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1、(10)申请公布号 CN 103076058 A(43)申请公布日 2013.05.01CN103076058A*CN103076058A*(21)申请号 201310027345.1(22)申请日 2013.01.25G01F 9/00(2006.01)(71)申请人南京力标电子科技有限公司地址 210048 江苏省南京市沿江工业开发区杨新路252号(72)发明人陈坤杰 刘永欣(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司 32224代理人董建林(54) 发明名称柴油发电机燃油消耗监测系统(57) 摘要本发明公开了一种柴油发电机燃油消耗监测系统，包括若干柴油发电机，所述柴油发电机连接有流量。
2、传感器，其特征在于，还包括油耗仪，油耗仪与所述流量传感器相连，油耗仪采集流量传感器检测的流量数据，油耗仪通过Zigbee与上位机相连。本发明一种柴油发电机燃油消耗监测系统测量精度高，测试数据的后续处理能力强，测量过程中并不需要拆卸供油管路，检测方法简单，成本较低，因此具有非常广阔的市场前景。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书6页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书6页 附图3页(10)申请公布号 CN 103076058 ACN 103076058 A1/1页21.柴油发电机燃油消耗监测系统，包括若干柴油发电机，所述柴油发电机连接有。
3、流量传感器，其特征在于，还包括油耗仪，油耗仪与所述流量传感器相连，油耗仪采集流量传感器检测的流量数据，油耗仪通过Zigbee与上位机相连。2. 根据权利要求1所述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，还包括油箱，油箱连接有进油管和出油管，出油管通过燃油输送管道与若干柴油发电机的入油口连接，所述进油管、出油管、柴油发电机的入油口连接有流量传感器。3. 根据权利要求1或2所述的基于Zigbee的柴油发电燃油消耗监测系统，其特征在于，所述流量传感器为涡轮流量传感器。4. 根据权利要求3所述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述油耗仪连接Zigbee路由器，所述上位机连接Zigbee协调器。
4、。5. 根据权利要求4所述的基于Zigbee的柴油发电燃油消耗监测系统，其特征在于，所述油耗仪包括PLC模块，所述PLC模块连接信号处理模块、时钟模块、显示模块和存储模块，所述油耗仪通过信号处理模块与流量传感器连接，所述油耗仪连接有电源模块。6. 根据权利要求4所述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述油耗仪包括文本PLC一体机，所述文本PLC一体机包括PLC模块、信号处理模块、时钟模块和显示模块，PLC模块与信号处理模块、时钟模块和显示模块连接，所述文本PLC一体机通过PLC模块连接存储模块，所述油耗仪通过信号处理模块与流量传感器连接，所述油耗仪连接有电源模块。7. 根据权利要求5或。
5、6所述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述存储模块为SD卡存储器或USB闪存驱动器。8. 根据权利要求5或6所述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述电源模块的输入端连接交流电，输出端包括24V直流输出端和5V直流输出端。9. 根据权利要求8所述的基于Zigbee的柴油发电燃油消耗监测系统，其特征在于，所述24V直流输出端连接流量传感器、PLC模块、Zigbee路由器和Zigbee协调器，所述5V直流输出端连接存储模块。10. 根据权利要求9所述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述上位机上加载有软件管理模块，所述软件管理模块用于接收、分析和管理柴油发电燃油消耗的数据。
