马铃薯收获机故障诊断系统与方法
技术领域
本发明属于农业机械故障处理技术领域，具体是指马铃薯收获机故障诊断系统与方法。
背景技术
随着国家智能农机技术的发展，农业机械装备上的智能设备逐渐增多，农业机械的各种智能化的功能越来越多，因此在设计制造过程中，农机的各种电气线束越来越复杂。在马铃薯智能收获方面，国内的马铃薯收获机采用的是拖拉机加收获机具的方式进行收获作业，这种作业方式下，机具与行走牵引的拖拉机是两个相对独立的机构，故障的发生分为拖拉机本身的电器液压故障以及机具故障。
目前的收获机主要存在整体可靠性不高、作业效率难以提升、整机维护费用高等问题；而造成这些问题的主要原因，客观上是收获机本身结构复杂、零配件多以及其作业环境恶劣；但更重要的是主观上智能监测和故障诊断技术落后，故障前不能对其进行预测和有效维护，故障后不能准确判断故障来源和故障原因。
发明内容
为解决上述现有难题，本发明提供了一种马铃薯收获过程中自动检测收获机故障，特别是收获机自动对垄功能和自动陷深功能是否存在故障的马铃薯收获机故障诊断系统。
本发明采取的技术方案如下：本发明马铃薯收获机故障诊断系统，包括控制模块、故障定位模块、传感故障检测模块、仪表通讯模块、发动机ECU和液压执行模块，传感故障检测模块采集马铃薯收获机工作时的传感数据并将传感数据传递给控制模块，所述传感故障检测模块包括设置在马铃薯收获机上的传感器和数据传输单元，传感器单元采集马铃薯收获机的传感数据并通过数据传输单元发送给控制模块，所述控制模块内存储预先编程的程序算法以及存储数据的数据库，控制模块运行内部程序算法发送指令控制其他模块工作并接收其他工作模块发送的数据，控制模块将接收的数据发送给故障定位模块并将接收的数据转换为对应的工作状态信息发送给仪表通讯模块，数据库内存储马铃薯收获机的经验故障信息，数据库针对马铃薯收获机的经验故障信息建立故障树模型，故障树模型内包括各个模块常见的故障数据及其对应的故障部位和原因，故障定位模块根据接收的数据与故障树模型综合分析对比判断故障部位得到故障信息并将故障信息通过控制模块发送给仪表通讯模块显示，仪表通讯模块接收控制模块发送的收获机的工作状态信息并在驾驶室内显示出来，提示驾驶员的实车信息；液压执行模块根据接受的控制模块的指令完成指定动作；发动机ECU单元采集发动机的状态数据传递给控制模块，控制模块将接收的状态数据发送给故障定位模块进行故障诊断并将接收的状态数据转为工作状态信息发送给组合仪表模块进行通讯显示。
进一步地，所述故障树模型包括控制模块故障节点、发动机ECU故障节点、传感器故障节点、液压执行模块故障节点和程序算法故障节点，所述故障树模型上的每个节点上记录对应故障数据和故障原因用于故障排查。
进一步地，所述传感器至少包括位移传感器和激光反射式传感器。
进一步地，所述故障定位模块包括自动对垄故障诊断模块、自动陷深故障诊断模块和传感器故障诊断模块，自动对垄故障诊断模块对传感器检测的数据分析对比检测马铃薯收获机自动对垄系统是否出现故障偏差，从而便于控制陷深装置准确对垄，实现收获精确性，降低马铃薯的破损性，提高收获质量，自动对垄故障诊断模块通过控制模块控制自动对垄系统进行自检并接收自动对垄系统自检数据与故障树模型进行对比分析，当自动对垄系统自检数据属于故障模型树内自动对垄系统正常数据阈值时自动对垄故障诊断模块诊断故障解决，当系统自检数据不属于故障模型树内系统正常数据阈值时，自动对垄故障诊断模块接收控制模块发送的传感器采集的数据并将传感数据与故障树模型进行对比分析判定传感数据是否存在异常，当检测到的传感数据属于故障树模型设置的正常的阈值范围时，自动对垄故障诊断模块诊断自动对垄系统没有故障；当检测到的传感数据异常、不属于故障树模型设置的正常的阈值范围时，自动对垄故障诊断模块诊断对传感数据异常的时间计时并判定，当传感数据异常时间超出数据异常时间的设定阈值T时，自动对垄故障诊断模块诊断自动对垄系统的传感器发生故障，当传感数据异常时间未超出数据异常时间的设定阈值T时，自动对垄故障诊断模块诊断自动对垄系统的传感器正常无故障。
进一步地，自动陷深控制系统的作用是精确控制挖掘铲的入土深度，避免出现挖掘铲过深或者过浅造成马铃薯的漏挖、破损等问题；自动陷深故障诊断模块通过控制模块控制自动陷深控制系统进行自检并接收自动陷深控制系统自检数据与故障树模型进行对比分析，当自动陷深控制系统自检数据属于故障模型树内自动陷深控制系统正常数据阈值时，自动陷深故障诊断模块诊断故障解决，当自动陷深控制系统自检数据不属于故障模型树内系统正常数据阈值时，自动陷深故障诊断模块接收控制模块发送的位移传感器采集的陷深传感数据并将陷深传感数据与故障树模型内的数据对比分析进行故障判断，当陷深传感数据大于3cm时，自动陷深故障诊断模块诊断故障为感应板松动，若陷深传感数据小于3cm时，自动陷深诊断模块判断陷深传感数跳动幅度是否过大，当陷深传感数跳动幅度过大且跳动幅度大于10cm时，自动陷深故障诊断模块诊断故障为算法滤波不合适，否则自动陷深诊断模块判断陷深传感数据是否为常值，若陷深传感数据为常值，则自动陷深诊断模块诊断位移传感器故障，否则自动陷深诊断模块诊断自动陷深控制系统正常。
