液压遥控控制系统

技术领域

本发明涉及液压控制技术领域，具体为一种液压遥控控制系统。

背景技术

液压装置被广泛的应用于石油钻井、室内建筑、水利工程、船舶吊运等行业的工作现场。如何降低现场施工人员的安全隐患、如何使液压装置更加高效易操作是此类运用的迫切需求。

目前，已有一些遥控液压装置被运用到工业现场之中，遥控装置的功能也正在逐步完善，但是控制过程中被控制机构的位移只能通过肉眼观察，而没有一个可以量化并且直观显示被控制机构位移量的相关设备和系统，这使得操作人员必须近距离地控制液压装置，并没有真正起到远程控制的效果。同时，由于人的肉眼对机构移动距离的感知不够精确，造成现有液压控制系统无法适用于一些需要精细化操作的应用场景。另一方面，在对故障维修的过程中由于需要依靠人工对故障进行检测发现，对工人的维修经验要求较高，往往会出现工人对故障问题的定位不够准确，定位所用的时间也不够高效，导致维修的人力成本较高。

通过上述分析，现有技术的问题和存在的缺陷为：

对机构位移量观测不够直观和精准：目前的遥控装置无法提供一个可以精确、直观显示被控制机构位移量的设备和系统。操作人员只能通过肉眼来观察和判断机构的位移情况，这种控制方法不够精准和直观，特别是在需要精准控制的应用场景中达不到控制要求。

远程控制受限：由于缺乏位移量的精确显示，操作人员必须近距离的控制液压装置，所以一些有安全隐患的操作环境中，无法保证操作人员的安全性。

故障预警、故障维修较为困难：没有相关的设备和系统可以准确、高效地预测和诊断液压系统的故障原因。并且故障发生后，维修人员需要依靠经验来判断故障原因，维修时间长，维修人力成本也较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种液压遥控控制系统，解决了上述背景技术中提出的问题。

为了完成本申请的发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种液压遥控控制系统，液压遥控控制系统对若干个执行器的液压缸进行控制，它包括：遥控器、接收器、驱动器和云端，遥控器通过无线通信与接收器双向相连，接收器分别通过CAN通讯与若干个驱动器双向相连，每个驱动器分别无线通信与云端双向相连，每个驱动器与若干个电机相连，每个电机通过蜗轮蜗杆结构与一个液压活塞相连，一个液压活塞驱动一个执行器；遥控器包括：显示屏、操纵杆、按钮、遥控通讯模块和遥控MCU模块，若干个显示屏、若干个操纵杆和若干个按钮分别与遥控MCU模块相连，遥控MCU模块与遥控通讯模块双向相连；接收器包括：接收通讯模块、接收MCU模块和运动状态指示模块，接收通讯模块与接收MCU模块双向相连，接收MCU模块和运动状态指示模块相连；驱动器包括：驱动通讯模块、驱动MCU模块、监测模块、电机选通模块、PWM脉宽调控模块、旋转编码器模块和位置检测模块，驱动通讯模块与驱动MCU模块双向相连，驱动MCU模块和监测模块双向相连，电机选通模块、PWM脉宽调控模块、旋转编码器模块和位置检测模块分别与驱动MCU模块相连，电机选通模块和PWM脉宽调控模块分别与电机相连，电机驱动液压缸，液压缸驱动对执行器，监测模块分别与电机或/和液压缸或/和执行器相连，PWM脉宽调控模块和旋转编码器模块与电机相连，位置检测模块对液压活塞的特殊位置进行监控，监测模块对电机或/和液压缸或/和执行器的参数进行监控，PWM脉宽调控模块分别与该驱动器的每个电机相连；云端包括：依次双向相连的数据交互模块、云端MCU模块和故障预测模块；遥控通讯模块通过无线通讯与接收通讯模块双向相连，接收通讯模块通过CAN通讯与驱动通讯模块双向相连，驱动通讯模块通过无线通讯与数据交互模块双向相连，其中：故障预测模块包括：依次相连的样本获取单元、样本扩充单元、扩充判定单元、样本集生产单元和模型训练单元，它们组成神经网络预测网，每个执行器和每个液压缸的重要状态和重要参数传输给上述神经网络，神经网络将其预测的结果通过无线通讯和CAN通讯反向传输给遥控器的显示屏，对相应执行器和相应液压缸的状态和参数进行实时监控。

