基于TLM與RFID技術(shù)智能化帶電作業(yè)工器具及庫房管理探究

國網(wǎng)浙江省電力有限公司瑞安市供電公司 李 雁 鄭 哲 潘 登 黃曉波

溫州市圖盛供電服務(wù)有限公司瑞安分公司 林永利

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)不斷擴大規(guī)模，且復(fù)雜程度也隨之提高。為了保證電力供應(yīng)安全可靠，對輸電線路進行定期檢修與維護是必不可少的工作。在實際操作中，傳統(tǒng)人工登塔作業(yè)存在諸多問題：一是人員高空作業(yè)勞動強度大，危險性高；二是由于桿塔位置分布范圍廣，難以全面覆蓋所有缺陷點位；三是受限于天氣等自然因素影響，部分區(qū)域無法開展人工登塔作業(yè)。因此，研究一種新型帶電作業(yè)工具并應(yīng)用到實際生產(chǎn)中具有重要意義。

1 基于TLM與RFID技術(shù)智能化帶電作業(yè)工器具及庫房管理系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)需求分析。首先需要明確該系統(tǒng)所需實現(xiàn)的功能以及其對應(yīng)用場景下的具體要求，同時還要考慮到用戶使用時的交互體驗、界面美觀度等因素[2]。此外，為了確保該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行并滿足實際應(yīng)用需求，需要充分考慮各種可能出現(xiàn)的異常情況及其應(yīng)對措施。最后，還需要確定該系統(tǒng)的性能指標(biāo)，包括響應(yīng)時間、吞吐量、并發(fā)性等方面。

系統(tǒng)功能分析。該系統(tǒng)主要包括以下幾個方面的功能：一是對現(xiàn)場設(shè)備進行實時監(jiān)測，通過傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息可以及時反饋給后臺監(jiān)控中心[3]；二是實現(xiàn)了對現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度等）的檢測與控制，保證工作人員在高電場下的人身安全；三是能夠自動識別并記錄操作人員的身份信息，以及所使用的工具編號，確保操作過程可追溯性；四是具有較強的自檢能力，當(dāng)出現(xiàn)故障時能夠快速定位并報警。此外，還具備遠程操控、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計等功能，方便用戶隨時查詢歷史記錄或?qū)С鰣蟊韀4]。

2 基于TLM與RFID技術(shù)智能化帶電作業(yè)工器具及庫房管理系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

本系統(tǒng)主要由手持終端、后臺服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫組成。其中，手持終端作為現(xiàn)場操作人員使用的設(shè)備，通過與后臺服務(wù)器進行無線通信，實現(xiàn)對現(xiàn)場情況的實時監(jiān)測和控制；后臺服務(wù)器則負責(zé)接收并處理來自手持終端發(fā)送的數(shù)據(jù)信息[5]，同時將相關(guān)指令下達給手持終端執(zhí)行相應(yīng)動作。整個系統(tǒng)架構(gòu)清晰明了，各部分之間協(xié)同工作，共同完成對工器具及庫房的智能化管理任務(wù)。

2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)主要由手持終端、后臺服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫組成。其中，手持終端是整個系統(tǒng)的核心部分，負責(zé)與現(xiàn)場設(shè)備進行通信并接收來自后臺服務(wù)器的控制指令；后臺服務(wù)器則通過網(wǎng)絡(luò)將控制指令發(fā)送給各個手持終端，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠程監(jiān)控和調(diào)度。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性，本系統(tǒng)采用了高性能的處理器作為主控芯片，同時還配備了多個串口、網(wǎng)口等接口模塊以滿足不同場景下的使用需求。

2.3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

在本章節(jié)中，詳細介紹了該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。該部分主要包括電源模塊、處理器模塊以及通信模塊等方面內(nèi)容。

