劉維玉，何帥

（1.中煤平朔集團(tuán)有限公司東露天礦，山西朔州036008；2.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧撫順113122）

基于GPRS的露天礦卡車燃油監(jiān)控系統(tǒng)

劉維玉1，何帥2

（1.中煤平朔集團(tuán)有限公司東露天礦，山西朔州036008；2.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧撫順113122）

詳細(xì)的敘述了基于GPRS的燃油監(jiān)控系統(tǒng)的組成以及在應(yīng)用過程中需要注意的關(guān)鍵技術(shù)，通過實(shí)際加油和抽油試驗(yàn)，模擬偷油現(xiàn)象，數(shù)據(jù)反映直觀，報(bào)警及時(shí)，達(dá)到了預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

露天礦；GPRS；燃油監(jiān)控；實(shí)時(shí)

0 引言

在以單斗-卡車間斷工藝開采的露天礦中，運(yùn)輸成本幾乎占據(jù)了全部生產(chǎn)成本的1/2，而燃油消耗成本在運(yùn)輸成本中占據(jù)了重要份量，露天礦常用的運(yùn)輸卡車載重大，型號多且體積龐大，油箱容積也非常大，最大的油箱容積能夠達(dá)到幾噸，所以提高燃油使用效率，避免偷油漏油現(xiàn)象發(fā)生是燃油成本控制的重點(diǎn)內(nèi)容[1]，基于GPRS的露天礦卡車燃油監(jiān)控系統(tǒng)是通過實(shí)時(shí)采集燃油液面高度信息達(dá)到實(shí)時(shí)解算燃油消耗，對消耗過大的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警的系統(tǒng)，能夠從根本上解決偷油漏油現(xiàn)象的發(fā)生，有效地提高燃油使用效率。

1 系統(tǒng)的組成

露天礦卡車燃油監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控中心系統(tǒng)3部分組成[2]，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過無線遠(yuǎn)程測控終端實(shí)時(shí)采集油位傳感器上傳的油位液面高度數(shù)據(jù)，無線傳輸系統(tǒng)采用GPRS傳輸手段將采集的液面數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)控中心系統(tǒng)完成采集數(shù)據(jù)的接收及解算，根據(jù)油箱的容積及液面高度計(jì)算燃油消耗，對超出報(bào)警閾值的設(shè)備進(jìn)行聲光報(bào)警，實(shí)時(shí)形成燃油消耗曲線和消耗報(bào)表。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要依賴于無線遠(yuǎn)程車庫終端，該終端是基于GPRS[3]、CDMA、3G/4G、衛(wèi)星等無線通信網(wǎng)絡(luò)，集成模擬量和開關(guān)量，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)闹悄芙K端設(shè)備?？梢越尤敫鞣N信號源，輕松實(shí)現(xiàn)物物相聯(lián)或人機(jī)互動，并具備數(shù)據(jù)存儲、對比、分析和處理功能。數(shù)據(jù)的上報(bào)和存儲可根據(jù)用戶環(huán)境靈活調(diào)整。

無線遠(yuǎn)程測控終端的功能如下：①一體化的采集與傳輸控制，提高設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性；②嵌入式的處理器與無線模塊，均為工業(yè)級性價(jià)比高產(chǎn)品；③具備串口通信、短信告警及控制的功能；④具備開關(guān)量、模擬量和串口等多種接口資源；⑤對上報(bào)數(shù)據(jù)及事件具有定時(shí)觸發(fā)功能；⑥能夠?qū)崿F(xiàn)在線遠(yuǎn)程升級，減少現(xiàn)場工作；⑦2頻或4頻GSM/GPRS傳輸模塊，方便國內(nèi)外客戶；⑧掉線自動重連，內(nèi)置看門狗監(jiān)控，短信重啟；⑨可對傳感器的測量參數(shù)進(jìn)行修正；⑩工業(yè)時(shí)鐘能夠精確計(jì)時(shí)；?所見即所得，輸出的數(shù)據(jù)無需轉(zhuǎn)換；?內(nèi)置大容量FLASH存儲器，在斷網(wǎng)時(shí)能自動記錄并在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后召回?cái)?shù)據(jù)；?開放式接口能夠便于二次開發(fā)；?工業(yè)級設(shè)計(jì)，穩(wěn)定可靠，堅(jiān)固耐用。

