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作者简介：侯立兵（1978年9月—），男，汉族，江苏丰县人，本科学历，高级工程师，研究方向：嵌入式仪器仪表及测控设备。

摘要：越野加油车电控系统是一款多功能综合性监控设备，采用嵌入式开发方式，以微控制器MCU为控制核心，智能触摸屏作为显示终端显示油罐的液位、储油量、变送器阀门状态、采集数字量输入信号等参数，可存储加油记录，实时采集油泵转速、管路压力、流量，可驱动阀门等外部设备。本系统各装置采用CAN总线进行联接，具有工作稳定、测量显示精度高、显示清晰直观、安全可靠等特点。

关键词：加油车  电控系统  显示终端  CAN通讯

一、概述

信息化的油料保障装备智能控制系统主要用于运、加油车的作业状态信息显示与智能控制，并可实现装备信息化、使用诊断维护等功能。系统采用车载CAN总线网络结构，汽车底盘内部网络的构成主要依靠CAN总线传输技术，已经建立了成套设计，工艺、测试、诊断等规范，全球车辆都在遵循这个规范。正是基于上述背景，并针对油料运输加注装备等特点完全自主开发设计的，在借鉴成熟规范、技术的同时，也能解决信息安全问题。

二、系统组成和工作原理

1、系统组成

作业控制系统主要由一个主作业控制显示终端加N个辅助作业显示终端、数字电源、负载控制模块。信息采集模块和通讯适配器模块，流量、压力、转速与液位等传感器，电磁阀和接地电阻测试报警系统，连接器、线束等组成。系统采用CAN总线网络结构。

系统部件组成表如下表所示：

2、系统工作原理

主加油显控终端是整个系统的核心，通过采集液位、流量、压力、接地电阻测试报警系统等传感器，实时显示作业油量、累计作业油量，舱内油量，管路压力，流量、静电接地电阻值等参数信息；数字电源，继电器控制模块，为整个系统的电源管理和动作执行部件。根据加油量显控终端下发的指令．驱动电磁阀及电泵动作，实现对管路系统阀门的控制。信息适配器是作业系统的信息交互及信息上传，负责与上级信息管理进行信息交互。

电控系统主要由隔离电源系统、控制器系统、驱动模块、各路变送器组成。显示控制器为整体系统的核心，负责接收、处理传感器反馈信号、显示当前各项信息、提供人机交互；防爆箱负责整个系统的供电、信号采集、输入、输出负载信号。

系统组成框图，如下图所示：

3、显示界面图及其说明

a、作业流程状态区：显示当前的流程状态，待机、本车加油、外油源加油、自装油、外装油、卸油、移动泵站、抽回油（前路、后路）。

b、储油量显示区：油罐油位高度、罐内储油量。

c、油量数值显示区、变送器、传感器：油泵进口压力值、油泵出口压力值、过滤器压差值，加、装油量、瞬时流量、累计油量，油泵转速，静电接地状态等。

d、操作提示区：某流程状态下打开、关闭阀门，模式选择（选择打开前舱底阀，打开后舱底阀，同时打开前、后舱底阀）等操作提示。

e、系统提示区：提示工作状态、报警信息。

三、主要技术指标及使用功能

1、主要技术指标

a、工作电压：DC18V～36V；

b、工作温度：-41℃～ +46℃；

c、储存温度：-50℃-+85℃；

d、相对湿度：95%+3%（29℃-35℃）；

e、防爆等级：混合防爆，根据不同位置选择本安防爆、隔离防爆或其它防爆等级；

f、防护等级：IP65；

g、压力差检测精度：0.5%；

h、油罐液位测量量程及精度：0.5%；

i、流量采集精度：+1脉冲；

j、高原适应性≤4500米，具有抗风，防生物侵蚀等特点；

2、作业功能

a、加油：将本车油罐或其它容器中的燃油经过滤，计量加注到受油设备中；

b、自吸装油：应能将油泵进口中心下4米的地下油库或容器中的燃油装入本车油罐；

c、做移动泵站使用：能将燃油从一个容器泵入另一个容器；

d、卸油：利用本车油泵卸油；

e、抽回油：能抽回加油胶管中的剩余燃油；

3、作业性能

a、加油流量：四管同时加油时，各管最大加油流量不小于200升/分钟;

