基于射頻識(shí)別技術(shù)的電力設(shè)備規(guī)約檢測(cè)系統(tǒng)

熊云慷 解立秀 楊寶安 劉慧 李圣

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司怒江供電局 云南省怒江傈僳族自治州 673100）

在我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展速度逐漸加快的形勢(shì)下，電力技術(shù)也開(kāi)始朝著智能化的方向發(fā)展，并獲得了國(guó)家的大力支持。所以，針對(duì)變電站、電網(wǎng)通信等的智能化發(fā)展，國(guó)家給出了相應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，即IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，智能化的變電站系統(tǒng)就不能在使用傳統(tǒng)的協(xié)議來(lái)交換數(shù)據(jù)，而是應(yīng)當(dāng)使用IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)。但是，現(xiàn)階段的電網(wǎng)通信協(xié)議依然處于過(guò)度階段，傳統(tǒng)規(guī)約還沒(méi)有被徹底摒棄，而IEC61850 標(biāo)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)的全面覆蓋。所以，很多通信規(guī)約設(shè)備的正常通信根本無(wú)法維系。如果這一問(wèn)題得不到有效的解決，智能電網(wǎng)的異質(zhì)性就會(huì)受到嚴(yán)重的影響，其相應(yīng)的互操作性也會(huì)明顯降低。在這種情況下，將射頻識(shí)別技術(shù)與電網(wǎng)異構(gòu)規(guī)約檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)之間建立聯(lián)系，具有十分重要的意義。因?yàn)樯漕l識(shí)別技術(shù)的作用就可以得到充分的發(fā)揮，對(duì)服務(wù)器與電力異構(gòu)規(guī)約設(shè)備進(jìn)行有效的調(diào)控和管理，進(jìn)而保證其之間通信的穩(wěn)定性與有效性。

1 將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到電力設(shè)備規(guī)約檢測(cè)系統(tǒng)中的可行性分析

射頻識(shí)別技術(shù)，指的是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有無(wú)線、非接觸特點(diǎn)，可以在射頻信號(hào)以及空間耦合的作用下，通過(guò)無(wú)接觸式的方法將信息傳遞出去，然后再對(duì)這些信息進(jìn)行精準(zhǔn)的識(shí)別。所以射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要為：第一有著較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力、第二有著較快的讀取速度、第三有著較大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、第四實(shí)現(xiàn)了信息采集的動(dòng)態(tài)化[1]。

近幾年來(lái)，針對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的研究成果也越來(lái)越多。例如煙波等人將羅非魚(yú)視為其研究目標(biāo)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出了一種以射頻識(shí)別技術(shù)和電子產(chǎn)品編碼物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)品供應(yīng)鏈可追溯平臺(tái)。這一研究成果的應(yīng)用可以對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈進(jìn)行全程追溯。羅清堯等人將生豬視為其研究目標(biāo)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出了一套以超高頻射頻識(shí)別技術(shù)的生豬屠宰數(shù)據(jù)采集方案。即在整個(gè)生豬屠宰過(guò)程中，先明確具體的溯源關(guān)鍵點(diǎn)。每一個(gè)溯源關(guān)鍵點(diǎn)上都有不同的生豬堵在標(biāo)識(shí)。這一研究成果的應(yīng)用可以直接對(duì)這些信息實(shí)施采集、傳輸或者處理等操作。黃偉等人對(duì)礦井下惡劣的環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)其具有較強(qiáng)的腐蝕性和電磁干擾性。在這種情況其，黃偉成功的將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到礦山人員定位系統(tǒng)中。這些都充分說(shuō)明了將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到電力設(shè)備規(guī)約檢測(cè)系統(tǒng)中的可行性[2]。

