基于液位传感器的露天矿卡车油料监控系统研究

基于液位传感器的露天矿卡车油料监控系统研究

作者：刘维玉 1，刘 亮 2

 

 

 

 

 

        目前露天矿开采工艺大多采用单斗-卡车工艺间断开采工艺，或者和其它工艺方式相结合，露天矿单斗都采用大型自卸卡车，从几十吨到几百吨的载重量，为了掌握露天矿卡车的油料情况及卡车的运行情况，并能防止漏油偷油情况的发生，必须建立油料监控系统。

1 露天矿油料监控系统组成

        该系统与露天矿现有相关信息系统相结合，数据并入到基础数据库中，露天矿卡车油料监控基于液位传感器结合 GPS 终端, 把油位和位置信息上传到服务器，计算油料情况并提供漏油偷油报警，把油料和运输里程存入数据库，作为露天矿决策分析数据的一部分。

露天矿卡车油料监控系统由 3 部分组成，包括数据采集端、数据传输、数据分析处理。

1）数据采集：包括油位传感器、终端的 GPS 模块，采集油位和位置信息；

2）数据传输：终端的传输模块，把油位和位置信息上传到服务器；

3）数据分析处理：包括服务器、客户端和数据分析软件，实时显示油位变化情况，计算运行里程得出油耗情况。

1.1 油位传感器

        油位传感器是液位传感器的一种，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[2]。油位传感器自动精确测量，精确地补偿不同环境（包括温度和介质等）引起的测量误差。

1.2 GNSS 终端

        GNSS 全球卫星导航定位系统（GPS、北斗等）和GSM/GPRS 网络, 通过互联网或短信对远程目标进行定位或监控[3]。具有定位、速度、里程统计、停电报警功能、ACC 检测等功能，兼容其它传感器和原车防盗等功能。

2 露天矿油料监控系统建设

2.1 数据采集

1）油位数据采集。露天矿卡车运行环境复杂，油位传感器必须无任何弹性部件和可动部件，耐冲击、免维护、长寿命、安装方便，可安装在各种场合，并适用于极寒、极热天气，对汽油、柴油、液压油的油位及其它各种弱腐蚀性液体的液位进行准确测量。

油位传感器即液位传感器具有很高的测量精度和分辨率，是计量级的测量仪器。油位传感器自动校准，无须人工干预，不受介质的变化影响，不存在温

度漂移。同一支液位传感器，不管温度如何变化，不管被测量的介质是水还是汽油或柴油, 它都能正确输出精确的液位高度信号。甲醇燃料、乙醇汽油等特殊介质变得不难测量，不同地区因油的标号不同和温度的巨大差异也不会引起测量误差问题。

2）定位数据采集。GNSS 终端集成 GPS 定位模块，终端必须适合于极寒、极热天气、防震，采用成熟的 GNSS 系统，露天矿开采作业范围大，露天矿按台阶开采，道路网复杂，运距长，在一个开采周期内，道路情况基本一致，车辆运行轨迹基本固定，保证计算误差在较小范围内。

2.2 数据传输

        采用 GPRS 方式传输，终端内置 GPRS 模块，是通过 TCP 协议连接到平台。连接方式为设备主动连接到平台服务器上。连接一直保持，设备不会主动断开连接。

2.3 系统功能

1）露天矿大型自卸卡车信息管理：现代化大型露天自卸卡车类型较多，油箱类型也较多，车辆较多，建立完整的卡车信息并进行管理，为计算油料提供数据基础。

2）油位曲线：实时反映油位变化情况和速度变化情况，便于掌握车辆运行情况。

3）油位报表：实时反映油位变化数字和速度变化数值，并能输出报表。

4）车辆实时运行图：实时反映车辆运行位置，直观反映车辆运行信息。

5）报警：设置报警值，进行超速报警和油位报警。

3 某露天矿油料监控系统应用

       某大型露天煤矿，原煤年产 2 000 万 t，采用单斗-卡车间断工艺和半连续工艺，自营大型自卸卡车有 6 种 类 型 包 括 85D、MT108、TR100、MT3700、 MT4400、SSF3300，同一车型油箱尺寸一致。

3.1 油料监控系统建立

3.1.1 油位传感器

       电容式汽车油位传感器可以和 GPS 车载定位终端或者其它终端相配合使用，组成精确的车辆定位及油料管理系统。可以评价车辆的使用情况和司机的驾驶水平，监视汽车在外加油情况，精确计算汽车油料，杜绝盗油、漏油、绕路等现象。

3.1.2 终端

       终端由定位模块和数据传输模块组成，定位和及把定位及油位信息上传至露天矿油料监控服务器。
3.1.3 油位标定

       根据某露天矿实际情况：共有 6 种油箱，其中85D、MT108、TR1000 和 SFF3300 是 方 形 油 箱 ， MT3700、MT4400 是圆形油箱。

1）方形油箱标定。方形油箱油位和油量是线性关系，基本符合简单的直线线性方程。传感器的线性度非常好，采用估算的方法推导出标定的数值。计算值与实际值误差很小，完全可以按照计算值代替标定值。

2）圆形油箱标定。圆形油箱油位和油量是三角函数关系，符合三角函数。标定的时候加固定数量的油和采集的实际数据进行对比计算。

3.2 数据处理

       根据卡车运行规律，综合油位数据和卡车运行数据计算速度，运行里程及油耗。

1）速度计算。根据 GPS 位置数据及运行时间计算速度。

2）运行里程计算。其中起始位置及终止位置计算运行里程；

3）油耗计算。终点油箱体积和起点油箱体积之差为油耗体积。可以对比每种车型的油耗情况，不同车型的油耗情况，从而有效管理车辆用油。

3.3 平台建立

       油料监控系统采集数据后通过 GPRS 方式传输到监控中心服务器数据库，通过对数据库数据处理在监控终端进行。油料监控系统采用 B/S 模式，界面友好，显示卡车实时位置、运行情况、油耗曲线和油位变化报警，打印油耗报表。界面上显示油位的实时变化情况，车辆实时位置，掌握油位突然变化情况，对此情况进行报警。目前有 3 种报警情况：①加油或者持续漏油，油位比较大；②上坡时，油位有突然的变化；③偷油时，油位有突然变化。系统运行后，更准确的掌握了卡车油耗规律，与其它相关系统结合，对卡车运行情况掌握的更清晰。

4 结 语

       通过研究露天矿单斗卡车工艺，使用液位传感器和终端实现卡车油耗自动监控系统，并在某露天矿建立此系统，完成了油耗监控系统的全部功能，得到了很好的应用。得出如下结论：

1）通过对露天矿开采工艺的研究结合液位传感器、GPRS 等技术，实现对露天矿卡车油料的掌握，建立卡车油料监控系统。

2） 在露天矿矿用卡车上安装油位传感器和GPRS 终端。通过油位传感器采集数据油位高程数据，GPRS 终端采集卡车位置信息。

3）在某露天矿建设卡车油料监控系统，通过传感器和终端采集数据信息，进行标定分析，通过计算变成油耗信息。

4）建立系统平台，采用 B/S 模式，显示卡车运行轨迹，查询卡车油耗情况，并打印输出报表，给管理部门提供成本依据。





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