專利名稱：柴油發電機燃油消耗監測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油耗監測系統，具體涉及一種柴油發電機燃油消耗監測系統。
背景技術：
柴油發電機由于具有熱效率高、運行費用低、可靠性高和發出電力穩定等特點，常常作為通信、軍事、醫院等重要場合的主電源或者備用電源。它屬自備電站交流供電設備的一種類型，是中小型獨立的發電設備。特別適用于市電電網不能輸送到的油田、礦區、林區、牧區和國防工程等場合，在這些場合中要求柴油發電機能獨立供電，作動力和照明的主電源。燃油消耗量是評價柴油發電機經濟性能的重要指標，也是重要測量參數之一。對此，人們開發了一些燃油消耗測量儀表，但是現有的燃油消耗測量儀表存在以下不足:1.測量精度較低，尤其在小量程下測量誤差很大；2.儀表功能單一，測試數據的后續處理能力不強；3.檢測方法復雜，將測量儀表串接到供油系統時，在測量前需拆卸供油管路，致使成本較聞。

實用新型內容為解決現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種柴油發電機燃油消耗監測系統。為了實現上述目標，本實用新型采用如下的技術方案:柴油發電機燃油消耗監測系統，包括若干柴油發電機，所述柴油發電機連接有流量傳感器，其特征在于，還包括油耗儀，油耗儀與所述流量傳感器相連，油耗儀采集流量傳感器檢測的流量數據， 油耗儀通過Zigbee與上位機相連。前述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，還包括油箱，油箱連接有進油管和出油管，出油管通過燃油輸送管道與若干柴油發電機的入油口連接，所述進油管、出油管、柴油發電機的入油口連接有流量傳感器。前述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述流量傳感器為渦輪流量傳感器。前述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述油耗儀連接Zigbee路由器，所述上位機連接Zigbee協調器。前述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述油耗儀包括PLC模塊，所述PLC模塊連接信號處理模塊、時鐘模塊、顯示模塊和存儲模塊，所述油耗儀通過信號處理模塊與流量傳感器連接，所述油耗儀連接有電源模塊。前述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述油耗儀包括文本PLC —體機，所述文本PLC —體機包括PLC模塊、信號處理模塊、時鐘模塊和顯不模塊,PLC模塊與信號處理模塊、時鐘模塊和顯示模塊連接，所述文本PLC —體機通過PLC模塊連接存儲模塊，所述油耗儀通過信號處理模塊與流量傳感器連接，所述油耗儀連接有電源模塊。[0011]前述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述存儲模塊為SD卡存儲器或USB閃存驅動器。前述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述電源模塊的輸入端連接交流電，輸出端包括24V直流輸出端和5V直流輸出端。前述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述24V直流輸出端連接流量傳感器、PLC模塊、Zigbee路由器和Zigbee協調器，所述5V直流輸出端連接存儲模塊。前述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述上位機上加載有軟件管理模塊，所述軟件管理模塊用于接收、分析和管理柴油發電燃油消耗的數據。本實用新型的有益之處在于:本實用新型一種柴油發電機燃油消耗監測系統測量精度高，測試數據的后續處理能力強，測量過程中并不需要拆卸供油管路，檢測方法簡單，成本較低，因此具有非常廣闊的市場前景。