b、加油胶管：加油胶管4根，公称直径38毫米，单根胶管长度不小于15米，配备DN38 加油枪4支，备用部件可实现 DN20.DN25.DN32加油能力；

c、备用电动泵加油流量：不小于60升/分钟。

d、吸油性能;采用公称直径80毫米的吸油胶管，吸油深度不小于4米时，自吸时间不大于4分钟

4、作业智能控制

a、加油、抽油等主要作业一键启停；

b、定量、定速加油作业控制；

c、自动、手动无缝切换（自动优先，手动油门与自动油门同步可实现手动自动无缝切换）；

d、工况异常报警与处理。

四、总体技术方案

1、设计思路

以第二代中、重型越野加油车为基础， 持续的油料保障，立足未来装备智能化发展需求，对传统中、重型加油车的控制系统及信息化进行了一系列的改进和升级，通过优化调整系统架构、信息和控制流程，充分发挥在安全防护、信息互连互通、北斗定位、军用综合电子信息平台、智能控制、安全可靠等方面的优势资源，对油料装备中、重型加油车进行进一步升级，依托现有中、重型加油车，结合公司先进成熟技术，完成中、重型加油车的方案设计，使中、重型加油车具有较强的防护能力和装备保障能力，集成一体的网络信息化能力、快速智能加油作业能力、较强越野机动能力、全地域使用能力。

2、系统功能

2.1当前状态及主要参数提示、显示与记录功能

a、作业状态：一般有加油、自装油、外装油、卸油、移动泵站、抽回油等作业状态；

b、接地电阻测试报警系统： 接地电阻测试报警系统是否在电阻值范围内，安全可靠接地；

c、供电状态：数字电源系统是否正常；

d、采集信息显示状态：各传感器信息是否在正常范围内；

e、健康管理：中、重型越野加油车电控系统及各部件的使用状态及周期维护信息说明提示。

f、故障与报警： 中、重型越野加油车电控系统及各传感器是否存在故障;有故障的情况下，会显示故障代码或故障符号。

g、系统运行/停止状态：系统处于运行还是停止状态。

2.2安全智能报警与控制

（1）超限报警与安全控制功能

a、作业时安全接地电阻值过大报警，关闭油泵。

b、关闭底阀失败报警并关闭油泵。

c、装油时的油罐高液位报警并关闭底阀（值可设定）；

d、加油时的油罐低液位报警并关闭底阀（值可设定）；

e、卸油时的油罐低液位报警并关闭底阀（值可设定）

f、其它安全策略：

设置急停按钮，紧急情况下可手动停止作业并关闭发动机;

（2）智能控制功能

a、全功能“一键式”启动作业功能：

所有流程都能实现“一键式”启、停作业，在“交互式”界面引导下，实现方便快捷。

b、自动模式下全程智能调速功能：

自动模式下，从启动到作业结束全程根据负载变化情况自动进行智能调速，确保系统高效、合理作业。

c、双模式（自动模式、手动模式）下的手自一体无缝切换自动优先、自适应智能跟随功能；从默认的自动模式切换到手动模式时，能实现自动-手动无缝切换，且遵循自动优先原则，手动调节后系统能自适应跟随。

3、系统流程

定量加油作业：当系统设置定量加油作业时，通过终端设置输入作业量或接受信息任务终端指令设置作业控制信息，一键式启动加油作业。自动控制手自一体油门控制油泵转速迅速到达稳定转速，当加油控制量接近预设值时，将油泵转速降低到怠速，在最小流量情况下控制系统将停止加油，并动态计算补加提前量，达到油料输出控制精度。

定速加油作业：当系统设置定速加油作业时，通过终端设置输入作业，设定流量或设定压力值，系统将控制管路系统保持恒流和恒压，一键式启动加油作业，通过手自一体油门控制，油泵转速迅速达到设定值稳定状态。在加油过程中，维持定速。

中、重型加油车需要满足的基本动作要求为油泵装油、外部装油、油泵卸油、移动泵站、自流卸油、余油抽回和油泵加油等，完成对加油车的各流程智能化控制。

“油泵装油”是发动机带动车载泵，控制相应电磁阀联通装油管路，从油库罐体泵入车罐内，进行装油作业。

“外部装油”是控制相应电磁阀联通装油管路，利用外力进行装油作业。

“油泵卸油”是发动机带动车载泵，控制相应电磁阀联通装油管路，从车罐内泵出油料，进行卸油作业。

“移动泵站”当车体泵故障时，上装电池供电，把备用泵接入管路系统，开启加卸油作业。

“自流卸油”在不借助本车动力的情况下，控制相应阀门，联通卸油管路，利用油料自身重力，卸放油料。

余油抽回”是发动机带动车载泵，控制相应电磁阀联通管路，把油管路中存留油料抽回罐体中，来保证油料安全。

“油泵加油”是发动机带动车载泵，控制相应电磁阀联通装油管路，从车罐内泵出油料，进行加油作业。

4、结构方案

系统主控制面板上安装加油显示终端，急停按键，油门控制器.