2 射頻識(shí)別技術(shù)的識(shí)別流程與工作原理

作為一種短距離的無(wú)線通信技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)主要由三部分組成。第一部分是電子標(biāo)簽部分，芯片和天線是其最主要的組成部分，能夠發(fā)揮的作用是將相應(yīng)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)、對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行有效的攜帶以及被閱讀器所讀取。天線之所以具有在電子標(biāo)簽和閱讀器中進(jìn)行射頻信號(hào)的傳遞，是因?yàn)樾盘?hào)耦合的原理。射頻識(shí)別技術(shù)電子標(biāo)簽中內(nèi)嵌了電子產(chǎn)品編碼。這樣一來(lái)，就可以針對(duì)物理對(duì)象產(chǎn)生唯一標(biāo)識(shí)。第二部分是閱讀器部分，控制電路和射頻電路是最主要的組成部分，可以將相關(guān)信息寫(xiě)入到射頻識(shí)別技術(shù)電子標(biāo)簽中，并進(jìn)行讀取和傳遞，這樣做的主要目的就是使其正常傳遞到主系統(tǒng)中。第三部分是應(yīng)用軟件部分。這一部分主要是在主系統(tǒng)中運(yùn)行，其主要作用就是最大限度的滿足各種各樣的需求[3]。

射頻識(shí)別技術(shù)的工作原理如下。第一步，在天線的作用下，閱讀器進(jìn)行射頻信號(hào)的發(fā)射，成功形成感應(yīng)電流，并對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行激活處理。第二步，電子標(biāo)簽中內(nèi)置了天線，借助天線，就可以向閱讀器發(fā)送相應(yīng)的電子產(chǎn)品編碼信號(hào)。在這一過(guò)程中，電子標(biāo)簽自身攜帶的信息也可以成功發(fā)送。第三步，針對(duì)射頻卡的載波信號(hào)，可以借助接收天線，使閱讀器順利的接收，然后在天線調(diào)節(jié)器的作用下傳輸?shù)介喿x器中，并對(duì)這些信息進(jìn)行有效的過(guò)濾處理、識(shí)別處理以及解碼處理，最后再向后臺(tái)計(jì)算機(jī)傳輸，然后在計(jì)算機(jī)的作用下，完成后續(xù)的處理工作。完成所有信息的處理之后，電子標(biāo)簽就會(huì)再次恢復(fù)到睡眠狀態(tài)。直至被再一次激活，又會(huì)重復(fù)相同的步驟[4]。

電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)既可以讀取，也可以寫(xiě)入，受到閱讀器命令的控制。如果閱讀器發(fā)出的是讀取命令，那么電子標(biāo)簽只需要利用天線發(fā)回?cái)?shù)據(jù)即可；如果閱讀器發(fā)出的是寫(xiě)入命令，那么就會(huì)擦除存儲(chǔ)單元并進(jìn)行重寫(xiě)。在規(guī)約檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理過(guò)程中，射頻識(shí)別技術(shù)的傳輸方式與識(shí)別流程的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)約的動(dòng)態(tài)化管理的同時(shí)，保證設(shè)備配置信息也發(fā)生相應(yīng)的變化。這樣一來(lái)，規(guī)約檢測(cè)的技術(shù)水平就會(huì)得到顯著的提升，其智能化水平也會(huì)隨之得到強(qiáng)化。

3 基于射頻識(shí)別技術(shù)的電力設(shè)備規(guī)約檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在變電站二次檢修運(yùn)維工作中，經(jīng)常會(huì)遇到遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備老化年久失修原設(shè)備廠家已經(jīng)中斷維護(hù)，設(shè)備的更換計(jì)劃還未落實(shí)等問(wèn)題。在維護(hù)這些設(shè)備的時(shí)候無(wú)法得知其使用的具體通訊協(xié)議，維護(hù)工作面臨著很多阻礙。針對(duì)某些設(shè)備采用的私有通訊規(guī)約或其他規(guī)約的變種維護(hù)起來(lái)更是束手無(wú)策。

對(duì)此，設(shè)計(jì)一種遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約自動(dòng)識(shí)別裝置，包含軟件和硬件兩部分。其中，軟件部分集齊寫(xiě)入市面上常見(jiàn)的通訊規(guī)約庫(kù)，如101/CDT/DISA/DNP3.0/1801/104 等，采用仿真和別動(dòng)嗅探的技術(shù)原理識(shí)別規(guī)約類型，支持其他規(guī)約的自定義寫(xiě)入。而硬件部分研發(fā)集成多種接口包括以太網(wǎng)口、串行接口RS232/RS485 等。這一裝置的應(yīng)用，具有以下三大作用。