圖1是本實用新型柴油發電機燃油消耗監測系統的結構示意圖；圖2是本實用新型柴油發電機燃油消耗監測系統的電源模塊中油耗儀的一種結構示意圖；圖3是本實用新型柴油發電機燃油消耗監測系統的電源模塊中油耗儀的另一種結構示意圖；圖4是本實用新型柴油發電機燃油消耗監測系統的電源模塊的連接示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作具體的介紹。參照圖1所示，本實用新型柴油發電機燃油消耗監測系統，包括若干柴油發電機，柴油發電機連接有流量傳感器，還包括油耗儀，油耗儀與流量傳感器相連，油耗儀采集流量傳感器檢測的流量數據，油耗儀通過Zigbee與上位機相連。圖1所示設置了三臺柴油發電機，當然也可以為單獨的一臺、兩臺、四臺或者更多臺，本實用新型并不加以限制。本實用新型中柴油發電機連接有流量傳感器，這些流量傳感器可以檢測到柴油發電機消耗的柴油量。除此之外，為了進一步提高測量精度，本實用新型中的燃油消耗監測系統還可以包括油箱，油箱連接有進油管和出油管，出油管通過燃油輸送管道與若干柴油發電機的入油口連接，進油管、出油管、柴油發電機的入油口連接有流量傳感器。這樣設置的優點在于其并不需要像現有技術那樣拆卸供油管路，因此檢測方法簡單，成本較低。如圖1所示，這樣除了在三臺柴油發電機的入油口裝有流量傳感器外，在油箱的進油管和出油管均設置有流量傳感器。油箱的進油管和出油管的流量傳感器可以用于對油箱每次加油量和油箱燃油總減少量的檢測。這樣就能夠增加檢測參量，通過與柴油發電機連接的流量傳感器相比較，能夠進一步提高測量精度。本實用新型并不限制流量傳感器的類型，現有的流量傳感器按結構原理主要可分為以下幾類:容積式、葉輪式、差壓式、沖量式、動量式、超聲波式傳感器等。大多數傳感器都能連續、累計測量，但測量的流量范圍和流量誤差各不相同，適用的環境和條件也不同。現在較常用的是速度式流量傳感器和容積式流量傳感器。以測量流體流速來得到流體流量的流量傳感器，稱為速度式流量傳感器。它的種類很多，近年來發展也很迅速，比較典型和常用的有渦輪流量傳感器、渦街流量傳感器、電磁流量傳感器、超聲波流量傳感器和熱式流量傳感器等。利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分，根據測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數來測量流體體積總量的流量傳感器，稱為容積式流量傳感器。作為優選，本實用新型可以采用渦輪流量傳感器。渦輪流量傳感器的原理是當流體流經傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片產生轉動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力的葉片旋轉，在力矩平衡后轉速穩定。一定的條件下，轉速與流速成正比，由于葉片的導磁性，它處于信號檢測裝置(由永久磁鋼和線圈組成)的磁場中，旋轉的葉片切割磁感線，周期性的改變線圈的磁通量，并使線圈兩端感應出電脈沖信號，此信號經過放大器的放大整形，形成有具有一定幅度的連續矩形脈沖波，最終可遠傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時流量或總量。本實用新型優選的渦輪流量非常適合用于測量粘度低的液體(如石油)，具有測量準確度高、量程范圍寬、線性好、可承受工作壓力大的優點，測量精度最高可達，是同類產品中精度最高的一類傳感器。進一步的，考慮到渦輪流量傳感器的特性直接受流體流動狀態的影響，所在渦輪流量傳感器的前、后分別安裝了一定長度的直管段，用以穩定燃油流態。本實用新型基于Zigbee技術。Zigbee是一種低速率、低功耗、近距離和自組織的通信技術，其功耗低、成本低、時延短、網絡容量大、數據傳輸可靠、具有免許可無線通信頻段、傳輸非常安全。基于以上特點，Zigbee網絡成為無線傳感器網絡的首選，它非常適宜于在工業環境下構建傳感器網絡。Zigbee的設備按功能可分為兩類:具有完整功能的全功能設備(Full FunctionDevice, FFD)和只有部 分功能的簡化功能設備(Reduce Function Device, RFD)。