一种推土机安全控制系统及方法与流程

本发明涉及一种安全控制系统及方法，特别是涉及一种推土机安全控制系统及方法，属于工程作业安全技术领域。

背景技术：

目前，160马力以上中大型推土机在施工时主要靠驾驶员的主观意识控制，由于受到视线、操作习惯以及人的精神状态等诸多人为因素的影响，普遍存在两个弊端：1、操作因人而异存在潜在安全隐患，存在因操作不当引起的安全事故，造成人身财产损失；2、由于使用不当造成机器长时间过载或超负荷运行造成机器故障，通常发现故障时已经错过维修的最佳时机，由于大中型推土机自身价值及维修成本较高，出现故障时需要花费大量的人力物力成本。

针对以上弊端，有必要设计一种专门的控制方法用于推土机安全操作自动控制，以避免因操作不当而引发意外的人身及财产安全事故。

技术实现要素：

本发明的主要目的是为了提供一种推土机安全控制系统及方法，通过运用单片机控制、can总线通讯、gps远程数据传输与定位进行程序化、智能化控制，从而有效避免了在操作机器时引起的意外安全隐患。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种推土机安全控制系统，包括车载主控制器、车载gps终端、多功能监视器和发动机ecm，所述车载主控制器分别通过can总线与所述车载gps终端、所述多功能监视器和所述发动机ecm电连接，所述发动机ecm用于检测发动机转速、发动机机油温度信号、机油压力信号、水温信号、变矩器油温信号、档位开关信号、先导安全开关信号和发电机电压信号；所述车载主控制器根据所述发动机ecm检测的信号判断是否符合启动条件，若车载主控制器检测到的任意一个信号不符合预设的正常值范围，则不允许启动机器，并将违反安全操作的信号显示在所述多功能监视器上，以提醒操作人员纠正操作行为；所述车载主控制器将故障信号记录到存储器中，并根据故障类别及发生频次进行分别统计，当某一故障记录频繁发生或超过设定的上限时，所述车载主控制器将此信号通过can总线以通讯的形式发送给所述车载gps终端，所述车载gps终端通过gpsrs网络和gsm网络将故障数据和车辆定位信号上传至监控平台终端。

进一步的，所述多功能监视器与车载摄像头电连接，所述发动机ecm分别与发动机机油温度传感器、机油压力传感器和水温传感器电连接，所述发动机机油温度传感器用于采集发动机机油温度信号，所述机油压力传感器用于采集机油压力信号，所述水温传感器用于采集水温。

进一步的，所述车载主控制器为微控制器mcu，所述微控制器mcu分别与倾角传感器、变矩器油温传感器、液压油温传感器和声光报警发生器电连接，所述倾角传感器用于采集推土机倾角信号，所述变矩器油温传感器用于采集变矩器油温信号，所述液压油温传感器用于采集液压油温信号，所述声光报警发生器用于产生声光报警信号。

进一步的，所述微控制器mcu还分别与档位开关、先导安全开关、行走中位开关、前进压力开关和后退压力开关电连接，所述档位开关用于采集档位开关信号，所述先导安全开关用于采集先导安全开关信号，所述行走中位开关用于采集行走中位开关信号，所述前进压力开关用于采集前进压力开关信号，所述后退压力开关用于采集后退压力开关信号。

进一步的，所述微控制器mcu还分别与功率调节电比例阀、档位电磁阀和车载发电机电连接，所述功率调节电比例阀用于调节液压系统的功率电比例，降低液压系统功率，所述档位电磁阀用于调节档位，改变推土机的运行状态，所述车载发电机用于车载发电。

一种推土机安全控制方法，包括如下步骤：

步骤1：车载仪器启动安全防护；

步骤2：行走安全防护；

步骤3：工作过载安全防护；

步骤4：安全指标数据统计及远程防护。

进一步的，所述步骤1中，推土机在启动车载仪器前通过发动机ecm检测发动机转速、机油压力信号、档位开关信号、先导安全开关信号和发电机电压信号，车载主控制器根据检测到的信号判断是否符合车载仪器启动条件，当某一故障记录频繁发生或超过设定的上限时，所述车载主控制器将此信号通过can总线以通讯的形式发送给所述车载gps终端，所述车载gps终端通过gps网络和gsm网络将故障数据和车辆定位信号上传至监控平台终端。

进一步的，所述步骤2中，推土机在行走起步之前，同时检测行走安全手柄开关信号、档位开关信号和发动机转速信号，通过发动机ecm获取倾角传感器信号，判断倾角传感器是否正常，当行走安全手柄开关信号、档位开关信号、发动机转速信号和倾角传感器信号中的任一信号不符合预设起步条件时，均不允许推土机启动行走，当推土机在行走时，实时检测倾角传感器状态，当倾角传感器采集的倾角传感器信号不符合预设条件时，即停止行走。

