CN110821687B - 一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统及其方法 - Google Patents

一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统及其方法，该自动工况识别系统包括路面条件采集模块、发动机调节模块、燃料消耗控制模块、系统控制模块和远程数据传输模块；所述路面条件采集模块、发动机调节模块、燃料消耗控制模块、远程数据传输模块与系统控制模块电连接，该装置能够通过发动机调节模块、燃料消耗控制模块对发动机的转速、功率、燃料消耗进行监测，从而判定装载机发动机的工况。

Description

一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及装载机领域，具体是一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统及其方法。
背景技术
装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。
在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。
工况，是指设备在和其动作有直接关系的条件下的工作状态。发动机在燃料消耗率最低时的运行状态称“经济工况”；在负荷超过额定值时的运行状态称“超载工况”。
在装载机使用过程中，装载机的工况条件决定了装载机的燃料消耗，工况条件越差，燃料消耗越高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统及其方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统，所述该自动工况识别系统包括路面条件采集模块、发动机调节模块、燃料消耗控制模块、系统控制模块和远程数据传输模块；
所述路面条件采集模块、发动机调节模块、燃料消耗控制模块、远程数据传输模块与系统控制模块电连接。
根据上述技术方案：所述路面调节采集模块包括用于对路面条件进行记录的高清摄像头和用于对路面条件进行分析的分析检测传感器；
所述高清摄像头与分析检测传感器电连接，分析检测传感器与系统控制模块电连接。
根据上述技术方案：所述发动机调节模块包括用于对发动机的曲轴转速进行测量的转速测量仪和用于对发动机的功率进行测量的功率测量仪，转速测量仪采用SRM-04转速测量仪，功率测量采用ZR2080W3多功能仪表；
所述转速测量仪与功率测量仪电连接，转速测量仪与功率测量仪电与系统控制模块电连接。
根据上述技术方案：所述燃料消耗控制模块包括用于监测发动机的运转状态的运转状态传感器和用于监测燃料使用情况的燃料监测器，所述运转状态传感器与燃料监测器电连接。
根据上述技术方案：所述系统控制模块包括PLC芯片和用于存储数据的数据库；
所述PLC芯片分别与分析检测传感器、转速测量仪和功率测量仪电连接；
所述PLC芯片用于整个自动工况识别控制系统的控制，PLC芯片用于对检测传感器、转速测量仪和功率测量仪的数据进行分析处理，数据库用于对上传的数据进行存储。
根据上述技术方案：所述远程数据传输模块包括但不限于移动通信模块或WiFi模块中的任意一种。
一种基于装载机发动机的自动工况识别控制方法：
S1、利用高清摄像头对路面条件进行摄像，将摄像的视频数据发送给分析检测传感器，分析检测传感器对视频数据进行分析，从而判断路面条件，将判定的路面条件发送给系统控制模块；
S2、利用转速测量仪对装载机发动机的转速进行测量，利用功率测量仪对装载机发动机的功率进行测量，将测量的数据发送给系统控制模块；
S3、利用运转状态传感器监测装载机发动机的运转状态，利用燃料监测器对装载机发动机使用的燃料消耗进行监测，燃料消耗在设定的阈值内，不向系统控制模块进行传输数据，当燃料消耗超出设定阈值，将燃料消耗数据发送给系统控制模块；
燃料消耗的阈值为1L/KM；
S4、利用PLC芯片对上传的路面条件分析、转速数值、功率数值和燃料消耗数值进行分析处理；
S5、系统控制模块将分析数据发送给远程数据传输模块，远程数据传输模块将数据发送给远程PC机。
