基于GPRS的露天矿卡车燃油监控系统

刘维玉，何帅

（1.中煤平朔集团有限公司东露天矿，山西朔州036008；2.煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁抚顺113122）

基于GPRS的露天矿卡车燃油监控系统

刘维玉1，何帅2

（1.中煤平朔集团有限公司东露天矿，山西朔州036008；2.煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁抚顺113122）

详细的叙述了基于GPRS的燃油监控系统的组成以及在应用过程中需要注意的关键技术，通过实际加油和抽油试验，模拟偷油现象，数据反映直观，报警及时，达到了预计的设计目标。

露天矿；GPRS；燃油监控；实时

0 引言

在以单斗-卡车间断工艺开采的露天矿中，运输成本几乎占据了全部生产成本的1/2，而燃油消耗成本在运输成本中占据了重要份量，露天矿常用的运输卡车载重大，型号多且体积庞大，油箱容积也非常大，最大的油箱容积能够达到几吨，所以提高燃油使用效率，避免偷油漏油现象发生是燃油成本控制的重点内容[1]，基于GPRS的露天矿卡车燃油监控系统是通过实时采集燃油液面高度信息达到实时解算燃油消耗，对消耗过大的设备进行实时报警的系统，能够从根本上解决偷油漏油现象的发生，有效地提高燃油使用效率。

1 系统的组成

露天矿卡车燃油监控系统由数据采集系统、无线传输系统和监控中心系统3部分组成[2]，数据采集系统通过无线远程测控终端实时采集油位传感器上传的油位液面高度数据，无线传输系统采用GPRS传输手段将采集的液面数据传输到监控中心。监控中心系统完成采集数据的接收及解算，根据油箱的容积及液面高度计算燃油消耗，对超出报警阈值的设备进行声光报警，实时形成燃油消耗曲线和消耗报表。

2 数据采集系统

数据采集系统主要依赖于无线远程车库终端，该终端是基于GPRS[3]、CDMA、3G/4G、卫星等无线通信网络，集成模拟量和开关量，实现远程数据采集和传输的智能终端设备。可以接入各种信号源，轻松实现物物相联或人机互动，并具备数据存储、对比、分析和处理功能。数据的上报和存储可根据用户环境灵活调整。

无线远程测控终端的功能如下：①一体化的采集与传输控制，提高设备的稳定性与可靠性；②嵌入式的处理器与无线模块，均为工业级性价比高产品；③具备串口通信、短信告警及控制的功能；④具备开关量、模拟量和串口等多种接口资源；⑤对上报数据及事件具有定时触发功能；⑥能够实现在线远程升级，减少现场工作；⑦2频或4频GSM/GPRS传输模块，方便国内外客户；⑧掉线自动重连，内置看门狗监控，短信重启；⑨可对传感器的测量参数进行修正；⑩工业时钟能够精确计时；⑪所见即所得，输出的数据无需转换；⑫内置大容量FLASH存储器，在断网时能自动记录并在网络恢复后召回数据；⑬开放式接口能够便于二次开发；⑭工业级设计，稳定可靠，坚固耐用。

电容式汽车油位传感器采用电容传感器和液面感知传感器相结合的技术，不仅具有电容式液位传感器测量精度高、免维护的特点，同时还能消除电容式液位传感器易受温度和介质的影响的缺点。它可以自动对不同温度和介质引起的测量误差进行精确地补偿，达到精确测量的目的。该传感器采用一体式方案设计，整机安装和维护都非常方便，同时可以针对露天矿的不同车型进行定制长度及粗细的开发，设备的使用年限长，可以对柴油、汽油等弱腐蚀性液体的液位进行精确的测量，在自动校准方面，内嵌自动校准程序，无需人工过多干预，通过传感器反复在油箱中插拔，即可完成校准，对温度及介质的变化无影响。解决了不同油号在不同温度下的测量误差问题，同时也彻底解决了乙醇汽油、甲醇燃料等介质难测量的问题。