6、。权 利 要 求 书CN 103076058 A1/6页3柴油发电机燃油消耗监测系统技术领域0001 本发明涉及一种油耗监测系统，具体涉及一种柴油发电机燃油消耗监测系统。背景技术0002 柴油发电机由于具有热效率高、运行费用低、可靠性高和发出电力稳定等特点，常常作为通信、军事、医院等重要场合的主电源或者备用电源。它属自备电站交流供电设备的一种类型，是中小型独立的发电设备。特别适用于市电电网不能输送到的油田、矿区、林区、牧区和国防工程等场合，在这些场合中要求柴油发电机能独立供电，作动力和照明的主电源。燃油消耗量是评价柴油发电机经济性能的重要指标，也是重要测量参数之一。对此，人们开发了一些燃油消耗。
7、测量仪表，但是现有的燃油消耗测量仪表存在以下不足：1. 测量精度较低，尤其在小量程下测量误差很大；2. 仪表功能单一，测试数据的后续处理能力不强；3. 检测方法复杂，将测量仪表串接到供油系统时，在测量前需拆卸供油管路，致使成本较高。发明内容0003 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种柴油发电机燃油消耗监测系统。 0004 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：柴油发电机燃油消耗监测系统，包括若干柴油发电机，所述柴油发电机连接有流量传感器，其特征在于，还包括油耗仪，油耗仪与所述流量传感器相连，油耗仪采集流量传感器检测的流量数据，油耗仪通过Zigbee与上位机相连。0005 前述。
8、的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，还包括油箱，油箱连接有进油管和出油管，出油管通过燃油输送管道与若干柴油发电机的入油口连接，所述进油管、出油管、柴油发电机的入油口连接有流量传感器。0006 前述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述流量传感器为涡轮流量传感器。0007 前述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述油耗仪连接Zigbee路由器，所述上位机连接Zigbee协调器。0008 前述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述油耗仪包括PLC模块，所述PLC模块连接信号处理模块、时钟模块、显示模块和存储模块，所述油耗仪通过信号处理模块与流量传感器连接，所述油耗仪连。
9、接有电源模块。0009 前述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述油耗仪包括文本PLC一体机，所述文本PLC一体机包括PLC模块、信号处理模块、时钟模块和显示模块，PLC模块与信号处理模块、时钟模块和显示模块连接，所述文本PLC一体机通过PLC模块连接存储模块，所述油耗仪通过信号处理模块与流量传感器连接，所述油耗仪连接有电源模块。0010 前述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述存储模块为SD卡存储器说 明 书CN 103076058 A2/6页4或USB闪存驱动器。0011 前述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述电源模块的输入端连接交流电，输出端包括24V直流输。
10、出端和5V直流输出端。0012 前述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述24V直流输出端连接流量传感器、PLC模块、Zigbee路由器和Zigbee协调器，所述5V直流输出端连接存储模块。0013 前述的柴油发电机燃油消耗监测系统，其特征在于，所述上位机上加载有软件管理模块，所述软件管理模块用于接收、分析和管理柴油发电燃油消耗的数据。0014 本发明的有益之处在于：本发明一种柴油发电机燃油消耗监测系统测量精度高，测试数据的后续处理能力强，测量过程中并不需要拆卸供油管路，检测方法简单，成本较低，因此具有非常广阔的市场前景。附图说明0015 图1是本发明柴油发电机燃油消耗监测系统的结构示。
11、意图；图2是本发明柴油发电机燃油消耗监测系统的电源模块中油耗仪的一种结构示意图；图3是本发明柴油发电机燃油消耗监测系统的电源模块中油耗仪的另一种结构示意图；图4是本发明柴油发电机燃油消耗监测系统的电源模块的连接示意图。具体实施方式0016 以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。0017 参照图1所示，本发明柴油发电机燃油消耗监测系统，包括若干柴油发电机，柴油发电机连接有流量传感器，还包括油耗仪，油耗仪与流量传感器相连，油耗仪采集流量传感器检测的流量数据，油耗仪通过Zigbee与上位机相连。图1所示设置了三台柴油发电机，当然也可以为单独的一台、两台、四台或者更多台，本发明并不加以限制。0。