根据上述技术方案：所述步骤S4中，利用PLC芯片对上传的路面条件分析、转速数值、功率数值和燃料消耗数值进行分析处理，路面条件采集模块、发动机调节模块、燃料消耗控制模块与PLC芯片的输入端进行连接，远程数据传输模块与PLC芯片的输出端连接；
转速测量仪和功率测量仪分别在不同的时间对转载机发动机的转速和功率进行测量，所述采集的时间数据设定为T1、T2、T3、…、T(n-1)、Tn，当T1、T2、T3、…、T(n-1)、Tn的不同时间段进行测量时，转速测量仪测量的数据相对应的为X1、X2、X3、…、X(n-1)、Xn，功率测量仪测量的数据相对应的为Y1、Y2、Y3、…、Y(n-1)、Yn；
所述燃料监测器对装载机发动机使用的燃料消耗进行监测，当T1、T2、T3、…、T(n-1)、Tn的不同时间段进行测量时，所对应的燃料的消耗为N1、N2、N3、…、N(n-1)、Nn，当N1、N2、N3、…、N(n-1)、Nn中任意一值大于等于1L/KM，燃料监测器将监测的染料消耗数据发送给系统控制模块，系统控制模块测定转速测量仪测量的数据和功率测量仪测量的数据，根据以下公式：
Figure BDA0002245790780000041
当转速测量仪测量的数据和功率测量仪测量的数据满足上述公式时，系统控制模块判定为燃料消耗为正常，装载机发动机工况良好，系统控制模块不作处理，当转速测量仪测量的数据和功率测量仪测量的数据不满足上述公式时，系统控制模块判定为装载机发动机工况差，系统控制模块将测量的转速数据、功率数据和装载机发动机燃料消耗数据发送给远程数据传输模块，远程数据传输模块将数据发送给远程PC机，及时通知操作人员进行处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.设置高清摄像头对装载机行驶的路面进行摄像，将摄像的数据发送给分析检测传感器，分析检测传感器对摄像数据进行分析检测，判定路面状态，将判定的路面状态及时发送给系统控制模块进行处理，当路面条件较差，系统控制模块及时将路面情况发送给远程数据传输模块，远程数据传输模块将路面状态发送给远程PC机，交由操作人员进行判定处理；
2.设置转速测量仪和功率测量仪对装载机发动机的转速和功率进行测量，当发动机转速上升时，发动机的功率随之上升，转速测量仪和功率测量仪将测量的数据及时发送给系统控制模块，系统控制模块判定发动机的转速和功率是否正常，从而检测装载机发动机的工况状况；
3.设置运转状态传感器对发动机的运转状态进行监测，及时发现发动机运转状态的问题，将数据发送给远程数据传输模块，设置燃料监测器对装载机发动机使用的燃料消耗进行监测，燃料消耗在设定的阈值内，不向系统控制模块进行传输数据，当燃料消耗超出设定阈值，将燃料消耗数据发送给系统控制模块进行分析处理；
4.设置PLC芯片分别与分析检测传感器、转速测量仪和功率测量仪电连接，数据库用于对上传的数据进行存储；
5.设置远程数据传输模块通过无线信号与远程PC机连接，及时将发动机出现的异常发送给操作人员进行处理。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统及其方法的结构示意图；
图2为本发明一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统及其方法的步骤示意图；
图3为本发明一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统及其方法的实施过程的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中，如图1所示，一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统，所述该自动工况识别系统包括路面条件采集模块、发动机调节模块、燃料消耗控制模块、系统控制模块和远程数据传输模块；
所述路面条件采集模块、发动机调节模块、燃料消耗控制模块、远程数据传输模块与系统控制模块电连接。
根据上述技术方案：所述路面调节采集模块包括用于对路面条件进行记录的高清摄像头和用于对路面条件进行分析的分析检测传感器；
