基于NB—IoT技術(shù)的配電站房智能鎖研究與應(yīng)用

何明 趙歡 張斌 李思堯 袁帥 謝路 周海

摘 要：隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，電網(wǎng)設(shè)備規(guī)模也越來越大。在電網(wǎng)需要減員增效的大背景下，通過有源的門鎖進(jìn)行維護(hù)無疑會(huì)給運(yùn)維班組帶來巨大的維護(hù)工作量。實(shí)現(xiàn)智能門鎖無源化，能夠最大限度支持現(xiàn)有低壓柜、環(huán)網(wǎng)柜，同時(shí)不增加基層班組人員工作負(fù)擔(dān)。

關(guān)鍵詞：智能鎖；無源化；配電網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP27；TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）04-0157-03

Research and Application of Intelligent Lock in Distribution Station Based on

NB-IoT Technology

HE Ming1，ZHAO Huan1，ZHANG Bin1，LI Siyao1，YUAN Shuai1，XIE Lu2，ZHOU Hai2

（1. Shenzhen Power Supply Bureau Co.，Ltd. Luohu Power Supply Bureau，Shenzhen 518000，China；

2.Shenzhen Comtop Information Technology Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China）

Abstract：With the expansion of city scale，the scale of power grid equipment is also growing. Under the background of power network need to reduce staff and increase efficiency，maintenance through active door locks will undoubtedly bring huge maintenance workload to operation and maintenance teams. Implementing passivity of the intelligent door lock，it can maximize the support of low-voltage cabinet and ring network cabinet，without increasing the workload of grass-roots team members.

Keywords：intelligent lock；passivity；distribution network

0 引 言

當(dāng)前配電房及開關(guān)柜都有各自的鎖具和鑰匙。這些鑰匙數(shù)量龐大且種類繁多，這使得配電房及開關(guān)柜開鎖和鑰匙管理成為一大難題，開鎖時(shí)往往需要很長時(shí)間才能找到對(duì)應(yīng)的鑰匙，這使得工作人員的工作效率大大降低。另外，開鎖沒有任何記錄，也無法監(jiān)控什么時(shí)間由誰開過鎖，做過什么操作。

研究和開發(fā)基于NB-IoT技術(shù)的配電房智能鎖，通過一把授權(quán)鑰匙或授權(quán)移動(dòng)APP就可以打開所有配電房及開關(guān)柜鎖具，簡化鑰匙管理程序，解決配電房及開關(guān)柜鑰匙管理難題?；贜B-IoT技術(shù)的配電房智能鎖便于操作，同時(shí)其還可以實(shí)現(xiàn)人員出入權(quán)限管理及開鎖記錄管理，使配電房及開關(guān)柜成為實(shí)用、安全、可靠的鑰匙管理工具。

1 現(xiàn)狀及需求

1.1 現(xiàn)存問題

環(huán)網(wǎng)柜為無源設(shè)備，無法提供電源，所以幾乎沒有可以對(duì)其進(jìn)行管控的監(jiān)控設(shè)備。城域網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜分布廣泛，箱體被損壞、遷移，管理人員不能及時(shí)獲知柜體狀態(tài)。同時(shí)其數(shù)量大，且呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢，對(duì)大量柜體鑰匙進(jìn)行人工管理存在較多的困難。

施工、巡檢人員頻繁更換，在開箱人員和時(shí)間管理方面存在較多問題。由于監(jiān)管困難，大多數(shù)柜體的門禁遭到破壞，或門鎖常年處于開啟狀態(tài)。環(huán)網(wǎng)柜電纜易遭路人隨意損壞，造成人員、財(cái)產(chǎn)損失。

1.2 研究現(xiàn)狀

（1）智能門鎖技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：目前國內(nèi)智能鎖具在電網(wǎng)中的應(yīng)用集中在有源鎖具，其應(yīng)用中主要存在以下問題：第一，鎖具需裝配電池，雖然電池能夠支撐智能鎖在五年內(nèi)無需電源維護(hù)，但在運(yùn)維后期，隨著電網(wǎng)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，進(jìn)行電池更換會(huì)給維護(hù)人員帶來巨大的工作量；第二，安裝智能鎖具需對(duì)原有柜門進(jìn)行改造，且安裝困難，存在一定的破壞性，不易推廣。

（2）國內(nèi)技術(shù)方向、技術(shù)水平和關(guān)鍵技術(shù)：國內(nèi)研究狀況與國外類似。

（3）監(jiān)控功能國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：目前智能鎖具狀態(tài)監(jiān)控主要集中在遠(yuǎn)程監(jiān)控鎖具狀態(tài)及遠(yuǎn)程授權(quán)。由于其需要電源支撐，因此GPS模塊耗電量大，很容易造成鎖具電池容量不夠，需要經(jīng)常更換電池。

