УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И РЕГИСТРАЦИИ РАСХОДА ТОПЛИВА НА ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
APPARATUS FOR CONTROLLING AND RECORDING FUEL CONSUMPTION ON VEHICLE

Изобретение относится к измерениям, в частности к автоматизированным системам контроля и регистрации расхода топлива тяговыми транспортными средствами и путевыми машинами железнодорожного транспорта, а также другими транспортными средствами с дизельным двигателем.
Известен комплекс технических и программных средств контроля характеристик эксплуатации транспортного средства, который содержит систему обработки данных, датчики, индикатор и шкаф вычислительной техники, модем GSM, блок питания, бортовой компьютер с модулем GPS, блок сбора информации, уровнемер-сигнализатор ультразвуковой; шкаф вычислительной техники с помощью антенны соединен с центральным сервером.
Известный комплекс позволяет контролировать время простоя транспортного средства, время работы на холостом ходу, время пробега, измерять затраты топлива в топливном баке, скорость движения, мощность, энергию, выработанную дизелем, осуществлять накопление и передачу данных для дальнейшей обработки (UA, патент на полезную модель №39251, МПК G07C 5/00, опубл. 10.02.2009).
Однако данный комплекс не имеет возможности использовать данные, собираемые бортовыми системами диагностики тепловоза; в нем не предусмотрена возможность автоматического формирования и отправки SMS-сообщений на номера мобильных телефонов в случае несанкционированного вскрытия или отключения питания.
Известна система контроля расхода топлива транспортного средства, которая содержит указатель запаса топлива, датчики уровня или объема топлива в топливном баке, блок регистрации и снабжена приемной антенной, первым и вторым архивом, приемником GPS-сигналов и GPRS или CDMA-модемом с возможностью обеспечения приема через GPRS или CDMA-модем кода адреса заранее программно заданного внешнего устройства, например компьютера АСУ предприятия, и передачи по указанному адресу кодированной информации в режиме реального времени или из архивов. При этом блок регистрации снабжен панелью индикации; предусмотрена возможность параллельной записи информации в архивы в одних и тех же координатах времени, при этом в каждом из упомянутых архивов производится регистрация кодовой информации текущего значения уровня или объема топлива в топливном баке и событий, выбранных из ряда: включение питания, пуск двигателя, движение, слив/заправка топлива и дополнительно - географических координат места возникновения указанных событий (RU, патент на полезную модель №62235, МПК G01F 9/00, опубл. 09.06.2006 г.).
Однако известная система не имеет возможности использовать данные, собираемые бортовыми системами диагностики тепловоза, производить выборочный анализ данных, которые необходимы в конкретный момент времени, а также в ней не предусмотрена возможность автоматического формирования и отправки SMS-сообщений на номера мобильных телефонов в случае несанкционированного вскрытия или отключения внешнего питания, погрешность измерения высокая, отсутствует возможность передачи выборочных данных.
Известно устройство для регистрации режимов работы локомотива, содержащее датчики аналоговых и дискретных сигналов, коммутатор измерительных сигналов, блок управления и записи сигналов, накопитель измерительной информации, блок дистанционной передачи накопленной информации, а также автономный источник питания (RU, патент на полезную модель №73070, МПК G01/D9/00, опубл. 18.12.2007 г.).
Недостатком данного устройства является необходимость дополнительного преобразования накопленной информации в формат базы данных, не предусмотрена защита от несанкционированного вскрытия или отключения питания, отсутствует возможность передачи выборочных данных.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство контроля расхода топлива, которое содержит не менее двух тензорезистивных датчиков расхода топлива, прибор контроля топлива, передатчик координат расположения локомотива. Сведения о весе топлива в баке и месте расположения дизель-генераторной установки передаются по GPRS на компьютер оператора (сервер) и заносятся в его базу данных, а также могут быть перенесены на компьютер оператора (сервер) с помощью флеш-накопителя (RU, патент на полезную модель №84110, МПК G01F 9/00, опубл. 27.06.2009 г.).
Однако данное устройство контроля расхода топлива не имеет возможности использовать данные, собираемые бортовыми системами диагностики тепловоза; не предусмотрена защита от несанкционированного вскрытия или отключения питания, отсутствует возможность передачи выборочных данных. На компьютер оператора передается полностью вся собранная информация без возможности выборки. Кроме того, в контроллере прибора контроля топлива проводится преобразование аналогового сигнала датчиков расхода топлива в цифровой сигнал, что вносит в измерение дополнительную погрешность.
Техническим результатом изобретения является создание устройства контроля и регистрации расхода топлива с минимальной погрешностью измерения, оборудование его защитой от несанкционированного доступа для обеспечения достоверности данных и перерасхода топлива, а также сохранности оборудования; ускорение и упрощение обработки данных за счет сохранения их в формате базы данных в самом устройстве с возможностью последующей передачи данных, выбранных по заданному критерию, на стационарный компьютер (сервер), в частности, при возникновении нештатных или аварийных ситуаций.
