CN210134929U - 工程机械信息化系统、工程机械及掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于工程机械集成信息设备领域，特别涉及一种工程机械信息化系统、工程机械及掘进机，该系统包含：若干采集设备，用于接收工程机械信息输入并采集工程机械各部件的运行数据；主控制器，用于接收采集设备的传输数据并根据传输数据分析工程机械运行状态，将分析结果存储并通过通信网络上传至工程机械远端管理系统平台。本实用新型提高工程机械施工效率，实现施工现场少人化、无人化作业，通过将施工现场数据反馈至后台，能够实现数据共享以及通过后台或终端设备对施工现场工程机械运行情况进行实时远程监控，保证工程机械施工现场作业质量，提高其现场作业的数字化、信息化管理水平，具有较强工程应用前景。

Description

工程机械信息化系统、工程机械及掘进机

技术领域

本实用新型属于工程机械集成信息设备领域，特别涉及一种工程机械信息化系统、工程机械及掘进机。

背景技术

工程机械是国家基础建设的重要保障，经过多年的发展已形成完善的行业分类和产品体系。纵然品类众多，对其设计和使用要求却大体相同：第一，工程质量是重中之重，对机械作业质量的要求越来越高，机电液一体化技术得到了广泛的应用。第二，工程机械工况复杂，作业对象多变，常常在变载荷情况下工作，对设备的可靠性和适应能力有较高的要求。第三，设备工作装置与作业对象的相互作用过程和机理的研究，是设计设备和改善其性能的关键。工程机械运行数据是设备性能和工况的直接体现，随着相关技术的发展，使工程机械数字化、信息化技术方案实施成为可能。但目前工程机械信息化产品设备集成度低、无法及时反馈施工现场数据至后台中心。以矿山机械中悬臂掘进机为例，作为一种高效灵活的掘进设备，已经广泛应用于巷道和隧道的掘进施工；但由于工作环境恶劣，高粉尘、高振动，现阶段掘进机的生产作业主要还是以人工操作、现场监控为主要手段。相关数字化信息化技术水平较低、信息化产品设备较少。

发明内容

为此，本实用新型提供一种工程机械信息化系统、工程机械及掘进机，提高工程机械施工效率，实现施工现场少人化、无人化作业，通过将施工现场数据反馈至后台，能够实现数据共享以及通过后台或终端设备对施工现场工程机械运行情况进行实时远程监控，保证工程机械施工现场作业质量，提高其现场作业的数字化、信息化管理水平。

按照本实用新型所提供的设计方案，一种工程机械信息化系统，包含：

若干采集设备，用于接收工程机械信息输入并采集工程机械各部件的运行数据；

主控制器，用于接收采集设备的传输数据并根据传输数据分析工程机械运行状态，将分析结果存储并通过通信网络上传至工程机械远端管理系统平台或现场移动终端。

上述的，还包含设置在工程机械各个检测点的信号采集箱，每个信号采集箱用于接收采集到的对应检测点周边部件的运行数据并分别通过数据总线传输至主控制器。

上述的，采集设备接收的运行数据，至少包含工程机械控制台输入数据，及各个工程机械各部件通过传感器采集的运行数据。

上述的，还包含有用于采集工程机械施工环境视频数据的录像设备，该录像设备与主控制器连接。

优选的，主控制器连接有用于显示信息输入、运行数据、时间节点、各部件运行状态及现场视频数据的显示模块。

上述的，通信网络采用有线通信网络或无线通信网络。

进一步地，本实用新型还提供一种工程机械，该工程机械上设置有上述的工程机械信息化系统。

进一步地，本实用新型还提供一种掘进机，该掘进机设置有上述的工程机械信息化系统。

上述的掘进机中，采集的掘进机各部件运行数据，至少包含：截割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支撑部、泵站、液压油箱及电控箱的运行数据。

上述的掘进机中，各部件运行数据通过设置在各检测点的信号采集箱上传至主控制器。

本实用新型的有益效果：

1、针对现有工程机械施工作业中信息化设备少、信息化水平低等的情形，本实用新型通过采集设备获取工程机械实时作业数据并传输至主控制器，主控制器对作业数据进行运行状态等的数据分析处理和存储，将分析结果发给远端管理系统平台，供远程监控等，可远程实现工程施工的信息可视化，有效规避和降低工程机械施工作业现场的安全风险，提高工程机械施工作业效率和施工信息化管理水平，实现少人化、无人化的行业需求和发展趋势。

