一种基于物联网分布式模块化的电气控制系统的制作方法

本发明涉及工程机械领域，具体为一种基于物联网分布式模块化的电气控制系统。

背景技术：

1、在当前的大型工程机械电气控制领域中，因设备的自动化程度越来越高，控制更加精细，机械、电气与液压系统之间的联系也越来越紧密，现有的电气控制系统水平参差不齐，产品升级迭代较多，都是基于原来系统之上进行的改造及加强，已不能适应现在智能化，适时性，多样化的使用需求。

2、以臂架式混凝土输送泵车为例，之前使用整体电控柜为载体，采用单个或两个总控制器的方式，将所有控制线路、液压电磁阀等电缆以并联的方式进行连接，从机械设备的各个位置集中引到电控箱进行控制，但是在实际应用过程中，存在有以下缺点：一是混凝土泵车设备本身体型较大，各电磁阀较多，线路故障率高；二是对于设备进行维修维护较为困难；三是混凝土泵车本身是浇注混凝土用的，对于故障解决有着很高的时效性要求，若设备故障不能短时间解决，会导致混凝土将整个泵车内凝固，损失巨大，四是原控制系统复杂且成本高，一个电控控制系统自身成本需要5-6万元，全套整车线束成本约2-4万元，安装更换电控柜及全车线束工时成本约2-3万元，五是电气控制软件系统一旦装车完成，不能远程自主升级，升级采用传统的现场拆回控制器，寄厂家升级完成后寄回再安装，通用性和灵活性差；六是原有控制电路系统一般不提供增配功能，若要增配新功能需定制，并重新布线，用传统方式更改软件系统，系统扩展性差；七是原有的人机交互界面为工业触摸屏，装机在电控柜上，显示基本的输入输出和一些设置参数功能，且无远程查看和设置功能，同时工业触摸屏价格昂贵，且因现场施工环境恶劣，容易出现故障；八是原有的自检系统检测专业性太强，一般仅显示主控制器上的输入与输出状态，没有针对实际工作状态进行展示，结合技术分析来给出指导性的排故信息，来指导客户进行故障排除，功能不完善不直接，九是因本身系统限制，不能进行远程查看实时工作数据及技术人员排故，必须专业人士现场排除，对排故人员技能水平、时效性要求非常高。

3、为此，本领域技术人员经过对上述内容中的问题进行研究，提供了一种基于物联网分布式模块化的电气控制系统，用以解决现有大型工程机械控制电路系统中存在的缺点。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于物联网分布式模块化的电气控制系统，解决了现有的电气控制系统水平参差不齐，产品升级迭代较多，都是基于原来系统之上进行的改造及加强，不能更好地适应现在智能化，实时性，多样化使用需求的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于物联网分布式模块化的电气控制系统，包括底盘控制模块、泵送控制模块、分配控制模块、操作面板模块、臂架控制模块、支腿控制模块、辅助控制模块、远程通讯模块、物联网连接终端、app交互终端和后台服务器，所述底盘控制模块、泵送控制模块、分配控制模块、操作面板模块、臂架控制模块、支腿控制模块、辅助控制模块、远程通讯模块均通过can总线进行连接，所述远程通讯模块通过网络连接物联网连接终端，所述物联网连接终端通过网络连接app交互终端，所述物联网连接终端通过网络连接app交互终端；

5、所述底盘控制模块包括遥控喇叭24v输入单元、遥控急停24v输入单元、遥控溢流24v输入单元、信号转换器、行驶转换开关、作业转换开关、确认开关、上装电源开关、pto开关、空挡开关、倒挡开关和运行监测模块，所述遥控喇叭24v输入单元、遥控急停24v输入单元与遥控溢流24v输入单元的输出端均电性连接信号转换器的输入端，所述行驶转换开关、作业转换开关、确认开关、上装电源开关、pto开关、空挡开关和倒挡开关均电性连接信号转换器；

6、所述泵送控制模块包括泵送压力传感器、分配压力传感器一、高压接近开关和水箱接近开关，所述高压接近开关与水箱接近开关均电性连接信号发送器，所述泵送压力传感器用于进行泵送压力的监测，所述分配压力传感器用于获取泵车分配压力的数据信息。

