配電柜智能鎖及管理平臺(tái)研究

王 悅，楊興宇

天津市津能雙鶴熱力設(shè)備有限公司，天津 300000

為了保證配電柜的安全使用，要求其具備較高的安全性，而通過(guò)有效運(yùn)用智能鎖可以對(duì)其進(jìn)行有效管理，且可以通過(guò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)控制。在傳統(tǒng)模式下，智能鎖及管理平臺(tái)在應(yīng)用中存在一些問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)際效果不佳。為了適應(yīng)發(fā)展需求，需引入新技術(shù)加強(qiáng)智能鎖及管理平臺(tái)的創(chuàng)新，提升配電柜管理水平，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 配電柜智能鎖模式

配電柜包括動(dòng)力分配電柜、照明配電柜及計(jì)量柜，是配電系統(tǒng)的末級(jí)設(shè)備。戶外型配電柜會(huì)受到外部環(huán)境影響，為了保證設(shè)備安全運(yùn)行，人們研發(fā)出了智能鎖，其結(jié)構(gòu)非常精密。將智能鎖安裝在配電柜上，通過(guò)管理平臺(tái)就可以實(shí)現(xiàn)操控，非?？旖?、方便。過(guò)去使用智能鎖時(shí)要建立基站，這樣才可以將傳感器和互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，整體部署比較復(fù)雜，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)效率較低[1]。

如今“互聯(lián)網(wǎng)+”智能門(mén)禁控制系統(tǒng)逐漸得到廣泛應(yīng)用，其具有語(yǔ)音開(kāi)鎖、方向開(kāi)鎖等強(qiáng)大功能，可以進(jìn)行用戶信息自動(dòng)認(rèn)證并開(kāi)鎖，使控制更加靈活。門(mén)禁系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，可以隨時(shí)了解門(mén)禁系統(tǒng)運(yùn)行狀況，用戶在手機(jī)上就可以了解到開(kāi)鎖信息?；贕PRS和激光虛擬鍵盤(pán)的智能電子門(mén)鎖系統(tǒng)的核心處理器件是單片機(jī)，激光虛擬鍵盤(pán)制作非常簡(jiǎn)單，并且操作起來(lái)比較便利，可實(shí)現(xiàn)密碼輸入和修改。為了提醒用戶密碼輸入錯(cuò)誤，需設(shè)置蜂鳴器，保證密碼輸入的正確性，開(kāi)關(guān)控制可采用電磁繼電器。實(shí)踐證明，這種系統(tǒng)具有智能開(kāi)鎖與防盜報(bào)警功能，具有穩(wěn)定性、安全性高等特點(diǎn)[2]。

2 NB-IoT配電柜智能鎖設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)模式下，智能鎖的組成包括個(gè)人信息模塊、通信模塊等。NB-IoT智能鎖將傳統(tǒng)智能鎖終端接入NB-IoT終端網(wǎng)絡(luò)，有效運(yùn)用了5G傳輸協(xié)議，適用性比較強(qiáng)，在開(kāi)展部署時(shí)，可以在多種無(wú)線頻帶上進(jìn)行，具有較強(qiáng)的覆蓋能力。NB-IoT智能鎖設(shè)置了金融級(jí)安全協(xié)議芯片，在這種模式下，可信任平臺(tái)模塊，鑰匙生成、解密處于相對(duì)獨(dú)立狀態(tài)，如果加密信息在傳輸過(guò)程中丟失，在沒(méi)有鑰匙的情況下無(wú)法得到數(shù)據(jù)信息，有效保證了安全性。NB-IoT智能鎖解鎖方式具有多樣化的特點(diǎn)，可通過(guò)增減模塊來(lái)轉(zhuǎn)變開(kāi)鎖方式，靈活性高[3]。

其中，通信模塊的功能是解析接受的指令，之后再傳遞到管理平臺(tái)；存儲(chǔ)模塊可以將指令存儲(chǔ)起來(lái)，主要通過(guò)修改等操作方式來(lái)完成；識(shí)別模塊包括指紋、語(yǔ)音等解鎖模塊；電源模塊可以滿足對(duì)電力的需求；驅(qū)動(dòng)模塊的功能是接受開(kāi)關(guān)門(mén)信息時(shí)驅(qū)動(dòng)門(mén)鎖電機(jī)進(jìn)行開(kāi)關(guān)門(mén)操作。

