Системы спутникового мониторинга позволяют определять время работы двигателя, рабочих органов машин и другие параметры, а также считывать с CAN-шины контролируемого объекта множество различных данных, характеризующих работу узлов и агрегатов (уровень топлива в баке, мгновенный расход топлива, температура охлаждающей жидкости и т.д.).
Одной из наиболее актуальных задач при эксплуатации техники является контроль над рациональным использованием топлива.
В настоящее время в системах спутникового мониторинга реализованы способы контроля расхода топлива по данным датчиков уровня, датчиков расхода, CAN-шины, а также расчетным путем с использованием нормативов. Рассмотрим преимущества и недостатки указанных способов.
1. Контроль уровня топлива в баке.
При использовании штатных датчиков уровня топлива (ДУТ) данные на контроллер спутникового мониторинга передаются непосредственно с датчика или через CAN-шину. В других случаях вместо штатного ДУТ или в дополнение к нему устанавливается специальный датчик (аналоговый, частотный либо цифровой). Наибольшее распространение получили цифровые датчики.
Программное обеспечение обрабатывает первичные данные с ДУТ и преобразует их в объем (л) с использованием тарировочных таблиц, а также производит фильтрацию и сглаживание. Программное обеспечение имеет возможность автоматически идентифицировать слив и заправку по показаниям датчика. Для этого необходимо задать критерии, по которым программа будет определять слив и заправку.
Критерием для идентификации заправок является повышение уровня топлива в баке на величину, заданную пользователем.
Критерии для идентификации сливов [1]:
- предельный часовой расход при движении, расход на 100 км или на час работы двигателя;
- предельный часовой расход во время остановок;
- понижение уровня на заданную величину.
Недостатки способа.
Опыт показывает, что уровень топлива при движении техники подвержен значительным колебаниям. Амплитуда колебаний возрастает при сложной геометрии бака и при монтаже ДУТ не по центру бака ввиду отсутствия технической возможности. Также следует отметить, что в последние годы при изготовлении баков используются различные полимерные материалы. Такие баки подвержены сильной деформации, в связи с чем необходимо периодически проводить повторную тарировку.
Контроль уровня топлива в баке посредством считывания данных через CAN-шину дает лишь весьма приблизительные результаты в связи с конструкцией самого штатного датчика и малым диапазоном выдаваемых значений по CAN-шине по сравнению с цифровыми датчиками [2]. По этой причине система мониторинга зачастую выдает ложные сигналы о сливах и заправках топлива.
Основной же недостаток способа иллюстрируется ниже.
Рисунок 1. Слив топлива из обратной магистрали:
а) график расхода топлива, б) приспособление для слива топлива
На графике уровня топлива в баке, выдаваемом системой мониторинга, диспетчером был обнаружен участок повышенного расхода при движении агрегата. Причина – постепенный слив топлива из обратной магистрали. Следует отметить, что при значительном количестве контролируемой техники, разнообразии видов механизированных работ, недостаточной квалификации или внимательности диспетчера не все подобные факты хищения могут быть обнаружены. ДУТы позволяют четко идентифицировать слив лишь при остановках трактора (автомобиля).
2. Контроль расхода топлива с использованием расходомеров.
Расход топлива по показаниям датчика расхода топлива определятся по формуле:
Q=N / n1
где N – количество импульсов, поступившее с расходомера на контроллер;
n1 – количество импульсов при прохождении через расходомер одного литра топлива (данные тарировки).
Недостатки способа.
Для учета прямого и обратного потока топлива на большинстве видов техники требуется внесение изменений в топливную систему или установка двух расходомеров либо дифференциального расходомера, что приводит к значительному повышению стоимости оснащения. В отдельных случаях установка расходомера невозможна в связи с особенностями топливной аппаратуры. По мере износа деталей расходомера возрастает погрешность измерений, что приводит к необходимости периодических поверок. Также возникают проблемы из-за загрязнения встроенного фильтра расходомера.
3. Расчет расхода топлива по данным CAN-шины.
Расход топлива по данным CAN-шины о мгновенном расходе двигателем определятся по формуле
Q=q1·t1+ q2·t2+ ..+qn·tn
где q1, q2, qn – мгновенный расход топлива, л/ч
t1, t2, tn – интервалы времени, ч
Расход топлива, полученный данным способом, называют калькулированным. Мгновенный расход топлива периодически передается по CAN-шине и считывается бортовым контроллером системы мониторинга.
Расход топлива по данным CAN-шины об общем объеме израсходованного двигателем топлива определяется по формуле
Q= Qк- Qн
где Qк – общий объем израсходованного топлива на конец периода, л
Qн – общий объем израсходованного топлива на начало периода, л
Общий объем израсходованного двигателем топлива рассчитывается бортовым компьютером с момента первого запуска двигателя, периодически передается по CAN-шине и считывается бортовым контроллером системы мониторинга. Система мониторинга сравнивает показания Qк и Qн , определяет Q.
Контроль топлива по калькулированному расходу и общему объему израсходованного топлива исключает возможность фальсификации данных. Основным преимуществом данного способа является простота подключения, а также низкая стоимость (в случае если для считывания данных не требуется специальный адаптер СAN-LOG). Не вносятся изменения в топливную систему. Для подключения к CAN-шине может использоваться бесконтактный считыватель, что несколько повышает стоимость оборудования, но позволяет осуществлять контроль без нарушения целостности электропроводки.