Технический результат достигается тем, что устройство контроля и регистрации расхода топлива на транспортном средстве производит автоматизированное измерение массы дизельного топлива в топливном баке с использованием датчиков с цифровым выходом и прибором контроля топлива, выполненном в виде нового модуля накопителя, информация о состоянии оборудования, собранная при помощи модуля накопителя, автоматически сохраняется в памяти модуля накопителя в архиве в формате базы данных, что ускоряет и упрощает выборку данных, необходимых для анализа за предпочтительный период времени, передача данных на сервер осуществляется на выбор по одному из трех каналов связи, в устройстве применены аппаратные и программные средства защиты от несанкционированного доступа и отключения питания.
Сущность изобретения поясняется прилагаемым чертежом, на котором изображена функциональная схема заявляемого устройства.
Устройство контроля и регистрации расхода топлива на транспортном средстве содержит совмещенную трехдиапазонную (GPS/Глонасс, GSM, Wi-Fi) антенну 1, не менее двух датчиков расхода топлива 2, 3, связанных по протоколу RS485 с прибором контроля топлива, выполненным в виде модуля накопителя 4. Модуль накопителя 4 выполнен из платы компьютерного модуля 5, дополнительно запрограммированный с возможностью записи информации о количестве топлива в топливном баке и данных от бортовой системы диагностики транспортного средства в архив, организованный в виде базы данных, платы периферийных устройств 6, блока питания 7 и аккумуляторной батареи 8, смонтированных в металлическом корпусе. На плате компьютерного модуля 5 размещены одноплатный промышленный компьютерный модуль 9, плата питания 10, модуль Ethernet 11 и радиомодуль Wi-Fi 12, который представляет собой передающее устройство. Модуль Ethernet 11 предназначен для проводной (витая пара), а радиомодуль Wi-Fi 12 для беспроводной передачи диагностической информации на стационарный компьютер (сервер) 13, расположенный, например, в локомотивном депо. Плата компьютерного модуля 5 является полнофункциональным персональным компьютером и предназначена для приема, предварительной обработки и передачи измерительной информации о топливе, поступающей в модуль накопителя 4, а также для управления периферийными устройствами, размещенными на плате периферийных устройств 6. На плате периферийных устройств 6 размещены следующие периферийные устройства: GSM/GPRS-модем 14, используемый для беспроводной передачи информации на стационарный компьютер (сервер) 13 и представляющий собой передающее устройство, приемник сигналов GPS 15, преобразователи интерфейсов 16, а также модуль питания напряжением +5 В (вольт)  17. Исполнение датчиков расхода топлива 2, 3 предусматривает компенсацию атмосферного давления, поэтому выходной сигнал соответствует гидростатическому давлению столба дизельного топлива в баке. Сигнал от датчиков 2, 3 передается по протоколу RS485, что позволяет исключить влияние электромагнитных помех в линии передачи и погрешности при преобразовании аналогового сигнала в цифровой сигнал.
Датчики расхода топлива 2, 3 снабжены цифровыми выходами, связаны с одноплатным промышленным компьютерным модулем 9 и установлены в имеющиеся промывочные отверстия в топливном баке 18. Такой способ установки датчиков расхода топлива не требует доработок конструкции топливного бака и полного слива топлива их топливного бака (на чертеже датчики 2, 3 условно вынесены от топливного бака 18). Преобразователи интерфейсов 16 связаны с аналоговыми и дискретными датчиками и устройствами 19 сбора и обработки сигналов.
Устройство контроля и регистрации расхода топлива на транспортном средстве снабжено средствами 20 защиты несанкционированного вскрытия модуля накопителя 4. Для этой цели в модуле накопителя 4 использован конечный выключатель.
Одноплатный промышленный компьютерный модуль 9 снабжен модулем памяти CompactFlash 21, представляющим собой жесткий диск. Одноплатный промышленный компьютерный модуль 9 своими выходами соединен с модулем Ethernet 11, который своим выходом связан со стационарным компьютером (сервером) 13, радиомодулем Wi-Fi 12, GSM/GPRS-модем 14 своими входами соединен с приемником сигналов GPS 15, преобразователем интерфейсов 16, который своим входом связан с аналоговыми и дискретными датчиками и различными устройствами 19 сбора и обработки сигналов, средством 20 защиты от несанкционированного вскрытия модуля накопителя, платой питания 10, а своим входом-выходом подключен к бортовой системе диагностики 22 транспортного средства. Модуль питания напряжения +5 В 17 своими выходами соединен с GSM/GPRS-модемом 14, с приемником сигналов GPS 15, платой питания 10, а своим входом с блоком питания 7, вход которого соединен с аккумуляторной батареей 8.
