CN111726378A - 甘蔗收割机远程监控系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动控制领域，具体是一种甘蔗收割机远程监控系统及其控制方法。系统包括至少一个甘蔗收割机终端、远程服务器及监视客户端，所述甘蔗收割机终端包括工作参数采集传感器、AD采集模块、控制器、HMI人机界面、发动机ECU、can协议转换器、DTU无线数传模块、液压系统，所述工作参数采集传感器包括收割机姿态传感器、液压系统传感器、燃油油位传感器、工作系统转速传感器等，给出了系统的控制方法。可实现一名或多名管理人员对一台或多台甘蔗收割机的状态监控，可用于甘蔗收割机厂家或服务站对甘蔗收割机状态的监控及开展维保服务，也可应用于农场甘蔗收割机作业调度系统的辅助管理。有利于提高甘蔗收割机作业效率，减少大故障发生概率。

Description

甘蔗收割机远程监控系统及其控制方法

技术领域

本发明属自动控制领域，具体是一种甘蔗收割机远程监控系统及其控制方法。

背景技术

甘蔗收割机结构复杂，具备切梢、根部切割、输送、剥叶、切段、除杂及输运装车等功能系统，部分大型收割机还具备二级除杂系统，机手在操控收割机时，需不停调整切割高度、切梢器高度、扶倒器高度、行走速度，还要控制行走方向、调整输运装置等等，无法兼顾收割机各工作状态参数及发现故障隐患，在出现切割到石头导致卡滞、输送堵塞、液压系统漏油、发动机过热等常见故障隐患时，机手常常不能及时发现，导致较大故障的发生，维修成本高、时间长，耽误农时，损失巨大。

远程对处于工作中的甘蔗收割机进行统一实时工作参数及状态监控，并自动进行数据分析，出现故障隐患时，系统自动给收割机机手和监控管理人员发出提醒信号，也可由监控管理人员远程对收割机实施降速、停机等操作，将有效减少收割机大故障发生概率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种甘蔗收割机远程监控系统及其控制方法，系统可远程对处于工作中的一台或多台甘蔗收割机进行实时工作参数及状态监控，并自动进行数据分析，出现故障隐患时自动给收割机机手和监控管理人员发出提醒信号，并可由监控管理人员远程对作业中的任意一台甘蔗收割机实施降速、停机等操作。

本发明提供的甘蔗收割机远程监控系统包括至少一个甘蔗收割机终端、远程服务器及监视客户端，所述甘蔗收割机终端包括工作参数采集传感器、AD采集模块、控制器、HMI人机界面、发动机ECU、can协议转换器、DTU无线数传模块、液压系统，所述工作参数采集传感器包括收割机姿态传感器、液压系统传感器、燃油油位传感器、工作系统转速传感器等，所述收割机姿态传感器包括收割机倾斜角度传感器、切割刀盘高度传感器，所述液压系统传感器包括液压系统压力传感器、液压系统油温传感器、液压油箱油位传感器，所述液压系统压力传感器包括行走系统压力传感器、切割刀盘工作压力传感器、切段装置工作压力传感器、分离风机工作压力传感器、至少一个输送辊工作压力传感器等，所述工作系统转速传感器包括行走速度传感器、切割刀盘转速传感器、切段刀辊转速传感器、分离风机转速传感器及至少一个输送辊转速传感器。

所述AD采集模块连接收割机姿态传感器、液压系统传感器、燃油油箱油位传感器等所有模拟量传感器，所有模拟量传感器输出信号均为4-20mA或0-10V的模拟信号，所述AD采集模块将所有模拟量传感器信息转换为数字信息，通过通讯口送至所述控制器。

所述工作系统转速传感器连接所述控制器。

所述控制器为PLC可编程逻辑控制器，也可以采用封装成一体式嵌入式微机，具备串口通讯方式，所述控制器为甘蔗收割机集中控制逻辑控制器，控制器连接操控面板接收操控指令，按照所设计的控制程序控制甘蔗收割机的运转，并可通过串口向发动机ECU发送发动机调速、停机等指令，实现整个工作系统的有序工作。