Особо следует отметить способ контроля по общему объему израсходованного топлива. Показателен в этом плане случай из практики авторов. Оператор посевного комплекса на базе трактора Джон Дир 8430 вечером самовольно отключил систему спутникового мониторинга, а следующим утром восстановил питание. Однако анализ данных CAN-шины, проведенный нами по просьбе руководства предприятия, позволил определить не только количество израсходованного топлива, но и объем работы, выполненной комплексом в период отключения системы мониторинга.
К недостаткам способа следует отнести погрешность, которая напрямую зависит от износа топливной аппаратуры. Кроме того, не на всех технических средствах, используемых в сельском хозяйстве, реализована технология СAN.
4. Расчет расхода топлива по нормативам.
Расход топлива по нормативам на пробег и работу двигателя на остановках определятся по формуле
Q=qt·t+ qs·s
где qt – норматив расхода топлива на остановках, л/ч;
qs – норматив расхода топлива на 100 км, л/100км;
t – продолжительность остановок с работающим двигателем, ч;
s – пробег, км
Расход топлива по нормативам на движение определятся по формуле
Q=q·t
где q – норматив расхода топлива при движении, л/ч;
t – продолжительность движения, ч
Контроль топлива по нормативам также исключает возможность фальсификации данных. Время работы двигателя определяется путем подключения к замку зажигания, пробег и время движения рассчитывается контроллером системы мониторинга. Основным преимуществом данного способа является простота подключения, а также низкая стоимость, так как исключаются затраты на приобретение дополнительного оборудования. Не требуется вносить изменения в топливную систему, сверлить топливные баки и отсекать топливные шланги, как при установке дополнительных датчиков уровня топлива и расходомеров.
Использование нормативов на пробег и время работы двигателя на остановках приемлемо при контроле работы автотранспорта, но неприменимо для уборочной техники, так как в последнем случае невозможно установить норматив на пробег. Использование нормативов на общее время движения также недопустимо для уборочной техники, так режим работы и, соответственно, расход топлива двигателем на рабочем ходу, поворотах и переездах существенно отличаются.
Обобщенные результаты приведенного выше анализа представлены в таблице 1.
Таблица 1. Преимущества и недостатки известных способов контроля расхода топлива посредством систем спутникового мониторинга
Нами предложен способ нормирования расхода топлива [3], который может быть рекомендован для уборочных машин (самоходных косилок, зерно- и кормоуборочных комбайнов).
Для внедрения нового способа необходимо установить часовые нормативы расхода топлива на разных режимах работы агрегата, как это показано в работе [4], и доработать программное обеспечение систем спутникового мониторинга.
Изучив функциональные возможности наиболее известных систем, предлагаем для нормирования расхода топлива уборочной техникой [2] с использованием часовых нормативов применять модуль формирования отчетов к диспетчерскому программному обеспечению АвтоГРАФ, который позволяет сформировать отчет любой формы. Скриншот модуля отчета показан на рисунке 2.
В данном программном обеспечении можно предусмотреть любой алгоритм расчета расхода топлива по нормативам, в том числе с поправкой на скорость движения агрегата.
Выводы.
- Контроль топлива по данным штатных или специальных датчиков уровня топлива, CAN-шины или расходомеров дисциплинирует водителей, однако но полностью не предотвращает хищение топлива.
- Наименее затратным и достаточно эффективным способом является контроль расхода топлива с использованием нормативов на пробег или время движения и остановок с работающим двигателем, однако способ не обеспечивает приемлемую точность для сельскохозяйственной техники ввиду разнообразия условий работы.
- Для контроля расхода топлива уборочной техникой предложен новый способ, основанный на использовании часовых нормативов расхода на основной работе, поворотах, переездах и остановках. Предложена методика автоматизированного расчета нормы расхода топлива этим способом за произвольный период с использованием программы мониторинга АвтоГРАФ.
- Предложенный способ контроля расхода топлива может быть использован автономно или в сочетании с известными способами, позволяющими определять место и время слива топлива.
Библиографический список
- Диспетчерское ПО АвтоГРАФ для Windows: Руководство пользователя. – Ч.: ООО «ТехноКом», 2012. – 101 с.
- Гафуров И.Д., Ахмадуллин И.М. Оценка точности определения расхода топлива системой спутникового мониторинга по данным CAN-шины/Совершенствование конструкции, эксплуатации и технического сервиса автотракторной и сельскохозяйственной техники: материалы научно-практической конференции (19-20 декабря 2013 г.). Уфа: Башкирский ГАУ, 2013. – С. 91-94.
- Способ нормирования расхода топлива машинно-тракторными агрегатом: патент РФ./Гафуров И.Д., Рябов А.В., Ахмадуллин И.М. - № 2510958, 2014г.
- Гафуров И.Д., Ахмадуллин И.М. Нормирование расхода топлива МТА по данным спутникового мониторинга / Известия Международной академии аграрного образования. 2013. № 17. С. 164-168.
И.М. Ахмадуллин, И.Д.Гафуров, Р.Р. Валиуллин
ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»,