全功能設備不僅可以同簡化功能設備或其他全功能設備通信，而且可以控制網絡的拓撲結構。簡化功能設備只能同全功能設備通信而不能控制網絡拓撲結構。簡化功能設備的應用簡單，易于實現，同時不需要發送大量的數據，并且一次只能關聯一個簡化功能設備，因此，只需要使用較少的資源和存儲空間。在LR-WPAN網絡中支持的設備中，按在網絡中的地位又可分為三種設備類型:網絡協調器、路由器和終端設備。Zigbee協調器:處于網絡結構的最頂層，協調器總是處于工作狀態，必須給它供給穩定、可靠的電源。它除了可以完成路由器的一些功能外，還制定網絡規則，選擇合適的信道，啟動網絡，Zigbee協調器必須是FFD，并且一個Zigbee網絡中只有一個Zigbee協調器。路由器:處于網絡的中間層次，必須具備數據的存儲、轉發能力和路由發現能力，還必須支持其子設備的連接和路由表的維護，它必須是FFD。終端設備:其結構和功能簡單，往往只是簡單地發送和接收數據，不處理網絡管理等功能，大部分時間處于睡眠狀態，這樣可以最大程度地節約電能，延長電池壽命，它可以是 FH)或 RH)。[0035]本實用新型采用了 Zigbee協調器和Zigbee路由器。本實用新型中，油耗儀連接Zigbee路由器，上位機連接Zigbee協調器。上位機可以為PC機，也可以選擇其他合適的類型。由于油耗儀、Zigbee路由器、Zigbee協調器和上位機之間的連接端口不同，可采用串口轉換器連接上述組件。常用的串口轉換器為RS-232轉RS-485轉換器。當然也可以選擇其他類型的串口轉換器。本實用新型中的Zigbee裝置需要使用Zigbee無線收發芯片。作為優選，本實用新型可以選用美國DIGI公司的XBEE-PRO作為無線收發芯片。該芯片符合IEEE802.15.4標準，工作在2.4GHz頻段，是一種比較成熟的體積小、功耗低、傳輸距離遠、適合組建低功耗無線傳感器網絡的無線通信模塊。XBee-PRO模塊是與Zigbee/IEEE802.15.4協議兼容的解決方案，工作在ISM2.4GHz的免費頻段，它是一種內置協議棧的Zigbee模塊，可以使用AT和API命令集兩種方式設置模塊參數，并通過串口來實現數據傳輸。由于設計的創新，XBee-PRO傳輸范圍上是標準Zigbee模塊的2-3倍(標準Zigbee模塊在室內和地下空間傳輸直徑大約為50m)。在網絡性能方面，具有DSSS(直接序列擴頻)功能，可以組成對等網、點對點以及點對多網絡。
XBee-PRO芯片可分別設定為中心協調器、路由器和終端節點這三種不同網絡功能的節點。中心協調器是網絡的中心節點，實現網絡組織、網絡維護和網絡管理；路由器實現數據中繼轉發；終端節點只負責本節點數據的接受與發送。由于路由器只負責數據的路由中繼轉發，因此在硬件結構上不需要傳感器模塊，只保留終端節點的其它核心電路；中心協調器作為網絡的中心節點，充當無線網絡的網關，需要與監控中心站的核心計算機進行數據交互通信，因此中心協調器的硬件結構應該在路由器的硬件結構基礎上加上擴展存儲電路。RS-232接口是1970年由美國電子工業協會(EIA)聯合貝爾系統、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數據終端設備(DTE)和數據通訊設備(DCE)之間串行二進制數據交換接口技術標準”。該標準規定采用一個25個腳的DB25連接器，并規定連接器的每個引腳的信號內容和各種信號的電平。隨著設備的不斷改進，出現了代替DB25的DB9接口，現在都把RS-232接口叫做DB9。RS-485的前身為RS-422，RS-422是一種單機發送、多機接收的單向、平衡傳輸TIA/EIA-422-A規范。為了擴展應用范圍，EIA于1983年在RS-422基礎上制定了 RS-485標準，增加了多點和雙向通信能力，允許多個發送器連接到同一總線上，并增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性，從而擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。RS-232、RS-422與RS-485標準只規定接口的電氣特性，不涉及接插件、電纜或協議，在此基礎上用戶能夠建立自己的高層通信協議。MAX485是常見的用于RS-485通訊的小功率收發器，雖然只能進行半雙工的通訊，但總線最多可以同時連接32個MAX485芯片。