所述高清摄像头与分析检测传感器电连接，分析检测传感器与系统控制模块电连接。
根据上述技术方案：所述发动机调节模块包括用于对发动机的曲轴转速进行测量的转速测量仪和用于对发动机的功率进行测量的功率测量仪，转速测量仪采用SRM-04转速测量仪，功率测量采用ZR2080W3多功能仪表；
所述转速测量仪与功率测量仪电连接，转速测量仪与功率测量仪电与系统控制模块电连接。
根据上述技术方案：所述燃料消耗控制模块包括用于监测发动机的运转状态的运转状态传感器和用于监测燃料使用情况的燃料监测器，所述运转状态传感器与燃料监测器电连接。
根据上述技术方案：所述系统控制模块包括PLC芯片和用于存储数据的数据库；
所述PLC芯片分别与分析检测传感器、转速测量仪和功率测量仪电连接；
所述PLC芯片用于整个自动工况识别控制系统的控制，PLC芯片用于对检测传感器、转速测量仪和功率测量仪的数据进行分析处理，数据库用于对上传的数据进行存储。
根据上述技术方案：所述远程数据传输模块包括但不限于移动通信模块或WiFi模块中的任意一种。
如图2-3所示，一种基于装载机发动机的自动工况识别控制方法：
S1、利用高清摄像头对路面条件进行摄像，将摄像的视频数据发送给分析检测传感器，分析检测传感器对视频数据进行分析，从而判断路面条件，将判定的路面条件发送给系统控制模块；
S2、利用转速测量仪对装载机发动机的转速进行测量，利用功率测量仪对装载机发动机的功率进行测量，将测量的数据发送给系统控制模块；
S3、利用运转状态传感器监测装载机发动机的运转状态，利用燃料监测器对装载机发动机使用的燃料消耗进行监测，燃料消耗在设定的阈值内，不向系统控制模块进行传输数据，当燃料消耗超出设定阈值，将燃料消耗数据发送给系统控制模块；
燃料消耗的阈值为1L/KM；
S4、利用PLC芯片对上传的路面条件分析、转速数值、功率数值和燃料消耗数值进行分析处理；
S5、系统控制模块将分析数据发送给远程数据传输模块，远程数据传输模块将数据发送给远程PC机。
根据上述技术方案：所述步骤S4中，利用PLC芯片对上传的路面条件分析、转速数值、功率数值和燃料消耗数值进行分析处理，路面条件采集模块、发动机调节模块、燃料消耗控制模块与PLC芯片的输入端进行连接，远程数据传输模块与PLC芯片的输出端连接；
转速测量仪和功率测量仪分别在不同的时间对转载机发动机的转速和功率进行测量，所述采集的时间数据设定为T1、T2、T3、…、T(n-1)、Tn，当T1、T2、T3、…、T(n-1)、Tn的不同时间段进行测量时，转速测量仪测量的数据相对应的为X1、X2、X3、…、X(n-1)、Xn，功率测量仪测量的数据相对应的为Y1、Y2、Y3、…、Y(n-1)、Yn；
所述燃料监测器对装载机发动机使用的燃料消耗进行监测，当T1、T2、T3、…、T(n-1)、Tn的不同时间段进行测量时，所对应的燃料的消耗为N1、N2、N3、…、N(n-1)、Nn，当N1、N2、N3、…、N(n-1)、Nn中任意一值大于等于1L/KM，燃料监测器将监测的染料消耗数据发送给系统控制模块，系统控制模块测定转速测量仪测量的数据和功率测量仪测量的数据，根据以下公式：
Figure BDA0002245790780000091
当转速测量仪测量的数据和功率测量仪测量的数据满足上述公式时，系统控制模块判定为燃料消耗为正常，装载机发动机工况良好，系统控制模块不作处理，当转速测量仪测量的数据和功率测量仪测量的数据不满足上述公式时，系统控制模块判定为装载机发动机工况差，系统控制模块将测量的转速数据、功率数据和装载机发动机燃料消耗数据发送给远程数据传输模块，远程数据传输模块将数据发送给远程PC机，及时通知操作人员进行处理。
实施例1：限定条件，当采集的时间数据设定为9:00、10:00、11:00、12:00、13:00，当时间为9:00、10:00、11:00、12:00、13:00时，转速测量仪在上述时刻对发动机的转速进行测量的数值为1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm、5000rpm，功率测量仪在上述时刻对发动机的功率进行测量的数值为10KW、40KW、70KW、90KW、110KW，燃料监测器在上述时刻对发动机的燃料消耗进行测量的数值为0.2L/KM、0.6L/KM、0.6L/KM、0.8L/KM、0.8L/KM，当不同时间段燃料监测器监测的燃料消耗未超过设定阈值1L/KM，燃料监测器不将燃料消耗发送给系统控制模块，系统控制模块不作处理。