Устройством контроля и регистрации расхода топлива на транспортном средстве для отображения информации о количестве топлива, географических координат, астрономического времени и скорости движения транспортного средства используется дисплей, расположенный на пульте управления транспортного средства (не показано).
Совмещенная трехдиапазонная антенна 1 имеет три частотных диапазона (GPS/Глонасс, GSM, Wi-Fi) и соединена кабелями с радиомодулем Wi-Fi 12, GSM/GPRS-модемом 14, GPS-модулем 15, расположенными в модуле накопителя 4, а также соединена со стационарным компьютером 13. Применение единой совмещенной антенны упрощает ее размещение и установку на крыше транспортного средства.
Аккумуляторная батарея 8 предназначена для сохранения временной работоспособности модуля накопителя 4 при отключении внешнего питания, расчетный срок работы составляет два часа.
В качестве антенны 1 может быть использована промышленно выпускаемая антенна 2J866B-500RG174 (2J-Antennae).
В качестве датчиков расхода топлива 2, 3 может использоваться датчик давления LMP 331i (BD Sensors).
Плата компьютерного модуля 5 может быть построена на базе процессорной платы IEI Wafer945GSE, серийно выпускаемой промышленностью (IEI Technology Corp.).
В качестве аккумуляторной батареи 8 может быть применена батарея Sonnenschein A512/3.5S (SONNENSCHEIN).
Функцию передачи данных по каналу Wi-Fi 10 может выполнять серийно выпускаемая промышленностью карта Wi-Fi mini PCI-E (IEI Technology Corp.).
Устройство контроля и регистрации расхода топлива на транспортном средстве работает следующим образом.
Для измерения массы топлива в топливных баках используется косвенный метод, основанный на измерении гидростатического давления. Для проведения измерений используются два датчика расхода топлива 2, 3, установленные в нижней части топливного бака по диагонали. Сигналы от датчиков расхода топлива 2, 3 передаются по протоколу RS485 на одноплатный промышленный компьютерный модуль 9 в цифровом виде, что исключает влияние электромагнитных помех в линии передачи и исключает погрешность преобразования сигнала. Данные о количестве топлива в топливном баке сохраняются в архиве в модуле памяти CompactFlash в виде базы данных.
Для исключения влияния геометрических особенностей бака на результаты измерения датчиков количества топлива 2, 3 в процессе эксплуатации проводится операция градуировки топливного бака 18. Градуировка выполняется путем последовательного заполнения топливного бака 18 дозированными порциями топлива. Усредненные показания датчиков расхода топлива 2, 3 вручную заносятся в архив, выполненный в виде базы данных; после заполнения бака автоматически производится расчет градуировочных коэффициентов.
Модуль накопителя 4 снабжен дополнительными входами для подключения аналоговых и дискретных датчиков 19, а также связан с бортовой системой диагностики 22 транспортного средства по последовательному каналу обмена (могут быть использованы интерфейсы RS232 или CAN). После подачи питания на плату компьютерного модуля 5 одноплатный промышленный компьютерный модуль 9 с заданной периодичностью формирует запросы датчикам расхода топлива 2, 3 о количестве и температуре топлива, бортовой системе диагностики 22 транспортного средства и дополнительным аналоговым и дискретным датчикам 19 о наличии и величине входных дискретных и аналоговых сигналов, а также контролирует состояние средств защиты от несанкционированного вскрытия и наличие внешнего питания модуля накопителя 4.
Вся информация, контролируемая бортовой системой диагностики 22 транспортного средства, и данные о расходе топлива передаются в энергонезависимую память и накапливаются в архиве на жестком диске. Архив запрограммирован в виде базы данных. В, качестве жесткого диска платы компьютерного модуля 5 используется модуль памяти CompactFlash 21 объемом 8 ГБ. Указанный объем памяти необходим для регистрации параметров в течение не менее чем 30 суток. При заполнении отведенного места на диске перезапись параметров производится циклически.
Через систему спутниковой навигации при помощи совмещенной антенны 1 и приемника сигналов GPS 14 определяются географические координаты транспортного средства, его высота над уровнем моря, скорость движения, астрономическое время.
После проверки наличия соединений и достаточном уровне сигналов данные посредством одного из каналов связи передаются на стационарный компьютер (сервер) 13.
Устройство контроля и регистрации расхода топлива на транспортном средстве позволяет производить измерение массы топлива в топливном баке транспортного средства в автоматизированном режиме с высокой точностью за счет применения нового прибора контроля топлива и датчиков количества топлива с цифровым выходом, контроля несанкционированного вскрытия модуля накопителя и отключения внешнего питания, производить накопление данных о техническом состоянии транспортного средства и передачу этих данных на стационарный компьютер за счет использования трех каналов связи.
Предложенное техническое решение опробовано на опытных тепловозах.