采集控制器，接线盒。系统副控制面板上安装7寸显示终端，急停按键，启停按键，定量输入旋钮，采集控制器。

5、软硬件方案

系统作为加运油车系统的核心执行机构，具有十分重要的作用。系统以加油显控终端作为系统核心，提高中、重型越野加油车保障能力。

中、重越野加油车电控系统，分为加油显控终端模块，整装信息适配器模块、传感器采集模块、控制器模块，手自一体调速模块、智能电源等部件模块组成，每个模块分别按各自的功能要求进行数据采集，采集的信息实时上传，主模块（上装显控终端）收到信息后，一方面进行显示，同时根据信息状态，控制器根据信息对相应负载实施控制（启动、加速、减速、智能调节、关闭等）。

加油显控终端模块由各应用软件组成，负责实现对管路及作业系统的控制，对加油动作进行启动和停止，加油显控终端对加油作业动作的信息进行实时的显示，并将每次加油操作进行记录、储存，以备后期数据查询。

加油显控终端由显示屏、控制板、数据采集模块组成，是系统核心单元，用于显示系统工作数据及信息，通过功能按键和屏触模的方式进行人机交互，显示屏采用宽温、高亮度（1600 mt.高亮光感智能调节）高性能、低功耗、低电压、宽视角和彩色液晶显示屏，控制板选用国产高性能的芯片：数据采集模块用来采集各种传感器的数据并通过 CAN总线上传给显示控制终端

在触摸屏上选择不同的作业方式，进入作业界面。有“油泵装油”“外部装油”“油泵卸油”“自流卸油”“余油抽回”“移动泵站”“油泵加油”等选项。

完成模式选择后，会有手动/自动模式选择，当选择自动模式时，按下启动按键，电控系统启动作业。按下停止按键，电控系统停止作业。遇到突发紧急情况，按下急停，停止作业系统和发动机。

整车在四角处设置四把油枪，在每把油枪的软管前端设置流量计进行单独计量，并在油枪位置设置操作面板安装油枪显示终端（小屏）及控制按键（主操作面处设置主面板），进行单独计量，并独立控制启停作业，

系统上电后，点击小面板的启停按键，一键启动作业（四角独立控制启停），系统默认为跳枪结束作业，当需要进行定量作业时，选择定量输入旋纽，进行定量输入，系统控制加油量到达预设值时停止作业。

遇到突发紧急情况，按下紧急停止按键，紧急停止系统作业和发动机。

6、数据传输方案

（1）、物理层遵循的原则

传输介质：特征阻抗为120欧姆的屏蔽双绞线STP.

终端电阻为120Ω.

通信速率： 250kbps.

拓扑结构，网络的接线拓扑应该是一个尽量紧凑的线性结构以避免电缆反射，网络节点接入总线主干网的电线要尽可能短，为使阻值最小化，节点不能在网络上等间距接入，接入线也不能等长，且接入线的最大长度应小于1m。.

（2）、信息化平台转发车辆底盘相关数据帧.

信息化平台转发车辆底盘相关数据给加油作业系统，当接收到车辆底盘发动机数据时，1s为周期转发至加油作业系统，具体数据帧格式如下：

转发车辆底盘发动机转速指令

注：本协议中数据采用高位在后，低位在前方式

底盘CAN总线提供给加油作业系统相关数据帧

底盘需要提供底盘发动机转速信息，并提供相关数据帧格式信息。

7电源方案

系统从驾驶室翘板开关处取电，开关之前的电需底盘预留，从电瓶取电，并设置保险，上装系统用电要求为24V8A/192W

系统通过通讯适配器模块进行电源管理，总线电源为内部DC24V，供平台上模块供电，加油显示终端通过开机键进行开机。

五、结论

本文针对越野加油车电控系统提出了一种基于微控制器MCU的嵌入式操作系统，实践证明该系统很好的满足了加油车对自动化电控系统的需求，具有良好的可移植行、互换性和维修性，信息化和网络化的技术发展将大力推进车载嵌入式系统的发展。