3 GPRS无线传输系统

GPRS即通用无线分组业务[4]，主要是用分组的模式传输数据到各个使用单元，能够实现远程的数据传输，使得传输数据方式更加灵活，同时它的传输成本非常低，降低了用户的使用成本，是一项高速数据处理和分组数据承载业务的科技。该设备具备的特点如下：

1）设备能够实时采集和处理数据，并且能够同步接收数据，达到无延时状态。这一特性确保了数据采集和传输的实时性。

2）能够进行远程控制设备的时间校验、状态改正及各种开关状态的控制。通过GPRS技术能够远程对系统进行在线升级，减少了人员必须去现场维护，更加便捷。

3）通过采用GPRS技术，实现数据在公网上传输，不需要自己在建立平台，节约了平台成本，同时设备在维护升级时支持远程升级，也减少了人员去现场的成本。总体的建设成本比较低。

4）鉴于目前通讯网络的覆盖已经遍布山村乡镇及边远地区，而依托于网络覆盖的GPRS技术也使得设备的监控范围扩大了：接入地点无低于限制，接入方式更加直观方便。

5）鉴于网络覆盖的范围广，该设备具有大范围推广的基础，可以实现全面大范围的设备在线监控，有效管理设备的运行状态。

6）系统的传输容量大：能很好地满足传输突发性数据的需要。

7）数据传送速率高：GPRS网络传送速率理论上可达171．2 kBit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40 kbps左右。

8）通信资费比较少[5]：按照目前的资费运营方式可以按流量进行包月合计，加之各运营商的优惠活动，单点设备的费用完全可以接受，同时GPRS技术能够轻松的访问到公网平台，可以将设备直接接入互联网进行数据传输，在应用方面更加的灵活。

4 监控中心系统

监控中心系统负责完成与车辆各部门GPS分监控中心之间的数据交换，数据通信主要采用TCP/IP[6]作为主要承载方式。连接方式为设备主动连接到平台上，一直保持，设备不会主动断开连接。GPRS方式下完整数据帧结构定义见表1。

表1 数据帧结构定义 B

每一个完整的数据帧都必须包含包头标志、设备号、命令字、消息体和包尾标志。包头/包尾标志位用来指示信息帧的开始和结束，以0x28H作为开始标志符，以0x29H作为结束标志符。设备号作为绑定设备使用，每条消息都包含设备号码，平台通过设备ID绑定设备。命令字表明数据传输的业务信息类型，主要表明数据的作用。消息体中包含所有无线远程测控终端采集到的数据，如燃油液位高度数据、位置信息、速度、时间等。

监控中心完成监控管理，指挥调度，统计分析，系统设置，地图设置等功能，每个功能模块都下设多个分支功能。用户没有输入任何条件下，点击可以查询到当前在线车辆信息，用户可以输入要查询的车牌号码进行查询。通过不同的方法监督，管理，记录用户的工作中信息，司机在线，轨迹查询，线路管理，远程控制，油耗在线等功能。

5 燃油监控系统中的关键技术

5.1 油位传感器的校准

油位传感器采用高速MCU控制技术，通过特定的校准算法，使整体设备在不用手工校验的情况下即可直接应用，只需要在设备正常运行的情况下，通过将设备放入到介质中，使介质充满整个油位传感器直至超出上方的出气口位置，反复做2～3次，即完成油位传感器的校验工作，较少校验误差，提高设备可靠性。

另外一种校准方式是在油箱空油的时候，将接黄色线与地线（黑色线）进行短接，传感器通电，运行30 s以上，断开传感器电源，断开黄色色线与地线的链接。再将油箱加满油，将传感器绿色线与地线短接，通电运行30 s以上，断开传感器电源，断开黄色色线与地的链接，重新对传感器上电，也可完成对传感器的标定。如果是RS232或者RS485方式进行传输数据，传感器有D1、D2校准命令，可以通过远程给车载GPS定位终端发送短信息，来完成校准。

