燃油管控跟蹤系統(tǒng)在礦山企業(yè)的應(yīng)用研究

韓勇++黃曉婷++陳志坤++孫潔

摘 要：由于車輛機(jī)動性強、管理難度大、能源消耗難控制，在加油站管理方面和油料入庫管理方面，無法實現(xiàn)對油料計量的針對管理，這對單位在油料成本計量上的管理造成極大不便，也導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)營成本的增加。該運用成熟的GPS車輛管控系統(tǒng)、GPRS數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，同時融合油庫、油罐的自動化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對運營車輛的實時燃油管控與跟蹤，并對車輛燃油消耗進(jìn)行精確的統(tǒng)計，以達(dá)到監(jiān)督管理的目的。

關(guān)鍵詞：燃油管控 跟蹤 GPS GPRS

中圖分類號：F253.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（a）-0056-02

隨著燃油車輛運輸在國有礦山企業(yè)的廣泛應(yīng)用，油料消耗成本過大已成為企業(yè)日漸凸顯的問題。由于車輛機(jī)動性強，管理難度大，導(dǎo)致能源的消耗無法得到控制，在油料入庫管理方面，目前沒有針對油料進(jìn)行實時監(jiān)控工作，沒有對油料入庫量的計量，這對單位在油料成本計量的管理造成極大不便，也導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)營成本增加。

近年來，網(wǎng)路通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)入到生活的各個領(lǐng)域，在自動化裝備、技術(shù)、功能、規(guī)模等方面，油庫都得到很大提高，測量和控制裝置更新升級不斷，經(jīng)歷從低級的單回路控制到高級復(fù)雜系統(tǒng)控制再到管控一體化的發(fā)展過程。該文運用GPS車輛管控系統(tǒng)、GPRS傳輸與油庫、油罐的自動化系統(tǒng)融合，實現(xiàn)了對車輛的燃油管控與跟蹤，實時監(jiān)測統(tǒng)計，從而對油料管理監(jiān)督工作起到關(guān)鍵性作用。

1 油耗管控系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)通過油量數(shù)據(jù)采集器，得到耗油狀態(tài)曲線，實時對油箱剩余油量進(jìn)行管控。傳感器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)得到油量的消耗數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同車型，建立耗油數(shù)學(xué)模型，以確保油耗管控的準(zhǔn)確。

管控系統(tǒng)由油庫油耗管控、油槽運油控制、車輛油耗管控三大部分組成。（1）油庫管控系統(tǒng)：由石油公司將油料運輸?shù)轿锕苤行募佑驼?，油罐?nèi)安裝液位計，向油罐加油時，液位計的數(shù)值隨之發(fā)生變化，并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行上傳，后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、處理與存儲。（2）油槽車輛運油管控系統(tǒng)：通過油槽車運輸油料，油槽車安裝流量計，用油車輛安裝液位計。車輛加油時，用油車輛通過插入IC卡方式進(jìn)行加油，液位計數(shù)值發(fā)生變化，并將加油量相關(guān)數(shù)據(jù)信息，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上傳。（3）生產(chǎn)車輛運油管控系統(tǒng)：車輛直接進(jìn)站加油，車輛油箱內(nèi)安裝液位計。通過IC卡方式進(jìn)行加油，車輛加油時，液位計發(fā)生變化，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。

1.2 一車一卡加油管控措施

非生產(chǎn)車輛（小車）到加油站加油時，單位內(nèi)涉及到的非生產(chǎn)車輛將被分配與車牌號對應(yīng)的加油IC卡，并在經(jīng)過改裝的加油站IC卡加油機(jī)上加油，同時給非生產(chǎn)車輛安裝液位計進(jìn)行加油時油耗控制。

當(dāng)車輛進(jìn)入到加油站內(nèi)，加油時插入IC卡，系統(tǒng)自動計算出最大加油量，并上傳加油站出油信息，然后系統(tǒng)自動統(tǒng)計出本卡對應(yīng)的車輛歷次加油的數(shù)據(jù)。只有用IC卡時才能進(jìn)行加油操作，不支持手工加油方式。

1.3 油量管控及報警措施

（1）停車（坡道、水平道路）熄火偷油。

現(xiàn)象：車輛停車熄火進(jìn)行抽油。

報警原理：車輛停車熄火狀態(tài)，油位下降超出誤差油耗標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)行報警。

（2）停車（坡道、水平道路）怠速偷油。

現(xiàn)象：在車輛回油管中間掐斷，并安裝帶閥門的三通管，車輛打火前在三通管處掛一個油桶并打開閥門，進(jìn)行車輛打火操作并保持車輛怠速狀態(tài)，大部分油料通過三通管流入油桶中。

報警原理：計算車輛怠速單耗，若車輛怠速單耗超過標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)行報警。