1.3 需求分析

基于上述對(duì)深圳供電局有限公司配電網(wǎng)站房管控存在問題的分析，建設(shè)一套智能化配電站房鎖控系統(tǒng)，為深圳供電局有限公司配電網(wǎng)日常運(yùn)維工作開展提供信息化支撐，革新傳統(tǒng)的管理模式和作業(yè)模式，使配電網(wǎng)運(yùn)維管理更加規(guī)范化和高效化十分必要。具體需求如下。

（1）智能門鎖。安裝本系統(tǒng)后，可以使用智能鑰匙開門。系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)智能鑰匙進(jìn)行授權(quán)，門鎖通過串口觸點(diǎn)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，判斷鑰匙開鎖權(quán)限，實(shí)現(xiàn)給特定門鎖開門。同時(shí)在智能鑰匙處于斷電狀態(tài)時(shí)，其支持外置充電及自發(fā)電功能。門鎖應(yīng)當(dāng)能夠在無電源環(huán)境下工作，無需電源接入即可實(shí)現(xiàn)權(quán)限控制。

（2）監(jiān)測功能。智能鑰匙在開鎖時(shí)，應(yīng)當(dāng)能夠記錄開鎖的時(shí)間、開鎖的位置、開鎖的鑰匙信息等開鎖信息。后端系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控所有開鎖信息。監(jiān)控人員能夠基于開鎖記錄檢索當(dāng)前開鎖人是否具備相關(guān)作業(yè)權(quán)限。如發(fā)現(xiàn)其不具備相關(guān)資質(zhì)或權(quán)限，可及時(shí)聯(lián)系作業(yè)人員，防止意外發(fā)生。后端監(jiān)控人員能夠基于開鎖記錄信息判斷電網(wǎng)柜體所在坐標(biāo)位置是否準(zhǔn)確，可基于開鎖位置信息更新柜體坐標(biāo)信息，保障臺(tái)賬信息準(zhǔn)確。

（3）手機(jī)APP功能。運(yùn)維人員在手機(jī)上安裝本系統(tǒng)的APP后，可以在APP上查看箱體的具體位置，方便查找并導(dǎo)航，同時(shí)其還可與智能鑰匙結(jié)合，將站房信息寫入鎖具，實(shí)現(xiàn)將鎖具與站房綁定及開鎖權(quán)限控制。

2 總體思路

基于NFC、藍(lán)牙等無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無源電子掛鎖。通過有源電子鑰匙實(shí)現(xiàn)人與鑰匙的唯一匹配，利用NB-IoT技術(shù)實(shí)現(xiàn)鑰匙與后端系統(tǒng)通信，通過對(duì)人員的權(quán)限管理，配置門鎖打開權(quán)限，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)中開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、配電房鑰匙的智能化管理。具體應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)后臺(tái)

系統(tǒng)后臺(tái)提供監(jiān)控、管理與統(tǒng)計(jì)功能，可以實(shí)現(xiàn)智能化信息監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握人員及門鎖位置信息，并提供完備的信息管理功能，基于運(yùn)維數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為員工績效、供應(yīng)商評(píng)價(jià)提供依據(jù)。其具體功能如下。

（1）統(tǒng)計(jì)部分：人員開鎖統(tǒng)計(jì)、鑰匙開鎖統(tǒng)計(jì)、門鎖記錄統(tǒng)計(jì)、廠家型號(hào)統(tǒng)計(jì)等，其可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，為分析決策提供支撐。

人員開鎖統(tǒng)計(jì)：用于統(tǒng)計(jì)作業(yè)人員的開鎖記錄，并進(jìn)行排名，通常開鎖記錄較多的人員表示其工作量較大，在系統(tǒng)應(yīng)用中較為積極主動(dòng)。

鑰匙開鎖統(tǒng)計(jì)：通常系統(tǒng)也用于輔助統(tǒng)計(jì)作業(yè)人員開鎖記錄，并用以說明各鑰匙的應(yīng)用情況，進(jìn)而判斷鑰匙的利用率。

門鎖記錄統(tǒng)計(jì)：用于統(tǒng)計(jì)各個(gè)門鎖的開鎖記錄排名，若某站房訪問次數(shù)較多，則標(biāo)明該站房運(yùn)維量較大，且經(jīng)常運(yùn)維檢修，需要重點(diǎn)關(guān)注該站房。

廠家型號(hào)統(tǒng)計(jì)：用于統(tǒng)計(jì)各個(gè)廠家、型號(hào)的掛鎖數(shù)量及應(yīng)用情況，為后續(xù)采購提供決策參考。