智能鎖可以實(shí)現(xiàn)終端唯一化，具有強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)了無(wú)源電子鎖，一個(gè)智能鎖對(duì)應(yīng)一個(gè)終端，有效運(yùn)用NB-IoT技術(shù)可實(shí)現(xiàn)管理平臺(tái)和終端的無(wú)線通信。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效運(yùn)行，管理工作人員需要將終端和智能鎖與開(kāi)鎖權(quán)限控制綁定起來(lái)，讓配電柜開(kāi)鎖更加靈活，并可查詢記錄。

3 智能鎖管理平臺(tái)建設(shè)

3.1 管理平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

管理平臺(tái)的主要功能是提供數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作開(kāi)展做好準(zhǔn)備，發(fā)揮出NB-IoT技術(shù)的作用，管理平臺(tái)和門(mén)鎖及開(kāi)鎖終端可以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。數(shù)據(jù)分析在管理平臺(tái)上完成，不需要網(wǎng)關(guān)就可以將終端模組芯片和基站連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信。在管理平臺(tái)中，終端模組芯片可收集相關(guān)信息。在基站的支持下，接入某個(gè)終端模組芯片，采用雙向認(rèn)證身份的方法，可擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積[4]。

3.2 設(shè)計(jì)管理平臺(tái)功能模塊

用戶管理模塊主要為用戶服務(wù)，包括登錄、刪除等需求。在登錄終端時(shí)，工作人員要輸入賬號(hào)和密碼，管理平臺(tái)接受后進(jìn)行驗(yàn)證，將相關(guān)信息反饋給登錄終端。通過(guò)管理平臺(tái)上的用戶查詢接口，工作人員可了解相關(guān)數(shù)據(jù)情況，進(jìn)行分析后做出科學(xué)評(píng)判，將所得結(jié)果反饋給平臺(tái)。工作人員可在管理平臺(tái)對(duì)用戶信息進(jìn)行添加、修改，在添加用戶時(shí)需要提交相關(guān)信息，包括姓名、賬號(hào)、密碼等。用戶通過(guò)編輯接口傳遞出編輯請(qǐng)求，管理平臺(tái)新增用戶信息并進(jìn)行解析，判斷是否有效，完成審核權(quán)限的操作。工作人員可通過(guò)刪除用戶接口接受平臺(tái)提交的刪除請(qǐng)求，但解析數(shù)據(jù)只限由高權(quán)限用戶刪除低權(quán)限用戶，審核完成后進(jìn)行進(jìn)一步處理，從而能夠準(zhǔn)確了解配電柜智能鎖的具體位置。

智能鎖管理模塊的協(xié)議互聯(lián)的數(shù)據(jù)傳輸是在基站和服務(wù)器支持下完成的，工作人員通過(guò)查詢可以了解實(shí)際情況，同時(shí)也可以掌握配電柜的位置信息。為了確保智能鎖始終處于正常工作狀態(tài)，當(dāng)電量過(guò)低或者發(fā)生故障時(shí)會(huì)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)提醒工作人員。在開(kāi)啟智能鎖時(shí)，通信模塊會(huì)向管理平臺(tái)發(fā)送定位數(shù)據(jù)，完成操作后進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，對(duì)操作權(quán)限進(jìn)行判斷，控制智能鎖開(kāi)啟。任務(wù)管理模塊包括工單申請(qǐng)、工單審核等，管理平臺(tái)接受工作人員提交的工單申請(qǐng)后，會(huì)大概了解作業(yè)地址范圍，掌握智能鎖情況、作業(yè)起止時(shí)間等信息。在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢工單信息并進(jìn)行解析，審核判斷，對(duì)是否要出單做出決定，若審核通過(guò)，工作人員就可以繼續(xù)執(zhí)行下一步操作。如果工單信息顯示不正常，通過(guò)的工單沒(méi)有完成整個(gè)流程，就要將工單標(biāo)記為異常，并返回，工作人員需要重新提交申請(qǐng)。工作人員完成作業(yè)后，根據(jù)完成接口提交作業(yè)結(jié)果，完善智能鎖數(shù)據(jù)庫(kù)，確認(rèn)作業(yè)完成。智能鎖和電子鑰匙的交互信息及開(kāi)門(mén)記錄管理平臺(tái)將全部記錄下來(lái)，作為重要參考信息。