所述HMI人机界面通过串口与控制器连接，显示工作系统参数，远程交互信息，同时通过集成的按键及触摸屏，设置控制器工作参数。

所述发动机ECU为电喷发动机控制器，发动机启停及调速由发动机ECU控制，发动机ECU通过canbus连接can协议转换器，发动机ECU采集发动机水温、机油压力、转速及油耗、扭矩、运行故障、工作时间累计等信息并通过canbus发出，所述can协议转换器负责can信号和串口信号的相互转换，使发动机ECU模块能与控制器实现数据的透明传输。

所述液压系统包括液压油泵、液压马达、液压油缸、电磁阀、比例阀等，用于驱动甘蔗收割机整个工作系统。

所述DTU无线数传模块为一种将串口数据与TCP/IP数据协议互转并通过无线网络传输的设备，DTU无线数传模块与控制器的串口连接，并将甘蔗收割机的工作参数及状态信息通过4G/3G/2G网络发送至所述远程服务器并接收远程服务器的指令。使用前将物联网卡插入DTU无线数传模块，利用计算机串口对DTU无线数传模块进行配置，设置DTU无线数传模块的工作模式，远程身份识别ID、监控服务器IP和端口，即可向远程服务器发送数据和接收远程服务器的数据。

所述远程服务器为设置在互联网中固定IP或固定域名的计算机，在没有注册固定IP或域名的情况下，可以租用云服务器，该远程服务器可通过互联网连接一个或多个甘蔗收割机客户端，通过识别甘蔗收割机客户端的DTU无线数传模块身份ID，区分不同甘蔗收割机客户端的数据，并将接收到的DTU无线数传模块数据存入对应的数据库进行数据分析。作为甘蔗收割机制造及售后服务方，根据数据可进行故障分析。数据分析时，由设计理论及实际工作经验数据，运用数据库语言设定数据库单项各工作参数的正常范围，或者多参数组合信息工作范围，实时筛选出不正常数据，以此判断甘蔗收割机是否出现故障或异常，出现故障或异常时，所述远程服务器通过移动短信平台向指定手机发送短信提醒，并将异常数据信息发送至甘蔗收割机客户端程序最前端，在甘蔗收割机客户端的HMI进行异常数据推送。作为收割机运营方，也可根据数据对收割机进行经济效益分析、运行维护管理分析，包含收割机工作情况统计，收割机保养统计及时效分析。

所述监视客户端至少有一台安装有监视程序软件的计算机，或至少有一台安装有监视app的手机。所述监视客户端也可以包含若干台安装有监视程序软件的计算机和若干台安装有监视app的手机。

所述收割机倾斜角度传感器安装在驾驶舱内，为抗震型双轴倾角仪，分别检测收割机水平和左右倾斜角度，收割机作业地块坡度较大时，容易引发收割机侧倾，危险系数较大。所述切割刀盘高度传感器安装在刀架结构件上，实时测量切割刀盘相对机架位置高度，切割刀盘高度信号由该传感器发出，机手可据该信号方便的操作控制切割刀盘的实时高度，远程监控时可根据该信号结合刀盘压力信号可反映地块垄高。

所述行走速度传感器安装在左右行走马达上，为霍尔类型脉冲传感器。反映收割机工作时的行走速度，是体现甘蔗收割作业效率的特征之一。

所述液压系统传感器采集工作中的甘蔗收割机关键点的液压系统压力、液压油温、液压油箱油位信息。液压系统压力是判断各部位液压正常工作的重要特征数据，合适的液压油温是液压系统正常工作的保证，温度过低，油的粘度大，流动性差，阻力大，工作效率低，油温过高，则会导致液压油的粘度降低，密封件老化严重，容易引起泄漏，效率下降等，液压油箱油位高低可用于判断液压系统渗漏、管路爆裂等。

所述工作系统转速传感器为安装在切割刀盘、切段刀辊、输送辊、分离风机上的测速传感器，该传感器为霍尔类型传感器，通过统计单位时间内的脉冲数计算其转速。通过转速信号并结合液压系统压力信号，可判断收割机作业时是否异常，根据设计理论和实践经验，作业时，转速和压力同时处于设定范围内，转速低容易引发掉蔗、含杂大、宿根破头等。

