一种拖拉机智能输出接口的监测与控制系统的制作方法

本发明涉及一种拖拉机智能输出接口的监测与控制系统，属于拖拉机动力输出技术领域。

背景技术：

拖拉机可为大多数农机装备提供牵引动力。现有的拖拉机配备的输出动力接口无法对其液压系统输出工况进行监测与控制，作业参数不易调整，在实际工作过程中，驾驶员往往无法及时发现工作部件的作业状态异常。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种拖拉机智能输出接口的监测与控制系统，该系统可对对动力输出接口的工况进行监测，并通过数据采集设备对工况进行记录，既利于驾驶员及时发现系统故障，也可支撑农业大数据建立。

本发明采取以下技术方案：

一种拖拉机智能输出接口的监测与控制系统，plc作为整个监测与控制系统的控制器，plc连接有模拟量输入模块，在液压系统回路的各执行元件支路分别安装温度传感器、压力传感器、流量传感器，所有传感器均为模拟量输出；各传感器分别连接一对应的隔离变送器，所述隔离变送器将输入信号一分为二，且分出的两路信号均与输入信号相同；隔离变送器的其中一路输出给模拟量输入模块，模拟量输入模块所接收的信号经过plc的处理分析换算为实际测量值，隔离变送器的另一路输出给数据采集卡，所述的数据采集卡的供电与通信均使用计算机usb接口；plc连接有模拟量输出模块，模拟量输出模块至少有4个模拟量输出口，每个模拟量输出端口均可选择输出信号类型和幅值，各模拟量输出端口各自连接一放大器，放大器的增益系数根据其所控制的比例阀配套使用；模拟量输出模块输出端口ⅰ的信号经过放大器ⅰ放大后作用在比例溢流阀的比例电磁铁上，比例溢流阀的设定压力与模拟量输出模块输出的信号成正比；模拟量输出模块输出端口ⅱ的信号经放大器ⅱ输出连接比例换向阀；模拟量输出模块输出端口ⅲ的信号经放大器ⅲ输出连接比例减压阀，比例减压阀的出口压力与模拟量输出模块输出的信号成正比；模拟量输出模块输出端口ⅳ的信号经放大器ⅳ输出连接比例节流阀，比例节流阀的节流口开度与模拟量输出模块输出的信号成正比，比例节流阀与定差减压阀配合使用组成了压力补偿系统，可精确控制通过比例节流阀的流量；比例节流阀开度与拖拉机实际行驶速度成正比，当plc通过gps模块获取拖拉机实际速度之后，根据该速度值控制模拟量输出模块的输出信号以控制比例节流阀的节流口开度。

优选的，所述plc组态hmi触摸屏，所述的hmi触摸屏为24v直流供电，通过plc的组态设置，触摸屏可以对多个画面进行切换，第一个画面对所有温度、压力、流量传感器采集数据进行折线图实时显示；第二个画面对对任何一路温度、压力、流量超出系统设置范围时报警；温度传感器ⅰ-ⅷ对应红色灯ⅰ-ⅷ，压力传感器ⅰ-ⅷ对应蓝色灯ⅰ-ⅷ，流量传感器ⅰ-ⅷ对应黄色灯ⅰ-ⅷ，当对应灯亮起时，驾驶员即刻发现哪一个回路出现异常；第三个屏幕既实时显示模拟量输出模块的输出值，也可改变输出数据去调整控制模拟量模块的输出，继而控制比例液压阀的工作状态。

优选的，所述的plc为24v电源供电，plc通过快速插头连接有模拟量输入模块，所述的模拟量输入模块为24v直流供电，该模块的输入量程可以设置为0-20ma、4-20ma、-5v-+5v或-10v-+10v，可根据需要对滤波的级别进行设置。

优选的，隔离变送器均采用24v直流供电。

优选的，数据采集卡具有两种输入方式：单端输入和差分输入，当隔离变送器与数据采集卡之间的连接线小于3m时，采用单端输入方式，反之则采用差分输入方式；数据采集卡的通道数大于24，可分别对各个通道对采集数据的输入信号类型、量程、采集频率等参数进行设置，并输出csv文件保存在计算机上，便于后期分析处理。

优选的，所述的plc通过rs485或rs232协议与gps模块通讯，所述的gps模块通过采集实时地理位置信息以获取拖拉机的实际行驶速度。

优选的，模拟量输出模块采用24v直流供电，其至少有4个模拟量输出口，每个模拟量输出端口均可选择输出信号类型和幅值，输出电流信号可选择0-20ma或4-20ma，输出电压信号可选择-5v-+5v或-10v-+10v；放大器的增益系数根据其所控制的比例阀选择配套使用，所述的放大器采用24v直流供电。