进一步地，所述传感器故障诊断模块针接收控制模块发送的传感数据并利用算法将传感器各个故障进行分类判别，当传感器故障诊断模块先判断传感器测量值是否为常数，当传感器测量值为常数时，传感器故障诊断模块诊断传感器损坏，当传感器测量值不属于常数时，传感器故障诊断模块检测传感器的测量值与传感器的实际值的差值是否为常数，若传感器的测量值与实际值的差值为常数时，传感器故障诊断模块诊断传感器本身具有偏差故障，若传感器的测量值与实际值差值为非常数时，传感器故障诊断模块诊断传感器数据是否逐渐增大，若传感器数据逐渐增大，则传感器故障诊断模块诊断传感器存在温度漂移故障，否则传感器故障诊断模块对传感器测量值进行方差运算并判断其方差是否发生变化，若传感器测量值方差变化，则传感器故障诊断模块诊断传感器精度低，若传感器测量值方差不变化，则传感器故障诊断模块诊断传感器正常无故障。
本发明还公开了一种马铃薯收获机故障诊断方法，包括如下步骤：
S1.根据专家经验将马铃薯收获机的经验故障信息存储至控制模块内的数据库里并建立故障模型树；
S2.传感故障检测模块通过传感器对待诊断马铃薯收获机进行传感数据采集并将传感数据发送至控制模块，控制模块将传感数据发送给故障定位模块；
S3.发动机ECU单元采集发动机的状态数据传递给控制模块，控制模块将接收的状态数据发送给故障定位模块进行故障诊断并将接收的状态数据转为工作状态信息发送给组合仪表模块进行通讯显示。
S4.故障定位模块将传感数据与故障模型树进行对比分析查找故障部位和原因得出故障信息并将故障信息发送给控制模块；
S5.仪表通讯模块接收控制模块发送的收获机的工作状态信息和故障信息并在驾驶室内显示出来，提示驾驶员的实车信息；液压执行模块根据接受的控制模块的指令完成指定动作。
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本方案马铃薯收获机故障诊断系统与方法，设计合理，能自动话快速精准的智能查找马铃薯收获机的故障部位和故障原因，便于工作人员快速掌握故障信息以便对收获机进行修理，能够有效提高填故障诊断效率，减少了人工的使用，降低了马铃薯收获机维护的成本，保证马铃薯运行正常，实现收获精确性，降低马铃薯的破损性，提高收获质量。
附图说明
图1为本发明马铃薯收获机故障诊断系统与方法的结构示意图；
图2为本发明马铃薯收获机故障诊断系统与方法的故障树模型示意图；
图3为本发明马铃薯收获机故障诊断系统与方法的自动对垄故障诊断模块的流程图；
图4为本发明马铃薯收获机故障诊断系统与方法的自动陷深故障诊断模块流程图；
图5为本发明马铃薯收获机故障诊断系统与方法的传感器故障诊断模块流程图。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：1、
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；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，本发明马铃薯收获机故障诊断系统与方法，包括马铃薯收获机控制模块、故障定位模块、传感故障检测模块、仪表通讯模块、发动机ECU和液压执行模块，传感故障检测模块采集马铃薯收获机工作时的传感数据并将传感数据传递给控制模块，所述传感故障检测模块包括设置在马铃薯收获机上的传感器和数据传输单元，传感器单元采集马铃薯收获机的传感数据并通过数据传输单元发送给控制模块，所述控制模块内存储预先编程的程序算法以及存储数据的数据库，控制模块运行内部程序算法发送指令控制其他模块工作并接收其他工作模块发送的数据，控制模块将接收的数据发送给故障定位模块并将接收的数据转换为对应的工作状态信息发送给仪表通讯模块，数据库内存储马铃薯收获机的经验故障信息，数据库针对马铃薯收获机的经验故障信息建立故障树模型，故障树模型内包括各个模块常见的故障数据及其对应的故障部位和原因，故障定位模块根据接收的数据与故障树模型综合分析对比判断故障部位得到故障信息并将故障信息通过控制模块发送给仪表通讯模块显示，仪表通讯模块接收控制模块发送的收获机的工作状态信息并在驾驶室内显示出来，提示驾驶员的实车信息；液压执行模块根据接受的控制模块的指令完成指定动作；发动机ECU单元采集发动机的状态数据传递给控制模块，控制模块将接收的状态数据发送给故障定位模块进行故障诊断并将接收的状态数据转为工作状态信息发送给组合仪表模块进行通讯显示。
