DHTR、水温及油温采集模块可采用DS18B20芯片，但不限于此。

所述油量采集模块的采集线数量不少于所述油量采集器3的采集线的数量，将油量采集器3的每个采集线分别与油量采集模块的任意一个采集线连接，油量采集模块的多余采集线则不进行连接，所述油量采集模块能自动识别采集线所采集的电信号信息，并根据预设的电信号区间，从多个数据采集通道中自动判定正确的油量数据通道，由此实现能够在广泛兼容不同品牌、不同型号工程机械的同时，采集工程机械的油量信息目的。

所述油量采集模块采集的电信号，包括且不限于电压信号和电流信号。

上述所述油量采集模块根据如下步骤实现自适应式油量监测：

1)用户将工程机械油箱及油量参数上传至云平台中；

2)油量采集模块根据工程机械参数预估满油箱及空油箱情况下的油量电信号值Q_max和Q_min；

3)如果油量采集模块采集到的电信号数据Q_current大于Q_max则在数据库中变更Q_max的值为当前Q_current的数据；

4)如果油量采集模块采集到的电信号数据Q_current小于Q_min则在数据库中变更Q_min的值为当前Q_current的数据；

5)如果油量采集模块采集到的电信号数据Q_current在Q_min和Q_max之间，则将该值记录在数据库中；

6)根据将记录后的数据进行滤波，按照时间排序，并将电信号数据进行拟合，提高与电信号数据与真实油量情况的契合度；

7)将任意两时间点油量数据相减便可以得到相应的油量变化数据，由此达成自适应式油量监测的目的。

所述引擎振动信号采集模块可包括位移传感器、速度传感器以及加速度传感器，但不限于此。

上述所述引擎振动信号采集模块根据如下步骤实现自适应式引擎工作情况监测：

1)用户将工程机械引擎参数上传至云平台中；

2)云平台根据工程机械引擎参数调取数据库中预设振动信号的特征值阀值，振动特征值是以下指标的一个或多个：振动频率、频谱特征值、振动幅值、振动能量、振动均方根值；

3)启动工程机械，使引擎1分别处于怠速和工作状态，并确认引擎振动信号采集模块正常采集数据；

4)引擎振动信号采集模块将采集到的数据通过数据传输模块传输至云平台；

5)云平台对采集到的数据进行滤波及降噪处理，对怠速状态和工作状态下的信号进行区分，并分别与数据库中的预设振动信号的特征值阀值进行对比；

6)若数据超限，则对检修人员发出警告，并由维修人员进行设备状态评估；

7)若通过维修人员评估，认为该引擎1尚在正常工作状态，则提高该引擎振动特征值的阀值，并将此数据记录在数据库中；若未通过维修人员评估，则对工程机械进行检修；

8)若超过半数的同一型号引擎1在怠速状态或/和工作状态下的振动特征值普遍高于预设阀值，则云平台自动对数据库中的预设阀值进行相应调整，或由云平台提示管理人员并由人工对阈值进行设置与调整。

所述的一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述引擎状态监测模块的采集线数量不少于所述转速感应器2的采集线的数量，将转速感应器2的每个采集线分别与引擎状态监测模块的任意一个采集线连接，引擎状态监测模块的多余采集线则不进行连接，同时所述引擎状态监测模块能自动识别采集线所采集的电信号信息，并从多个数据采集通道中自动判定正确的转速数据通道。

所述云平台在接收到所述姿态监测模块的数据后，自动与工作状态下的各工作姿态预设数据进行对比，若数据超过预设限制，则向预设的相关人员发出预警。

所述数据传输模块内置卫星定位系统，在工程机械接近或超过预设边界时，向预设的相关人员发出预警。

上述所述引擎状态监测模块根据如下原理实现自适应式引擎转速情况监测：

1)用户将工程机械引擎参数上传至云平台中；

2)云平台根据工程机械引擎参数调取数据库中预设怠速和工作状态下的引擎转速区间；

3)启动工程机械，使引擎分别处于怠速和工作状态，并确认引擎状态监测模块正常采集数据；

4)引擎状态监测模将采集到的数据通过数据传输模块传输至云平台；

5)云平台对采集到的数据进行滤波及降噪处理，对怠速和工作状态下的引擎转速数据进行区分，并分别与数据库中的预设引擎转速数据的区间值进行对比；

6)若转速数据与预设怠速状态数据区间吻合，则判定该工程机械在怠速状态，并在云平台中记录该工程机械在怠速状态的时间点与时长；若转速数据与预设工作状态数据区间吻合，则判定该工程机械在工作状态，并在云平台中记录该工程机械在工作状态的时间点与时长；