优选的，比例换向阀阀芯有三个位置，故模拟量输出模块输出端口ⅱ的输出为-5v-+5v和-10v-+10v，可实现比例换向阀的通过流量无级可调。

本发明的有益效果在于：

1)实现了对拖拉机动力接口的作业工况监控与调整，既有利于拖拉机驾驶员实时了解工作部件的状态，也可实现在驾驶室对液压系统参数进行调整，具有较高的智能化和自动化水平。

2)设置了数据采集卡，可对拖拉机动力接口的实时参数进行采集，通过usb接口传输给计算机，并可将数据导出分析。同时，可对采集频率、采集方式等参数进行设置，具有较广泛的适用性。

3)使用gps模块，取代了传统地轮测速的方法，简化了机构，速度测量更加精确，自动化程度高。

4)组态了hmi触摸屏，对应的传感器设置了报警灯，便于驾驶员及时发现哪个回路出现了问题，降低了工作强度，提高了时效性。

5)控制系统元件统一采用24v直流电压供电，传感器均使用模拟量输入方式，通讯简单，易于实施。

6)该系统可对动力输出接口的工况进行监测，并通过数据采集设备对工况进行记录，既利于驾驶员及时发现系统故障，也可支撑农业大数据建立。

附图说明

图1是本发明拖拉机智能输出接口的监测与控制系统的系统连接图。

图2是拖拉机智能输出接口的液压系统图。

图中，1-流量传感器ⅰ2-油箱3-冷却器ⅰ4-比例溢流阀5-温度传感器ⅰ6-压力传感器ⅰ7-分流阀ⅰ8-带显示的过滤器ⅰ9-分流阀210-冷却器ⅱ11-溢流阀ⅰ12-流量传感器ⅱ13-温度传感器ⅱ14-压力传感器ⅱ15-三位四通电磁换向阀ⅰ16-执行元件ⅰ17-冷却器ⅲ18-溢流阀ⅱ19-流量传感器ⅲ20-温度传感器ⅲ21-压力传感器ⅲ22-定差减压阀ⅰ23-三位四通电磁换向阀ⅱ24-梭阀ⅰ25-执行元件ⅱ26-分流阀ⅲ27-溢流阀ⅲ28-单路稳定分流阀29-溢流阀ⅳ30-冷却器ⅳ31-温度传感器ⅳ32-压力传感器ⅳ33-流量传感器ⅳ34-定差减压阀ⅱ35-可变节流阀36-执行元件ⅲ37-冷却器ⅴ38-流量传感器ⅴ39-温度传感器ⅴ40-压力传感器ⅴ41-三位四通电磁换向阀ⅲ42-执行元件ⅳ43-带显示的过滤器ⅱ44-分流阀ⅳ45-冷却器ⅵ46-溢流阀ⅴ47-温度传感器ⅵ48-压力传感器ⅵ49-流量传感器ⅵ50-定差减压阀ⅲ51-三位四通比例换向阀52-梭阀ⅱ53-执行元件ⅴ54-分流阀ⅴ55-溢流阀ⅵ56-冷却器ⅶ57-温度传感器ⅶ58-压力传感器ⅶ59-流量传感器ⅶ60-比例减压阀61-执行元件ⅵ62-溢流阀ⅶ63-冷却器ⅷ64-温度传感器ⅷ65-压力传感器ⅷ66-流量传感器ⅷ67-定差减压阀ⅳ68-比例节流阀69-执行元件ⅶ

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

图1所示为本发明拖拉机智能输出接口的监测与控制系统的系统连接图；

图2是拖拉机智能输出接口的液压系统图。本实施例的内容可以结合图1和图2。

本发明基于plc控制与多传感器监测技术，可对拖拉机智能输出接口的工况进行监测与控制。具体详述如下：

plc作为整个系统的控制器，所述的plc为24v电源供电，plc通过快速插头连接有模拟量输入模块，所述的模拟量输入模块为24v直流供电，该模块的输入量程可以设置为0-20ma、4-20ma、-5v-+5v或-10v-+10v，可根据需要对滤波的级别进行设置。如专利“一种拖拉机智能输出接口”所述，在各个液压系统回路分别安装了8个温度传感器、8个压力传感器和8个流量传感器，所述的传感器均为模拟量输出、24v直流电压供电。在实际使用过程中，应尽量选择电流输入型，该类型传感器具有较好的抗干扰能力。