2、针对矿山机械中的掘进作业设备，因工作环境恶略，高粉尘、高振动等，均会影响到施工现场作业人员的人身安全，为此，本实用新型中通过将工程机械信息化系统应用到掘进机上，通过采集设备对施工现场的掘进机运行状态进行数据采集，并将采集到的运行状态参数等数据传输至主控制器进行分析处理，主控制器对分析处理结果进行存储或反馈至远端管理系统平台，以实现远程掘进作业的信息可视化，能够实现掘进现场的少人化、无人化作业，大大降低掘进作业的现场事故，保障作业人员人身安全，实现掘进机施工现场的信息化、数字化管理水平，提高掘进施工效率和施工质量。

附图说明：

图1为实施例中信息化系统示意图一；

图2为实施例中信息化系统示意图二；

图3为实施例中信息化系统示意图三；

图4为实施例中工程机械信息化系统的设备原理图；

图5为实施例中掘进机信息化系统的设备架构示意图；

图6为实施例中掘进机信息化系统的设备集群信息化示意图；

图7为实施例中掘进机信息化系统工作原理框图；

图8为实施例中掘进机示意图。

具体实施方式：

图中标号，标号1代表截割部，标号2代表铲板部，标号3代表本体部，标号4代表无线发射模块，标号5代表显示模块，标号6代表泵站，标号7代表信号采集箱，标号8代表油箱，标号9代表第一运输机，标号10代表后支撑，标号11代表数据存储模块，标号12代表电控箱，标号13代表行走部。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和技术方案对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型实施例，参见图1所示，提供一种工程机械信息化系统，包含：

若干采集设备，用于接收工程机械信息输入并采集工程机械各部件的运行数据；

主控制器，用于接收采集设备的传输数据并根据传输数据分析工程机械运行状态，将分析结果存储并通过通信网络上传至工程机械远端管理系统平台或现场移动终端。

通过采集设备获取工程机械实时作业数据并传输至主控制器，主控制器对作业数据进行运行状态等的数据分析处理和存储，将分析结果发给远端管理系统平台，供远程监控等，可远程实现工程施工的信息可视化，有效规避和降低工程机械施工作业现场的安全风险，提高工程机械施工作业效率和施工信息化管理水平，实现少人化、无人化的行业需求和发展趋势。

进一步地，当工程机械部件信息化传感器较多时，为节约主控制器输入结点，参见图2所示，本实用新型的实施例中还包含设置在工程机械各个检测点的信号采集箱，每个信号采集箱用于接收采集到的对应检测点周边部件的运行数据并分别通过数据总线传输至主控制器；传感器可根据就近原则接入相应信号采集箱，采集箱将接收到的数据通过总线方式上传传感器等数据至主控制器。

进一步地，采集设备可包含工程机械部件的传感器和用于获取信息化控制和参数设定数据的控制台信息输入设备，本实用新型实施例中，采集设备接收的运行数据，至少包含工程机械控制台输入数据，及各个工程机械各部件通过传感器采集的运行数据。

进一步地，参见图3所示，还包含有用于采集工程机械施工环境视频数据的录像设备，该录像设备与主控制器连接。

进一步地，主控制器连接有用于显示信息输入、运行数据、时间节点、各部件运行状态及现场视频数据的显示模块。

进一步地，通信网络采用有线通信网络或无线通信网络。

基于上述的工程机械信息化系统，本实用新型实施例还提供一种工程机械，该工程机械上设置有上述的工程机械信息化系统。

基于上述的工程机械信息化系统，本实用新型实施例还提供一种掘进机，该掘进机设置有上述的工程机械信息化系统。

上述的掘进机中，采集的掘进机各部件运行数据，至少包含：截割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支撑部、泵站、液压油箱及电控箱的运行数据。

上述的掘进机中，各部件运行数据通过设置在各检测点的信号采集箱上传至主控制器。

基于上述的工程机械信息化系统，本实用新型实施例中的掘进机信息化原理如下：

采集设备获取掘进机各部件运行状态数据，并反馈至主控制器，其中，部件运行状态数据至少包含：时间数据、运行状态数据、视频数据及现场录入数据，时间数据至少包含掘进机停开机时间、油泵启停时间、截割电机启停时间、部件故障状态时间及部件运行时间；运行状态数据至少包含掘进机电流数据、电压数据、温度数据、压力数据、流量数据、液位数据及位姿数据；视频数据通过机载视频监视系统获取，至少包含截割部视频监控数据、铲板部运行监视数据及第一运输机监控数据；现场录入数据至少包含截齿消耗数据、进尺截割方量数据及部件更换数据；