所述燃油油位传感器为安装在燃油油箱内的燃油液面高度测量传感器，可实时反馈油量、油耗信息，是甘蔗收割机作业经济效益的体现特征之一。

所述的监视客户端的计算机或手机连接上互联网后，监视客户端管理人员可通过程序选择作业现场的其中任意一个甘蔗收割机终端，查看该机的实时数据信息，同时计算机或手机可接收远程服务器发出的异常数据提示信息。在监视客户端管理人员认为需要远程干预甘蔗收割机工作时，监视客户端管理人员需先登录超级管理员账户通过服务器权限认证，才能在监视客户端的计算机或手机选择工作系统停机、发动机降速、发动机关闭等干预指令通过远程服务器向甘蔗收割机终端发送，甘蔗收割机终端的控制器接收到DTU无线数传模块的指令后即可直接关停工作系统，也可通过canbus向发动机ECU发送发动机调速、发送机关闭等指令。远程进行指令干预后，在甘蔗收割机终端的HMI显示器上显示收割机受远程干预指令的详情，实现远程与现场的交互。

一种上述甘蔗收割机远程监控系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：甘蔗收割机终端的工作参数传感器实时采集工作参数，其中转速传感器采集的参数直接传送到控制器进行标定和读取，模拟量传感器采集的参数经AD采集模块进行模数转换后传送到控制器进行标定和读取，can协议转换器将发动机ECU发出的can总线数据转换为串口数据上传控制器，同时接收控制器发送到ECU的控制指令，通过设置can协议转换器仅选择ECU发出的水温、机油压力、转速、扭矩、油耗及故障码信息发送至控制器；

步骤2：控制器对数据进行预处理，部分数据作为甘蔗收割机机手的参考数据，通过连接HMI人机界面于本机显示，根据采集的数据和机手操作指令，控制器给液压系统及发动机发送指令信号；

步骤3：控制器与DTU无线数传模块进行数据交互，其中传感器信息、工作状态信息由控制器提供给DTU无线数传模块发出，同时控制器接收DTU无线数传模块的远程控制信息；

步骤4：远程服务器通过对甘蔗收割机终端的DTU无线数传模块ID信息的识别，分别存储不同甘蔗收割机终端的数据，再分类存储传感器数据及工作信息于数据库中，同时远程服务器设置甘蔗收割机客户端用户管理数据库，甄别甘蔗收割机客户端访问服务器的不同权限；

步骤5：通过数据库程序，从运营维护管理和故障分析两方面分析数据库数据，分析信息直接推送至甘蔗收割机客户端，对故障分析后的异常信息则向监视客户端发送，同时通过移动短信平台向监视客户端用户发送短信告知；

步骤6：监视客户端用户登录客户端程序查看甘蔗收割机工作状态信息，监视客户端用户可以远程选择调速、停机等指令，远程服务器根据监视客户端登录用户权限的不同，决定是否向DTU无线数传模块发送指令或者反馈权限不足的提示；

步骤7：权限一致时，远程服务器向对应ID的DTU无线数传模块转发远程控制指令，由DTU无线数传模块传送至控制器，控制器向发动机ECU或液压系统发送对应的工作指令。

本发明甘蔗收割机远程监控系统及其控制方法可实现一名或多名管理人员对一台或多台甘蔗收割机的状态监控，可用于甘蔗收割机厂家或服务站对甘蔗收割机状态的监控及开展维保服务，也可应用于农场甘蔗收割机作业调度系统的辅助管理。有利于提高甘蔗收割机作业效率，减少大故障发生概率。