（3）車輛行駛中緩慢偷油。

現(xiàn)象：在車輛回油管中間掐斷，并安裝上帶閥門的三通管，車輛打火前在三通管處掛一個油桶并打開閥門，車輛正常行駛中會有部分油料通過三通管流入油桶中。

報警原理：計算車輛單耗，若車輛單耗超過標(biāo)準(zhǔn)單耗值，進(jìn)行報警。

（4）加油站偷油。

現(xiàn)象：車輛在加油站加油，向車輛油箱中加部分燃油，向油桶中加部分燃油，進(jìn)行偷油操作。

報警原理：計算加油機(jī)的出油量和車輛液位上升的油量，判斷兩者是否相同，不相同則進(jìn)行報警。

通過GPS數(shù)據(jù)信息、以及通過油位計得到的油位信息進(jìn)行綜合分析，可以得出所有燃油使用可能出現(xiàn)的所有情況，如表1。

在車輛靜止?fàn)顟B(tài)下，分析得到靜止時間段內(nèi)的油量變化信息，即對車輛停止到車輛開始運行時間段內(nèi)的油耗信息進(jìn)行分析。

根據(jù)測試的不同車型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對模型進(jìn)行整合，將其按照車型進(jìn)行存儲，形成耗油數(shù)學(xué)模型庫，對于甲方新引進(jìn)的車型，甲方提供測試車輛，可以通過乙方進(jìn)行油耗數(shù)學(xué)模型建立，保證模型庫的完整和更新。

2 汽車油耗監(jiān)控系統(tǒng)

汽車油耗實時監(jiān)控系統(tǒng)包括油量數(shù)據(jù)采集器、無線射頻抄表器和PC機(jī)軟件，該系統(tǒng)能對汽車的油耗進(jìn)行實時監(jiān)控。具體過程是，油量數(shù)據(jù)采集器對汽車的耗油進(jìn)行記錄，然后由無線射頻抄表器傳送至PC機(jī)，從而實現(xiàn)汽車油耗的監(jiān)控。

2.1 油量數(shù)據(jù)采集器

汽車的油耗實時監(jiān)控系統(tǒng)采用油量數(shù)據(jù)采集器。在汽車的行駛過程中，油量采集器會實時記錄汽車油耗，時鐘芯片ISL1208輸出的外部中斷會對采樣周期加以控制，該芯片的報警功能很強大，將其設(shè)置成任意的時鐘/日歷值皆可。其工作原理是：將ISL1208設(shè)置成每5min報警一次，報警后會輸出一個下降沿引發(fā)外部中斷，89C51會加以響應(yīng)，這樣就實現(xiàn)了汽車油量數(shù)據(jù)采樣及時鐘數(shù)據(jù)的采集。

油量信號響應(yīng)過程稍長，為避免其他干擾，該設(shè)計中采用如圖2所示的A/D轉(zhuǎn)換電路，其中R1有電流保護(hù)作用，能防止電流過大燒壞器件，R1與R2組成低頻濾波電路，D1和D2則具有過壓保護(hù)作用。ADC0831會對處理后的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，該芯片采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，為串行A/D轉(zhuǎn)換芯片，它僅需CCS、CLK、DO三根線，就可與單片機(jī)89C51對接，其中CS為片選信號，由P3.5引腳控制，低電平有效；CLK為時鐘信號；DO為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)串行輸出。endprint

2.2 油量數(shù)據(jù)存儲器

汽車油量數(shù)據(jù)存儲器的主要作用是將采集器記錄的油量消耗數(shù)據(jù)加以保存，以備PC機(jī)分析、處理與應(yīng)用。油量數(shù)據(jù)存儲器一般選用CAT24WC64的64k串行存儲器，內(nèi)部有8192個字節(jié)，支持12C總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。系統(tǒng)實時記錄油耗數(shù)據(jù)，要把采集到的樣值與對應(yīng)的時鐘值均記錄在存儲器中。

2.3 無線射頻抄表器

一般情況下，采集器都安裝在大型運輸車輛上，為了便于隨時讀取數(shù)據(jù)，通常采用無線射頻抄表器采集數(shù)據(jù)。這種抄表器能定期、定時采集汽車油耗情況的相關(guān)數(shù)據(jù)。無線抄表依賴無線傳輸模塊，能增強汽車油耗實時監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。一般選用以Nrf401為核心的PTR2000模塊來提高無線射頻的抗電磁干擾能力，該模塊一般采用433.92MHz和434.33MHz兩個工作頻段，能夠保證數(shù)據(jù)長距離傳輸，不但花費時間較少，而且能夠直接與單片機(jī)串行通信，可有效減少了電磁干擾。

3 GPS定位監(jiān)控系統(tǒng)

安裝GPS終端，可以將全球定位技術(shù)、GPRS的數(shù)據(jù)傳輸功能以及計算機(jī)軟件（MIS）相結(jié)合，實現(xiàn)對車輛的各項靜態(tài)和動態(tài)信息的管理。

系統(tǒng)功能：

（1）將所有車輛同時顯示在一幅地圖上，系統(tǒng)會根據(jù)車輛的位置和數(shù)量自動調(diào)整地圖比例，直到所有車輛的實時位置和狀態(tài)都一目了然?？焖匍W動表示車輛正在運行，慢閃表示車輛停止。