温度传感器ⅰ-ⅳ、压力传感器ⅰ-ⅳ和流量传感器ⅰ-ⅳ依次连接隔离变送器1-12，温度传感器ⅴ-ⅷ、压力传感器ⅴ-ⅷ和流量传感器ⅴ-ⅷ依次连接隔离变送器13-24，所述的隔离变送器的作用是将输入信号一分为二，且分出的两路信号均与输入信号相同，隔离变送器均采用24v直流供电，其适用于二线制或三线制传感器。隔离变送器的其中一路输出给模拟量输入模块，模拟量输入模块所接收的信号经过plc的处理分析可换算为实际测量值。如量程为0-100℃的温度传感器对应的电流输出为0-20ma，若输出值为10ma，则经过plc的换算便可知实际温度为50℃。隔离变送器的另一路输出给数据采集卡，所述的数据采集卡的供电与通信均使用计算机usb接口，数据采集卡具有两种输入方式：单端输入和差分输入，当隔离变送器与数据采集卡之间的连接线小于3m时，采用单端输入方式，反之则采用差分输入方式。数据采集卡的通道数大于24，可分别对各个通道对采集数据的输入信号类型、量程、采集频率等参数进行设置，并可输出csv文件保存在计算机上，便于后期分析处理。

所述的plc通过rs485或rs232协议与gps模块通讯，所述的gps模块可通过采集实时地理位置信息以获取拖拉机的实际行驶速度。

所述的plc通过快速插头连接模拟量输出模块，模拟量输出模块采用24v直流供电，其至少有4个模拟量输出口，每个模拟量输出端口均可选择输出信号类型和幅值，输出电流信号可选择0-20ma或4-20ma，输出电压信号可选择-5v-+5v或-10v-+10v。模拟量输出端口ⅰ-ⅳ分别连接放大器ⅰ-ⅳ，放大器的增益系数根据其所控制的比例阀选择配套使用，所述的放大器采用24v直流供电。

模拟量输出模块输出端口ⅰ的信号经过放大器ⅰ放大后作用在比例溢流阀的比例电磁铁上，比例溢流阀的设定压力与模拟量输出模块输出的信号成正比，即实现了比例溢流阀的开启压力无级可调。

模拟量输出模块输出端口ⅱ的信号经放大器ⅱ输出连接比例换向阀，由于比例换向阀阀芯有三个位置，故模拟量输出模块输出端口ⅱ的输出必须为-5v-+5v和-10v-+10v，当输出为负值时，比例换向阀处于左位或者右位，当输出为正值时，比例换向阀处于相反位置，当输出为零时，处于中位。比例换向阀的开度与模拟量输出模块输出端口ⅱ的绝对值的大小成正比，即可实现比例换向阀的通过流量无级可调。

模拟量输出模块输出端口ⅲ的信号经放大器ⅲ输出连接比例减压阀，比例减压阀的出口压力与模拟量输出模块输出的信号成正比，即实现了比例减压阀的出口压力无级可调。

模拟量输出模块输出端口ⅳ的信号经放大器ⅳ输出连接比例节流阀，比例节流阀的节流口开度与模拟量输出模块输出的信号成正比，即实现了通过比例节流阀的流量无级可调，实际使用中，比例节流阀与定差减压阀配合使用组成了压力补偿系统，可精确控制通过比例节流阀的流量。通常，比例节流阀开度与拖拉机实际行驶速度成正比，当plc通过gps模块获取拖拉机实际速度之后，根据该速度值控制模拟量输出模块的输出信号以控制比例节流阀的节流口开度。如使用该回路驱动排肥机构，为确保排肥的一致性，排肥轮转速应与拖拉机实际行走速度线性相关，比例节流阀基于实际行驶速度调整控制信号以改变通过流量。

所述的plc可以组态hmi触摸屏，所述的hmi触摸屏为24v直流供电，通过plc的组态设置，触摸屏可以对多个画面进行切换，第一个画面对所有温度、压力、流量传感器采集数据进行折线图实时显示。第二个画面对对任何一路温度、压力、流量超出系统设置范围时报警，温度传感器ⅰ-ⅷ对应红色灯ⅰ-ⅷ，压力传感器ⅰ-ⅷ对应蓝色灯ⅰ-ⅷ，流量传感器ⅰ-ⅷ对应黄色灯ⅰ-ⅷ，当对应灯亮起时，驾驶员可以即刻发现哪一个回路出现异常。第三个屏幕既可以实时显示模拟量输出模块的输出值，也可以改变输出数据去调整控制模拟量模块的输出，继而控制比例液压阀的工作状态。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。