一种燃油工程机械工作状态监测系统及监测方法与流程

1.本发明为一种监测系统，具体涉及一种针对燃油动力工程机械的工作状态监测系统及应用该系统的监测方法，属于工程设备技术领域。


背景技术：

2.在目前各类的工程建设场景中，需要使用大量的工程机械，如挖掘机、压桩机等，这些工程机械大多内置有内燃机设备、依赖燃油动力系统实现运行。为了保证这些工程机械在运行过程中的稳定性、满足建设项目的工期要求，工程项目组大多会在工程机械的运行过程中实时监测其工作状态。
3.常见的针对燃油动力工程机械的工作状态监测方式有以下两种，即通过侦测机械工作过程中所产生的震动来监测工程机械的工作状态；或通过侦测其内部内燃机设备工作时表面的温度来判断工程机械的工作状态。但上述两种方式在实际应用时都存在的很明显的缺陷，侦测机械震动的方式易受到外界震动源的干扰而产生误判，而侦测温度变化的方式则易受时延影响、出现工作状态实时性不准的问题。
4.综上所述，如果能够基于上述现状，提出一种针对燃油动力工程机械工作状态监控的远程监控系统及相对应的监测方法，避免外部各种因素对监控结果的影响，那么势必能够为后续各类工程机械的大规模使用提供帮助。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种针对燃油动力工程机械的工作状态监测系统及应用该系统的监测方法，具体如下。
6.一种燃油工程机械工作状态监测系统，与燃油动力的工程机械相适配，系统由传感器部分、运算处理部分以及后台显示部分组成；所述传感器部分至少包括烟感传感器与风压传感器，所述烟感传感器机所述风压传感器二者均固定设置于工程机械的机械排烟筒内，所述烟感传感器用于实时监测工程机械处于工作状态时内燃机所排出的废气、得到烟度信号，所述风压传感器用于实时监测工程机械处于工作状态时内燃机所排出废气流经排烟孔时所产生的气流、得到气体流量信号，所述烟感传感器与所述风压传感器二者将所采集的非电信号转换为电信号后进行传送；所述运算处理部分与所述传感器部分信号连接，用于接收来自所述传感器部分的电信号，对电信号进行信号处理和逻辑处理后得到状态数据，随后进行发送；所述后台显示部分与所述运算处理部分信号连接，用于接收来自所述运算处理部分的状态数据，储存、展示并供监控人员进行数据处理。
7.优选地，所述运算处理部分包括：通信模块，分别与所述烟感传感器与所述风压传感器二者信号连接，用于对所述烟感传感器与所述风压传感器二者传送的电信号进行信号处理、实现所述传感器部分与所
述运算处理部分间的通信；单片机，与所述通信模块电性连接，用于接收经过信号处理后的电信号并对其进行逻辑处理、得到状态数据；射频模块，与所述单片机电性连接，用于将状态数据进行发送、实现所述运算处理部分与所述后台显示部分间的通信。
8.优选地，所述运算处理部分还包括：电源模块，与所述单片机电性连接并为其提供电力。
9.优选地，所述烟感传感器与所述风压传感器二者与所述通信模块间的信号连接方式为rs485通信连接或can通信连接。
10.优选地，所述通信模块为两个独立的rs485模块，一个所述rs485模块信号连接至所述烟感传感器、另一个所述rs485模块信号连接至所述风压传感器。
11.优选地，所述后台显示部分包括：后台服务器，与所述射频模块信号连接、用于接收并处理来自所述射频模块的状态数据、实现所述运算处理部分与所述后台显示部分间的通信；显示终端，与所述后台服务器信号连接，用于向监控人员展示状态数据以及所述后台服务器的数据处理结果。
12.优选地，一种燃油工程机械工作状态监测系统，与燃油动力的工程机械相适配，系统由传感器部分、运算处理部分以及后台显示部分组成，所述传感器部分至少包括烟感传感器与风压传感器，所述烟感传感器机所述风压传感器二者均固定设置于工程机械的机械排烟筒内，所述烟感传感器用于实时监测工程机械处于工作状态时内燃机所排出的废气、得到烟度信号，所述风压传感器用于实时监测工程机械处于工作状态时内燃机所排出废气流经排烟孔时所产生的气流、得到气体流量信号，所述烟感传感器与所述风压传感器二者将所采集的非电信号转换为电信号后进行传送，所述运算处理部分与所述传感器部分信号连接，用于接收来自所述传感器部分的电信号，对电信号