进一步的，所述步骤3中，推土机在工作过程中，通过实时检测水温、油温、机油压力、发动机转速信号判断车载仪器是否处于过载状态，通过发动机ecm调节发动机输出功率和转速，调节功率调节电比例阀，降低液压系统功率，调节发动机转速，降低发动机功率，在出现故障时发动机ecm的内置存储器会将故障记录和执行情况存储在存储器中，多功能监视器以人机交互的形式实时显示故障和执行情况。

进一步的，所述步骤4中，发动机ecm将统计到的用户特征数据分析过滤，形成违反安全操作记录，通过多功能监视器显示输出提示操作手，发动机ecm将违反安全操作记录通过can总线与车载gps终端进行通讯，利用gsm网络和internet网，将用户特征数据发送到监控中心，监控中心对数据进行处理，发送给车主。

本发明的有益技术效果：

按照本发明的推土机安全控制系统及方法，本发明提供的推土机安全控制系统及方法，通过控制器自动约定机器安全状态，代替原始的人为控制有效避免了因机器操作不当造成意外的安全事故。

按照本发明的推土机安全控制系统及方法，本发明提供的推土机安全控制系统及方法，实时监控整机工作状态，当机器过载时通过控制器调节，自动降低功率有效保护机器不会因长期过载运行导致的不可挽回损失。

按照本发明的推土机安全控制系统及方法，本发明提供的推土机安全控制系统及方法，与现有技术相比，具有数据统计和作业安全的远程监控功能，能够通过监控平台实时查询到机器安全运行状态并及时有效提醒操作手进行安全操作改进。

附图说明

图1为按照本发明的推土机安全控制系统的一优选实施例的整体结构示意图；

图2为按照本发明的推土机安全控制方法的一优选实施例的机器启动安全防护流程图，该实施例可以是与图1相同的实施例，也可以是与图1不同的实施例；

图3为按照本发明的推土机安全控制方法的一优选实施例的行走安全防护流程图，该实施例可以是与图1或图2相同的实施例，也可以是与图1或图2不同的实施例；

图4为按照本发明的推土机安全控制方法的一优选实施例的工作过载安全防护工作示意图，该实施例可以是与图1或图2或图3相同的实施例，也可以是与图1或图2或图3不同的实施例；

图5为按照本发明的推土机安全控制方法的一优选实施例的、安全指标数据统计及远程防护工作示意图，该实施例可以是与图1或图2或图3或图4相同的实施例，也可以是与图1或图2或图3或图4不同的实施例。

图中：1-车载主控制器，2-车载gps终端，3-车载摄像头，4-多功能监视器，5-发动机机油温度传感器，6-机油压力传感器，7-水温传感器，8-发动机ecm，9-倾角传感器，10-档位开关，11-先导安全开关，12-行走中位开关，13-变矩器油温传感器，14-液压油温传感器，15-功率调节电比例阀，16-档位电磁阀，17-声光报警发生器，18-前进压力开关，19-后退压力开关，20-车载发电机。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本实施例提供的一种推土机安全控制系统，包括车载主控制器1、车载gps终端2、多功能监视器4和发动机ecm8，所述车载主控制器1分别通过can总线与所述车载gps终端2、所述多功能监视器4和所述发动机ecm8电连接，所述发动机ecm8用于检测发动机转速、发动机机油温度信号、机油压力信号、水温信号、变矩器油温信号、档位开关信号、先导安全开关信号和发电机电压信号；所述车载主控制器1根据所述发动机ecm8检测的信号判断是否符合启动条件，若车载主控制器1检测到的任意一个信号不符合预设的正常值范围，则不允许启动机器，并将违反安全操作的信号显示在所述多功能监视器4上，以提醒操作人员纠正操作行为；所述车载主控制器1将故障信号记录到存储器中，并根据故障类别及发生频次进行分别统计，当某一故障记录频繁发生或超过设定的上限时，所述车载主控制器1将此信号通过can总线以通讯的形式发送给所述车载gps终端2，所述车载gps终端2通过gpsrs网络和gsm网络将故障数据和车辆定位信号上传至监控平台终端。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述多功能监视器4与车载摄像头3电连接，所述发动机ecm8分别与发动机机油温度传感器5、机油压力传感器6和水温传感器7电连接，所述发动机机油温度传感器5用于采集发动机机油温度信号，所述机油压力传感器6用于采集机油压力信号，所述水温传感器7用于采集水温；所述车载主控制器1为微控制器mcu，所述微控制器mcu分别与倾角传感器9、变矩器油温传感器13、液压油温传感器14和声光报警发生器17电连接，所述倾角传感器9用于采集推土机倾角信号，所述变矩器油温传感器13用于采集变矩器油温信号，所述液压油温传感器14用于采集液压油温信号，所述声光报警发生器17用于产生声光报警信号。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述微控制器mcu还分别与档位开关10、先导安全开关11、行走中位开关12、前进压力开关18和后退压力开关19电连接，所述档位开关10用于采集档位开关信号，所述先导安全开关11用于采集先导安全开关信号，所述行走中位开关12用于采集行走中位开关信号，所述前进压力开关18用于采集前进压力开关信号，所述后退压力开关19用于采集后退压力开关信号；所述微控制器mcu还分别与功率调节电比例阀15、档位电磁阀16和车载发电机20电连接，所述功率调节电比例阀15用于调节液压系统的功率电比例，降低液压系统功率，所述档位电磁阀16用于调节档位，改变推土机的运行状态，所述车载发电机20用于车载发电。