本實用新型中的油耗儀以PLC為工作核心，油耗儀在現場實時顯示并存儲流量信號，其可以包括分鐘流量和累計流量。用于對油箱每次加油量、油箱燃油減少量和柴油發電機組實際的油耗量進行檢測。如圖2是本實用新型基于Zigbee的柴油發電燃油消耗監測系統的電源模塊中油耗儀的一種結構示意圖。如圖2所示，油耗儀包括PLC模塊，PLC模塊連接信號處理模塊、時鐘模塊、顯示模塊和存儲模塊，油耗儀通過信號處理模塊與流量傳感器連接，油耗儀連接有電源模塊。本實用新型中信號處理模塊能夠實現對輸入輸出的模擬和數字轉換。本實用新型的顯示模塊可以選擇為LCD液晶顯示器，存儲模塊可以為SD卡存儲器或USB閃存驅動器。SD卡存儲器或USB閃存驅動器作為存儲模塊的優點在于其非常便于攜帶和移除更換，這對于數據的保存非常有利。時鐘模塊用于檢測過程中的計時計數。PLC模塊可以是常用的PLC，本實用新型并不限制其具體型號。此外，本實用新型也可以采用并不基于PLC的油耗儀，比如其可以使用基于嵌入式系統的油耗儀，也可以使用基于數字信號處理器的油耗儀，本實用新型并不加以限制。此外，本實用新型中PLC程序的編寫優選采用模塊化的程序設計方法，這樣可以提高編程效率，并減少軟件設計中的錯誤，縮短了開發時間。實際運行時，油耗儀通過流量傳感器實時采集油箱進出油和柴油發電機組工作過程中的燃油消耗信息，并利用PLC系統計算處理得到所需的燃油消耗數據；其次顯示模塊實時顯示燃油數據；然后該裝置設計將油箱加油、油箱出油和每臺柴油發電機耗油量等大量數據通過存儲模塊進行存儲，便于轉存儲；最后由Zigbee無線通訊設備將對應數據傳輸至上位機，上位機中加載有軟件管理模塊，通過軟件管理模塊實現對現場燃油使用情況的監測和柴油發動機組在各種工況時的分鐘油耗和累計油耗數據的接收、分析和管理。如圖3是本實用新型柴油發電機燃油消耗監測系統的電源模塊中油耗儀的另一種結構示意圖。如圖3所示，油耗儀包括文本PLC —體機，文本PLC —體機包括PLC模塊、信號處理模塊、時鐘模塊和顯示模塊，PLC模塊與信號處理模塊、時鐘模塊和顯示模塊連接，文本PLC —體機通過PLC模塊連接存儲模塊，油耗儀通過信號處理模塊與流量傳感器連接，油耗儀連接有電源模塊。 圖3與圖2的區別是其采用了文本PLC —體機。文本PLC —體機的核心仍然是圖2的PLC模塊，但是其將PLC模塊、信號處理模塊、時鐘模塊和顯示模塊集成在了一起，作為一個整體與其他部件連接。這種文本PLC—體機由于具有高集成度、接線少、節省空間和節省成本等傳統PLC不具備的優點，逐漸開始被應用于較小規模工業現場的測量與控制。本實用新型的文本PLC —體機集顯示和控制為一體，并且自帶模擬量輸入輸出，具有高頻計數模塊，能夠實現高頻脈沖輸入。能夠實現這種功能原因就是其將PLC模塊、信號處理模塊、時鐘模塊和顯不模塊集成在了一起。本實用新型中整個柴油發電機燃油消耗監測系統是通過電源模塊供電的。電源模塊的輸入端連接交流電，輸出端包括24V直流輸出端和5V直流輸出端。實際運行時，可以由現場的柴油發電機組的220V交流電提供電源模塊輸入端的交流電。如圖4所示。進一步的，本實用新型的電源模塊將交流電轉換為24V和5V兩路直流電，24V直流輸出端連接流量傳感器、PLC模塊、Zigbee路由器和Zigbee協調器，5V直流輸出端連接存儲模塊。因此，24V回路直流電分別提供給渦輪流量傳感器、PLC模塊、Zigbee路由器和Zigbee協調器，而5V回路直流電提供給SD卡數據存儲器。本實用新型的終端包括Zigbee協調器和上位機。其中Zigbee協調器用來接收Zigbee路由信號發送端的數據；上位機作為客戶端，一方面作為協調器的數據接收端，另一方面上位機上加載有軟件管理模塊，軟件管理模塊用于接收、分析和管理柴油發電燃油消耗的數據。這樣就使得本實用新型的柴油發電燃油消耗監測系統的測試數據的后續處理能力很強。