（1）自適應(yīng)識(shí)別遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約類型，解決規(guī)約通訊問(wèn)題；

（2）可規(guī)范完善本地區(qū)的遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約庫(kù)，為日后的運(yùn)維提供技術(shù)資料儲(chǔ)備；

（3）由于采用研發(fā)Linux 承載應(yīng)用平臺(tái)，保障次研發(fā)工具在應(yīng)用中的安全性。

3.1 系統(tǒng)工作原理

針對(duì)電力智能設(shè)備的檢測(cè)，即便是同一種設(shè)備，只要生產(chǎn)廠商或者生產(chǎn)地方不同，其使用的規(guī)約就可能不同。但是，由于某些廠商和地方或許會(huì)采用相同的規(guī)約，所以多對(duì)多是各種智能化電力設(shè)備與規(guī)約之間最主要的關(guān)系。只要在射頻識(shí)別技術(shù)電子標(biāo)簽的電子產(chǎn)品編碼中寫(xiě)入設(shè)備和規(guī)約信息，電子標(biāo)簽就可以將設(shè)備與規(guī)約之間的聯(lián)系進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)。

分析基于射頻識(shí)別技術(shù)的電力設(shè)備規(guī)約檢測(cè)系統(tǒng)的功能，發(fā)現(xiàn)如果送檢單位將待測(cè)設(shè)備送到專業(yè)機(jī)構(gòu)中進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中之前沒(méi)有規(guī)約信息或者與待測(cè)設(shè)備有關(guān)的信息，那么數(shù)據(jù)庫(kù)就會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)規(guī)約和設(shè)備信息，并將其融合生成電子產(chǎn)品編碼，寫(xiě)入到射頻識(shí)別技術(shù)電子標(biāo)簽中。閱讀器對(duì)這一電子產(chǎn)品編碼進(jìn)行讀取、解碼，并傳輸?shù)綉?yīng)用服務(wù)器中，然后數(shù)據(jù)庫(kù)就會(huì)對(duì)這些規(guī)約和待測(cè)設(shè)備信息進(jìn)行查詢和獲取。應(yīng)用服務(wù)器建立與待測(cè)設(shè)備的通信連接，然后再對(duì)規(guī)約XML 描述文件進(jìn)行讀取，對(duì)規(guī)約信息進(jìn)行初始化處理。之后檢測(cè)人員就可以對(duì)規(guī)約實(shí)施組幀處理，然后將幀報(bào)文發(fā)送到待測(cè)設(shè)備。待測(cè)設(shè)備收到報(bào)文，就會(huì)做出應(yīng)答，然后應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)應(yīng)答對(duì)規(guī)約檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行解析。

3.2 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)總體框架，主要由四部分組成：第一部分是電子標(biāo)簽部門(mén)、第二部分是射頻識(shí)別技術(shù)閱讀器部分、第三部分是待測(cè)設(shè)備部分、第四部分是管理中心部分。

在整個(gè)系統(tǒng)中，管理中心處于核心位置，主要由應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成。應(yīng)用服務(wù)器在串行接口和以太網(wǎng)的支持下，與多個(gè)待測(cè)設(shè)備進(jìn)行連接。同時(shí)，還安裝了規(guī)約操作引擎，這樣就可以對(duì)規(guī)約進(jìn)行組幀、發(fā)送、接收以及解析，并將規(guī)約檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間由局域網(wǎng)連接，應(yīng)用服務(wù)器與射頻識(shí)別技術(shù)閱讀器通過(guò)串行接口連接。這樣一來(lái)，電子產(chǎn)品編碼就可以借助閱讀器將編碼信息接收并寫(xiě)入射頻識(shí)別技術(shù)電子標(biāo)簽中。管理中心還可以與其他檢測(cè)系統(tǒng)順利的連接在一起，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的共享。另外，在專用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，管理中心還可以與上級(jí)管理進(jìn)行有效的連接，與遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)進(jìn)行有效的連接，進(jìn)而讓管理人員對(duì)管理系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。

3.3 電子標(biāo)簽編碼設(shè)計(jì)