12、018 本发明中柴油发电机连接有流量传感器，这些流量传感器可以检测到柴油发电机消耗的柴油量。除此之外，为了进一步提高测量精度，本发明中的燃油消耗监测系统还可以包括油箱，油箱连接有进油管和出油管，出油管通过燃油输送管道与若干柴油发电机的入油口连接，进油管、出油管、柴油发电机的入油口连接有流量传感器。这样设置的优点在于其并不需要像现有技术那样拆卸供油管路，因此检测方法简单，成本较低。如图1所示，这样除了在三台柴油发电机的入油口装有流量传感器外，在油箱的进油管和出油管均设置有流量传感器。油箱的进油管和出油管的流量传感器可以用于对油箱每次加油量和油箱燃油总减少量的检测。这样就能够增加检测参量，通过与柴。
13、油发电机连接的流量传感器相比较，能够进一步提高测量精度。0019 本发明并不限制流量传感器的类型，现有的流量传感器按结构原理主要可分为以下几类：容积式、叶轮式、差压式、冲量式、动量式、超声波式传感器等。大多数传感器都能连续、累计测量，但测量的流量范围和流量误差各不相同，适用的环境和条件也不同。0020 现在较常用的是速度式流量传感器和容积式流量传感器。以测量流体流速来得到流体流量的流量传感器，称为速度式流量传感器。它的种类很多，近年来发展也很迅速，比较典型和常用的有涡轮流量传感器、涡街流量传感器、电磁流量传感器、超声波流量传感器说 明 书CN 103076058 A3/6页5和热式流量传感器等。
14、。0021 利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量的流量传感器，称为容积式流量传感器。0022 作为优选，本发明可以采用涡轮流量传感器。涡轮流量传感器的原理是当流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片产生转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力的叶片旋转，在力矩平衡后转速稳定。一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片的导磁性，它处于信号检测装置（由永久磁钢和线圈组成）的磁场中，旋转的叶片切割磁感线，周期性的改变线圈的磁通量，并使线圈两端感应出电脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成。
15、有具有一定幅度的连续矩形脉冲波，最终可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量或总量。0023 本发明优选的涡轮流量非常适合用于测量粘度低的液体（如石油），具有测量准确度高、量程范围宽、线性好、可承受工作压力大的优点，测量精度最高可达，是同类产品中精度最高的一类传感器。0024 进一步的，考虑到涡轮流量传感器的特性直接受流体流动状态的影响，所在涡轮流量传感器的前、后分别安装了一定长度的直管段,用以稳定燃油流态。0025 本发明基于Zigbee技术。Zigbee是一种低速率、低功耗、近距离和自组织的通信技术，其功耗低、成本低、时延短、网络容量大、数据传输可靠、具有免许可无线通信频段、传输非常安全。基。
16、于以上特点，Zigbee网络成为无线传感器网络的首选，它非常适宜于在工业环境下构建传感器网络。0026 Zigbee的设备按功能可分为两类：具有完整功能的全功能设备(Full Function Device, FFD)和只有部分功能的简化功能设备(Reduce Function Device, RFD)。全功能设备不仅可以同简化功能设备或其他全功能设备通信，而且可以控制网络的拓扑结构。简化功能设备只能同全功能设备通信而不能控制网络拓扑结构。简化功能设备的应用简单，易于实现，同时不需要发送大量的数据，并且一次只能关联一个简化功能设备，因此，只需要使用较少的资源和存储空间。0027 在 LR-WP。