附图说明

图1为本发明甘蔗收割机远程监控系统示意图。

图2为本发明甘蔗收割机远程监控系统的控制方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，甘蔗收割机远程监控系统包括甘蔗收割机终端1、远程服务器2及监视客户端3，其中甘蔗收割机终端1包括工作参数采集传感器1.1、AD采集模块1.2、控制器1.3、HMI人机界面1.4、发动机ECU1.5、can协议转换器1.6、DTU无线数传模块1.7、液压系统1.8，工作参数采集传感器1.1又包括收割机姿态传感器1.1.1、液压系统传感器1.1.2、燃油油位传感器1.1.3、工作系统转速传感器1.1.4。图1中，收割机姿态传感器1.1.1包括收割机倾斜角度传感器、切割刀盘高度传感器，图中工作系统转速传感器1.1.4又包括行走速度传感器、切割刀盘转速传感器、切段刀辊转速传感器、分离风机转速传感器及至少一个输送辊转速传感器，图中液压系统传感器1.1.3包括液压系统压力传感器、液压系统油温传感器、液压油箱油位传感器，所述液压系统压力传感器包括行走系统压力传感器、切割刀盘工作压力传感器、切段装置工作压力传感器、分离风机工作压力传感器、至少一个输送辊工作压力传感器等，图中不再一一列示。

如图1所示，在甘蔗收割机终端1中，收割机姿态传感器1.1.1、液压系统传感器1.1.2、燃油油箱油位传感器1.1.3等所有模拟量传感器与AD采集模块1.2连接，所有模拟量传感器输出信号均为4-20mA或0-10V的模拟信号， AD采集模块1.2将所有模拟量传感器信息转换为数字信息，通过通讯口送至控制器1.3，工作系统转速传感器1.1.4连接控制器1.3；控制器1.3为PLC可编程逻辑控制器，也可以采用封装成一体式嵌入式微机，具备串口通讯方式，控制器1.3为甘蔗收割机集中控制逻辑控制器，控制器1.3连接操控面板接收操控指令，按照所设计的控制程序控制甘蔗收割机的运转，并可通过串口向发动机ECU1.5发送发动机调速、停机等指令，实现整个工作系统的有序工作；HMI人机界面1.4通过串口与控制器1.3连接，显示工作系统参数，远程交互信息，同时通过集成的按键及触摸屏，设置控制器1.3工作参数；发动机ECU1.5为电喷发动机控制器，发动机启停及调速由发动机ECU1.5控制，发动机ECU1.5通过canbus连接can协议转换器1.6，发动机水温、机油压力、转速及油耗、扭矩、运行故障、工作时间累计等信息由发动机ECU1.5采集并通过canbus发出， can协议转换器1.6负责can信号和串口信号的相互转换，使发动机ECU1.5能与控制器1.3实现数据的透明传输； DTU无线数传模块1.7为一种将串口数据与TCP/IP数据协议互转并通过无线网络传输的设备，DTU无线数传模块1.7与控制器1.3的串口连接，并将甘蔗收割机的工作参数及状态信息通过4G/3G/2G网络发送至远程服务器2并接收远程服务器2的指令，使用前将物联网卡插入DTU无线数传模块1.7，利用计算机串口对DTU无线数传模块1.7进行配置，设置DTU无线数传模块1.7的工作模式，远程身份识别ID、监控服务器IP和端口，即可向远程服务器2发送数据和接收远程服务器2的数据。

图1中，液压系统1.8包括液压油泵、液压马达、液压油缸、电磁阀、比例阀等，用于驱动甘蔗收割机整个工作系统，图中未列示液压油泵、液压马达、液压油缸、电磁阀、比例阀等。

如图1所示，远程服务器2为设置在互联网中固定IP或固定域名的计算机，在没有注册固定IP或域名的情况下，可以租用云服务器。图1的实施例中，只有一个甘蔗收割机客户端1，可以增加若干个甘蔗收割机客户端1连接到远程服务器2，远程服务器2可通过互联网连接一个或多个甘蔗收割机客户端1，通过识别甘蔗收割机客户端1的DTU无线数传模块1.7身份ID，区分不同甘蔗收割机客户端1的数据，并将接收到的DTU无线数传模块1.7数据存入对应的数据库进行数据分析。监视客户端3为安装有监视程序软件的计算机3.1，也可以是安装有监视app的手机3.2。监视客户端3也可以包含若干台安装有监视程序软件的计算机3.1和若干台安装有监视app的手机3.2。