本发明的液压遥控控制系统，其中：所述监测模块包括：超声波流量计、电压检测单元、温度检测单元、电流检测单元、位移测量单元、三维坐标测量单元、力矩传感器和测压计，超声波流量计和测压计分别与液压缸相连，将液压缸内液压油的压力和流量传输给遥控器的显示屏或/和故障预测模块，电压检测单元、温度检测单元、电流检测单元分别与电机相连，将每个电机的电压、温度和电流传输给遥控器的显示屏或/和故障预测模块；力矩传感器和位移测量单元分别与每个执行器相连，将每个执行器的力矩和位移传输给遥控器的显示屏或/和故障预测模块或/和故障预测模块；三维坐标测量单元与末端执行器相连，将末端执行器的位移传递给遥控器的显示屏或/和故障预测模块或/和故障预测模块。

本发明的液压遥控控制系统，其中：所述末端执行器是由每个驱动器控制的完成最终动作的一个执行器。

本发明的液压遥控控制系统，其中：所述重要状态和重要参数是操作者从液压缸内液压油的压力、流量及执行器的位移和力矩中任选的一个或几个。

用本发明的液压遥控控制系统来遥控执行器的方法，其中：

(一)、遥控器将执行命令传递给接收器

操作者通过按钮或/和操纵杆发出执行命令，遥控器的遥控通讯模块将上述执行命令通过无线通讯传递给接收器的接收通讯模块；

(二)、接收器将上述执行命令传递给不同的驱动器

接收器的接收通讯模块将上述执行命令分发给不同的驱动器的驱动通讯模块，驱动通讯模块将上述执行命令传输给驱动MCU模块，驱动MCU模块根据上述执行命令控制电机选通模块选择对应的电机，并将所选择的电机切换至PWM脉宽调控模块PWM输出环路，PWM脉宽调控模块对电机进行控制，同时监测模块、旋转编码器模块和位置检测模块分别检测到电机或/和液压缸或/和执行器的状态和参数，并且将其状态和参数依次通过驱动MCU模块、驱动通讯模块、接收通讯模块和接收MCU模块传输给运动状态指示模块，运动状态指示模块显示上述参数，同时把电机或/和液压缸或/和执行器的状态和参数依次通过驱动MCU模块、驱动通讯模块、接收通讯模块、遥控通讯模块和遥控MCU模块传输给遥控器的显示屏；

(三)、驱动器将上述液压缸和执行器的状态和参数传递给云端

驱动通讯模块通过无线通讯将上述液压缸和执行器的状态和参数传递给云端的数据交互模块，数据交互模块将上述液压缸和执行器的重要状态和重要参数通过云端MCU模块传递给故障预测模块，故障预测模块通过样本获取单元、样本扩充单元、扩充判定单元、样本集生产单元和模型训练单元组成的神经网络处理后，得到预测结果，并且把预测结果依次通过云端MCU模块、数据交互模块、驱动通讯模块、接收通讯模块、遥控通讯模块和遥控MCU模块反馈到遥控器的显示屏上。

用本发明的液压遥控控制系统来遥控执行器的方法，其中：所述神经网络是预先训练好的神经网络。

有益效果

1、本发明的液压遥控控制系统，通过设置有遥控器、接收器与驱动器，能够实现对液压装置的远程精细化控制，使用者可以远离危险复杂的工业现场，在远程端实现对有多个液压缸的复杂液压装置进行控制，较好的保障了操作人员的人身安全。本系统用较为简单的按键和摇杆控制代替了传统液压控制中复杂的机械控制，使液压设备的控制变得简单易学。同时，操作人员可以通过遥控器中部的液晶显示屏上实时精确地查看到液压缸内每个活塞的运动位置、每个机构的运动位置以及末端执行机构的运动画面和坐标参数，使得控制效果变得直观、精准。

2、本发明的液压遥控控制系统，在云端设置有数据交互模块和故障诊断预测模块，云端通过数据接收模块接收来自液压系统各项传感器的数据，通过故障诊断预测模块对液压系统的各项参数进行实时监测。故障诊断预测模块根据检测到的实时数据对液压系统进行故障诊断预测，生成诊断预测结果。诊断预测结果通过遥控器显示屏进行显示，显示内容包括故障等级、故障点与故障原因。根据故障等级、故障点与故障原因，预先在遥控器端设置好对应的预案措施操作提示，当故障即将发生时，操控者就可以根据系统提示的预案措施进行操作以规避故障的发生。帮助操作者及时发现可解决潜在故障可避免由于故障引起的经济损失和人员伤亡。

