一种挖掘机的工况采集系统

2020-01-03张增涛赵存存

设备管理与维修 2019年24期

张增涛，段勇，赵存存

（滨州医学院附属医院，山东滨州 256603）

0 引言

随着国家经济的发展，挖掘机广泛用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口和国防等工程领域。在实际使用过程中，挖掘机的工作环境一般比较恶劣，因而故障频发，施工效率大大降低。因此，要对故障件进行实验室的分析与改进，就要了解工程机械的实际工况，从而进行有针对的试验，为挖掘机的改进提供技术支持。目前工况信息主要靠人工去现场采集，了解挖掘机的使用环境，但是由于缺乏相应的手段而不能对整机系统进行工况测试，产品无法得到及时改进。针对上述现有技术存在的问题，本项目提供了一种挖掘机远程工况采集系统及方法，可以实时、准确地采集挖掘机的实际工况，为故障件进行实验室的分析与改进提供技术支持。

1 系统方案

这种挖掘机工况采集系统包括传感器模块、信号处理模块、车载电子监控器、无线传输模块、监控中心等组成（图1）：传感器模块包括温度传感器组、振动传感器组、电压传感器组、电流传感器组以及其他传感器组等；信号处理模块包括A/D 转换单元、滤波处理单元、信号处理单元等；车载电子监控器实时接受传感器传输过来的信号；无线传输模块包括无线数据发送单元、无线传输通道、无线数据接受单元等；监控中心发送工况数据采集指令和实时接受无线传输模块传输过来的工况信息。

传感器模块是信号采集模块，实时采集挖掘机工作状态下的各个器件的温度、振动、电压、电流等数据。采集到的数据需要经过信号处理模块，信号处理模块包括A/D 转换单元、滤波处理单元、信号处理单元，把各类信号进行模拟到数字的转换，并进行滤波处理、信号处理。经过信号处理后，都传输到车载电子监控器。车载电子监控器有内部存储和外部存储，在无线网络正常时，接受的信号中转实时传输给无线传输模块，当无线网络异常时，接受的信息暂时存储到大容量的外部存储卡。

无线传输模块包括无线数据发送单元、无线传输通道、无线数据接受单元，负责把电子监控器传输过来的数据实时发送到监控中心，并把监控中心的指令传输给车载电子监控器。监控中心则把无线传输模块传过来的信号进行分类整理，得到各个器件的实际工况，并以文档形式存档。

图1 挖掘机工况采集系统

2 采集流程

工况的采集流程如图2 所示：传感器组模块采集挖掘机上各类工况信号，发送到信号处理模块，进行A/D 转换、滤波、信号处理，并将数据发送到电子监控器；电子监控器进行初步存储后将数据传送到无线传输模块，无线传输模块将数据发送给监控中心；监控中心对数据进行分类整理，最终得到各个器件的实际工况。

图2 工况采集流程

3 硬件设计

本系统采用了一款两线制一体化产品，输出4～20 mA 信号，采用高品质磁电式原理进行信号处理，有输出波形稳定、抗干扰能力强等特性，电流输出稳定可靠。

（1）车载控制器。本系统采用的是可以在恶劣坏境下工作的一款功能强大的车载控制器TTC200，采用32 位飞思卡尔MPC555 处理器。TTC200 符合IEC 61508 国际标准进行设计，具有TTP 的单机版本和网络版本（图3）。

（2）温度传感器。温度传感器选用的是DS18B20 可编程集成器件，分辨率默认为0.062 5，单总线方式，数字量输出，采集信号方便。

图3 TTC200 控制器功能

（3）振动传感器。在工程振动测试领域中，测试手段与方法多种多样，但是按各种参数的测量方法及测量过程的物理性质，可以分成机械式、光学式、电测式3 类。电测式是将工程振动的参量转换成电信号，经电子线路放大后显示和记录，其要点在于先将机械振动量转换为电量（电动势、电荷及其他电量），然后再对电量进行测量，从而得到所要测量的机械量。这也是目前应用得最广泛的测量方法。

（4）信号处理模块。信号处理模块包括A/D 转换单元、滤波处理单元和信号处理单元。A/D 转换单元包括多路通道，能同时处理多个采集信号，需要通过滤波消除干扰，经过信号处理单元处理后传输给车载控制器。

（5）无线传输模块。通过移动通信网络进行无线传输，有高速传输、实时在线、快速登录、覆盖范围广等特点。目前发展迅速的4G 网络、5G 网络，适用于大容量、高速的数据传输，在GPRS网络状态良好的情况下，优先通过GPRS 通信方式将挖掘机的温度等工况信息传输到监控中心并接受监控中心的指令。