如图2所示，上述甘蔗收割机远程监控系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：甘蔗收割机终端的传感器实时采集工作参数，其中转速传感器采集的参数直接传送到控制器进行标定和读取，模拟量传感器采集的参数经AD采集模块进行模数转换后传送到控制器进行标定和读取，协议转换器将发动机ECU发出的can总线数据转换为串口数据上传控制器，同时接收控制器发送到ECU的控制指令，设置协议转换器仅选择ECU发出的水温、机油压力、转速、扭矩、油耗及故障码信息发送至控制器；

步骤2：控制器对数据进行预处理，部分数据为现场机手参考数据，通过连接HMI人机界面于本地显示，根据采集的数据和现场机手操作指令，控制器给液压系统及发动机发送指令信号工作；

步骤3：控制器与DTU无线数传模块进行数据交互，其中传感器信息、工作状态信息由控制器提供给DTU无线数传模块发出，同时控制器接收DTU无线数传模块的远程控制信息；

步骤4：远程服务器通过对甘蔗收割机终端的DTU无线数传模块ID信息的识别，分别存储不同甘蔗收割机终端的数据，再分类存储传感器数据及工作信息于数据库中，同时远程服务器设置甘蔗收割机客户端用户管理数据库，甄别甘蔗收割机客户端访问服务器的不同权限；

步骤5：通过数据库程序，从运营维护管理和故障分析两方面分析数据库数据，分析信息直接推送至甘蔗收割机客户端，对故障分析后的异常信息则向监视客户端发送，同时向监视客户端用户发送短信告知；

步骤6：监视客户端用户登录客户端程序查看收割机工作状态信息，监视客户端可以远程选择调速、停机等指令，远程服务器根据监视客户端登录用户权限的不同，决定是否向DTU无线数传模块发送指令或者反馈权限不足的提示；

步骤7：权限一致时，远程服务器向对应ID的DTU无线数传模块转发控制指令，由DTU无线数传模块传送至控制器，控制器向发动机ECU或液压系统发送对应的工作指令。

Claims (7)

1.一种甘蔗收割机远程监控系统，包括至少一个甘蔗收割机终端、远程服务器及监视客户端，所述甘蔗收割机终端包括工作参数采集传感器、AD采集模块、控制器、HMI人机界面、发动机ECU、can协议转换器、DTU无线数传模块、液压系统，所述工作参数采集传感器包括收割机姿态传感器、液压系统传感器、燃油油位传感器、工作系统转速传感器等，所述收割机姿态传感器包括收割机倾斜角度传感器、切割刀盘高度传感器，所述液压系统传感器包括液压系统压力传感器、液压系统油温传感器、液压油箱油位传感器，所述液压系统压力传感器包括行走系统压力传感器、切割刀盘工作压力传感器、切段装置工作压力传感器、分离风机工作压力传感器、至少一个输送辊工作压力传感器等，所述工作系统转速传感器包括行走速度传感器、切割刀盘转速传感器、切段刀辊转速传感器、分离风机转速传感器及至少一个输送辊转速传感器；

所述AD采集模块连接收割机姿态传感器、液压系统传感器、燃油油箱油位传感器等所有模拟量传感器，所述AD采集模块将所有模拟量传感器信息转换为数字信息，通过通讯口送至所述控制器；

所述工作系统转速传感器连接所述控制器；

所述控制器为PLC可编程逻辑控制器，所述控制器为甘蔗收割机集中控制逻辑控制器，控制器连接操控面板接收操控指令，按照所设计的控制程序控制甘蔗收割机的运转，并可通过串口向发动机ECU发送发动机调速、停机等指令；

所述HMI人机界面通过串口与所述控制器连接，显示工作系统参数，远程交互信息，同时通过集成的按键及触摸屏，设置控制器工作参数；

所述发动机ECU为电喷发动机控制器，发动机启停及调速由发动机ECU控制，发动机ECU通过canbus连接can协议转换器，发动机ECU采集发动机水温、机油压力、转速及油耗、扭矩、运行故障、工作时间累计等信息并通过canbus发出，所述can协议转换器负责can信号和串口信号的相互转换，使发动机ECU模块能与控制器实现数据的透明传输；