附图说明

图1为本发明的液压遥控控制系统的总体结构连接关系的示意图；

图2为本发明的液压遥控控制系统中的遥控器、接收器、其中一个驱动器和云端的详细结构连接关系的示意图；

图3为监测模块的结构示意图；

图4为故障预测模块的结构示意图；

在图1至图4中：标号1为遥控器；标号2为接收器；标号3为驱动器；标号4为云端；标号5为通信模块；标号6为接收MCU模块；标号7为电机选通模块；标号8为PWM脉宽调控模块；标号9为驱动通讯模块；标号10为云端MCU模块；标号11为驱动MCU模块；标号12为运动状态指示模块；标号13为监测模块；标号14为数据交互模块；标号15为故障预测模块；标号16为旋转编码器模块；标号17为位置检测模块；标号18为样本获取单元；标号19为样本扩充单元；标号20为扩充判定单元；标号21为样本集生成单元；标号22为模型训练单元；标号23为电压检测单元；标号24为温度检测单元；标号25为电流检测单元；标号26为位移测量单元；标号27为三维坐标测量单元；标号28为液压缸；标号29为执行器；标号30为显示屏；标号31为操纵杆；标号32为按钮；标号33为遥控通讯模块；标号34为遥控MCU模块；标号35为超声波流量计；标号36为力矩传感器；标号37为测压计；标号38为电机；标号39为液压活塞。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本发明液压遥控控制系统对若干个执行器29的液压缸28进行控制，它包括：遥控器1、接收器2、驱动器3和云端4，遥控器1通过无线通信与接收器2双向相连，接收器2分别通过CAN通讯与若干个驱动器3双向相连，每个驱动器3分别无线通信与云端4双向相连，每个驱动器3与若干个液压缸28相连，每个液压缸28驱动一个执行器29。

如图2所示，遥控器1包括：显示屏30、操纵杆31、按钮32、遥控通讯模块33和遥控MCU模块34，若干个显示屏30、若干个操纵杆31和若干个按钮32分别与遥控MCU模块34相连，遥控MCU模块34与遥控通讯模块33双向相连。

如图2所示，接收器2包括：接收通讯模块5、接收MCU模块6和运动状态指示模块12，接收通讯模块5与接收MCU模块6双向相连，接收MCU模块6和运动状态指示模块12相连。

如图2所示，驱动器3包括：驱动通讯模块9、驱动MCU模块11、监测模块13、电机选通模块7、PWM脉宽调控模块8、旋转编码器模块16和位置检测模块17，驱动通讯模块9与驱动MCU模块11双向相连，驱动MCU模块11和监测模块13双向相连，电机选通模块7、PWM脉宽调控模块8、旋转编码器模块16和位置检测模块17分别与驱动MCU模块11相连，电机选通模块7和PWM脉宽调控模块8分别与电机38相连，电机38驱动液压缸38，液压缸38驱动对执行器29，监测模块13分别与电机38或/和液压缸28或/和执行器29相连，PWM脉宽调控模块8和旋转编码器模块16与电机38相连，位置检测模块17对液压活塞39的最大行程、最小行程、中位等特殊位置进行监测，监测模块13对每个电机38或/和液压缸28或/和执行器29的参数进行监控，PWM脉宽调控模块8分别与该驱动器3的每个电机38相连。

如图3所示，监测模块13包括：超声波流量计35、电压检测单元23、温度检测单元24、电流检测单元25、位移测量单元26、三维坐标测量单元27、力矩传感器36和测压计37，超声波流量计35和测压计37分别与每个液压缸28相连，将每个液压缸28的流量和压力传输给运动状态指示模块12或/和故障预测模块15，电压检测单元23、温度检测单元24、电流检测单元25分别与电机38相连，将每个电机38的电压、温度和电流传输给运动状态指示模块12；力矩传感器36和位移测量单元26分别与每个执行器29相连，将每个执行器29的力矩和位移传输给运动状态指示模块12或/和故障预测模块15；三维坐标测量单元27与末端执行器相连，将末端执行器的位移传递运动状态指示模块12或/和故障预测模块15。电机38通过蜗轮蜗杆结构带动液压活塞39的运动。

如图2和图4所示，云端4包括：依次双向相连的数据交互模块14、云端MCU模块10和故障预测模块15；遥控通讯模块33通过无线通讯与接收通讯模块5双向相连，接收通讯模块5通过CAN通讯与驱动通讯模块9双向相连，驱动通讯模块9通过无线通讯与数据交互模块14双向相连，故障预测模块15包括：依次相连的样本获取单元18、样本扩充单元19、扩充判定单元20、样本集生产单元21和模型训练单元22，它们组成神经网络预测网，每个执行器29和液压活塞和/或液压缸28的重要状态和重要参数传输给上述神经网络，神经网络将其预测的结果通过无线通讯和CAN通讯反向传输给遥控器1的显示屏30，对相应执行器29和相应液压活塞39和/或液压缸28的状态和参数进行实时监控。

