基于射頻識別的電子標識技術在電纜管理中的應用

洪 娟，任廣振

（1.華北電力大學，北京 102206；2.杭州市電力局，杭州 310009）

0 引言

電力電纜供電可靠性高，不受地面和空間建筑物及惡劣氣候影響，隨著生產(chǎn)成本的下降，在城市輸電線路中使用越來越多。杭州市電力局自2003年開始大面積使用高壓電力電纜，截止目前，市區(qū)主網(wǎng)電纜線路長度已突破600 km。

然而，隨著高壓電纜投運增多，受城市地下空間資源限制，矛盾也日益突出。首先，電纜線路同路徑并行走線較為普遍，1條通道往往會有不同電壓等級的電纜線路分溝走線。其次，按照杭州市電力局電纜線路管理模式，不同電壓等級電纜線路的運行職責隸屬不同運行單位。由于電纜線路運行環(huán)境較隱蔽，受運行資料不完善和通道測試設備的局限，同路徑并行電纜管溝的辨識、排查難度很大，當電纜線路發(fā)生故障時，雖然能通過設備定位查找到故障點，但由于受現(xiàn)場標識不清及工井環(huán)境的影響，故障電纜所處工井無法確認，造成道路誤挖誤開，使電纜故障處理效率低，同時也帶來社會負面影響。

為了改變上述現(xiàn)象，結(jié)合杭州市電力局高壓電纜線路運行管理的實際情況，探索采用RFID+PDA（手持數(shù)據(jù)終端）的電子標識技術來解決和完善目前存在的問題，同時改變電纜管理的傳統(tǒng)模式，實現(xiàn)電纜運行管理的電子化、信息化。

1 電子標識技術簡介

RFID[1]電子標簽（無線射頻識別）已在國內(nèi)外廣泛應用，是一種較為成熟的識別技術，在大型設備多、配套輔機數(shù)量大、分布范圍廣、安裝位置復雜的電力、化工、鋼鐵、水泥等企業(yè)的應用尤為普遍。在企業(yè)資產(chǎn)管理領域進行資產(chǎn)管理、不停車收費系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)、倉庫管理、電子門票、圖書館管理等都廣泛采用了電子標簽技術。在電力行業(yè)，變電站手持終端PDA巡檢管理也是電子標簽識別系統(tǒng)成功使用的案例。

通過基于RFID和PDA的電子標識技術，可以實現(xiàn)電纜通道設備的數(shù)字化和信息化管理，以及對運行人員巡視到位率的監(jiān)管，規(guī)范運行管理標準化流程，做到運行管理術語描述的標準化、規(guī)范化，改變電力電纜運行管理的傳統(tǒng)模式。

高壓電纜線路電子標識技術研究由2部分組成，一部分是對電子標簽RFID研究，最終實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸、無限次讀/寫功能，將電子標簽安裝在電纜通道工井對應的地面標識牌上；一部分是對手持終端PDA設備的研究，利用無線采集功能獲取現(xiàn)場設備信息，同時進行業(yè)務數(shù)據(jù)維護。采集數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡或辦公局域網(wǎng)進行數(shù)據(jù)上傳，避免了數(shù)據(jù)的二次維護，減少了工作量，避免漏錄、誤錄的情況發(fā)生。

2 電子標識技術方案

電力電纜電子標識系統(tǒng)由硬件和軟件2部分組成。硬件包括RFID標簽和手持終端PDA，軟件采用J2EE架構，具有可擴展性、跨平臺性以及強大的集成功能。軟件系統(tǒng)適合電纜管理，可實現(xiàn)與PDA軟件平臺融合，同時與電力生產(chǎn)系統(tǒng)PMS（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）實現(xiàn)資源共享。

2.1 電子標識技術的硬件功能

電子標簽RFID采用無源超高頻抗金屬標簽P9525-M4QT，標簽芯片ImpinjM4QT，為耐高溫、防水、抗壓的抗金屬材料，可以滿足電纜通道現(xiàn)場惡劣條件。協(xié)議為EPC Class1Gen2（ISO18000-6C），頻率為902～928 MHz。電子標簽利用無線電波傳送識別數(shù)據(jù)，由傳感器（Reader）和RFID標簽（Tag）所組成，運行原理是利用傳感器發(fā)射無線電波，觸動感應范圍內(nèi)的RFID標簽，電磁感應產(chǎn)生電流使RFID標簽上的芯片運作并發(fā)出電磁波響應傳感器。在杭州市區(qū)，高壓電纜線路通道鋪設在電纜工井和電纜管道中，電纜工井的間距通常為30～50 m。根據(jù)電纜通道走線路徑的不同和市區(qū)景觀的需要，電纜工井一般設置在人行道、綠化帶、慢車道上。為了檢修和事故搶修，必須對電纜線路進行準確定位，對井內(nèi)的高壓電纜線路進行定位確認，以便快速處理事故。在電纜工井上方安裝不同的電纜標識牌，將具有抗壓、防水性能的電子標簽RFID安裝在這些電纜線路通道標識牌的下方或周圍。對于通道情況不明的電纜路徑，初次可采用人工查找方式從電纜兩側(cè)終端向中間并配合電纜路徑探測儀進行路徑和工井明確，安裝固定電纜標識牌并同時安裝電子標簽；對于新建電纜線路，可在電纜線路驗收環(huán)節(jié)進行電子標簽的電纜標識牌安裝。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構

