射頻識別技術(shù)在電能計量資產(chǎn)管理中的應(yīng)用

朱真輝

摘 要：文章對系統(tǒng)電子標簽與智能電表二者的匹配性與批量識讀性開展性能測試，選擇適用于智能電表的電子標簽科學設(shè)計和有效應(yīng)用方案，并完整構(gòu)建標與簽性能相應(yīng)的測試方法。通過該方法對用于電能計量的電子標簽與電能表二者的匹配關(guān)系進行有效識別，有效保障計量資產(chǎn)實現(xiàn)高效管理。

關(guān)鍵詞：射頻識別技術(shù);電能計量;資產(chǎn)管理

0 引言

射頻識別技術(shù)具有非接觸式特點，借助無線射頻信號自動對電子標簽進行有效識別，并對標簽承載的信息以及相關(guān)標識物品的相應(yīng)信息采集獲取。在此基礎(chǔ)上，主機管控系統(tǒng)妥善存儲、科學管理和有效控制標簽標識物的真實狀態(tài)。射頻識別技術(shù)憑借其高效、穩(wěn)定的技術(shù)優(yōu)勢，覆蓋了諸多應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，射頻識別技術(shù)在電能計量資產(chǎn)管理中得到了廣泛的應(yīng)用，能對計量資產(chǎn)實現(xiàn)高效的信息化管理。

1 射頻識別系統(tǒng)工作原理

射頻識別系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成，分別是電子標簽、讀寫器和數(shù)據(jù)交換、管理系統(tǒng)。將電子標簽裝設(shè)在計量設(shè)備上后，與讀寫器相接近時，讀寫器將保持一定頻率的載波信號有效發(fā)出，并與電子標簽有效開展數(shù)據(jù)交互，對電子標簽蘊含的信息內(nèi)容進行讀取，并實施相應(yīng)的修改，據(jù)此完成高效良好的安全校驗。讀寫器將與標簽對應(yīng)的計量器具涉及的信息上傳至主站控制系統(tǒng)，并逐層進行處理，確保頂層管控系統(tǒng)實現(xiàn)與標簽的信息互聯(lián)，從而實時監(jiān)測計量器具呈現(xiàn)出的真實狀態(tài)，并實現(xiàn)精準定位。以射頻識別技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的計量生產(chǎn)管控系統(tǒng)，以電子標簽作為數(shù)據(jù)載體，其信息存儲和信號響應(yīng)相關(guān)機制均呈現(xiàn)出較強的高效性，能有效接收來自于讀寫器的電磁場調(diào)制信號，并迅速實現(xiàn)對響應(yīng)的返回[1]。

國網(wǎng)標準Q/GDW 1893—2013做出如下明確規(guī)定：依據(jù)適用范圍，可將電子標簽分為一類電子標簽、二類電子標簽和三類電子標簽。本文采用一類電子標簽開展研究。一類電子標簽設(shè)計采用了920～925 MHz的超高頻無源模式，該模式具備的電氣性能符合ISO/IEC 18000-6C空中接口規(guī)定的具體要求，其讀寫認證模式不僅具備光學條碼識讀，還具有射頻識別，能為計量資產(chǎn)提供有效服務(wù)，促進其實現(xiàn)良好的信息化管理。

在電能計量資產(chǎn)管理中，對射頻識別技術(shù)進行應(yīng)用，要依托資產(chǎn)管理，充分發(fā)揮其功能，增設(shè)相關(guān)設(shè)備，完成對系統(tǒng)的良好構(gòu)建，并有效降低成本以及系統(tǒng)冗余，并在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對資產(chǎn)的精細化監(jiān)管。