用本发明的液压遥控控制系统来遥控执行器的方法包括：

(一)、遥控器1将执行命令传递给接收器2

操作者通过按钮32或/和操纵杆31发出执行命令，遥控器1的遥控通讯模块33将上述执行命令通过无线通讯传递给接收器2的接收通讯模块5；

(二)、接收器2将上述执行命令传递给不同的驱动器3

接收器2的接收通讯模块5将上述执行命令分发给不同的驱动器3的驱动通讯模块9，驱动通讯模块9将上述执行命令传输给驱动MCU模块11，驱动MCU模块11控制电机选通模块7根据上述执行命令选择对应的电机38，并将所选择的电机38切换至PWM脉宽调控模块8的PWM输出环路，PMW脉宽调控模块8对电机38或/和液压缸28进行控制，同时监测模块13、旋转编码器模块16和位置检测模块17分别检测到电机38和/或液压缸28或/和执行器29的状态和参数，并且依次通过驱动MCU模块11、驱动通讯模块9、接收通讯模块5、遥控通讯模块33和遥控MCU模块34传输给遥控器1的显示屏30，遥控器1的操作者可以从显示屏30上看出电机38或/和液压缸28或/和执行器29的状态和参数；

(三)、驱动器3将上述液压缸28和执行器29的状态和参数传递给云端4

驱动通讯模块9通过无线通讯将上述液压缸28和执行器29的状态和参数传递给云端4的数据交互模块14，数据交互模块14将上述液压缸28和执行器29的重要状态和重要参数通过云端MCU模块10传递给故障预测模块15，重要状态和重要参数是指操作者从液压缸的流量、压力及执行器的位移和力矩中任选的一个或几个，故障预测模块15通过样本获取单元18、样本扩充单元19、扩充判定单元20、样本集生产单元21和模型训练单元22组成的神经网络处理后，通常选择液压缸的流量、压力和执行器的力矩和位移输入上述神经网络中，得到预测结果，并且把预测结果依次通过云端MCU模块10、数据交互模块14、驱动通讯模块9、接收通讯模块2、遥控通讯模块33和遥控MCU模块34反馈到遥控器1的显示屏30上，神经网络是预先训练好的神经网络。

遥控器1用于将操作者的操控动作形成指令后向接收器发送；同时，接收器反馈回来的控制的效果、云端反馈的故障提示信息都会在遥控端显示。

接收器2用于将遥控器传达的指令转化为CAN总线协议格式并分发给相应的液压装置驱动器。同时，驱动器反馈回来的控制效果等信息也通过CAN总线反馈给接收器，再由接收器无线传输到遥控器端。

驱动器3将接收器发送的CAN指令进行解析并且对液压系统进行控制。同时，将监测模块、旋转编码器模块、位置检测等模块的反馈信息进行采集和传输。

接收通信模块5用于接收遥控器发送的无线信号，并将其转为CAN协议传递给驱动器3。

接收MCU模块6用于对接收器2上其他模块进行控制。

电机选通模块7用于根据指令选择相应的液压活塞。

PWM脉宽调控模块8用于通过PWM脉宽调制技术对液压活塞进行控制，电机正反向转动带动蜗轮蜗杆运动，从而改变液压缸内运动活塞的位置，实现对液压装置的控制。

驱动MCU模块11用于对驱动器上其他模块进行控制。

运动状态指示模块12用于指示当前在线的电机以及电机的转动方向。

旋转编码器模块16通过对旋转编码器输出脉冲数的计数可以计算出液压缸内活塞当前的位置。

位置检测模块17包括：正程最大检测、返程最大检测、中位检测，在相应的位置分别设置三个红外对管可以有效的判断液压缸内的活塞是否处于这三个特殊的位置，从而通过编写单片机CPU的程序使得液压缸内的活塞在到达极限值时自动返回中位，有效的保护了液压缸和整个液压装置的安全，电机选通模块7包括地址译码器模块、继电器模块。通过对主控CPU模块6的软件编程可以实现电机的使能和失能。

监测模块13用于对液压系统在运行时的各项参数进行检测。它除了上述的零件外，还包括超声波流量计、力矩传感器相关传感器，能够对液压系统的各项参数进行实时检测，通过检测到的数据对液压系统故障进行检测判定。

