本文通過內(nèi)燃機械燃油流量計研制與開發(fā)作為創(chuàng)新課題，實現(xiàn)了機車燃油時實消耗計量統(tǒng)計，填補了天津 港裝卸機械燃油計量的空白，該流量計將無線智能管理卡和單片機技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于燃油計量系統(tǒng)，并形成隨車計 量單元，司機通過簡單的刷IC卡，系統(tǒng)就可計算出此時間段所消耗的油量，為方便計量和燃油的節(jié)約提供了科學(xué)保 障。

一、燃油流量計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

燃油流量計的設(shè)計：包括下位機（是指直接控制設(shè)備獲 取設(shè)備狀況的PIC單片機）和上位機（人可以直接發(fā)出操控 命令的計算機）兩大部分。

下位機部分：主要由控制單元和計量裝置組成；其中控 制單元包含計量系統(tǒng)的控制中心，其核心是P1C單片機，系 統(tǒng)內(nèi)部集成了電源模塊，短路保護電路，AD采樣電路，狀 態(tài)指示電路及無線通訊模塊等。以及控制中心安裝在機車的 駕駛室內(nèi)。其中計量裝置包括副油箱和計量油泵安裝在機車 的駕駛室外部。

上位機部分：主要由可連接在計算機USB接口上 WM-16U型讀寫卡器組成。

二、燃油流量計下位機部分的工作原理及研制重點

下位機由智能操作器（內(nèi)置非接觸IC卡讀寫卡器、檢測控制操作單元)、計量控制泵、副油箱總成、連接電纜、連接 油路等組成。

下位機工作原理：當(dāng)司機上車打開電源開關(guān)后，系統(tǒng)上 電初始化并進入工作狀態(tài)，司機刷IC卡上崗工作，系統(tǒng)記錄 此刻副油箱的初始液位，系統(tǒng)實時檢測副油箱的油位，當(dāng)油 位過低時，啟動抽油泵工作，油位達到設(shè)定高度時，停止抽 油泵。計量系統(tǒng)通過韋根傳感器測量出抽輸油泵打入副油箱 的油量，當(dāng)司機刷丨C卡下崗后，系統(tǒng)根據(jù)此時的液位及保存 的數(shù)據(jù)計算出消耗的油量，并將數(shù)據(jù)通過無線通訊傳輸?shù)剿?nbsp;機的IC卡中。

下位機主要技術(shù)參數(shù)：

計量油泵；工作電壓為24V,功率80W。其轉(zhuǎn)速 是1400轉(zhuǎn)每分鐘,可以提供8L/m燃油。計量誤差小于1%。 而機車在***大功率下的耗油量是4.5L/min。

副油箱；尺寸大小是30cmX12.5cmX15cm, 容量是3.5L。

研制的重點主要從以下幾個方面體現(xiàn)：

(1)計量控制泵；其采用控制計量泵和檢測副油箱油量 上限、下限及燃油油位信號由PIC單片機獨立完成。副油箱 油量上限、下限及燃油油位信號采用開關(guān)型霍爾傳感器和線 性霍爾傳感器完成。保證供油系統(tǒng)的安全和可靠。

(2)副油箱供油系統(tǒng)的確定；由于不同的工程機械所配 的柴油機的功率不同，在主油箱為副油箱供油的同時必須保 證柴油機的***大輸出功率下所需要的油量。這就要求副油箱 供油油泵的流量=保證柴油機的***大輸出功率下所需要的油 量+在< 1min內(nèi)副油箱充滿油的油量。（4,500ML/min +3,500ML/min=油泵的額定供油量)。經(jīng)過大量實驗，***終 設(shè)定副油箱供油油泵的流量為8L/min。（圖1帶有計量泵的 副油箱）

圖1帶有計量泵的副油箱

(3)油耗計量方法:經(jīng)過理論分析和現(xiàn)場機車工作狀況, 油耗計量分四種狀態(tài)進行計量。

上下崗時液位恰好在上下限之間，且上崗液位高于下崗液位時，油泵沒有工作時；記上崗時液位為X1，下崗時 液位X2，則總耗油量Y=X1-X2。

上下崗時液位恰好在上下限之間，且上崗液位高于下 崗液位時，期間油泵工作時；先假設(shè)油泵未工作，記上崗時液位為XI,下崗時液位X2,則上崗后從副油箱原有油量中 消耗的油量為X1-X2;再假設(shè)油泵工作時，副油箱的液位始 終保持下崗時液位X2。當(dāng)副油箱內(nèi)液位從X2下降達到下限 時，油泵開始工作（計量泵注入油量速度遠大于發(fā)動機消耗 油量的速度)，副油箱液位在達到上限后，油泵雖停止工作， 但發(fā)動機仍消耗油量直到下崗時液位X2,即此時副油箱中的 油量不起作用，僅相當(dāng)于普通油路。而單片機通過韋根德傳 感器記錄的油泵轉(zhuǎn)動總?cè)?shù)就是油泵從主油箱經(jīng)過副油箱消 耗的油量X3,即副油箱耗油量為X1-X2,主油箱經(jīng)過副油 箱后消耗的油量X3,獲得總耗油量Y= X3+(X1-X2)。