17、AN 网络中支持的设备中，按在网络中的地位又可分为三种设备类型：网络协调器、路由器和终端设备。0028 Zigbee协调器：处于网络结构的最顶层，协调器总是处于工作状态，必须给它供给稳定、可靠的电源。它除了可以完成路由器的一些功能外，还制定网络规则，选择合适的信道，启动网络，Zigbee协调器必须是FFD，并且一个Zigbee网络中只有一个Zigbee协调器。0029 路由器：处于网络的中间层次，必须具备数据的存储、转发能力和路由发现能力，还必须支持其子设备的连接和路由表的维护，它必须是FFD。0030 终端设备：其结构和功能简单，往往只是简单地发送和接收数据，不处理网络管理等功能，大部分时间。
18、处于睡眠状态，这样可以最大程度地节约电能，延长电池寿命，它可以是FFD或RFD。0031 本发明采用了Zigbee协调器和Zigbee路由器。本发明中，油耗仪连接Zigbee路由器，上位机连接Zigbee协调器。上位机可以为PC机，也可以选择其他合适的类型。说 明 书CN 103076058 A4/6页60032 由于油耗仪、Zigbee路由器、Zigbee协调器和上位机之间的连接端口不同，可采用串口转换器连接上述组件。常用的串口转换器为RS-232转RS-485转换器。当然也可以选择其他类型的串口转换器。0033 本发明中的Zigbee装置需要使用Zigbee无线收发芯片。作为优选，本发明可。
19、以选用美国DIGI公司的 XBEE-PRO作为无线收发芯片。该芯片符合 IEEE802.15.4标准，工作在 2.4GHz频段，是一种比较成熟的体积小、功耗低、传输距离远、适合组建低功耗无线传感器网络的无线通信模块。0034 XBee-PRO 模块是与 Zigbee/IEEE802.15.4 协议兼容的解决方案，工作在ISM2.4GHz 的免费频段，它是一种内置协议栈的 Zigbee 模块，可以使用AT 和 API 命令集两种方式设置模块参数，并通过串口来实现数据传输。由于设计的创新，XBee-PRO 传输范围上是标准 Zigbee 模块的2-3倍（标准 Zigbee 模块在室内和地下空间传输。
20、直径大约为 50m）。在网络性能方面，具有 DSSS(直接序列扩频)功能，可以组成对等网、点对点以及点对多网络。0035 XBee-PRO芯片可分别设定为中心协调器、路由器和终端节点这三种不同网络功能的节点。中心协调器是网络的中心节点，实现网络组织、网络维护和网络管理；路由器实现数据中继转发；终端节点只负责本节点数据的接受与发送。由于路由器只负责数据的路由中继转发，因此在硬件结构上不需要传感器模块，只保留终端节点的其它核心电路；中心协调器作为网络的中心节点，充当无线网络的网关，需要与监控中心站的核心计算机进行数据交互通信，因此中心协调器的硬件结构应该在路由器的硬件结构基础上加上扩展存储电路。0。
21、036 RS-232接口是1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，并规定连接器的每个引脚的信号内容和各种信号的电平。随着设备的不断改进，出现了代替DB25的DB9接口，现在都把RS-232接口叫做DB9。0037 RS-485的前身为RS-422，RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输TIA/EIA-422-A规范。为了扩展应用范围，EIA于1983年在RS-422基。
22、础上制定了RS-485标准，增加了多点和双向通信能力，允许多个发送器连接到同一总线上，并增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，从而扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。RS-232、RS-422与RS-485标准只规定接口的电气特性，不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户能够建立自己的高层通信协议。MAX485是常见的用于RS-485通讯的小功率收发器，虽然只能进行半双工的通讯，但总线最多可以同时连接32个MAX485芯片。0038 本发明中的油耗仪以PLC为工作核心，油耗仪在现场实时显示并存储流量信号，其可以包括分钟流量和累计流量。用于对油箱每次加油量、油箱燃油减少量。