（2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理部分：人員管理、鑰匙管理、門鎖管理、設(shè)備臺(tái)賬管理，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體的日常管理，保障系統(tǒng)正常運(yùn)維。

人員管理：系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)維人員信息提供增刪改查功能及賬號(hào)密碼維護(hù)功能，方便系統(tǒng)登錄及開鎖認(rèn)證。

鑰匙管理：管理當(dāng)前局內(nèi)所有鑰匙，數(shù)據(jù)由廠家提供，并提供導(dǎo)入功能。

門鎖管理：管理當(dāng)前局內(nèi)所有門鎖，數(shù)據(jù)由廠家提供，并提供導(dǎo)入功能。

設(shè)備臺(tái)賬管理：管理當(dāng)前局內(nèi)所有站房、環(huán)網(wǎng)柜信息及定位信息，便于查找。

（3）業(yè)務(wù)應(yīng)用部分：人員鑰匙管理、鑰匙權(quán)限管理、設(shè)備門鎖管理、圖形化監(jiān)控等，系統(tǒng)記錄各個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能鎖的監(jiān)控。

人員鑰匙管理：用于分配人員與鑰匙間的關(guān)系，保障一人一把或者多把鑰匙，鑰匙與人員信息綁定，不能共享。

鑰匙權(quán)限管理：用于配置鑰匙使其能夠打開掛鎖信息，實(shí)現(xiàn)人員與掛鎖間接關(guān)聯(lián)。

設(shè)備門鎖管理：用于配置站房、環(huán)網(wǎng)柜與掛鎖間的關(guān)系，標(biāo)識(shí)該站房掛了哪一把鎖。

圖形化監(jiān)控：通過熱力圖的方式，展示最近一段時(shí)間內(nèi)，開鎖較為頻繁的區(qū)域，便于重點(diǎn)關(guān)注該區(qū)域的用電及電網(wǎng)運(yùn)維情況。

3.2 移動(dòng)應(yīng)用與智能鑰匙

移動(dòng)應(yīng)用通過基于NB-IoT技術(shù)的智能鑰匙實(shí)現(xiàn)與管理平臺(tái)實(shí)時(shí)連接，利用信息系統(tǒng)將作業(yè)人員與智能鑰匙一一綁定，結(jié)合配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜、配電房臺(tái)賬實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開鎖授權(quán)。移動(dòng)終端則包含人員鑰匙管理、語音設(shè)備導(dǎo)航、開鎖記錄查看、周邊信息提醒等功能。智能鑰匙與移動(dòng)終端通過藍(lán)牙連接，實(shí)現(xiàn)裝鎖，將智能鎖與站房進(jìn)行關(guān)聯(lián)。圖2展示了應(yīng)用的整個(gè)通信過程。

人員鑰匙管理：同步后臺(tái)人員鑰匙模塊中的數(shù)據(jù)，終端保持APP中權(quán)限數(shù)據(jù)最新。

語音設(shè)備導(dǎo)航：結(jié)合語音識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化語音控制，并結(jié)合外部導(dǎo)航軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備導(dǎo)航。

開鎖記錄查看：用于查看當(dāng)前用戶所有的開鎖記錄，根據(jù)時(shí)間倒序排列。

周邊信息提醒：用于提醒用戶周邊存在站房或柜體。

裝鎖：智能掛鎖管控APP針對(duì)站房發(fā)起裝鎖，并通過藍(lán)牙連接自身鑰匙。連接成功后，智能掛鎖管控APP向鑰匙發(fā)送裝鎖指令（指令中包含掛鎖的唯一標(biāo)識(shí)），鑰匙接收到指令后，燈光開始閃爍。此時(shí)將鑰匙插入掛鎖中，鑰匙通過串口將指令發(fā)送給掛鎖，掛鎖接收指令并將唯一標(biāo)識(shí)寫入門鎖的存儲(chǔ)器中。

4 結(jié) 論

基于NB-IoT技術(shù)的智能門鎖的應(yīng)用，豐富了配電網(wǎng)臺(tái)賬運(yùn)維管理系統(tǒng)的功能，完善了檢驗(yàn)管理的傳統(tǒng)手段，使配電箱門鎖等設(shè)備系統(tǒng)更加安全，使原本普通掛鎖很容易銹蝕或受損等各種問題迎刃而解，配電箱門鎖的開關(guān)形式也更加簡便，可以有效地監(jiān)督運(yùn)行工作人員的日常工作效率，實(shí)際性地提高運(yùn)行系統(tǒng)的管理水準(zhǔn)。

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作者簡介：何明（1988-），男，漢族，高級(jí)工程師，研究生，研究方向：配電中壓設(shè)備管理、專責(zé)。