2 用于計量的電子標簽測試系統(tǒng)搭建

用于計量的電子標簽的設(shè)計形式各不相同，為測試其應(yīng)用于現(xiàn)場環(huán)境時能獲取的工作效果，項目依據(jù)工作應(yīng)用的實際場景，對以計量為用途的電子標簽科學設(shè)計了性能測試的有效系統(tǒng)，該系統(tǒng)由射頻門、配套控制軟件、射頻識別讀寫設(shè)備、電表周轉(zhuǎn)箱以及滾輪傳送帶等構(gòu)成。將密閉式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于射頻門中，被測試品進入射頻門相應(yīng)的腔體內(nèi)部后，由存在于兩側(cè)的氣動閘門有效封閉腔體，實現(xiàn)與外界環(huán)境的良好隔離，構(gòu)建電磁環(huán)境，對復雜性較強的電磁干擾實施有效屏蔽，實現(xiàn)對作業(yè)安全的有效保障，并促進識別效率大幅度提高[2]。將四通道讀寫器安裝于射頻門腔體內(nèi)部，并安裝圓極化天線，在此基礎(chǔ)上，以批量方式對電子標簽進行有效識讀。

智能電能表上通常粘貼有電子標簽，本文對此類智能電能表開展測試，按照周轉(zhuǎn)箱對規(guī)格的具體要求，對智能電表進行碼放，并通過滾輪傳送帶送入射頻門，據(jù)此開展識讀測試，完成識讀測試后，由傳送帶將智能電表送出。從全國來看，智能電表采用的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多樣化特點，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及設(shè)置的各項功能模塊，均會對電子標簽實際所處的具體工作環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響，且影響具有較強的復雜性。項目測試選用的智能電表配備有載波模塊，且具有復雜性最強的電磁干擾環(huán)境。將12塊智能電表堆放在周轉(zhuǎn)箱內(nèi)，并通過流水線進行流轉(zhuǎn)。同時，為便于對試驗涉及的天線發(fā)射能量相關(guān)參數(shù)進行調(diào)節(jié)，并對電磁場呈現(xiàn)出的分布情況進行了解，在開展測試的具體過程中，配備場強儀，以及步進衰減器。

3 用于計量的電子標簽與智能電表的匹配性研究

全國有大量的智能電表經(jīng)銷商，不同經(jīng)銷商售出的智能電表在結(jié)構(gòu)尺寸、電路模塊等具體設(shè)計上存在的差異較大。即使同一廠商生產(chǎn)的型號不同的智能電表產(chǎn)品也存在較大差異。智能電表相應(yīng)的內(nèi)部電路具有多層結(jié)構(gòu)，為保障信號的準確性，會將銅在電路板表層形成大面積覆蓋。

不同結(jié)構(gòu)存在的差異，對智能電表產(chǎn)生不同程度的影響，進而擾亂其電磁場分布。在智能電表上粘貼的電子標簽，其主要用途是計量，不是普通標簽，且呈現(xiàn)出不抗金屬的特點，對粘貼位置附近分布的金屬器件和表體結(jié)構(gòu)存在的變化較為敏感，需研究類型相同的智能電表粘貼電子標簽的具體位置，再確定最佳位置，對標簽進行粘貼，據(jù)此保障讀寫成功率。在電波暗室開展試驗，避免環(huán)境磁場影響標簽性能。對電子標簽粘貼位置不同的智能電表分別測試其最小識別、讀取和寫入功率。

在測試過程中，分別將類型相同的電子標簽粘貼在智能電表的表頭、表尾、左側(cè)面和銘牌上。在智能電表的側(cè)面，一般對IC卡插口進行設(shè)置，因而無法在右側(cè)面對標簽進行粘貼。在測試時，不應(yīng)考慮附近環(huán)境相關(guān)因素對電磁產(chǎn)生的影響，不應(yīng)考慮標簽存在的性能差異，不應(yīng)考慮信號纜線以及相關(guān)設(shè)備原因造成能量出現(xiàn)衰減。主控平臺為計算機，對射頻識別讀寫器相應(yīng)的收發(fā)信號進行控制，并對功率計示數(shù)和頻率分析儀進行監(jiān)測。依托定向耦合器對射頻識別讀寫器、步進衰減器和頻率分析儀進行連接，對輸出信號進行實時監(jiān)測，并對其各項狀態(tài)參數(shù)進行獲取。步進衰減器直接與天線相互連接，自動對天線信號蘊含的能量進行控制，并基于動態(tài)步進能量變化，確保電子標簽實現(xiàn)與天線的信息通信[3]。