電源模塊：由于整個系統(tǒng)需要穩(wěn)定可靠的工作，因此在進行硬件電路設(shè)計時，必須考慮到其供電方式。經(jīng)過綜合比較后，本文采用了穩(wěn)壓芯片AS8670作為主控板的主供電源。同時，為了保證各個模塊之間能夠正常通訊，還須加入一些輔助電源來提供所需電壓。具體來說，該系統(tǒng)中所有的數(shù)字信號采集模塊均使用了5V直流電壓；而對于無線通信模塊而言，則可直接通過手機充電寶等設(shè)備來提供交流市電。這樣不僅方便實用，也更加經(jīng)濟實惠。

處理器模塊：在該系統(tǒng)中，選用了一款高性能的ARM Cortex-M4微控制器作為主控單元。這種處理器具有低功耗、高運算速度以及較強的抗干擾能力等優(yōu)點，適合應(yīng)用于嵌入式控制領(lǐng)域。此外，為了進一步提高系統(tǒng)的運行效率，還特意添加了一塊高速存儲器作為緩存部件，以便與上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；通信模塊：在實際應(yīng)用場景中，往往需要與其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換或傳輸信息。為此，本文選擇了一款高靈敏度、高效率，且支持多種協(xié)議的RFID讀寫器作為主要通信接口。該讀寫器可以自動識別并讀取目標(biāo)標(biāo)簽的相關(guān)信息，從而實現(xiàn)了與上位機之間的雙向通信。

2.4 系統(tǒng)硬件抗干擾措施

在實際應(yīng)用中，由于現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜多變，各種電磁信號可能會對系統(tǒng)造成不同程度的干擾。因此，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行，需要采取一系列有效的抗干擾措施來提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力。本章節(jié)將從硬件方面介紹系統(tǒng)所采用的抗干擾措施。

電源線濾波處理。在進行數(shù)據(jù)傳輸時，所有設(shè)備都離不開直流電源供電，而這些設(shè)備往往工作在高頻狀態(tài)下，易受到外界電場、磁場等因素的影響產(chǎn)生噪聲或干擾電壓。為此，在每個USB接口處加裝了磁環(huán)式去耦電容，以濾除電源線上的低頻交流成分，減少其對外界干擾的敏感度。同時，還使用了高品質(zhì)的穩(wěn)壓電源，確保各個模塊之間的電源輸出穩(wěn)定無波動。

信號屏蔽。針對來自外部的強電信號，如高壓脈沖、雷電沖擊波等，選用了高效的信號隔離器件——金屬氧化物壓敏電阻作為傳感器前端的保護裝置。該元件具有良好的非線性特性和快速響應(yīng)速度，能夠有效吸收并衰減外來干擾信號，保障傳感器采集到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與可靠性。

接地處理。在電路板上走線時，應(yīng)盡量避免串聯(lián)連接，因為串聯(lián)連接容易導(dǎo)致電流過大，引起元器件損壞；而并聯(lián)連接則可有效降低線路阻抗，增強信號傳輸質(zhì)量。因此，在設(shè)計電路時應(yīng)盡可能采用總線方式布局，且各部件之間接口要做到嚴(yán)格的電氣隔離，以防止相互干擾。此外，在實驗室內(nèi)部也設(shè)置了單獨的接地網(wǎng)，使得所有電子元器件均處于一個安全穩(wěn)定的電位范圍內(nèi)。

3 基于TLM與RFID技術(shù)智能化帶電作業(yè)工器具及庫房管理系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)采用Visual Studio2017作為開發(fā)工具，使用C++語言進行編程。在集成開發(fā)環(huán)境中，使用Anaconda作為Python解釋器，并且安裝了OpenBabel-Network庫來解析JavaScript腳本。

3.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，即客戶端-服務(wù)器模式。在該模式下，用戶通過瀏覽器訪問Web應(yīng)用程序，實現(xiàn)對系統(tǒng)的操作與控制。整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層以及表示層組成。其中，數(shù)據(jù)層主要負責(zé)存儲用戶數(shù)據(jù)、設(shè)備信息等；業(yè)務(wù)邏輯層則是系統(tǒng)的核心部分，包括數(shù)據(jù)處理、界面展示、權(quán)限校驗等功能模塊；而表示層則為用戶提供了友好的交互界面。具體來說，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下：管理員-工器具管理-工器具初始化（查詢工器具信息、添加工器具信息、修改工器具信息、刪除工器具信息）。

