挖掘机的全球卫星定位远程监控系统-第一工程机械网

通过全球卫星定位远程监控系统(GPS)对挖掘机的运行状态进行实时监测和远程故障诊断，可在其故障出现前及时报警，故障出现后及时准确地分析并处理故障，有力地保证了挖掘机的正常运行。我公司在SC.8系列液压挖掘机配置了先进的GPS远程监控系统，现简介如下。

1.基本组成

GPS主要由地面监控、空间卫星和用户接收等3部分组成，如图1和图2所示。挖掘机GPS远程监控系统主要由嵌入式监控系统、因特网、GPRS（General Packet Radio Service即通用分组无线服务技术)远程通讯系统和计算机监控中心等组成。

图1 GPS远程监控系统构成原理

挖掘机的GPS系统依靠安装在挖掘机上的各种传感器和控制器，对主机的运行状态参数、故障信息和位置参数进行采集，经过控制器转换为CAN （Controller Area Network即控制器局域网络)总线数据，发送到CAN总线固定地址，

经过主机控制系统的处理器进行运算处理后，一方面在主机控制系统的显示器上显示这些状态参数，并与数据库中相对应的正常状态参数值相比较，若超出设定的参数值范围则启动故障报警程序，实现报警功能，以便提醒操作者。另一方面，合并GPS定位信息及操作者输入的故障等信息，由GPS系统内的GPRS模块通过无线电通信设备发送到GPRS通讯网络，实现用户与远程监控系统的通信。

图2 挖掘机GPS机载终端系统原理

通过远程监控系统，主机厂可为现场技术人员或用户进行故障诊断，通过参数设定来调整控制系统，并可为主机控制系统内置软件进行升级，使挖掘机整机工作在最佳状态。

2.主机监控系统

由电子技术和传感技术承载的主机监控系统，是GPS全球卫星定位系统的基础。该系统对挖掘机的工作状态、工作参数进行监测，可以实时掌握各个状态参数，监控作业工况，预报设备故障，为控制发动机和执行机构提供所需的基础数据，及时为用户提供挖掘机的各种信息。

我公司设计的主机监控系统，由显示器、主控制器、油门控制器、油门马达、发动机控制盘、油门拉杆、GPS控制器等部分组成。主控制器是1款高性能可编程序逻辑控制器，其高速处理数据的能力强，适用于挖掘机、平地机、旋挖钻机、推土机、摊铺机和泵车等工程机械。

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主控制器使用高速嵌入式CYGNAL单片机作为中央处理器，电路板采用6层PCB板制作，具有集成度高、可靠性高、结构紧凑、配置灵活和功能强大等特点，主要由开关量输入电路、继电器输出电路、晶体管输出电路、模拟量输入电路、高速计数电路、PWM输出、频率输出、RS422/485通讯、RS232通讯、CAN通讯、高精度DC5V 500 mA电源输入电路这几部分电路组成。电路各部分的主要功能如下：

(1) 存储器

RAM存储器具有4352字节内部数据和64 k字节可编程FLASH程序。

(2) 开关量输入电路

共有24路开关量输入电路，其中每8路为一组，有1个公共端。输入部分采用的是双向光隔，可根据需要接成共阳极或共阴极。输入直流电压波动范围：20～36 V 输入电流范围: 3～6 mA 输入频率：小于10 Hz。

(3) 模拟量输入电路

共有15路模拟量输入电路，可根据需要采集电压型、电流型及电阻型信号。

(4) 控制器

控制器可提供高精度的DC5V 500 mA电源供外部使用，其电源具有短路、过载、过热、输入过电压和输入反极性保护功能等。其输出直流电压范围为4.95～5.05 V，输出电流范围为0～500 mA。

(5) 标准 RS232通讯口

该通讯口带有±15 kV静电保护，通讯速度120 kbps，可与其他带标准的RS232口的设备进行通讯。

物理层为标准的RS422四线制及RS485两线制通讯口，协议层可提供MODBUS、SLIN等标准协议和用户自定义协议。CAN2.0b标准，支持CANOpen协议及用户自定义协议。

(6) 输入电源

输入电源采用超宽电压输入技术，输入直流电压9～36 V的大范围变化时，电源能准确输出正常的5 V电压，保证控制器可靠工作。

3.机载GPS终端系统

GPS终端通过主机显示器显示远程监控系统发送给操作者的相关信息，并通过主机控制系统获取主机设备状态参数，实施远程监控系统发来的控制命令。GPS模块采集的主机经纬度信息、主机设备状态参数、操作者的相关信息通过内置的GPRS模块发送到GPRS通信网络，实现信息沟通。GPRS则具有永远在线、按流量计费、高速数据传输和通话等特点。

施工中的挖掘机