7)若发现云平台记录状态与实际状态不符，则通知云平台维护人员进行评估，视情况决定是否更改该引擎在怠速和工作状态下转速的区间，并在更改后将新转速区间数据记录在数据库中；

8)若超过半数的同一型号引擎在怠速状态或/和工作状态下的转速数据区间普遍不同于预设区间值，则云平台自动对数据库中的预设阀值进行相应调整，或由云平台提示管理人员并由人工对区间值进行设置与调整。

所述姿态监测模块可为三轴模拟硅微MEMS角速率陀螺PA-3ARG-01，但不限于此。

所述各预设参数，需根据工程机械的种类、型号和服役年限相关，调取相关的参数信息，并预设浮动区间，从而允许监测设备的监测数值进行自适应。

所述云平台内置的监测数据限值可实时根据工程机械个体的实际运行状态进行调整，并在收集到足够多的样本后，对云平台数据库内预设的监测数据限值进行人工或自动调整并发出提示。

需要说明的是，工程机械设备不仅限于图1所示的挖掘机械，还包括铲土运输机械、起重机械、压实机械、桩工机械和钢筋混凝土机械等。

Claims (8)

1.一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，所述工程机械设备包括引擎、转速感应器、油量采集器、车体、大臂、小臂、挖斗、水箱和液压油箱，其特征在于，所述自适应式的工程机械监测设备包括油量采集模块、姿态监测模块、引擎振动信号采集模块、引擎状态监测模块、水温及油温采集模块、电源模块、数据传输模块、云平台；所述油量采集模块、所述姿态监测模块、所述引擎振动信号采集模块、所述引擎状态监测模块、所述水温及油温采集模块分别与所述数据传输模块连接，并通过所述数据传输模块将采集到的数据上传至所述云平台中；所述电源模块用于向所述油量采集模块，所述姿态监测模块、所述引擎振动信号采集模块、所述引擎状态监测模块、所述水温及油温采集模块以及所述数据传输模块提供电源；所述油量采集模块与所述油量采集器相互连接，并接收电信号数据；所述姿态监测模块被设置在车体、大臂、小臂、挖斗上，用于实时测量挖机不同姿态下的角度信息；所述引擎振动信号采集模块被设置在引擎外部，用于采集引擎的振动数据；所述引擎状态监测模块被连接在所述转速感应器上，用于采集引擎的转速数据；所述水温及油温采集模块，被分别设置在液压油箱及水箱外部，用于采集水温及油温数据；所述云平台用于接收并处理所述油量采集模块、所述姿态监测模块、所述引擎状态监测模块、所述引擎振动信号采集模块以及所述水温及油温采集模块通过所述数据传输模块上传的数据，通过对所述电信号数据、所述角度信息以及所述引擎振动信号数据进行运算处理，得到油量数据、工程机械姿态信息、引擎振动信号、引擎转速数据以及水温和油温数据，并通过将以上数据信息与预设值进行对比，达到对超限指标进行预警的目的。

2.根据权利要求1所述的一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述油量采集模块的采集线数量不少于所述油量采集器的采集线的数量，将油量采集器的每个采集线分别与油量采集模块的任意一个采集线连接，油量采集模块的多余采集线则不进行连接，所述油量采集模块能自动识别采集线所采集的电信号信息，并根据预设的电信号区间，从多个数据采集通道中自动判定正确的油量数据通道。

3.根据权利要求1所述的一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述油量采集模块根据如下原理实现自适应式油量监测：