本實用新型一種柴油發電機燃油消耗監測系統測量精度高，測試數據的后續處理能力強，測量過程中并不需要拆卸供油管路，檢測方法簡單，成本較低，因此具有非常廣闊的市場前景。此外，與傳統油耗監測設計方法相比，本實用新型由于選用了高精度的渦輪流量傳感器，具有較低的系統誤差；以PLC作為工作核心，具有更穩定可靠的性能；以Zigbee協議用于通訊，具有更加簡約和經濟的數據傳輸方式。同時采用SD卡存儲器或USB閃存驅動器以及Zigbee無線傳輸的數據接收形式，確保了數據安全。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和優點。本行業的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本實用新型，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案， 均落在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.柴油發電機燃油消耗監測系統，包括若干柴油發電機，所述柴油發電機連接有流量傳感器，其特征在于，還包括油耗儀，油耗儀與所述流量傳感器相連，油耗儀采集流量傳感器檢測的流量數據，油耗儀通過Zigbee與上位機相連。
2.根據權利要求1所述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，還包括油箱，油箱連接有進油管和出油管，出油管通過燃油輸送管道與若干柴油發電機的入油口連接，所述進油管、出油管、柴油發電機的入油口連接有流量傳感器。
3.根據權利要求1或2所述的基于Zigbee的柴油發電燃油消耗監測系統，其特征在于，所述流量傳感器為渦輪流量傳感器。
4.根據權利要求3所述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述油耗儀連接Zigbee路由器,所述上位機連接Zigbee協調器。
5.根據權利要求4所述的基于Zigbee的柴油發電燃油消耗監測系統，其特征在于，所述油耗儀包括PLC模塊，所述PLC模塊連接信號處理模塊、時鐘模塊、顯示模塊和存儲模塊，所述油耗儀通過信號處理模塊與流量傳感器連接，所述油耗儀連接有電源模塊。
6.根據權利要求4所述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述油耗儀包括文本PLC —體機,所述文本PLC —體機包括PLC模塊、信號處理模塊、時鐘模塊和顯不模塊，PLC模塊與信號處理模塊、時鐘模塊和顯示模塊連接，所述文本PLC —體機通過PLC模塊連接存儲模塊，所述油耗儀通過信號處理模塊與流量傳感器連接，所述油耗儀連接有電源模塊。
7.根據權利要求5或6所述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述存儲模塊為SD卡存儲器或USB閃存驅動器。
8.根據權利要求5或6所述的柴油發電機燃油消耗監測系統，其特征在于，所述電源模塊的輸入端連接交流電，輸出端包括24V直流輸出端和5V直流輸出端。
9.根據權利要求8所述的基于Zigbee的柴油發電燃油消耗監測系統，其特征在于，所述24V直流輸出端連接流量傳感器、PLC模塊、Zigbee路由器和Zigbee協調器，所述5V直流輸出端連接存儲模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種柴油發電機燃油消耗監測系統，包括若干柴油發電機，所述柴油發電機連接有流量傳感器，其特征在于，還包括油耗儀，油耗儀與所述流量傳感器相連，油耗儀采集流量傳感器檢測的流量數據，油耗儀通過Zigbee與上位機相連。本實用新型一種柴油發電機燃油消耗監測系統測量精度高，測試數據的后續處理能力強，測量過程中并不需要拆卸供油管路，檢測方法簡單，成本較低，因此具有非常廣闊的市場前景。
文檔編號G01F9/00GK203116783SQ201320039630
公開日2013年8月7日 申請日期2013年1月25日 優先權日2013年1月25日
發明者陳坤杰, 劉永欣 申請人:南京力標電子科技有限公司