电压检测单元23用于对液压系统在进行运行时的电压进行检测。

温度检测单元24用于对液压系统在进行运行时的温度进行检测。

电流检测单元25用于对液压系统在进行运行时的电流进行检测。

位移测量单元26可以通过位移传感器、旋转传感器等措施测量出每一个运动机构的位移量，并且在遥控端实时显示。

三维坐标测量单元27通过在驱动器3内连接深度摄像机，可对末端执行器的运动实况进行监测。操作人员在遥控端用鼠标框选末端执行器的区域时，可实时显示出末端执行机构的三维坐标；用鼠标选中末端执行器的目标运动位置时，也能实时显示该位置的三维坐标。

故障预测模块15用于根据实时监测数据进行故障预测和诊断，故障诊断预测模块15根据检测到的液压系统的实时数据对液压系统进行故障诊断预测，生成诊断预测结果。根据诊断预测结果，对故障等级进行判定，故障等级为I级、II级、III级，I级紧急程度最高，III级紧急度较低。将诊断预测结果发送至遥控器1，通过遥控器1上的显示屏进行显示，诊断预测结果包括故障点与故障原因。

样本获取单元18，用于获取对应液压系统的正常数据与故障数据，样本获取单元18获取对应液压系统的正常数据与故障数据，正常数据包括正常运行状态下液压系统的各项参数，故障数据包括非正常运行状态下液压系统的各项参数。

样本扩充单元19用于将液压系统样本数据输入至生成器中，进行样本数据扩充。

扩充判定单元20用于通过判定器对样本数据进行准确度判定，输出符合要求的扩充样本数据。

样本集生成单元21用于将符合要求的样本数据集合成可用扩充样本数据集。

模型训练单元22用于通过可用扩充样本数据集对故障诊断预测模型进行训练。

数据交互模块14可将液压系统中各项传感器的数据传输给故障预测模块，故障预测结果生成后，把诊断信息发送给遥控器1的显示屏30。

在遥控器1还有上有电量检测模块，在遥控器1开机之后可一直对电池的电量进行检测，剩余电量在液晶屏内实时的显示出来，当电量过低时会有低电量警示，提醒用户及时充电。

遥控器1上设置有左操作杆与右操作杆，左操作杆与右操作杆均可对应四种动作，左右操纵杆在选定功能后可同时动作。

综上所述，该液压遥控控制系统，使用时，通过遥控器1上的功能按键，选择左操作杆与右操作杆的对应控制动作，同时操作左右两个操纵杆，前后推动操纵杆的过程中遥控器1向接收器2发出无线控制指令，接收器2收到指令之后接收MCU模块6将指令转化为CAN总线协议格式并通过接收通讯模块5分发给相应的驱动器3；驱动器3收到指令后对指令进行解析，驱动MCU模块11控制电机选通模块7根据上述执行指令选择对应的电机38，并将所选择的电机38切换至PWM脉宽调控模块8的PWM输出环路，PMW脉宽调控模块8对电机38进行控制，电机38转动带动蜗轮蜗杆运动从而改变液压缸内活塞的位置，从而实现对液压装置的控制。在对液压装置进行控制的过程中，通过对旋转编码器模块16发出的脉冲数进行计数，可以在控制过程中精确的计算出液压缸内活塞的运动位置，通过位移测量单元26可以测量出每个机构的位移量，通过三维坐标测量单元27可以测量出末端执行器的运动坐标。最终可以把控制过程中每个液压缸内活塞的位置、每个机构的运动位移以及末端执行器的运动画面和坐标参数在遥控器1上的显示屏30上实时的显示出来，及时把控制效果直观的反馈给设备操控者，从而实现对液压设备的精细化控制。

在对液压系统进行控制时，在液压系统上设置的各项传感器，对液压系统的各项参数进行实时检测，如电压传感器检测电压、电流传感器检测电流，温度传感器检测油温，驱动器3通过无线通信模块9将监测模块13监测到的液压系统的实时数据发送给云端4，云端4通过数据交互模块14与驱动器3和遥控器1进行数据交互，故障诊断预测模块15接收到液压系统的实时数据后，根据检测到的液压系统的实时数据对液压系统进行故障诊断预测，生成诊断预测结果后通过数据交互模块14把诊断结果无线传输给遥控器端的液晶屏进行显示，显示内容包括故障等级、故障点与故障原因。根据故障等级、故障点与故障原因，预先在遥控器端设置好对应的预案措施操作提示，当故障即将发生时，操控者就可以根据系统提示的预案措施规避故障的发生。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，

可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。