上下崗時液位恰好在上下限之間，且上崗液位低于下 崗液位時，期間油泵工作時；油泵工作時，先假設(shè)副油箱的 液位始終保持下崗時液位X2。當(dāng)副油箱內(nèi)液位從X2下降達 到下限時，油泵開始工作（計量泵注入油量速度遠大于發(fā)動 機消耗油量的速度)，副油箱液位在達到上限后，油泵雖停止 工作，但發(fā)動機仍消耗油量直到下崗時液位X2,即此時副油 箱中的油量不起作用，僅相當(dāng)于普通油路。而單片機通過韋 根德傳感器記錄的油泵轉(zhuǎn)動總?cè)?shù)就是油泵從主油箱經(jīng)過副 油箱消耗的油量X3,在假設(shè)油泵未工作，上崗液位為X1< 下崗液位X2,多出來的油量是從主油箱里通過油泵泵入的， 即從主油箱多泵入X2-X1油量未消耗而存到了副油箱中。

消耗的總油量應(yīng)為主油箱經(jīng)副油箱消耗的油量X3再減 去多余的滯留在副油箱中的油量（X2-X1)即Y=X3- (X2-X1)= X3+X1-X2。

上下崗時油泵恰好工作，上崗刷卡同時，單片機記錄 此時副油箱液位為上崗液位仍為XI,下崗時液位仍為X2, 然后按XI、X2大小分別有2, 3種情況，分析如上，仍有 耗油總量Y= X3+X1-X2。

(4)機車安全保障；為了保證機車安全運行，在系統(tǒng)進 行自檢時，如果智能車載油量計量檢測系統(tǒng)或柴油機油路出 現(xiàn)故障，系統(tǒng)控制儀發(fā)出提示和報警，并將控制儀退出油量 計量檢測系統(tǒng)。

下位機系統(tǒng)如圖2所示。

三、燃油流量計上位機部分的工作原理及研制的重點 上位機工作原理：選擇一定的時間段后，司機可以通過 手中的IC卡，與連接在上位機計算機USB接口上的無線讀 卡器，導(dǎo)出員工和車輛的歷史耗油量記錄包括員工姓名、車 輛的對應(yīng)用油量、上崗時間、下崗時間和刷卡時間信息到微軟辦公軟件Excel中，從而進行數(shù)據(jù)的保存與打印員工和車 輛的用油量詳單。從而對裝卸生產(chǎn)單耗管理考核提供依據(jù)。

研制的重點主要從以下幾個方面體現(xiàn)：

所需設(shè)備

選用的非接觸式丨C卡為容量為8K的PHILIPS M1卡； 讀寫卡器采用完美公司的WM-16U型讀寫卡器。此外，還 需要設(shè)備有上位機電腦一臺，打印機一臺。

上位機的組成部分

油耗數(shù)據(jù)的獲得與保存

用VB軟件編寫程序，Access數(shù)據(jù)庫軟件保存數(shù)據(jù)。獲 得耗油量數(shù)據(jù)并保存到數(shù)據(jù)庫。實現(xiàn)VB與Excel的無縫連 接。用戶可從軟件導(dǎo)出檢索出的記錄到Excel中，從而可以 根據(jù)需要打印相關(guān)信息。

檢索與管理

油耗數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，需要對各員工的所有用油量 明細和各車輛的所有耗油量明細進行檢索。

卡片管理

卡片分為兩類：班長卡和員工卡?？ㄆ芾砟K用來初 始化各班長卡和員工卡。對人員、車輛的調(diào)動進行登記。

員工和車輛用油的詳單導(dǎo)出

選擇一定的時間段，可以導(dǎo)出員工和車輛的歷史耗油量 記錄信息到微軟辦公軟件Excel中，從而進行數(shù)據(jù)的保存與 打印。其中數(shù)據(jù)信息包括員工或車輛的對應(yīng)用油量、上崗時 間、下崗時間和刷卡時間。

分類統(tǒng)計與打印

對于員工和車輛的歷史耗油量根據(jù)需要分別進行統(tǒng)計。

利用得到的統(tǒng)計結(jié)果分析，評價各員工的耗油量情況，從而 對公司的預(yù)算與管理提供依據(jù)。

上位機連接示意圖，見圖3

如圖所示，WM-16U型讀寫卡器連接在上位機USB 口 上，它是通過USB接口來模擬串口的。由于需要打印員工和 車輛的用油量詳單，匯總記錄信息等，所以上位機需配備有 打印機。