在PDA上安裝精簡的Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對RFID數(shù)據(jù)的采集、存儲等功能；具備極高的耐用性和可靠性，且便于攜帶、易于操作?？赏ㄟ^有線（USB接口）方式或者無線方式，根據(jù)登錄系統(tǒng)的登錄身份從服務器上按權限下載巡檢任務及相關資料。這些資料包括任務、時間、地點、類型、內(nèi)容，以及作業(yè)前期準備等；也可將指定的設備數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)下載到隨身電腦上，現(xiàn)場人員可通過PDA進行無線讀寫。系統(tǒng)下載的數(shù)據(jù)還包括部門、班組和人員信息，可用于系統(tǒng)對相關業(yè)務人員的權限審核和記錄填寫?？梢詮娜毕輲熘刑崛藴实脑O備缺陷信息下載到PDA中，供巡視作業(yè)人員在現(xiàn)場巡視時調(diào)用參考。表單下載功能可以對下載后的運行及檢修表單進行查看及打印。

手持PDA集成了GPS全球定位系統(tǒng)、RFID電子標簽識別系統(tǒng)、掌上電腦和計算機網(wǎng)絡通信技術，基于“移動信息平臺”概念，實現(xiàn)巡視目標自動定位（手工定位）、自動記時，并通過掌上電腦完成缺陷的詳細規(guī)范性記錄，通過程序嚴格控制巡視人員巡視路線，對巡視人員進行巡視到位率考核。

電纜巡視時，可以通過手持PDA直接調(diào)出有關設備的巡視流程，瀏覽巡視內(nèi)容、巡視路線和缺陷圖片，進行設備掃描、逐步巡視、錄入數(shù)據(jù)、錄入缺陷。

2.2 電子標識技術的軟件功能

浙江省電力公司生產(chǎn)管理系統(tǒng)采用先進的管理理念，將生產(chǎn)、運行和維護體系劃分為設備層、規(guī)范層、執(zhí)行層。在射頻識別RFID+PDA的電子標識技術系統(tǒng)前端設備選擇和現(xiàn)場安裝應用的基礎上，為了使軟件系統(tǒng)能與現(xiàn)有的生產(chǎn)管理平臺PMS對接，軟件模塊開發(fā)必須與PMS巡檢管理、設備管理、計劃管理、缺陷管理等功能有機結(jié)合，形成完整的電纜巡檢管理業(yè)務流程，實現(xiàn)電纜線路運行維護管理數(shù)字化、信息化。

軟件功能主要包括：終端管理提供巡檢人員在工作現(xiàn)場通過手持PDA進行數(shù)據(jù)信息的查詢、最新數(shù)據(jù)信息錄入，系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳/下載等功能，支持巡檢人員通過瀏覽區(qū)維護巡檢任務執(zhí)行情況、巡檢記錄和缺陷等；后臺管理為巡檢業(yè)務管理人員提供計劃和任務安排、巡視過程的跟蹤、缺陷隱患的管理和查詢統(tǒng)計功能。提供巡檢業(yè)務處理的基礎數(shù)據(jù)管理功能。另外，系統(tǒng)接口提供了巡檢系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的業(yè)務串聯(lián)。

3 巡檢流程

巡檢人員持手持PDA在現(xiàn)場完成巡檢后，對巡檢生成的數(shù)據(jù)記錄進行存儲、查詢、分析、匯總和報表生成，并上傳至PMS系統(tǒng)，由后臺運管理人員對前端采集的數(shù)據(jù)進行完善、處理。應用該系統(tǒng)后取得以下顯著成果：首先，巡檢人員前端手持PDA獲取電纜通道上每一只工井對應標識牌附著安裝的電子標簽進行GPS定位信息，通過后臺軟件系統(tǒng)中的電子地圖，可展現(xiàn)形成每一回運行電纜路徑走向，解決了由于電纜線路運行環(huán)境隱蔽、運行資料不完善、同路徑并行電纜管溝難以辨識、排查難度較大的問題，實現(xiàn)了電纜路徑通道的數(shù)字化、信息化管理。其次，在充分獲取電纜后臺數(shù)據(jù)的基礎上，當電纜線路發(fā)生故障時，通過電纜設備故障查找儀定位查找到故障點，可利用測得的電子標簽GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，用手持PDA在現(xiàn)場進行故障點工井準確定位，使電纜故障處理修復更加及時、高效，提高了隱蔽電纜線路故障處理效率，將停電造成的負面影響降到最低。利用PDA的定位功能，還可以對運行人員進行巡檢路徑的跟蹤考評，提高電纜線路巡線到位率的標準化管理水平。實現(xiàn)從巡檢缺陷發(fā)現(xiàn)到缺陷處理的全過程高效管理，減少運行、檢修人員的工作量，提高日常運行維護管理的工作效率，確保運行部門運行維護管理工作流程的標準化、規(guī)范化。

4 結(jié)語

基于射頻識別RFID+PDA的電子標識技術在PMS電纜管理中的應用，能實現(xiàn)電纜路徑通道信息的快速定位，有效提高電纜路徑通道后臺數(shù)字化和信息化管理水平；實現(xiàn)電纜線路故障搶修時開啟工井的精確定位，提高故障搶修效率；實現(xiàn)對運行人員巡線到位率的跟蹤考評，規(guī)范電纜運行管理標準化流程。該技術的應用實現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)與PMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，將大大減少運行維護人員的工作量，提高日常工作效率，為電纜線路安全運行提供保障。

[1] Q/GDW 512-2010電力電統(tǒng)運行規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2010.

[2] GB 50168-2006電氣裝置安裝 工程電纜線路施工及驗收規(guī)范[S].北京∶中國計劃出版社，2006.

[3] 城市管線設計施工與地下管線安全施工檢修技術指導手冊[M].北京∶中國知識出版社，2009.

[4] 歐廣宇，劉輝.RFID技術及其在物流企業(yè)的應用[J].計算機技術與發(fā)展，2008，18（6）∶164-166.