进行信号处理和逻辑处理后得到状态数据，随后进行发送，所述后台显示部分与所述运算处理部分信号连接，用于接收来自所述运算处理部分的状态数据，储存、展示并供监控人员进行数据处理；所述运算处理部分包括：通信模块，分别与所述烟感传感器与所述风压传感器二者信号连接，用于对所述烟感传感器与所述风压传感器二者传送的电信号进行信号处理、实现所述传感器部分与所述运算处理部分间的通信，单片机，与所述通信模块电性连接，用于接收经过信号处理后的电信号并对其进行逻辑处理、得到状态数据，射频模块，与所述单片机电性连接，用于将状态数据进行发送、实现所述运算处理部分与所述后台显示部分间的通信，电源模块，与所述单片机电性连接并为其提供电力；所述通信模块为两个独立的rs485模块，一个所述rs485模块信号连接至所述烟感传感器、另一个所述rs485模块信号连接至所述风压传感器；
所述后台显示部分包括：后台服务器，与所述射频模块信号连接、用于接收并处理来自所述射频模块的状态数据、实现所述运算处理部分与所述后台显示部分间的通信，显示终端，与所述后台服务器信号连接，用于向监控人员展示状态数据以及所述后台服务器的数据处理结果。
13.一种燃油工程机械工作状态监测方法，基于如上所述的一种燃油工程机械工作状态监测系统，包括如下步骤：s1、依据对工程机械内燃油机的测定、确定系统的烟度阈值及气体流量阈值；s2、启动系统，向系统内输入所设定的采样频率以及系统的烟度阈值、气体流量阈值；s3、工程机械运行后排烟孔开始排烟，传感器部分按照所设定的采样频率进行采样、获得实时烟度及实时气体流量并分别转换为烟度信号及气体流量信号，随后所述传感器部分将烟度信号及气体流量信号统一转换为电信号后传送至运算处理部分；s4、所述运算处理部分将实时烟度与烟度阈值进行对比、将实时气体流量与气体流量阈值进行对比，若实时烟度大于烟度阈值、实时气体流量大于气体流量阈值，则所述运算处理部分判断工程机械启动、随即开始计时，在工程机械的工作过程中，所述传感器部分始终按照所设定的采样频率进行采样、所述运算处理部分持续将实时烟度、实时气体流量与其对应阈值进行对比，若实时烟度小于烟度阈值、实时气体流量小于气体流量阈值，则所述运算处理部分判断工程机械熄火、随即结束计时并由此计算出工程机械启动状态的总时长；s5、所述运算处理部分将数据实时传送至后台显示部分，监控人员通过所述后台显示部分查看工程机械的工作时间及工作时长、实时监测工程机械的工作状态。
14.优选地，s1包括如下步骤：s11、依据对工程机械内燃油机的测定、确定系统的烟度阈值；s12、依据对工程机械内燃油机的测定、确定系统的气体流量阈值；其中，s11具体包括如下步骤：s111、按照工程机械内燃油机的标定进行预热运转，使燃油机达到正常工作状态；s112、对烟度计进行预热和零点调整，随后对所述燃油机连续进行多次自由加速试验并使用所述烟度计对多次试验过程中的数据进行记录，取多次试验过程中所述烟度计的烟度实测值的算术平均值作为被测所述燃油机自由加速排气的烟度测量结果；s113、对所得到的烟度测量结果进行判定，只有在符合全部判定条件时测量结果才被判定有效、将该烟度测量结果作为系统的烟度阈值，否则返回至s111、重新进行试验和测量；其中，s12具体包括如下步骤：s121、按照工程机械内燃油机的标定进行预热运转，使燃油机达到额定工况或持续运转功率工况；s122、对气体流量计进行校准，随后使用所述气体流量计对所述燃油机在额定工况或持续运转功率工况下排气的气体流量进行记录，取多次记录的气体流量实测值的算术平均值作为被测所述燃油机排气的气体流量测量结果；
s123、依据s122中所得到的气体流量测量结果，计算得到气体流量阈值，计算公式为，其中，为气体流量阈值、单位为l/s，为被测所述燃油机的气缸总排量、单位为l，为被测所述燃油机的转速、单位为r/min，为一个常数、与被测所述燃油机的类型相关，若被测所述燃油机为二冲程燃油机、则，若被测所述燃油机为四冲程燃油机、则。
15.优选地，s113中所述判定条件包括：1）多次试验过程中所述烟度计的最大烟度实测值与最小烟度实测值之差不超过5%；2）在对所述燃油机连续进行多次自由加速试验过程中，试验环境的大气系数满足；3）在1h或在多次自由加速试验过程中，所述烟度计的零点漂移不超过1%。