7、优选的，所述运行监测模块包括发动机转速监测单元、油泵转速监测单元、遥控排量电压监测单元和数据收集单元，所述发动机转速监测单元、油泵转速监测单元、遥控排量电压监测单元的输出端均电性连接数据收集单元的输入端。

8、优选的，所述分配控制模块包括搅拌压力传感器、分配压力传感器二、手动喇叭开关、臂架在位输入单元一、筛网开关和搅拌超压信号传输单元，所述搅拌压力传感器用于监测泵车对于混凝土的搅拌压力，所述分配压力传感器二用于二次监测泵车分配压力的数据信息，所述搅拌超压信号传输单元用于监测搅拌压力的阈值，并传输警报信号。

9、优选的，所述操作面板模块包括面控选择开关、遥控选择开关、主油缸电动单元、摆动油缸点动单元、底盘油门加减单元、高低压泵送开关、快换活塞开关、自动退活塞保持单元、自动退活塞恢复单元、系统急停开关和臂架在位输入单元二，所述底盘油门加减单元用于控制泵车底盘油门的启动深度，所述自动退活塞保持单元用于保持自动退活塞器的持续运作，所述自动退活塞恢复单元用于活塞的复位。

10、优选的，所述操作面板模块还包括分配压力显示开关、水泵开关、搅拌转向切换开关、正反泵启动开关、泵送启动开关、风扇开关单元、预热开关、操作板照明开关、看料灯开关和润滑开关控制单元，所述风扇开关单元用于控制风扇的启闭，所述润滑开关控制单元用于控制泵车润滑油结构的启闭。

11、优选的，所述臂架控制模块包括臂架手动操作开关、喇叭手动操作开关和急停控制开关，所述臂架手动操作开关用于切换臂架至手动操作，所述喇叭手动操作开关用于切换喇叭至人工操作状态，所述急停控制开关用于臂架运作中进行紧急停止操作。

12、优选的，所述支腿控制模块包括分动箱行驶传感器、分动箱作业传感器、支腿选择开关、臂架选择开关、支腿行程开关控制单元、急停启动开关和左右支腿操作单元，所述分动箱行驶传感器用于监测分动箱的行驶数据，所述分动箱作业传感器用于监测分动箱的运作状态数据，所述支腿行程开关控制单元用于控制泵车支腿的延伸长度，所述左右支腿操作单元用于区分调节泵车左右两侧支腿的展开状态。

13、优选的，所述辅助控制模块包括控制模块一和控制模块二，所述控制模块二包括回转限位单元、回转编码器、吸油滤芯传感器和压油滤芯传感器，所述回转编码器用于对回转数据进行编码，所述吸油滤芯传感器用于监测吸油滤芯的运作状态，所述压油滤芯传感器用于监测压油滤芯的运作状态，所述控制模块二包括声光报警器、臂架喇叭、回转缓冲阀和风机补油阀，所述声光报警器用于提供报错警示的作用，所述风机补油阀用于为风机进行补油作业。

14、优选的，所述远程通讯模块包括gps信号接收终端、信号连接控制器、串口连接终端、网络升级单元、信号续接控制单元、数据码区分单元和指令接收单元，所述远程通讯模块用以接收gps信号，所述信号连接控制器用于网络信号的连接，所述网络升级单元用于实现系统的远程网络升级，保持实时更新，进行系统的后续完善，所述信号续接控制单元用于保证系统通讯和操作员操作的实时性，更好地响应操作员操作指令。

15、优选的，所述物联网连接终端用于实现系统的网络信号连接，所述app交互终端用于通过互联网访问后台服务器，来获得泵车系统中的各项参数信息并进行终端显示，所述app交互终端用于提供后台服务资源，进行数据的存储和交换。