在測試過程中，電子標簽要與天線保持平行，且二者方向要正對，并保持1m的距離。選擇步遞減式能量激勵模式開展測試，設(shè)置讀寫器的功率為32 dBm，在此時檢驗能否正常對標簽進行識別，從0 dB開始，對步進長度進行控制，使之為1 dB，并逐漸增加衰減器的值，直到無法對標簽進行正常識別。在此種情況下，即能實現(xiàn)對最小識別功率的獲取。采用相同方法對最小讀取功率和寫入功率進行測試，并更換標簽粘貼的具體位置，實施重新測試。由此，獲取標簽粘貼位置分別是空紙板、表頭、表尾、空表殼、左側(cè)面和銘牌的相應(yīng)功率參數(shù)。空紙板、表頭、表尾、空表殼、左側(cè)面、銘牌的最小識別功率數(shù)值依次是11，18，15，11，19，21;它們的最小讀取功率數(shù)值依次是11，18，16，11，20，22;它們的最小寫入功率數(shù)值依次是14，20，19，14，22，24。對測試結(jié)果進行分析，對同一位置相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)進行對比，可以看出粘貼位置對電子標簽的識別與讀寫會產(chǎn)生基本一致的影響量，讀取功率比識別功率高出大約1 dB，寫入功率比識別功率高出大約3 dB。由此可知，對智能電表來說，不管從哪一位置對電子標簽進行識別以及讀寫，均會形成程度相當?shù)挠绊?。從不同位置獲取測試數(shù)據(jù)并實施對比，能發(fā)現(xiàn)空紙板與空表殼兩位置基本保持一致的功率參數(shù)。這就意味著，對于智能電表來說，外殼采用何種材料不會對識讀電子標簽造成過于明顯的影響。對粘貼于智能電表不同位置的電子標簽相應(yīng)的功率參數(shù)進行對比可知，所得實際功率參數(shù)越小，對電子標簽進行識讀，越能取得良好效果。由此可知，在智能電表不同位置粘貼電子標簽，表尾處能取得最好的識別效果，其余位置按照識別效果排序依次是表頭位置、左側(cè)面位置和銘牌位置。對測試位置相應(yīng)的電磁環(huán)境具備的復雜性進行分析，可知表尾位置具有最為理想的電磁環(huán)境，其周圍存在的金屬件和電子器件較少;銘牌位置具有復雜性最強的電磁環(huán)境，載波通信模塊一般設(shè)置于銘牌下方，從模塊內(nèi)部來看，其電路設(shè)計的具體形式呈現(xiàn)出多樣化特點，且缺乏確定性。將電子標簽用于測試，要考慮其具有不抗金屬的具體特性，并注意在復雜的電路環(huán)境下電磁呈現(xiàn)的分布狀況，會對電子標簽具備的性能產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語

綜上所述，通過射頻識別技術(shù)對電能計量設(shè)備進行自動識別，通過具有流水線化特點的批量識別系統(tǒng)測試用于計量的電子標簽與智能電表二者的匹配性，并測試批量識讀能力，由此得出與電能計量設(shè)備具有較強適應(yīng)性的標簽設(shè)計方案，并構(gòu)建一套檢測計量設(shè)備與電子標簽二者性能匹配性的方法，能有效保障射頻識別技術(shù)實現(xiàn)對電能計量裝置的高效穩(wěn)定應(yīng)用。對電子標簽與射頻識別技術(shù)進行推廣使用，能全面監(jiān)控電能計量設(shè)備相關(guān)狀態(tài)信息，能促進電力營銷資產(chǎn)實現(xiàn)優(yōu)化配置，并深化計量資產(chǎn)管理的各項功能，促進資產(chǎn)管理實際效率實現(xiàn)大幅度提高，形成對資產(chǎn)狀態(tài)的科學評估。

[參考文獻]

[1]劉興奇，鄒和平，鄭安剛，等.射頻識別技術(shù)在電能計量資產(chǎn)管理中的應(yīng)用技術(shù)研究[J].低壓電器，2016（19）：31-36.

[2]張軍紅，呂勝敏，張冬.電能計量資產(chǎn)管理現(xiàn)狀及改進措施[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（11）：3761.

[3]馬麗娟.電能計量資產(chǎn)管理相關(guān)問題研究[J].南方農(nóng)機，2018（16）：160.

（編輯 王永超）