进一步的，在本实施例中，如图2、图3、图4和图5所示，本实施例提供的一种推土机安全控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：车载仪器启动安全防护

推土机在启动车载仪器前通过发动机ecm8检测发动机转速、机油压力信号、档位开关信号、先导安全开关信号和发电机电压信号，车载主控制器1根据检测到的信号判断是否符合车载仪器启动条件，当某一故障记录频繁发生或超过设定的上限时，所述车载主控制器1将此信号通过can总线以通讯的形式发送给所述车载gps终端2，所述车载gps终端2通过gps网络和gsm网络将故障数据和车辆定位信号上传至监控平台终端；

步骤2：行走安全防护

推土机在行走起步之前，同时检测行走安全手柄开关信号、档位开关信号和发动机转速信号，通过发动机ecm8获取倾角传感器信号，判断倾角传感器9是否正常，当行走安全手柄开关信号、档位开关信号、发动机转速信号和倾角传感器信号中的任一信号不符合预设起步条件时，均不允许推土机启动行走，当推土机在行走时，实时检测倾角传感器9状态，当倾角传感器9采集的倾角传感器信号不符合预设条件时，即停止行走；

步骤3：工作过载安全防护

推土机在工作过程中，通过实时检测水温、油温、机油压力、发动机转速信号判断车载仪器是否处于过载状态，通过发动机ecm8调节发动机输出功率和转速，调节功率调节电比例阀，降低液压系统功率，调节发动机转速，降低发动机功率，在出现故障时发动机ecm8的内置存储器会将故障记录和执行情况存储在存储器中，多功能监视器4以人机交互的形式实时显示故障和执行情况；

步骤4：安全指标数据统计及远程防护

发动机ecm8将统计到的用户特征数据分析过滤，形成违反安全操作记录，通过多功能监视器4显示输出提示操作手，发动机ecm8将违反安全操作记录通过can总线与车载gps终端2进行通讯，利用gsm网络和internet网，将用户特征数据发送到监控中心，监控中心对数据进行处理，发送给车主。

进一步的，在本实施例中，所述车载主控制器1可以是atmel微控制器mcu。

机器启动安全防护功能：在每次启动机器前同时检测发动机转速信号、机油压力信号、档位开关信号、先导安全开关信号、发电机电压信号、自动判断是否在正常范围，任何一项不符合条件均不允许启动机器。

行走安全防护功能：机器在行走起步之前，需要同时检测行走安全手柄开关、档位开关信号、发动机转速信号、倾角传感器信号是否正常，上述任何一项不符合起步条件均不允许启动行走，机器在工作时又实时检测倾角传感器状态，一旦超限即停止行走。

工作过载安全防护功能：机器在工作时，通过实时检测水温、油温、机油压力、发动机转速信号判断是否处于过载状态，一旦超载即刻降低整机输出功率，防止机器因长期过载损坏；

数据统计及远程防护提示功能：当机器出现不符合安全操作和过载情况下，主控制器会将故障信息记录到存储器中，并根据故障类别及发生频次进行进行分别统计，当某一故障记录频繁发生或超过设定的上限时，主控制器会将此信息通过总线通讯的形式发送给车载gps终端，gps终端通过gps网络和gsm网络将故障数据和车辆定位信息上传至监控平台终端服务器，监控平台的管理人员会根据系统提示，将严重违反安全指标的情况，及时通知车主，达到及时有效防范安全隐患目的。