16、工作原理：本系统在搭建过程中，底盘控制模块、泵送控制模块、分配控制模块、操作面板模块、臂架控制模块、支腿控制模块、辅助控制模块和远程通讯模块、均连接在can总线上，在泵车的实际运作过程中，本系统可以根据实际需要增加额外的功能模块，例如蓝牙控制模块等，通过在成熟可靠的can总线基础上，按需添加多项功能模块，可以提高系统的拓展灵活性，扩展其他硬件同时软件无需改动，同时can总线数据采取广播的方式，由各个模块判断是否接收和执行，主控mcu发送的执行指令为最高优先级，保证其控制权，底盘控制模块中集成有多种控制开关，可以进行汽车底盘的运行控制，使用行驶转换开关可以控制泵车的行驶状态，调整泵车的位置，之后启动作业转换开关进行底盘上各结构元件的启动，为混凝土的泵送作业进行准备，当泵车的位置及作业准备完成后，通过泵送控制模块2进行混凝土的泵送作业，泵送控制模块2中的泵送压力传感器可以监测混凝土的泵送压力，并通过分配压力传感器一、高压接近开关与水箱接近开关实现泵送期间各项功能元件的调控，通过操作面板模块内部的多个控制开关结构，可以多泵车的整体运行操作进行控制，并且通过系统急停开关、风扇开关单元、润滑开关控制单元等结构互相配合运作，可以对泵车进行紧急控制与辅助维护，通过臂架控制模块的内部设置的臂架手动操作开关和喇叭手动操作开关，可以在自动控制产生故障时实现人工手动控制，而在软件读取输入状态和输出时，通过信号续接控制单元可以实现中断控制模式，一旦操作员有指令或中断的信号被捕捉到时，指令都将立即被执行，给操作人员系统流畅执行迅速的感觉，同时，信号续接单元为了预防软件系统出现不可预估的失控、卡死、飞车等情况，系统内置检测复位功能，一旦系统执行出现错误的情况，软件系统将自动进行重启，有效地防止因系统意外错误导致不能正常工作，通过远程通讯模块内部设置的gps信号接收终端，操作员可以通过物联模块实时定位到设备信息，包括经度、纬度、海拔、卫星数量、系统时间等信息，在泵车停止工作，系统不进行运行时，通过远程通讯模块内部的网络升级单元可以自动通过物联模块搜索更新程序，并下达程序更新指令，并下载程序源码到本地mcu中存储并更新运行，从远程对系统进行升级和改造，同时后续设备程序版本不断更新后，本地其他模块的更新程序由主控mcu负责接收数据，通过本地can网络进行数据传输及更新程序，能够有效解放原来控制系统维护、升级时对大批量专业人员的依赖，更好地推动工程机械行业电控系统的持续发展，通过本系统中设置的app交互终端，可实现对系统的自由调试，程序设计工作模式和调试模式两种状态，通过操作员登录时的操作员名和密码来确定身份，设备操作人员仅能进入工作模式，或许各参数信息和设置一些操作相关的数据，调试人员进入的调试模式，除操作人员所有权限外，增加设备配置等权限方便设备调试及系统移植，后台服务器程序也同时拥有该功能。

17、(三)有益效果

18、本发明提供了一种基于物联网分布式模块化的电气控制系统。具备以下

19、有益效果：

20、1、本发明通过建立一套完整的通信机制，在成熟可靠的工业控制总线基础上，按需添加各类功能模块，具备较强的拓展灵活性，改变了原有集中控制模式功能单一的缺点，以各信号输入和目标输出的物理位置，来适应大型设备控制的需要，能够有效地简化控制线路，结合当下工程机械行业成本控制要求，在不损失原有功能的基础上，提供了额外的功能拓展接口，并大幅降低了系统搭建成本。

21、2、本发明通过紧跟物联网的发展状态，以更加便捷、高效、低成本的方式实现未来多样化的控制需求，解决了行业对于设备故障后即时性处理的需求，大大降低了间接性的扩大损失成本。

22、3、本发明通过进行独立化模块设计，系统整体的防水性能佳，故障率低，稳定性好，安装简单，后期维护成本低，扩展性强，同时通过设置数据码区分单元，可移植程度高，灵活地使用了数据通讯流中的数据码进行区分，扩展其他硬件的同时软件无需进行改动。

23、4、本发明通过设置网络升级单元，可以自动通过物联模块下达程序更新指令，并下载程序源码到本地mcu中存储并更新运行，从远程对系统进行升级和改造，同时后续设备程序版本不断更新后，本地其他模块的更新程序由主控mcu负责接收数据，通过本地can网络进行数据传输及更新程序，能够有效解放原来控制系统维护、升级时对大批量专业人员的依赖，更好地推动工程机械行业电控系统的持续发展。