3.3 管理平臺(tái)與智能終端通信加解密

搭載金融級(jí)安全協(xié)議芯片可以提升管理平臺(tái)和智能終端之間通信數(shù)據(jù)的安全性，除此之外，要將RSA非對(duì)稱加密算法、SHA-256信息安全散列函數(shù)整合起來(lái)，發(fā)揮出其有效作用，顯著提升管理平臺(tái)與智能終端通信的安全性。SHA-256單向散列函數(shù)表達(dá)式如下：

式中：h為計(jì)算后的固定長(zhǎng)度值；M為任意長(zhǎng)度；H為單向單列函數(shù)。

對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算可得到準(zhǔn)確結(jié)果，而且輸出無(wú)法反向獲得輸入。對(duì)加密流程進(jìn)行設(shè)定，確保實(shí)現(xiàn)加密目標(biāo)。加密流程設(shè)定要具有嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性，保證可以發(fā)揮出有效作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)管理平臺(tái)與智能終端通信的加密處理。

解密過(guò)程是加密過(guò)程的逆運(yùn)行。第一步：對(duì)加密后的數(shù)據(jù)采用解密的KEY進(jìn)行Rijndael解密會(huì)得到新數(shù)據(jù)，解密加密的SHA-256數(shù)字簽名，可生成新的SHA-256，然后對(duì)新數(shù)據(jù)的SHA-256進(jìn)行計(jì)算。第二步：將數(shù)字簽名和解密SHA-256進(jìn)行對(duì)比，可得到數(shù)字簽名，如果發(fā)現(xiàn)二者一致說(shuō)明解密成功，數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)生變化，順利通過(guò)驗(yàn)證。如果不相同，說(shuō)明數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，驗(yàn)證無(wú)法通過(guò)。在加解密管理平臺(tái)和智能終端通信數(shù)據(jù)中，要分析反饋信息，由管理平臺(tái)對(duì)當(dāng)前操作是需要生成密匙還是進(jìn)行數(shù)據(jù)加解密做出判斷，也就是獨(dú)立進(jìn)行密匙生成。采用Rijndael可以加快解密速度，使用RSA可以提高Rijndael密匙的安全性，運(yùn)用SHA-256數(shù)字簽名對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，觀察是否被篡改，保證通信數(shù)據(jù)的安全性，使信息在傳輸中受到影響也不會(huì)引發(fā)安全問(wèn)題，以此提升智能鎖的信息安全水平，確保信息可以有效接收。

4 開(kāi)展實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

在有管理平臺(tái)的PC端完成，PC采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，選擇128MB作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)幀，在同一距離反復(fù)測(cè)試數(shù)次，對(duì)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值取值，模擬設(shè)定NB-IoL物理層。

4.2 通信數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間對(duì)比

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)智能鎖及管理平臺(tái)在數(shù)據(jù)響應(yīng)方面具有的優(yōu)勢(shì)，和傳統(tǒng)模式進(jìn)行對(duì)比，對(duì)不同距離下管理平臺(tái)和智能鎖之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)比較兩種不同智能鎖通信數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間發(fā)現(xiàn)，在通信距離增加的同時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間也變得更長(zhǎng)，取平均值發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案比傳統(tǒng)方法用時(shí)要短。通過(guò)不同管理平臺(tái)響應(yīng)時(shí)間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)方案平均響應(yīng)時(shí)間更短。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，文章設(shè)計(jì)的智能鎖及管理平臺(tái)具有較強(qiáng)的適用性，數(shù)據(jù)響應(yīng)速度更快，驗(yàn)證了其可行性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章對(duì)配電柜智能鎖及管理平臺(tái)進(jìn)行了探討，對(duì)于提升配電柜實(shí)際管控水平具有重要作用。為實(shí)現(xiàn)對(duì)智能鎖更方便、有效的控制，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)智能鎖時(shí)要不斷引進(jìn)新技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)水平，確保智能鎖的安全性，同時(shí)完善管理平臺(tái)功能，保證平臺(tái)的可靠運(yùn)行，為智能鎖的使用提供支持，以此提高電力傳輸效率，為人們提供更優(yōu)質(zhì)的電力資源。