1)用户将工程机械油箱及油量参数上传至云平台中；

2)油量采集模块根据工程机械参数预估满油箱及空油箱情况下的油量电信号值Q_max和Q_min；

3)如果油量采集模块采集到的电信号数据Q_current大于Q_max则在数据库中变更Q_max的值为当前Q_current的数据；

4)如果油量采集模块采集到的电信号数据Q_current小于Q_min则在数据库中变更Q_min的值为当前Q_current的数据；

5)如果油量采集模块采集到的电信号数据Q_current在Q_min和Q_max之间，则将该值记录在数据库中；

6)根据将记录后的数据进行滤波，按照时间排序，并将电信号数据进行拟合，提高与电信号数据与真实油量情况的契合度；

7)将任意两时间点油量数据相减便可以得到相应的油量变化数据，由此达成自适应式油量监测的目的。

4.根据权利要求1所述的一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述引擎振动信号采集模块包括位移传感器、速度传感器以及加速度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述引擎振动信号采集模块根据如下原理实现自适应式引擎工作情况监测：

1)用户将工程机械引擎参数上传至云平台中；

2)云平台根据工程机械引擎参数调取数据库中预设振动信号的特征值阀值，振动特征值是以下指标的一个或多个：振动频率、频谱特征值、振动幅值、振动能量、振动均方根值；

3)启动工程机械，使引擎分别处于怠速和工作状态，并确认引擎振动信号采集模块正常采集数据；

4)引擎振动信号采集模块将采集到的数据通过数据传输模块传输至云平台；

5)云平台对采集到的数据进行滤波及降噪处理，对怠速状态和工作状态下的信号进行区分，并分别与数据库中的预设振动信号的特征值阀值进行对比；

6)若数据超限，则对检修人员发出警告，并由维修人员进行设备状态评估；

7)若通过维修人员评估，认为该引擎尚在正常工作状态，则提高该引擎振动特征值的阀值，并将此数据记录在数据库中；若未通过维修人员评估，则对工程机械进行检修；

8)若超过半数的同一型号引擎在怠速状态或/和工作状态下的振动特征值普遍高于预设阀值，则云平台自动对数据库中的预设阀值进行相应调整，或由云平台提示管理人员并由人工对阈值进行设置与调整。

6.根据权利要求1所述的一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述振动传感器能自动检测引擎状态，当引擎处于停机状态时，自动监测可能的人为异常振动，并在出现异常振动时向预设的相关人员发出安全预警。

7.根据权利要求1所述的一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述引擎状态监测模块的采集线数量不少于所述转速感应器的采集线的数量，将转速感应器的每个采集线分别与引擎状态监测模块的任意一个采集线连接，引擎状态监测模块的多余采集线则不进行连接，同时所述引擎状态监测模块能自动识别采集线所采集的电信号信息，并从多个数据采集通道中自动判定正确的转速数据通道。

8.根据权利要求1所述的一种自适应式的工程机械监测设备及其使用方法，其特征在于，所述引擎状态监测模块根据如下原理实现自适应式引擎转速情况监测：

1)用户将工程机械引擎参数上传至云平台中；

2)云平台根据工程机械引擎参数调取数据库中预设怠速和工作状态下的引擎转速区间；

3)启动工程机械，使引擎分别处于怠速和工作状态，并确认引擎状态监测模块正常采集数据；

4)引擎状态监测模将采集到的数据通过数据传输模块传输至云平台；

5)云平台对采集到的数据进行滤波及降噪处理，对怠速和工作状态下的引擎转速数据进行区分，并分别与数据库中的预设引擎转速数据的区间值进行对比；

6)若转速数据与预设怠速状态数据区间吻合，则判定该工程机械在怠速状态，并在云平台中记录该工程机械在怠速状态的时间点与时长；若转速数据与预设工作状态数据区间吻合，则判定该工程机械在工作状态，并在云平台中记录该工程机械在工作状态的时间点与时长；

7)若发现云平台记录状态与实际状态不符，则通知云平台维护人员进行评估，视情况决定是否更改该引擎在怠速和工作状态下转速的区间，并在更改后将新转速区间数据记录在数据库中；

8)若超过半数的同一型号引擎在怠速状态或/和工作状态下的转速数据区间普遍不同于预设区间值，则云平台自动对数据库中的预设阀值进行相应调整，或由云平台提示管理人员并由人工对区间值进行设置与调整。

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