電容式汽車油位傳感器采用電容傳感器和液面感知傳感器相結(jié)合的技術(shù)，不僅具有電容式液位傳感器測量精度高、免維護(hù)的特點(diǎn)，同時(shí)還能消除電容式液位傳感器易受溫度和介質(zhì)的影響的缺點(diǎn)。它可以自動對不同溫度和介質(zhì)引起的測量誤差進(jìn)行精確地補(bǔ)償，達(dá)到精確測量的目的。該傳感器采用一體式方案設(shè)計(jì)，整機(jī)安裝和維護(hù)都非常方便，同時(shí)可以針對露天礦的不同車型進(jìn)行定制長度及粗細(xì)的開發(fā)，設(shè)備的使用年限長，可以對柴油、汽油等弱腐蝕性液體的液位進(jìn)行精確的測量，在自動校準(zhǔn)方面，內(nèi)嵌自動校準(zhǔn)程序，無需人工過多干預(yù)，通過傳感器反復(fù)在油箱中插拔，即可完成校準(zhǔn)，對溫度及介質(zhì)的變化無影響。解決了不同油號在不同溫度下的測量誤差問題，同時(shí)也徹底解決了乙醇汽油、甲醇燃料等介質(zhì)難測量的問題。

3 GPRS無線傳輸系統(tǒng)

GPRS即通用無線分組業(yè)務(wù)[4]，主要是用分組的模式傳輸數(shù)據(jù)到各個(gè)使用單元，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸，使得傳輸數(shù)據(jù)方式更加靈活，同時(shí)它的傳輸成本非常低，降低了用戶的使用成本，是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理和分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)的科技。該設(shè)備具備的特點(diǎn)如下：

1）設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)采集和處理數(shù)據(jù)，并且能夠同步接收數(shù)據(jù)，達(dá)到無延時(shí)狀態(tài)。這一特性確保了數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

2）能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制設(shè)備的時(shí)間校驗(yàn)、狀態(tài)改正及各種開關(guān)狀態(tài)的控制。通過GPRS技術(shù)能夠遠(yuǎn)程對系統(tǒng)進(jìn)行在線升級，減少了人員必須去現(xiàn)場維護(hù)，更加便捷。

3）通過采用GPRS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在公網(wǎng)上傳輸，不需要自己在建立平臺，節(jié)約了平臺成本，同時(shí)設(shè)備在維護(hù)升級時(shí)支持遠(yuǎn)程升級，也減少了人員去現(xiàn)場的成本?？傮w的建設(shè)成本比較低。

4）鑒于目前通訊網(wǎng)絡(luò)的覆蓋已經(jīng)遍布山村鄉(xiāng)鎮(zhèn)及邊遠(yuǎn)地區(qū)，而依托于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的GPRS技術(shù)也使得設(shè)備的監(jiān)控范圍擴(kuò)大了：接入地點(diǎn)無低于限制，接入方式更加直觀方便。

5）鑒于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍廣，該設(shè)備具有大范圍推廣的基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)全面大范圍的設(shè)備在線監(jiān)控，有效管理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

6）系統(tǒng)的傳輸容量大：能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

7）數(shù)據(jù)傳送速率高：GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171．2 kBit/s，目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40 kbps左右。

8）通信資費(fèi)比較少[5]：按照目前的資費(fèi)運(yùn)營方式可以按流量進(jìn)行包月合計(jì)，加之各運(yùn)營商的優(yōu)惠活動，單點(diǎn)設(shè)備的費(fèi)用完全可以接受，同時(shí)GPRS技術(shù)能夠輕松的訪問到公網(wǎng)平臺，可以將設(shè)備直接接入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在應(yīng)用方面更加的靈活。

4 監(jiān)控中心系統(tǒng)

監(jiān)控中心系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成與車輛各部門GPS分監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)通信主要采用TCP/IP[6]作為主要承載方式。連接方式為設(shè)備主動連接到平臺上，一直保持，設(shè)備不會主動斷開連接。GPRS方式下完整數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)定義見表1。