其中，所述故障树模型包括控制模块故障节点、发动机ECU故障节点、传感器故障节点、液压执行模块故障节点和程序算法故障节点，所述故障树模型上的每个节点上记录对应故障数据和故障原因用于故障排查。
所述传感器至少包括位移传感器和激光反射式传感器。
所述故障定位模块包括自动对垄故障诊断模块、自动陷深故障诊断模块和传感器故障诊断模块，自动对垄故障诊断模块对传感器检测的数据分析对比检测马铃薯收获机自动对垄系统是否出现故障偏差，从而便于控制陷深装置准确对垄，实现收获精确性，降低马铃薯的破损性，提高收获质量，自动对垄故障诊断模块通过控制模块控制自动对垄系统进行自检并接收自动对垄系统自检数据与故障树模型进行对比分析，当自动对垄系统自检数据属于故障模型树内自动对垄系统正常数据阈值时自动对垄故障诊断模块诊断故障解决，当系统自检数据不属于故障模型树内系统正常数据阈值时，自动对垄故障诊断模块接收控制模块发送的传感器采集的数据并将传感数据与故障树模型进行对比分析判定传感数据是否存在异常，当检测到的传感数据属于故障树模型设置的正常的阈值范围时，自动对垄故障诊断模块诊断自动对垄系统没有故障；当检测到的传感数据异常、不属于故障树模型设置的正常的阈值范围时，自动对垄故障诊断模块诊断对传感数据异常的时间计时并判定，当传感数据异常时间超出数据异常时间的设定阈值T时，自动对垄故障诊断模块诊断自动对垄系统的传感器发生故障，当传感数据异常时间未超出数据异常时间的设定阈值T时，自动对垄故障诊断模块诊断自动对垄系统的传感器正常无故障。
自动陷深控制系统的作用是精确控制挖掘铲的入土深度，避免出现挖掘铲过深或者过浅造成马铃薯的漏挖、破损等问题；自动陷深故障诊断模块通过控制模块控制自动陷深控制系统进行自检并接收自动陷深控制系统自检数据与故障树模型进行对比分析，当自动陷深控制系统自检数据属于故障模型树内自动陷深控制系统正常数据阈值时，自动陷深故障诊断模块诊断故障解决，当自动陷深控制系统自检数据不属于故障模型树内系统正常数据阈值时，自动陷深故障诊断模块接收控制模块发送的位移传感器采集的陷深传感数据并将陷深传感数据与故障树模型内的数据对比分析进行故障判断，当陷深传感数据大于3cm时，自动陷深故障诊断模块诊断故障为感应板松动，若陷深传感数据小于3cm时，自动陷深诊断模块判断陷深传感数跳动幅度是否过大，当陷深传感数跳动幅度过大且跳动幅度大于10cm时，自动陷深故障诊断模块诊断故障为算法滤波不合适，否则自动陷深诊断模块判断陷深传感数据是否为常值，若陷深传感数据为常值，则自动陷深诊断模块诊断位移传感器故障，否则自动陷深诊断模块诊断自动陷深控制系统正常。
所述传感器故障诊断模块针接收控制模块发送的传感数据并利用算法将传感器各个故障进行分类判别，当传感器故障诊断模块先判断传感器测量值是否为常数，当传感器测量值为常数时，传感器故障诊断模块诊断传感器损坏，当传感器测量值不属于常数时，传感器故障诊断模块检测传感器的测量值与传感器的实际值的差值是否为常数，若传感器的测量值与实际值的差值为常数时，传感器故障诊断模块诊断传感器本身具有偏差故障，若传感器的测量值与实际值差值为非常数时，传感器故障诊断模块诊断传感器数据是否逐渐增大，若传感器数据逐渐增大，则传感器故障诊断模块诊断传感器存在温度漂移故障，否则传感器故障诊断模块对传感器测量值进行方差运算并判断其方差是否发生变化，若传感器测量值方差变化，则传感器故障诊断模块诊断传感器精度低，若传感器测量值方差不变化，则传感器故障诊断模块诊断传感器正常无故障。
一种马铃薯收获机故障诊断方法，包括如下步骤：
S1.根据专家经验将马铃薯收获机的经验故障信息存储至控制模块内的数据库里并建立故障模型树；
S2.传感故障检测模块通过传感器对待诊断马铃薯收获机进行传感数据采集并将传感数据发送至控制模块，控制模块将传感数据发送给故障定位模块；
S3.发动机ECU单元采集发动机的状态数据传递给控制模块，控制模块将接收的状态数据发送给故障定位模块进行故障诊断并将接收的状态数据转为工作状态信息发送给组合仪表模块进行通讯显示。
S4.故障定位模块将传感数据与故障模型树进行对比分析查找故障部位和原因得出故障信息并将故障信息发送给控制模块；
S5.仪表通讯模块接收控制模块发送的收获机的工作状态信息和故障信息并在驾驶室内显示出来，提示驾驶员的实车信息；液压执行模块根据接受的控制模块的指令完成指定动作。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