进一步的，在本实施例中，如图2所示，机器启动安全防护功能具体判定条件及实施过程如下：

推土机在每次启动机器前通过发动机ecm检测发动机转速、机油压力信号、档位开关信号、先导安全开关信号、发电机电压信号，主控制器每次都要根据检测的信号判断是否符合启动条件，如其中一项不符合正常值范围不允许启动机器，并将违反安全操作的信息呈现在多功能监视器以提醒操作人员纠正操作不符行为。

进一步的，在本实施例中，如图3所示，行走安全防护功能具体判定条件及实施过程如下：

机器在行走起步之前，需要同时检测行走安全手柄开关、档位开关信号、发动机转速信号、通过ecu获取倾角传感器信号是否正常，上述任何一项不符合起步条件均不允许启动行走，机器在工作时又实时检测倾角传感器状态，一旦超限即停止行走；

通过判断安全手柄开关状态确定先导阀是否处于关闭或开启状态，当先导阀处于开启状态时通过检测发动机转速，只有处于低怠速状态时才符合条件，进而判断倾角传感器状态，如果倾角未超限，进一步判断发电机电压是否正常，如果正常即可进入待行走状态，在机器工作过程中如果出现任何违反上述条件的问题，即刻停止行走作业，排除完故障后方可继续工作。

进一步的，在本实施例中，如图4所示，工作过载安全防护功能具体判定条件及实施过程如下：

机器在工作时，通过实时检测水温、油温、机油压力、发动机转速信号判断是否处于过载状态，一旦超载即刻降低整机输出功率，防止机器因长期过载损坏；

大型推土机多采用电喷发动机、液压功率调节负载功率机构，当机器作业过程中由于操作不当或本身故障导致发动机水温、机油压力或车载变矩器温度急剧上升时，主控制器会根据预先设置好的算法进行分析判断：主控制器会实时的判断发动机水温、机油压力、机油温度、变矩器油温等参数，如果处于异常范围，mcu会根据轻重缓急情况对自动调节系统的功率，具体实施时，通过发动机ecu调节发动机输出功率和转速，通过mcu调节功率调节电比例阀，降低液压系统功率，调节发动机转速降低发动机功率，从而避免机器长期工作在高温、高压的过载状态下导致重要部件损坏。在出现故障时mcu的内置存储器会将故障记录和执行情况存储在存储器中，对于现行的故障多功能监视器会以人机交互的形式实时显示，以提醒操作手及时处理机器故障注意设备安全维护，通过这种方式可及时发现机器故障，及时处理，有效延长机器使用寿命真正达到提高设备安全的目的。

在数据交互过程中，主控制器(mcu)与发动机ecu和多功能显示器之间通过can总线通讯方式进行数据传输，实现信息共享和数据传递。

进一步的，在本实施例中，如图5所示，安全指标数据统计及远程防护提示功能具体判定条件及实施过程如下：

当机器出现不符合安全操作和过载情况下，主控制器会将故障信息记录到存储器中，并根据故障类别及发生频次进行进行分别统计，当某一故障记录频繁发生或超过设定的上限时，主控制器会将此信息通过总线通讯的形式发送给车载gps终端，gps终端通过gps网络和gsm网络将故障数据和车辆定位信息上传至监控平台终端服务器，监控平台的管理人员会根据系统提示，将严重违反安全指标的情况，及时通知车主，达到及时有效防范安全隐患目的；

安全指标数据统计及远程防护提示功能是将mcu控制系统的功能与gps远程数据传输与控制技术相结合，mcu将统计到的用户特征数据分析过滤，形成违反安全操作记录，一方面通过多功能监视器显示输出提示操作手，另一方面mcu将违反安全记录通过通过can总线与gps终端模块进行通讯，利用gsm网络和internet网，将监控到的数据信息不定期的发送到监控中心服务器，监控中心的数据管理员对数据进行处理，定期发送给车主，对于经常出现严重违反安全指标的情况，监控平台服务人员会及时与车主沟通，以便更有效防范安全隐患。

综上所述，在本实施例中，按照本实施例的推土机安全控制系统及方法，本实施例提供的推土机安全控制系统及方法，通过控制器自动约定机器安全状态，代替原始的人为控制有效避免了因机器操作不当造成意外的安全事故；实时监控整机工作状态，当机器过载时通过控制器调节，自动降低功率有效保护机器不会因长期过载运行导致的不可挽回损失；与现有技术相比，具有数据统计和作业安全的远程监控功能，能够通过监控平台实时查询到机器安全运行状态并及时有效提醒操作手进行安全操作改进。

以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。