16.与现有技术相比，本发明的优点主要体现在以下几个方面：本发明所提出的一种燃油工程机械工作状态监测系统，通过烟感传感器与风压传感器的使用，实现了对于工程机械内部内燃机所排放废气的实时监测，进而能够准确地判断出工程机械的工作状态与工作时长。整个检测过程不易受到外界环境的干扰，对于机械当前工作状态的判断结果准确、为监控人员后续针对机械的相关操作提供了参考依据。
17.同时，从本发明的系统方案角度出发，本发明中所使用到的各部分硬件均为现阶段的成熟技术、组合过程可以快速完成，使用者还可以通过对现有系统、部件的改造和组合而获得本发明的完整技术方案，从而方便了系统的整体构建，方案整体的应用前景十分广阔。
18.以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
19.图1为本发明的系统架构示意图。
具体实施方式
20.本发明揭示了一种针对燃油动力工程机械的工作状态监测系统及应用该系统的监测方法，具体方案如下。
21.一种燃油工程机械工作状态监测系统，与燃油动力的工程机械相适配。系统由传感器部分、运算处理部分以及后台显示部分组成。
22.所述传感器部分至少包括烟感传感器与风压传感器，所述烟感传感器机所述风压传感器二者均固定设置于工程机械的机械排烟筒内，所述烟感传感器用于实时监测工程机械处于工作状态时内燃机所排出的废气、得到烟度信号，所述风压传感器用于实时监测工
程机械处于工作状态时内燃机所排出废气流经排烟孔时所产生的气流、得到气体流量信号，所述烟感传感器与所述风压传感器二者将所采集的非电信号转换为电信号后进行传送。
23.所述运算处理部分与所述传感器部分信号连接，用于接收来自所述传感器部分的电信号，对电信号进行信号处理和逻辑处理后得到状态数据，随后进行发送。
24.具体而言，所述运算处理部分包括：通信模块，分别与所述烟感传感器与所述风压传感器二者信号连接，用于对所述烟感传感器与所述风压传感器二者传送的电信号进行信号处理、实现所述传感器部分与所述运算处理部分间的通信；单片机，与所述通信模块电性连接，用于接收经过信号处理后的电信号并对其进行逻辑处理、得到状态数据；射频模块，与所述单片机电性连接，用于将状态数据进行发送、实现所述运算处理部分与所述后台显示部分间的通信；电源模块，与所述单片机电性连接并为其提供电力。
25.所述烟感传感器与所述风压传感器二者与所述通信模块间的信号连接方式为rs485通信连接或can通信连接。在本实施例中，所述通信模块为两个独立的rs485模块，一个所述rs485模块信号连接至所述烟感传感器、另一个所述rs485模块信号连接至所述风压传感器。
26.所述后台显示部分与所述运算处理部分信号连接，用于接收来自所述运算处理部分的状态数据，储存、展示并供监控人员进行数据处理。
27.具体而言，所述后台显示部分包括：后台服务器，与所述射频模块信号连接、用于接收并处理来自所述射频模块的状态数据、实现所述运算处理部分与所述后台显示部分间的通信；显示终端，与所述后台服务器信号连接，用于向监控人员展示状态数据以及所述后台服务器的数据处理结果。
28.除上述硬件结构外，本发明还揭示了一种燃油工程机械工作状态监测方法，基于如前所述的一种燃油工程机械工作状态监测系统，包括如下步骤：s1、依据对工程机械内燃油机的测定、确定系统的烟度阈值及气体流量阈值。
29.s2、启动系统，向系统内输入所设定的采样频率以及系统的烟度阈值、气体流量阈值。
30.s3、工程机械运行后排烟孔开始排烟，传感器部分按照所设定的采样频率进行采样、获得实时烟度及实时气体流量并分别转换为烟度信号及气体流量信号，随后所述传感器部分将烟度信号及气体流量信号统一转换为电信号后传送至运算处理部分。
31.s4、所述运算处理部分将实时烟度与烟度阈值进行对比、将实时气体流量与气体流量阈值进行对比，若实时烟度大于烟度阈值、实时气体流量大于气体流量阈值，则所述运算处理部分判断工程机械启动、随即开始计时，在工程机械的工作过程中，所述传感器部分始终按照所设定的采样频率进行采样、所述运算处理部分持续将实时烟度、实时气体流量与其对应阈值进行对比，若工程机械熄火，排烟孔便不再继续排烟，此时实时烟度小于烟度阈值、实时气体流量小于气体流量阈