主控制器对各部件运行状态数据进行处理分析、存储和分级显示，并通过通信网络将数据发送至远端管理系统平台和/或现场移动终端；

现场移动终端对接收到的数据进行数据处理，该数据处理包含掘进机信息显示，历史数据的周期存储归档，运行数据实时监控，掘进情况日报形成和预警值设定及数值预警；远端管理系统平台对接收到的数据以时间、地点和掘进机编号为特征点进行设备的集群信息化，通过对集群信息化的数据进行功能提炼，实现设备运行数据参数的归档、报表类别分析、故障统计分析、设备配置推荐及设备维护策略制定。

下面结合附图4～8对本实用新型实施例中的技术方案，做进一步的详细阐述：

参见图4～8所示，掘进机中信息化系统通过采集设备将采集到的数据传输至主控制器，主控制器对数据进行分析处理，该整个信息化系统的数据采集及分析过程中的信息化可包含部件信息化模块、设备信息化模块、设备集群信息化模块和外部信息输入模块，其中，外部信息输入：在工程机械信息化过程中各阶段的信息输入，包括部件信息化中测试点传感器数据的输入、设备信息化中现场数据的录入及设备集群信息化中控制和参数设定数据。部件信息化：按照工程机械不同部件为单元，对部件功能进行分析和特征提炼，确定各部件需要信息化的运行特征物理参数，根据不同的物理参数选型传感器或变送器，当工程机械部件信息化传感器较多时，为节约主控器输入节点，在设备合适位置上设计安装信息号采集箱，传感器根据就近原则接入相应采集箱，采集箱通过总线的方式上传传感器数据至主控器。设备信息化主要包括三部分：机械部件信息化、电气部件信息化及液压部件信息化；具体细分为截割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支撑、泵站、油箱、电控箱等部件，其采集设备获取的运行数据信息如下：

截割部：回转支撑油缸压力、回转支撑油缸行程、截割电机温度(前端盖温度、后端盖温度、高速绕组温度、低速绕组温度)、截割减速机温度、齿轮油液位；

铲板部：星轮马达运行压力、星轮马达运行流量；

第一运输机：一运马达运行压力、一运马达运行流量；

本体部：本体振动加速度(X轴、Y轴、Z轴)、本体倾角(俯仰角度、侧向滚动角)；

行走部：行走马达运行压力、行走马达运行流量；

后支撑部：支撑油缸压力、支撑油缸行程；

泵站：前泵P口压力、前泵Ls口压力、中泵P口压力、中泵Ls口压力、后泵P口压力、后泵Ls口压力；

液压油箱：液压油温度、液压油液位、出油压力、回油压力；

电控箱：各回路电流、各回路电压；

需要说明的是上述部件信息化并不是唯一的，根据不同工程机械功能和结构会不尽相同，但部件信息化方案构思大体相同。部件信息化数据可通过采集箱或隔离栅上传至主控器，由主控器进行处理、判断及处理。设备信息化在部件信息化基础上，通过设备主控系统的部件信息化数据处理基础上实现。图7中，信息化实现的硬件实现方案：部件信息化主要对设备中液压泵、马达、阀块、油缸及电机等部件进行运行参数数字化，通过各种传感器将物理信号转化为数字信号，作为设备信息化的数据基础。设备信息化硬件实现方案主要包括主控器(用于数据的处理)、显示模块、信号隔离、数据转换模块、数据存储模块、外置优盘设备、无线发射端及终端移动监控设备，主要实现设备数据采集、处理、显示、传输及存储。设备集群信息化：通过有线或无线的方式接收设备信息化上传的数据，将数据以时间、地点、及设备编号为特征点，进行数据处理分析，根据特定工程机械进行功能提炼。掘进机中，将部件信息化数据可分为四类：时间数据、设备状态数据、视频数据及现场录入数据。

时间数据：设备停开机时间、油泵启停时间、截割电机启停时间、故障状态时间、关重部件运行时间。设备状态数据：电流数据、电压数据、温度数据、压力数据、流量数据、液位数据、设备位姿数据(油缸行程、机身倾角)。视频数据：来源于机载视频监视系统，主要包括：截割部视频监控数据、铲板部运行监视系统数据、一运视频监控数据。现场录入数据：截齿消耗数据、进尺截割方量数据、配件更换数据。