实施例2：限定条件，当采集的时间数据设定为9:30、10:30、11:30、12:30、13:30，当时间为9:30、10:30、11:30、12:30、13:30时，转速测量仪在上述时刻对发动机的转速进行测量的数值为1350rpm、2460rpm、3885rpm、4165rpm、5327rpm，功率测量仪在上述时刻对发动机的功率进行测量的数值为15KW、42KW、71KW、93KW、119KW，燃料监测器在上述时刻对发动机的燃料消耗进行测量的数值为0.2L/KM、0.6L/KM、0.8L/KM、1.1L/KM、1.2L/KM，当不同时间段燃料监测器监测的燃料消耗中1.1L/KM超过设定阈值，燃料监测器将不同时间段的燃料消耗发送给系统控制模块，系统控制模块根据公式
Figure BDA0002245790780000111
进行判定：
Figure BDA0002245790780000112
且
Figure BDA0002245790780000113
当转速测量仪和功率测量仪测量的不同时间段的数据满足上述公式时，系统控制模块判定转速和功率在正常上升，发动机燃油消耗属于正常现象，装载机发动机工况条件良好，系统控制模块不作处理。
实施例3：限定条件，当采集的时间数据设定为10:00、11:00、11:30、12:00、13:30，当时间为10:00、11:00、11:30、12:00、13:30时，转速测量仪在上述时刻对发动机的转速进行测量的数值为1150rpm、2120rpm、3789rpm、4889rpm、6123rpm，
功率测量仪在上述时刻对发动机的功率进行测量的数值为13KW、39KW、68KW、97KW、121KW，燃料监测器在上述时刻对发动机的燃料消耗进行测量的数值为0.2L/KM、0.4L/KM、0.8L/KM、1.1L/KM、0.8L/KM，当不同时间段燃料监测器监测的燃料消耗中1.1L/KM超过设定阈值，燃料监测器将不同时间段的燃料消耗发送给系统控制模块，系统控制模块根据公式
Figure BDA0002245790780000121
进行判定：
Figure BDA0002245790780000122
且
Figure BDA0002245790780000123
当转速测量仪和功率测量仪测量的不同时间段的数据满足上述公式时，系统控制模块判定转速和功率在正常上升，发动机燃油消耗属于正常现象，装载机发动机工况条件良好，系统控制模块不作处理。
实施例4：限定条件，当采集的时间数据设定为10:00、11:00、11:30、12:00、13:30，当时间为10:00、11:00、11:30、12:00、13:30时，转速测量仪在上述时刻对发动机的转速进行测量的数值为1100rpm、2300rpm、3400rpm、4000rpm、5300rpm，功率测量仪在上述时刻对发动机的功率进行测量的数值为13KW、39KW、71KW、73KW、69KW，燃料监测器在上述时刻对发动机的燃料消耗进行测量的数值为0.2L/KM、0.4L/KM、0.6L/KM、1.1L/KM、1.2L/KM，当不同时间段燃料监测器监测的燃料消耗中1.1L/KM超过设定阈值，燃料监测器将不同时间段的燃料消耗发送给系统控制模块，系统控制模块根据公式
Figure BDA0002245790780000131
进行判定：
Figure BDA0002245790780000132
且
Figure BDA0002245790780000133
当功率测量仪测量在第五次测量时，转速在上升的同时，功率明显降低，系统控制模块判定发动机功率异常，发动机燃油消耗属于异常现象，装载机发动机工况条件差，系统控制模块将转速数据、功率数据和燃油消耗数据传输给远程数据传输模块，远程数据传输模块将异常型号和转速数据、功率数据和燃油消耗数据统一发送至远程PC机，及时通知操作人员进行处理。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (2)