值，则所述运算处理部分判断工程机械熄火、随即结束计时并由此计算出工程机械启动状态的总时长。
32.s5、所述运算处理部分将数据实时传送至后台显示部分，监控人员通过所述后台显示部分查看工程机械的工作时间及工作时长、实时监测工程机械的工作状态。
33.进一步而言，s1包括如下步骤：s11、依据对工程机械内燃油机的测定、确定系统的烟度阈值。
34.s12、依据对工程机械内燃油机的测定、确定系统的气体流量阈值。
35.其中，s11具体包括如下步骤：s111、按照工程机械内燃油机的标定进行预热运转，使燃油机达到正常工作状态，特别是燃油机内冷却液及机油的温度达到其标定的正常温度。
36.s112、对烟度计进行预热和零点调整，随后对所述燃油机连续进行多次自由加速试验并使用所述烟度计对多次试验过程中的数据进行记录，取多次试验过程中所述烟度计的烟度实测值的算术平均值作为被测所述燃油机自由加速排气的烟度测量结果。
37.在本实施例中共进行六次自由加速试验，其中前三次自由加速为预运转，用以清除排气管中可能存在的炭烟，后三次自由加速为实际测量运转。在进行测量结果计算时，也应当以后三次自由加速过程中所述烟度计的读数作为计算依据。
38.需要说明的是，在对燃油机进行试验时，实验环境的大气系数优选在0.96~1.06范围内。若为0.93~1.07时，则应对所述烟度计的烟度实测值按下列公式进行修正，但当在0.98~1.02时，可不作修正。
39.，其中，为对大气状况修正后的烟度实测值，为大气修正系数，为烟度实测值，，其中，为干大气密度、单位为，，式中，为干大气压力、单位为，为燃油机进气绝对温度、单位为。
40.s113、对所得到的烟度测量结果进行判定，只有在符合全部判定条件时测量结果才被判定有效、将该烟度测量结果作为系统的烟度阈值，否则返回至s111、重新进行试验和测量。
41.所述判定条件包括：1）多次试验过程中所述烟度计的最大烟度实测值与最小烟度实测值之差不超过5%。
42.2）在对所述燃油机连续进行多次自由加速试验过程中，试验环境的大气系数满足。
43.3）在1h或在多次自由加速试验过程中（取其中时间较短者），所述烟度计的零点漂移不超过1%。
44.其中，s12具体包括如下步骤：s121、按照工程机械内燃油机的标定进行预热运转，使燃油机达到额定工况或持续运转功率工况。
45.s122、对气体流量计进行校准，随后使用所述气体流量计对所述燃油机在额定工况或持续运转功率工况下排气的气体流量进行记录，取多次记录的气体流量实测值的算术平均值作为被测所述燃油机排气的气体流量测量结果。
46.s123、依据s122中所得到的气体流量测量结果，计算得到气体流量阈值，计算公式为，其中，为气体流量阈值、单位为l/s，为被测所述燃油机的气缸总排量、单位为l，为被测所述燃油机的转速、单位为r/min，为一个常数、与被测所述燃油机的类型相关，若被测所述燃油机为二冲程燃油机、则，若被测所述燃油机为四冲程燃油机、则。
47.综上所述，本发明所提出的一种燃油工程机械工作状态监测系统及应用该系统的监测方法，通过烟感传感器与风压传感器的使用，实现了对于工程机械内部内燃机所排放废气的实时监测。整个检测过程不易受到外界环境的干扰，对于机械当前工作状态的判断结果准确、为监控人员后续针对机械的相关操作提供了参考依据。
48.同时，从本发明的系统方案角度出发，本发明中所使用到的各部分硬件均为现阶段的成熟技术、组合过程可以快速完成，使用者还可以通过对现有系统、部件的改造和组合而获得本发明的完整技术方案，从而方便了系统的整体构建，方案整体的应用前景十分广阔。
49.此外，本发明的方案为针对燃油动力工程机械的工作状态监控提供了一种全新的思路，为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸和深入研究，行业应用前景广阔。
50.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
51.最后，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。