表1 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)定義 B

每一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀都必須包含包頭標(biāo)志、設(shè)備號、命令字、消息體和包尾標(biāo)志。包頭/包尾標(biāo)志位用來指示信息幀的開始和結(jié)束，以0x28H作為開始標(biāo)志符，以0x29H作為結(jié)束標(biāo)志符。設(shè)備號作為綁定設(shè)備使用，每條消息都包含設(shè)備號碼，平臺通過設(shè)備ID綁定設(shè)備。命令字表明數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)信息類型，主要表明數(shù)據(jù)的作用。消息體中包含所有無線遠(yuǎn)程測控終端采集到的數(shù)據(jù)，如燃油液位高度數(shù)據(jù)、位置信息、速度、時(shí)間等。

監(jiān)控中心完成監(jiān)控管理，指揮調(diào)度，統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)設(shè)置，地圖設(shè)置等功能，每個(gè)功能模塊都下設(shè)多個(gè)分支功能。用戶沒有輸入任何條件下，點(diǎn)擊可以查詢到當(dāng)前在線車輛信息，用戶可以輸入要查詢的車牌號碼進(jìn)行查詢。通過不同的方法監(jiān)督，管理，記錄用戶的工作中信息，司機(jī)在線，軌跡查詢，線路管理，遠(yuǎn)程控制，油耗在線等功能。

5 燃油監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

5.1 油位傳感器的校準(zhǔn)

油位傳感器采用高速M(fèi)CU控制技術(shù)，通過特定的校準(zhǔn)算法，使整體設(shè)備在不用手工校驗(yàn)的情況下即可直接應(yīng)用，只需要在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，通過將設(shè)備放入到介質(zhì)中，使介質(zhì)充滿整個(gè)油位傳感器直至超出上方的出氣口位置，反復(fù)做2～3次，即完成油位傳感器的校驗(yàn)工作，較少校驗(yàn)誤差，提高設(shè)備可靠性。

另外一種校準(zhǔn)方式是在油箱空油的時(shí)候，將接黃色線與地線（黑色線）進(jìn)行短接，傳感器通電，運(yùn)行30 s以上，斷開傳感器電源，斷開黃色色線與地線的鏈接。再將油箱加滿油，將傳感器綠色線與地線短接，通電運(yùn)行30 s以上，斷開傳感器電源，斷開黃色色線與地的鏈接，重新對傳感器上電，也可完成對傳感器的標(biāo)定。如果是RS232或者RS485方式進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，傳感器有D1、D2校準(zhǔn)命令，可以通過遠(yuǎn)程給車載GPS定位終端發(fā)送短信息，來完成校準(zhǔn)。

5.2 油位傳感器標(biāo)定[7]

1）保證終端在線。

2）抽空油箱中的柴油。

3）加油27.5 L，大約1 min左右，等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄下此時(shí)車機(jī)采集油量的AD值（十六進(jìn)制或者十進(jìn)制），如果車機(jī)顯示的數(shù)值依舊為零，就再加27.5 L，直到有數(shù)據(jù)顯示，記錄下加油的升數(shù)和車機(jī)采集的AD值。

4）逐次加油27.5 L，等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄下此時(shí)車機(jī)采集油量的AD值（十六進(jìn)制或者十進(jìn)制）。

5）加滿后等待車機(jī)采集的AD數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄下油箱總的加油量和對應(yīng)的車機(jī)采集AD值。將上面的第3、4項(xiàng)的2個(gè)標(biāo)定數(shù)據(jù)寫入后臺油耗傳感器標(biāo)定中，即可完成對傳感器和油箱的標(biāo)定。數(shù)據(jù)標(biāo)定見表2。

6 結(jié)論

通過進(jìn)行模擬加油和抽油試驗(yàn)，對數(shù)據(jù)的精度進(jìn)行校驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)M3組抽油、加油。選取的是載重108 t的卡車油箱，油箱容積約1.1 t，第1組進(jìn)行3桶（27.5 L/桶）抽油，觀測平臺數(shù)據(jù)，待穩(wěn)定后將3桶油倒回卡車油箱，待液面穩(wěn)定再觀測平臺數(shù)據(jù)，至此完成第1組試驗(yàn)。第2組和第3組的操作方式同第1組，分別進(jìn)行5桶和7桶試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總見表3。