1.一种基于装载机发动机的自动工况识别控制系统，其特征在于：所述该自动工况识别系统包括路面条件采集模块、发动机调节模块、燃料消耗控制模块、系统控制模块和远程数据传输模块；
所述路面条件采集模块、发动机调节模块、燃料消耗控制模块、远程数据传输模块与系统控制模块电连接；
所述路面调节采集模块包括用于对路面条件进行记录的高清摄像头和用于对路面条件进行分析的分析检测传感器；
所述高清摄像头与分析检测传感器电连接，分析检测传感器与系统控制模块电连接；
所述发动机调节模块包括用于对发动机的曲轴转速进行测量的转速测量仪和用于对发动机的功率进行测量的功率测量仪，转速测量仪采用SRM-04转速测量仪，功率测量采用ZR2080W3多功能仪表；
所述转速测量仪与功率测量仪电连接，转速测量仪与功率测量仪电与系统控制模块电连接；
所述燃料消耗控制模块包括用于监测发动机的运转状态的运转状态传感器和用于监测燃料使用情况的燃料监测器，所述运转状态传感器与燃料监测器电连接；
所述系统控制模块包括PLC芯片和用于存储数据的数据库；
所述PLC芯片分别与分析检测传感器、转速测量仪和功率测量仪电连接；
所述PLC芯片用于整个自动工况识别控制系统的控制，PLC芯片用于对检测传感器、转速测量仪和功率测量仪的数据进行分析处理，数据库用于对上传的数据进行存储；
所述远程数据传输模块包括但不限于移动通信模块或WiFi模块中的任意一种。
2.一种基于装载机发动机的自动工况识别控制方法，其特征在于:
S1、利用高清摄像头对路面条件进行摄像，将摄像的视频数据发送给分析检测传感器，分析检测传感器对视频数据进行分析，从而判断路面条件，将判定的路面条件发送给系统控制模块；
S2、利用转速测量仪对装载机发动机的转速进行测量，利用功率测量仪对装载机发动机的功率进行测量，将测量的数据发送给系统控制模块；
S3、利用运转状态传感器监测装载机发动机的运转状态，利用燃料监测器对装载机发动机使用的燃料消耗进行监测，燃料消耗在设定的阈值内，不向系统控制模块进行传输数据，当燃料消耗超出设定阈值，将燃料消耗数据发送给系统控制模块；
燃料消耗的阈值为1L/KM；
S4、利用PLC芯片对上传的路面条件分析、转速数值、功率数值和燃料消耗数值进行分析处理；
S5、系统控制模块将分析数据发送给远程数据传输模块，远程数据传输模块将数据发送给远程PC机；
所述步骤S4中，利用PLC芯片对上传的路面条件分析、转速数值、功率数值和燃料消耗数值进行分析处理，路面条件采集模块、发动机调节模块、燃料消耗控制模块与PLC芯片的输入端进行连接，远程数据传输模块与PLC芯片的输出端连接；
转速测量仪和功率测量仪分别在不同的时间对转载机发动机的转速和功率进行测量，所述采集的时间数据设定为T1、T2、T3、…、T(n-1)、Tn，当T1、T2、T3、…、T(n-1)、Tn的不同时间段进行测量时，转速测量仪测量的数据相对应的为X1、X2、X3、…、X(n-1)、Xn，功率测量仪测量的数据相对应的为Y1、Y2、Y3、…、Y(n-1)、Yn；
所述燃料监测器对装载机发动机使用的燃料消耗进行监测，当T1、T2、T3、…、T(n-1)、Tn的不同时间段进行测量时，所对应的燃料的消耗为N1、N2、N3、…、N(n-1)、Nn，当N1、N2、N3、…、N(n-1)、Nn中任意一值大于等于1L/KM，燃料监测器将监测的燃料 消耗数据发送给系统控制模块，系统控制模块测定转速测量仪测量的数据和功率测量仪测量的数据，根据以下公式：
Figure FDA0003352624160000021
当转速测量仪测量的数据和功率测量仪测量的数据满足上述公式时，系统控制模块判定为燃料消耗为正常，装载机发动机工况良好，系统控制模块不作处理，当转速测量仪测量的数据和功率测量仪测量的数据不满足上述公式时，系统控制模块判定为装载机发动机工况差，系统控制模块将测量的转速数据、功率数据和装载机发动机燃料消耗数据发送给远程数据传输模块，远程数据传输模块将数据发送给远程PC机，及时通知操作人员进行处理。
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