所述液压系统包括液压油泵、液压马达、液压油缸、电磁阀、比例阀等，用于驱动甘蔗收割机整个工作系统；

所述DTU无线数传模块为一种将串口数据与TCP/IP数据协议互转并通过无线网络传输的设备，DTU无线数传模块与控制器的串口连接，并将甘蔗收割机的工作参数及状态信息通过4G/3G/2G网络发送至所述远程服务器并接收远程服务器的指令；

所述远程服务器为设置在互联网中固定IP的计算机。

2.根据权利要求1所述的甘蔗收割机远程监控系统，其特征在于所述监视客户端至少有一台安装有监视程序软件的计算机，或至少有一台安装有监视app的手机。

3.根据权利要求1所述的甘蔗收割机远程监控系统，其特征在于所述监视客户端至少有一台安装有监视app的手机。

4.根据权利要求1、2或3所述的甘蔗收割机远程监控系统，其特征在于所述收割机倾斜角度传感器安装在驾驶舱内，为抗震型双轴倾角仪，所述切割刀盘高度传感器安装在刀架结构件上，实时测量切割刀盘相对机架位置高度。

5.根据权利要求1、2或3所述的甘蔗收割机远程监控系统，其特征在于所述行走速度传感器安装在左右行走马达上，所述工作系统转速传感器为安装在切割刀盘、切段刀辊、输送辊、分离风机上的测速传感器，所述传感器为霍尔类型传感器，通过统计单位时间内的脉冲数计算其转速。

6.根据权利要求4所述的甘蔗收割机远程监控系统，其特征在于所述行走速度传感器安装在左右行走马达上，所述工作系统转速传感器为安装在切割刀盘、切段刀辊、输送辊、分离风机上的测速传感器，所述传感器为霍尔类型传感器，通过统计单位时间内的脉冲数计算其转速。

7.一种上述甘蔗收割机远程监控系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：甘蔗收割机终端的工作参数传感器实时采集工作参数，其中转速传感器采集的参数直接传送到控制器进行标定和读取，模拟量传感器采集的参数经AD采集模块进行模数转换后传送到控制器进行标定和读取，can协议转换器将发动机ECU发出的can总线数据转换为串口数据上传控制器，同时接收控制器发送到ECU的控制指令，通过设置can协议转换器仅选择ECU发出的水温、机油压力、转速、扭矩、油耗及故障码信息发送至控制器；

步骤2：控制器对数据进行预处理，部分数据作为甘蔗收割机机手的参考数据，通过连接HMI人机界面于本机显示，根据采集的数据和机手操作指令，控制器给液压系统及发动机发送指令信号；

步骤3：控制器与DTU无线数传模块进行数据交互，其中传感器信息、工作状态信息由控制器提供给DTU无线数传模块发出，同时控制器接收DTU无线数传模块的远程控制信息；

步骤4：远程服务器通过对甘蔗收割机终端的DTU无线数传模块ID信息的识别，分别存储不同甘蔗收割机终端的数据，再分类存储传感器数据及工作信息于数据库中，同时远程服务器设置甘蔗收割机客户端用户管理数据库，甄别甘蔗收割机客户端访问服务器的不同权限；

步骤5：通过数据库程序，从运营维护管理和故障分析两方面分析数据库数据，分析信息直接推送至甘蔗收割机客户端，对故障分析后的异常信息则向监视客户端发送，同时通过移动短信平台向监视客户端用户发送短信告知；

步骤6：监视客户端用户登录客户端程序查看甘蔗收割机工作状态信息，监视客户端用户可以远程选择调速、停机等指令，远程服务器根据监视客户端登录用户权限的不同，决定是否向DTU无线数传模块发送指令或者反馈权限不足的提示；

步骤7：权限一致时，远程服务器向对应ID的DTU无线数传模块转发远程控制指令，由DTU无线数传模块传送至控制器，控制器向发动机ECU或液压系统发送对应的工作指令。

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