掘进机主控制器将上述四种数据进行处理分析，并通过显示模块进行分级显示，同时通过数据转换模块将特定数据通过无线发射端发送，同时数据存储模块对相关数据进行存储；便于内嵌有软件平台的现场终端移动设备进行数据的无线接收，终端设备软件平台根据实际使用需求，其主要功能可划分为显示和数据录入，具体细化如下：(1)设备信息：可查看主机信息、输入输出状态等。(2)历史数据：按设定周期存储数据归档并可选上传。(3)设备监控：对设备运行参数实时监控。(4)掘进日报：对当班掘进情况形成简报并发送。(5)参数设置：对设备报警阈值等信息进行设定。(6)软件设置：设置软件自身的适配信息。

设备集群信息化是在设备信息化基础上实现的，设备信息化数据流通过无线或有线的方式上传至远端管理系统平台，将数据以时间、地点、及设备编号为特征点，进行数据处理分析，根据特定工程机械进行功能提炼。掘进机中，设备集群的提炼功能主要有：设备开机率、设备截割效率、设备维保信息、设备运行信息、设备损耗信息、现场视频回放、操作技能评估、施工成本核算、施工进度预估、远程参数设定。具体可设计为：(1)数据解析归档功能。(2)按类别报表分析功能。(3)故障统计分析功能。(4)掘进机配置智能推荐功能。(5)掘进机维护策略制定。

以掘进机中油箱部件中回油压力为例，简单说明本实用新型中信息化系统信息流的产生处理和使用：在信息化系统中提炼油箱液压油的污染是主要监控对象之一，通过在油箱液压油回流口加装压力传感器，通过压力传感器的变化可以反映液压油的污染程度，以上是部件信息化过程；回油压力传感器数据直接或通过采集箱上传至主控制器，通过处理显示存储及预警报警过程，同时现场移动终端设备可录入该设备更换回油过滤器的时间，为设备信息化部分。回油压力数据、滤芯更换时间数据上传至远端平台，远端根据压力的变化并结合滤芯更换时间数据的分析，输出设备的维保信息、故障信息及损耗信息，同时根据其它同等设备的同类数据关联分析挖掘，输出设备维保策略，属于设备集群信息化。同样的其它信息化功能和过程大体相同，不再赘述。需要说明的是，当设备本地计算资源足够时，设备集集群信息化相关功能也可在设备本机上实现。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种工程机械信息化系统，其特征在于，包含：

若干采集设备，用于接收工程机械信息输入并采集工程机械各部件的运行数据；

主控制器，用于接收采集设备的传输数据并根据传输数据分析工程机械运行状态，将分析结果存储并通过通信网络上传至工程机械远端管理系统平台或现场移动终端。

2.根据权利要求1所述的工程机械信息化系统，其特征在于，还包含设置在工程机械各个检测点的信号采集箱，每个信号采集箱用于接收采集设备采集到的对应检测点周边部件的运行数据并分别通过数据总线传输至主控制器。

3.根据权利要求1所述的工程机械信息化系统，其特征在于，采集设备接收的运行数据，至少包含工程机械控制台输入数据，及各个工程机械各部件通过传感器采集的运行数据。

4.根据权利要求1所述的工程机械信息化系统，其特征在于，还包含有用于采集工程机械施工环境视频数据的录像设备，该录像设备与主控制器连接。

5.根据权利要求4所述的工程机械信息化系统，其特征在于，主控制器连接有用于显示信息输入、运行数据、时间节点、各部件运行状态及现场视频数据的显示模块。

6.根据权利要求1所述的工程机械信息化系统，其特征在于，通信网络采用有线通信网络或无线通信网络。

7.一种工程机械，其特征在于，该工程机械上设置有权利要求1～6任一项所述的工程机械信息化系统。

8.一种掘进机，其特征在于，该掘进机上设置有权利要求1～6任一项所述的工程机械信息化系统。

9.根据权利要求8所述的掘进机，其特征在于，采集的掘进机各部件运行数据，至少包含：截割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支撑部、泵站、液压油箱及电控箱的运行数据。

10.根据权利要求8或9所述的掘进机，其特征在于，各部件运行数据通过设置在各检测点的信号采集箱上传至主控制器。

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