5.2 油位传感器标定[7]

1）保证终端在线。

2）抽空油箱中的柴油。

3）加油27.5 L，大约1 min左右，等待数据稳定后，记录下此时车机采集油量的AD值（十六进制或者十进制），如果车机显示的数值依旧为零，就再加27.5 L，直到有数据显示，记录下加油的升数和车机采集的AD值。

4）逐次加油27.5 L，等待数据稳定后，记录下此时车机采集油量的AD值（十六进制或者十进制）。

5）加满后等待车机采集的AD数据稳定后，记录下油箱总的加油量和对应的车机采集AD值。将上面的第3、4项的2个标定数据写入后台油耗传感器标定中，即可完成对传感器和油箱的标定。数据标定见表2。

6 结论

通过进行模拟加油和抽油试验，对数据的精度进行校验，试验模拟3组抽油、加油。选取的是载重108 t的卡车油箱，油箱容积约1.1 t，第1组进行3桶（27.5 L/桶）抽油，观测平台数据，待稳定后将3桶油倒回卡车油箱，待液面稳定再观测平台数据，至此完成第1组试验。第2组和第3组的操作方式同第1组，分别进行5桶和7桶试验。试验数据汇总试验数据汇总见表3。

表2 数据标定

表3 试验数据汇总

1）设备通过GPS模块提供实时定位功能，可按照中心设置的频度自动定时向监控中心上报定位信息，也可接收中心的定位指令实时向中心上报一定次数的位置信息。实时监控车辆行驶位置信息。

2）由于车上环境恶劣，传感器选用工业级传感器，安装进油箱部分的传感器外径25 mm，防止传感器因震动和加油时的冲击而损坏。

3）根据模拟数据对比分析[8]，加油和抽油数据的静态误差优于同行业水平，误差范围在2%以下。

4）传感器检测范围1 000 mm、分辨率0.01 mm。输出信号：4～20 mA/RS485；RS232。供电电源DC20～28V。防爆等级为隔爆ExdⅡC T5。精确度等级0.5～1。

5）产品满足矿山工况条件。在矿山复杂的环境内能够保证系统对所监控设备的位置、速度、状态、里程、耗油量等数据的及时准确采集，具备报警功能。油位曲线的走势能够反映出车辆的耗油情况。系统运行稳定。

［1］王凤勇，赵建军.安太堡矿卡车燃油箱防盗改造与考核监控数字化［J］.露天采矿技术，2012（S1）：100-102.

［2］李玲玲，何帅，丁文.基于GPRSGPS的露天矿汽车燃油监控系统研究［J］.科技资讯，2015（9）：25.

［3］任德志，李阳.基于GPRS挖掘机燃油监控系统的设计［J］.矿山机械，2014（6）：29-33.

［4］卢晓春，全金连，吴晶，等.基于GPRS船舶燃油监控管理系统的研制［J］.船电技术，2012（11）：35-37.

［5］刘维群，凌凤彩，匡国防.基于GPRS网络的远程数据采集系统及应用［J］.数采与监测，2009，25（6）：135-137.

［6］何帅，刘建宇.基于GPRS／GPS的露天矿疏干排水集控系统［J］.现代矿业，2014（8）：181-182.

［7］露天矿卡车燃油监控系统研究报告［R］.抚顺：煤科集团沈阳研究院有限公司，2014.

［8］于洪池，王柯，许升元，油耗监控系统的介绍和应用［J］.港口科技，2010（7）：20-22

【责任编辑：陈毓】

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

刘维玉，何帅.基于GPRS的露天矿卡车燃油监控系统［J］.露天采矿技术，2017，32（5）：46-48.

2017-02-28

国家自然科学基金煤炭联合基金资助项目（U1361211）

刘维玉(1964—)，男，内蒙古呼和浩特人，毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，从事露天矿采矿设计及生产管理20余年，现任中煤平朔集团公司东露天矿调度中心主管。