拖拉机智能输出接口的监测与控制系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010138081.7 (22)申请日 2020.03.03 (71)申请人 农业农村部南京农业机械化研究所 地址 210014 江苏省南京市玄武区柳营100 号 (72)发明人 扈凯张文毅严伟李坤祁兵 (74)专利代理机构 上海伯瑞杰知识产权代理有 限公司 31227 代理人 王一琦季申清 (51)Int.Cl. F15B 21/08(2006.01) F15B 19/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G01S 19/52(2010.01) 。

2、(54)发明名称 一种拖拉机智能输出接口的监测与控制系 统 (57)摘要 本发明涉及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， 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； PLC连接 有模拟量输出。

3、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。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 111365327 A 2020.07.03 CN 111365327 A 1.一种拖拉机智能输出接口的监测与控制系统， 其特征在于： 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。

4、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 的信号经过放大器 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 端口的信号经放大。

5、器输出连接比例换向阀； 模拟量输出模块输出端口的信号经放大 器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的信号经放大器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。 2.如权利要求1所述的拖拉机智能输出接口的监测与控制系统， 其特征在于： 所述PLC 组。

6、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 -对应 红色灯 -， 压力传感器 -对应蓝色灯 -， 流量传感器 -对应黄色灯 -， 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。 3.如权利要求1所述的拖拉机智能输出接口的监测与控制系统， 其特。

7、征在于： 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和-10V-+10V， 可根据 需要对滤波的级别进行设置。 4.如权利要求1所述的拖拉机智能输出接口的监测与控制系统， 其特征在于： 隔离变送 器均采用24V直流供电。 5.如权利要求1所述的拖拉机智能输出接口的监测与控制系统， 其特征在于： 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。

8、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。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111365327 A 2 6.如权利要求1所述的拖拉机智能输出接口的监测与控制系统， 其特征在于： 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。 7.如权利要求1所述的拖拉机智能输出接口的监测与控制系统， 其特征在于： 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。

9、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。 8.如权利要求1所述的拖拉机智能输出接口的监测与控制系统， 其特征在于： 比例换向 阀阀芯有三个位置， 故模拟量输出模块输出端口的输出为-5V-+5V和-10V-+10V， 可实现 比例换向阀的换向和流量无级可调。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111365327 A 3 一种拖拉机智能输出接口的监测与控制系统 技术领域 0001 本发明涉及一种拖拉机智能输出接口的监测与控制。

10、系统， 属于拖拉机动力输出技 术领域。 背景技术 0002 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。 发明内容 0003 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。 0004 本发明采取以下技术方案： 0005 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。

11、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。

12、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 的信号经过放大器 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的信号经放大器 输出连接比例换向阀； 模拟量输出模块输出端口的信号经放大器输出连接比例减压 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 口的信号经放大器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。

13、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。 0006 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 -对应红色灯 -， 压力传感器 -对应蓝色灯 -， 流量传感器 - 说明书 1/4 页 4 CN 111365327 A 4。

14、 对应黄色灯 -， 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。 0007 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。 0008 优选的， 隔离变送器均采用24V直流供电。 0009 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。

15、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。 0010 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。 0011 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。

16、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。 0012 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。 0013 本发明的有益效果在于： 0014 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。 0015 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US。

17、B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。 0016 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。 0017 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。 0018 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。 0019 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。

18、故障， 也可支撑农业大数据建立。 附图说明 0020 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。 0021 图2是拖拉机智能输出接口的液压系统图。 0022 图中， 1-流量传感器 2-油箱3-冷却器 4-比例溢流阀5-温度传感器 6-压力传感 说明书 2/4 页 5 CN 111365327 A 5 器 7-分流阀 8-带显示的过滤器 9-分流阀2 10-冷却器11-溢流阀 12-流量传感器 13-温度传感器14-压力传感器15-三位四通电磁换向阀 16-执行元件 17-冷却器 18-溢流阀19-流量传感器20-温度传感器21-压力传感器22-定差减压阀 23-三位 四通电。

19、磁换向阀24-梭阀 25-执行元件26-分流阀27-溢流阀28-单路稳定分流阀 29-溢流阀30-冷却器31-温度传感器32-压力传感器33-流量传感器34-定差减 压阀35-可变节流阀36-执行元件37-冷却器38-流量传感器39-温度传感器40- 压力传感器41-三位四通电磁换向阀42-执行元件43-带显示的过滤器44-分流阀 45-冷却器46-溢流阀47-温度传感器48-压力传感器49-流量传感器50-定差 减压阀51-三位四通比例换向阀52-梭阀53-执行元件54-分流阀55-溢流阀56- 冷却器57-温度传感器58-压力传感器59-流量传感器60-比例减压阀61-执行元件 62-溢流。

20、阀63-冷却器64-温度传感器65-压力传感器66-流量传感器67-定差 减压阀68-比例节流阀69-执行元件 具体实施方式 0023 下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。 0024 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； 0025 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。 0026 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： 0027 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2。

21、4V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。 0028 温度传感器 -、 压力传感器 -和流量传感器 -依次连接隔离变送器1-12， 温度传感器-、 压力传感器-和流量传感器-依次连接隔离变送器13-24， 所述 的隔离变送器的作用是将。

22、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 。

23、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。 0029 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。 0030 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 说明书 3/4 页 6 CN 111365327 A 6 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，。

24、 输出电压信号可选择-5V-+5V或-10V-+10V。 模拟量输出 端口 -分别连接放大器 -， 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。 0031 模拟量输出模块输出端口 的信号经过放大器 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。 0032 模拟量输出模块输出端口的信号经放大器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，。

25、 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。 0033 模拟量输出模块输出端口的信号经放大器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。 0034 模拟量输出模块输出端口的信号经放大器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 。

26、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。 0035 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。

27、力、 流量超出系统设置范围时报 警， 温度传感器 -对应红色灯 -， 压力传感器 -对应蓝色灯 -， 流量传感器 -对 应黄色灯 -， 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。 0036 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。 说明书 4/4 页 7 CN 111365327 A 7 图1 说明书附图 1/2 页 8 CN 111365327 A 8 图2 说明书附图 2/2 页 9 CN 111365327 A 9 。