表2 數(shù)據(jù)標(biāo)定

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

1）設(shè)備通過GPS模塊提供實(shí)時(shí)定位功能，可按照中心設(shè)置的頻度自動定時(shí)向監(jiān)控中心上報(bào)定位信息，也可接收中心的定位指令實(shí)時(shí)向中心上報(bào)一定次數(shù)的位置信息。實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛行駛位置信息。

2）由于車上環(huán)境惡劣，傳感器選用工業(yè)級傳感器，安裝進(jìn)油箱部分的傳感器外徑25 mm，防止傳感器因震動和加油時(shí)的沖擊而損壞。

3）根據(jù)模擬數(shù)據(jù)對比分析[8]，加油和抽油數(shù)據(jù)的靜態(tài)誤差優(yōu)于同行業(yè)水平，誤差范圍在2%以下。

4）傳感器檢測范圍1 000 mm、分辨率0.01 mm。輸出信號：4～20 mA/RS485；RS232。供電電源DC20～28V。防爆等級為隔爆ExdⅡC T5。精確度等級0.5～1。

5）產(chǎn)品滿足礦山工況條件。在礦山復(fù)雜的環(huán)境內(nèi)能夠保證系統(tǒng)對所監(jiān)控設(shè)備的位置、速度、狀態(tài)、里程、耗油量等數(shù)據(jù)的及時(shí)準(zhǔn)確采集，具備報(bào)警功能。油位曲線的走勢能夠反映出車輛的耗油情況。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

［1］王鳳勇，趙建軍.安太堡礦卡車燃油箱防盜改造與考核監(jiān)控?cái)?shù)字化［J］.露天采礦技術(shù)，2012（S1）：100-102.

［2］李玲玲，何帥，丁文.基于GPRSGPS的露天礦汽車燃油監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.科技資訊，2015（9）：25.

［3］任德志，李陽.基于GPRS挖掘機(jī)燃油監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.礦山機(jī)械，2014（6）：29-33.

［4］盧曉春，全金連，吳晶，等.基于GPRS船舶燃油監(jiān)控管理系統(tǒng)的研制［J］.船電技術(shù)，2012（11）：35-37.

［5］劉維群，凌鳳彩，匡國防.基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及應(yīng)用［J］.數(shù)采與監(jiān)測，2009，25（6）：135-137.

［6］何帥，劉建宇.基于GPRS／GPS的露天礦疏干排水集控系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2014（8）：181-182.

［7］露天礦卡車燃油監(jiān)控系統(tǒng)研究報(bào)告［R］.撫順：煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司，2014.

［8］于洪池，王柯，許升元，油耗監(jiān)控系統(tǒng)的介紹和應(yīng)用［J］.港口科技，2010（7）：20-22

【責(zé)任編輯：陳毓】

Truck fuel monitoring system based on GPRS in Open-pit Mine

LIU Weiyu1,HE Shuai2
(1.East Open-pit Mine,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036008,China; 2.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China)

This article describes the composition of fuel monitoring system based on GPRS and the key technology that need to be noticed.Stealing Oil is simulated by refuel and oil pumping test.The data reflect intuitive,and alarm in a timely manner,which reaches the expected design goal.

open-pit mine;GPRS;fuel monitoring;real time

TD672

B

1671-9816（2017）05-0046-04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.05.013

劉維玉，何帥.基于GPRS的露天礦卡車燃油監(jiān)控系統(tǒng)［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（5）：46-48.

2017-02-28

國家自然科學(xué)基金煤炭聯(lián)合基金資助項(xiàng)目（U1361211）

劉維玉(1964—)，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)采礦工程專業(yè)，從事露天礦采礦設(shè)計(jì)及生產(chǎn)管理20余年，現(xiàn)任中煤平朔集團(tuán)公司東露天礦調(diào)度中心主管。