四、IG卡的使用

下位機部分每臺車對應(yīng)一個讀卡器；員工每人對應(yīng)一張 IC卡。員工上下崗都需要刷IC卡登記，從而記錄其本次的用油情況。之后，員工需要在上位機電腦處刷IC卡，IC卡 上的記錄將讀取到電腦中。進一步的統(tǒng)計、檢索和管理工作 將在上位機部分的電腦上進行。丨C卡的使用框圖見圖4，

五、成果水平

燃油流量計解決了以柴油為能源的車載油耗計量問 題，為方便計量和管理內(nèi)燃機械以及能源的節(jié)約提供了保計 量障。而且結(jié)構(gòu)簡單，計量準(zhǔn)確可靠，成本低廉，安裝方便， 屬于國內(nèi)。

燃油流量計采用容積和脈沖相結(jié)合的方法，能夠適 用于惡劣的工作環(huán)境，保障了計量的準(zhǔn)確性，屬于國內(nèi)。

燃油流量計采用無線智能管理丨C卡和單片機技術(shù) 相結(jié)合，計量手段先進可靠，信息傳送方便快捷，屬于國內(nèi) 。

***后一次機車靜態(tài)檢測計量平均誤差僅為0.155%o,與查找到的相關(guān)產(chǎn)品計量誤差為2%»-3%»比較計量 值更加準(zhǔn)確。

六、濟效益分析與計算

1.直接經(jīng)濟效益分析與計算

(1)購置費用節(jié)約：研制與開發(fā)的內(nèi)燃機械燃油流量計 每臺成本1,500元，而市場類似產(chǎn)品如：隱蔽式車輛加油顯 示器、車輛加油顯示器等較低價位每臺售價8,000元左右， 單臺節(jié)約購置費（8,000元-1,500元）=6,500元，天津港 現(xiàn)有內(nèi)燃機械設(shè)備1,700余臺，從事著港口的生產(chǎn)和裝卸任 務(wù)，如每年以10%的速度推廣，預(yù)計年可直接節(jié)約購置費用 (1,700 臺X10%X6,500 元）=111 萬元。

(2)天津港現(xiàn)有內(nèi)燃機械設(shè)備1,700余臺，每年消耗 柴油量5萬t,經(jīng)成功研制內(nèi)燃機械燃油流量計，實現(xiàn)了一人一電子卡，上下車進行刷卡，計算機自動統(tǒng)計個人實際燃 油消耗，個人節(jié)油意識大大增強，以及對操作司機的操作節(jié) 能考核控制及通過流量計的科學(xué)統(tǒng)計管理，操作能源單耗預(yù) 計下降5%,如每年以1,700臺X10%安裝了流量計統(tǒng)計計 算，年消耗柴油量5萬t的10%為5,000t計算，全年將預(yù) 計節(jié)約5,000tX5%X (7,650元/t) =191萬元。年合計直 接經(jīng)濟效益（111萬元+191萬元）=302萬元。

2.間接經(jīng)濟效益分析

由于實現(xiàn)了_人_電子卡，上下車進行刷卡，計算 機自動統(tǒng)計個人實際燃油消耗，個人消耗一目了然，為集團 公司開創(chuàng)了燃油消耗計量管理新途徑。

為集團機車燃油定額消耗管理提供了計量保證，真 正實現(xiàn)了科學(xué)規(guī)范油耗及個性化管理，并在集團范圍內(nèi)有廣 泛的推廣前景和經(jīng)濟管理應(yīng)用價值。

此項目的完成可科學(xué)考核每個人的用能情況，吃大 鍋飯的現(xiàn)象被打破，個人節(jié)油意識大大增強，每個司機的節(jié) 油操作水平將大大提高。

由于實現(xiàn)了一人一電子卡，使單車幾個人為一小組 的油耗統(tǒng)計及考核徹底打破，實現(xiàn)了既能開吊車又能開鏟車 進行交叉作業(yè)多面手的培養(yǎng)，減少了閑置人員。

該項目已申報發(fā)明型專利，填補了將無線智能 管理卡和單片機技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于燃油計量系統(tǒng)，形成隨車 計量單元的國內(nèi)空白。較好地體現(xiàn)了自主創(chuàng)新從管理理念走 向?qū)嵺`的創(chuàng)新模式，對今后科學(xué)規(guī)范管理、有效降低公司成 本、加快技術(shù)進步，提高公司經(jīng)濟效益等方面有著十分重要 的意義。

七、結(jié)論

經(jīng)過4年的研究和大量的實驗，內(nèi)燃機械燃油流量計經(jīng) 受了高溫、低溫、高濕、高污染、路面的高顛簸等惡劣條件 的考驗運行正常。并在節(jié)能技能大賽中得到了應(yīng)用，誤差控 制在1%以內(nèi)。