（2）放大監(jiān)控單臺車時，系統(tǒng)會以連續(xù)的藍(lán)色線條在地圖上描述監(jiān)控對象的運行路線，每分鐘自動刷新車輛的實時狀態(tài)和位置，以確保向系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)是最新的。若電子地圖上標(biāo)注地點不詳細(xì)，可轉(zhuǎn)換至衛(wèi)星地圖。

（3）車輛衛(wèi)星地圖會顯示車輛周邊的道路和建筑物的清晰實體圖景。

（4）最新版的、及時更新的MapABC電子地圖能顯示車輛的位置和軌跡，以及車輛周邊的停車場、加油站、工廠及各種級別的公路等。

（5）可查詢?nèi)我鈺r段的車輛行車軌跡，地圖自動以連續(xù)的藍(lán)色線條描述監(jiān)控目標(biāo)的運行路線，并可導(dǎo)出至EXCEL報表。系統(tǒng)可自動以動態(tài)形式回放車輛運行軌跡。

（6）行車?yán)锍碳坝秃摹?/p>

系統(tǒng)輸出設(shè)定時段內(nèi)車輛的開車時間、停車時間、行車?yán)锍桃约跋鄳?yīng)的油耗情況。

（7）車輛停車地點分析。

系統(tǒng)可輸出設(shè)定時段內(nèi)車輛的停車時間、地點以及時長。還可得出該段時間內(nèi)該車的行駛里程、油耗、時間等，并將報表內(nèi)容以Execl格式保存。

（8）車輛行駛報表。

在報表分析功能中，可根據(jù)系統(tǒng)記錄的信息生成多種實用報表，如停車報表、行車報表、超速報表、里程報表等等，并可將報表內(nèi)容以Execl格式保存。

4 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

一期、二期車輛上安裝的車載GPS設(shè)備將車輛的實時GPS坐標(biāo)和油耗數(shù)據(jù)通過GPRS或WCDMA等通信運營商的無線網(wǎng)絡(luò)傳到數(shù)據(jù)中心。司家營鐵礦和研山鐵礦之間利用現(xiàn)有的防火墻和互聯(lián)網(wǎng)線路建立了一條VPN通道，以便司家營鐵礦能訪問數(shù)據(jù)中心。燃油跟蹤系統(tǒng)單獨劃分vlan，司家營和研山之間的VPN隧道只涉及vlan，保證辦公系統(tǒng)互不干擾。

5 PC機(jī)軟件

汽車油耗實時監(jiān)控系統(tǒng)對汽車的油耗監(jiān)控通過PC機(jī)軟件實現(xiàn)，系統(tǒng)采用C#語言設(shè)計，具有如下功能：與抄表器進(jìn)行通信、存儲數(shù)據(jù)并建立數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)表格顯示、數(shù)據(jù)曲線顯示等。

通訊功能由Visual C#2005里的serialPort來實現(xiàn)，首先打開通信端口，再設(shè)置通信的波特率等參數(shù)。該系統(tǒng)設(shè)置通信口波特率為2400bps、無奇偶校驗位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。設(shè)置程序代碼如下：

this.serialPort1.BaudRate=Convert.ToInt32（2400）；//設(shè)置波特率

this.serialPort1.Parity=Parity.None；//設(shè)置為無奇偶校驗

this.serialPort1.DataBits=8；//設(shè)置每個字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)位長度為8

this.serialPort1.StopBits=StopBits.One；//設(shè)置為一位停止位

對串口的讀寫操作通過執(zhí)行SerialPort.Read（）或SerialPort..Write（）來實現(xiàn)。將接收的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫文件中，采用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫。軟件根據(jù)既定數(shù)據(jù)格式對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出曲線圖。管理者通過曲線圖即可得知汽車一段時間的用油狀況。

6 結(jié)語

該文系統(tǒng)運用GPS、GPRS技術(shù)定位車輛、傳輸油耗數(shù)據(jù)和加油次數(shù)等信息到IC卡，成功完成了監(jiān)控運行車輛的油耗問題。并利用單片機(jī)和計算機(jī)結(jié)合的優(yōu)勢，通過89C51單片機(jī)控制油量數(shù)據(jù)采集器采集油耗數(shù)據(jù)，將所得數(shù)據(jù)以無線射頻傳輸方式實現(xiàn)無線抄表，再通過串口將數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)中并加以分析，成功解決了燃油車輛難控制的問題，使企業(yè)更好的管理油量使用以及成本情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 游心東.淺談汽車油耗實時監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?011（8）：231.

[2] 張爽，王堅，趙榮泳.汽車油耗實時監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J].電腦知識與技術(shù)，2009（32）：9077-9079.

[3] 王瑋.汽車油耗實時監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013（12）：103.

[4] 王東升.混合動力汽車最小等效燃油消耗控制策略研究[D].大連理工大學(xué)，2013.

[5] 龍立剛.智能傳感器系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.endprint