23、和柴油发电机组实际的油耗量进行检测。0039 如图2是本发明基于Zigbee的柴油发电燃油消耗监测系统的电源模块中油耗仪的一种结构示意图。如图2所示，油耗仪包括PLC模块，PLC模块连接信号处理模块、时钟模块、显示模块和存储模块，油耗仪通过信号处理模块与流量传感器连接，油耗仪连接有电源模块。本发明中信号处理模块能够实现对输入输出的模拟和数字转换。本发明的显示模说 明 书CN 103076058 A5/6页7块可以选择为LCD液晶显示器，存储模块可以为SD卡存储器或USB闪存驱动器。SD卡存储器或USB闪存驱动器作为存储模块的优点在于其非常便于携带和移除更换，这对于数据的保存非常有利。时钟模块用。
24、于检测过程中的计时计数。PLC模块可以是常用的PLC，本发明并不限制其具体型号。此外，本发明也可以采用并不基于PLC的油耗仪，比如其可以使用基于嵌入式系统的油耗仪，也可以使用基于数字信号处理器的油耗仪，本发明并不加以限制。0040 此外，本发明中PLC程序的编写优选采用模块化的程序设计方法，这样可以提高编程效率，并减少软件设计中的错误，缩短了开发时间。0041 实际运行时，油耗仪通过流量传感器实时采集油箱进出油和柴油发电机组工作过程中的燃油消耗信息，并利用PLC系统计算处理得到所需的燃油消耗数据；其次显示模块实时显示燃油数据；然后该装置设计将油箱加油、油箱出油和每台柴油发电机耗油量等大量数据通。
25、过存储模块进行存储，便于转存储；最后由Zigbee无线通讯设备将对应数据传输至上位机，上位机中加载有软件管理模块，通过软件管理模块实现对现场燃油使用情况的监测和柴油发动机组在各种工况时的分钟油耗和累计油耗数据的接收、分析和管理。0042 如图3是本发明柴油发电机燃油消耗监测系统的电源模块中油耗仪的另一种结构示意图。如图3所示，油耗仪包括文本PLC一体机，文本PLC一体机包括PLC模块、信号处理模块、时钟模块和显示模块，PLC模块与信号处理模块、时钟模块和显示模块连接，文本PLC一体机通过PLC模块连接存储模块，油耗仪通过信号处理模块与流量传感器连接，油耗仪连接有电源模块。0043 图3与图2的。
26、区别是其采用了文本PLC一体机。文本PLC一体机的核心仍然是图2的PLC模块，但是其将PLC模块、信号处理模块、时钟模块和显示模块集成在了一起，作为一个整体与其他部件连接。这种文本PLC一体机由于具有高集成度、接线少、节省空间和节省成本等传统PLC不具备的优点，逐渐开始被应用于较小规模工业现场的测量与控制。0044 本发明的文本PLC一体机集显示和控制为一体，并且自带模拟量输入输出，具有高频计数模块，能够实现高频脉冲输入。能够实现这种功能原因就是其将PLC模块、信号处理模块、时钟模块和显示模块集成在了一起。0045 本发明中整个柴油发电机燃油消耗监测系统是通过电源模块供电的。电源模块的输入端连。
27、接交流电，输出端包括24V直流输出端和5V直流输出端。实际运行时，可以由现场的柴油发电机组的220V交流电提供电源模块输入端的交流电。如图4所示。进一步的，本发明的电源模块将交流电转换为24V和5V两路直流电，24V直流输出端连接流量传感器、PLC模块、Zigbee路由器和Zigbee协调器，5V直流输出端连接存储模块。因此，24V回路直流电分别提供给涡轮流量传感器、PLC模块、Zigbee路由器和Zigbee协调器，而5V回路直流电提供给SD卡数据存储器。0046 本发明的终端包括Zigbee协调器和上位机。其中Zigbee协调器用来接收Zigbee路由信号发送端的数据；上位机作为客户端，一。
28、方面作为协调器的数据接收端，另一方面上位机上加载有软件管理模块，软件管理模块用于接收、分析和管理柴油发电燃油消耗的数据。这样就使得本发明的柴油发电燃油消耗监测系统的测试数据的后续处理能力很强。0047 本发明一种柴油发电机燃油消耗监测系统测量精度高，测试数据的后续处理能力强，测量过程中并不需要拆卸供油管路，检测方法简单，成本较低，因此具有非常广阔的市场前景。说 明 书CN 103076058 A6/6页80048 此外，与传统油耗监测设计方法相比，本发明由于选用了高精度的涡轮流量传感器，具有较低的系统误差；以PLC作为工作核心，具有更稳定可靠的性能；以Zigbee协议用于通讯，具有更加简约和经济的数据传输方式。同时采用SD卡存储器或USB闪存驱动器以及Zigbee无线传输的数据接收形式，确保了数据安全。0049 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。说 明 书CN 103076058 A1/3页9图1说 明 书 附 图CN 103076058 A2/3页10图2图3说 明 书 附 图CN 103076058 A10。