當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)存儲(chǔ)了規(guī)約信息和設(shè)備信息之后，就需要結(jié)合設(shè)備，為每一種規(guī)約分配相應(yīng)的射頻識(shí)別技術(shù)電子標(biāo)簽，并進(jìn)行電子產(chǎn)品編碼的設(shè)計(jì)。編碼設(shè)計(jì)所使用的模型是EPC-96 型編碼模型，其參照的標(biāo)準(zhǔn)，除了電子產(chǎn)品國(guó)際編碼規(guī)則之外，還有實(shí)際的系統(tǒng)需求。

3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

在基于射頻識(shí)別技術(shù)的電力設(shè)備規(guī)約檢測(cè)線系統(tǒng)的構(gòu)建當(dāng)中，應(yīng)用服務(wù)器軟件需要如實(shí)記錄電力設(shè)備信息、規(guī)約檢測(cè)數(shù)據(jù)等多種信息。在做好這些信息記錄的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況將這些數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)起來(lái)，并進(jìn)行針對(duì)性的修改。針對(duì)規(guī)約檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，面對(duì)不同實(shí)體之間的聯(lián)系，還需要采用抽象化處理方法，并結(jié)合實(shí)體聯(lián)系圖將相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)原始概念模型成功的構(gòu)造出來(lái)。

不同的送檢單位可以將同一種電力設(shè)備送到檢測(cè)部門(mén)，由相應(yīng)的檢測(cè)部門(mén)實(shí)施相應(yīng)的規(guī)約檢測(cè)。如果設(shè)計(jì)不同，那么在規(guī)約檢測(cè)方面也可以交由不同的檢測(cè)人員負(fù)責(zé)。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程，發(fā)送或者接收不同的規(guī)約幀保溫，就可以實(shí)現(xiàn)某一待測(cè)設(shè)備與應(yīng)用服務(wù)器的有效通信。參照規(guī)約信息，應(yīng)用服務(wù)器就可以順利的解析出某一時(shí)間段內(nèi)接收的報(bào)文。也就是說(shuō)，可以通過(guò)解析獲得這一事件單內(nèi)某一設(shè)備的規(guī)約檢測(cè)數(shù)據(jù)。在規(guī)約檢測(cè)數(shù)據(jù)表中，進(jìn)行這些數(shù)據(jù)信息的錄入，就可以在數(shù)據(jù)庫(kù)本身的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上生成數(shù)據(jù)庫(kù)表。

3.5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于射頻識(shí)別技術(shù)的電力設(shè)備規(guī)約檢測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)閱讀器的可讀寫(xiě)功能進(jìn)行充分的利用，并將其放到.NET 開(kāi)發(fā)環(huán)境當(dāng)中，在C#可視化編程、SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、C/S 體系結(jié)構(gòu)等的支持下，來(lái)進(jìn)行相應(yīng)功能模塊的開(kāi)發(fā)。分析系統(tǒng)的主界面，如果電子標(biāo)簽信息的電子產(chǎn)品編碼被讀寫(xiě)器成功讀取到，那么表格中就會(huì)將相應(yīng)設(shè)備和規(guī)約信息進(jìn)行如實(shí)的展示，然后再和這一設(shè)備進(jìn)行通信連接的成功建立。針對(duì)規(guī)約，檢測(cè)人員可以組幀，也可以發(fā)送，更加可以解析?，F(xiàn)階段，但是，這一系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)空間還很大，很多功能還有待優(yōu)化。通過(guò)系統(tǒng)模塊的實(shí)驗(yàn)，基本可以明確這一系統(tǒng)的可操作性非常強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于射頻識(shí)別技術(shù)的電力設(shè)備規(guī)約檢測(cè)系統(tǒng)的管理方式相對(duì)便攜、有效，其設(shè)計(jì)成本耕地，擴(kuò)展更容易，對(duì)于智能電網(wǎng)通信的發(fā)展趨勢(shì)有著極高的適應(yīng)能力。所以，非常有必要加強(qiáng)射頻識(shí)別技術(shù)與電力設(shè)備規(guī)約檢測(cè)系統(tǒng)的分析與研究，進(jìn)而更加高質(zhì)量的將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到電力設(shè)備規(guī)約檢測(cè)系統(tǒng)中。