數(shù)據(jù)層。該層主要用于存儲用戶數(shù)據(jù)、設(shè)備信息等非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫表格文件。同時，也支持Excel等常用辦公文檔格式導(dǎo)入導(dǎo)出；業(yè)務(wù)邏輯層。該層是系統(tǒng)的核心部分，其主要任務(wù)是接收來自數(shù)據(jù)層的請求并進行相應(yīng)處理。當(dāng)用戶需要對某個設(shè)備或工件進行操作時，可以向業(yè)務(wù)邏輯層發(fā)送請求，等待后臺服務(wù)端返回結(jié)果。此外還具有數(shù)據(jù)處理模塊，主要負責(zé)對接收到的數(shù)據(jù)進行清洗、轉(zhuǎn)換等預(yù)處理工作，以保證后續(xù)處理的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

本系統(tǒng)主要包括以下幾個功能模塊：人員識別定位、安全警示、實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等。其中，人員識別定位是整個系統(tǒng)最核心的部分之一，其作用在于準(zhǔn)確地對現(xiàn)場工作人員進行識別并確定其位置信息。在該模塊中，采用基于深度學(xué)習(xí)算法的人臉檢測與識別技術(shù)來實現(xiàn)這一目標(biāo)。具體來說，使用了一款開源的人臉檢測工具Parrot V2-YOLOv3，通過訓(xùn)練模型得到一個高效且準(zhǔn)確的人臉檢測模型，然后將檢測到的人臉圖像輸入至后續(xù)的人臉識別環(huán)節(jié)中。同時，為了進一步提高系統(tǒng)的可靠性和魯棒性，還引入了多個人臉識別引擎來分別處理不同環(huán)境下的人臉識別任務(wù)，從而有效避免了單一引擎出現(xiàn)故障或失效所帶來的影響。

圖1 基于RFID技術(shù)的盤點流程

3.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在本系統(tǒng)中，涉及大量數(shù)據(jù)表格的存儲與操作。因此，對數(shù)據(jù)庫進行合理、高效地設(shè)計是保證整個系統(tǒng)正常運行的重要前提之一。針對本系統(tǒng)所需處理的數(shù)據(jù)類型以及其特點，采用了SQL server 2016作為后臺服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫，并且使用了MySQL作為主要的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。其中，主要包括用戶信息表（User）、設(shè)備信息表（Equipment）、任務(wù)執(zhí)行情況表（Action_status）等多個表格。

用戶信息表用以存儲所有參與系統(tǒng)的人員信息，包括姓名、性別、年齡、工作單位、職務(wù)等基本屬性；設(shè)備信息表則詳細記錄每臺待檢修設(shè)備的型號、品牌、規(guī)格參數(shù)、生產(chǎn)廠家、出廠編號等相關(guān)信息；任務(wù)執(zhí)行情況表則用于實時記錄每項任務(wù)的開始時間、結(jié)束時間、實際完成時間、是否合格等相關(guān)信息。此外，由于本系統(tǒng)需要實現(xiàn)不同部門之間的協(xié)同辦公功能，因此還需要設(shè)置一個公共信息管理模塊，用于存放各個部門的聯(lián)系方式及其負責(zé)人信息。

在具體的數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中，充分考慮了數(shù)據(jù)的完整性、一致性、安全性等因素。例如，在用戶信息表中，除了常規(guī)的身份證號碼、手機號碼等基本信息外，特別添加了面部識別認(rèn)證信息，以此來確保只有授權(quán)用戶才能夠成功登錄系統(tǒng)；同時，在數(shù)據(jù)處理過程中也采取了多種加密措施，如數(shù)字簽名、密碼保護等手段，以防止敏感信息被泄露或篡改。

3.5 系統(tǒng)測試

在完成了前面的功能模塊開發(fā)后進行了系統(tǒng)測試。本次測試主要是驗證各個子模塊是否能夠正常工作以及整個系統(tǒng)是否可以穩(wěn)定運行。經(jīng)過多次測試，最終得到以下結(jié)果。

登錄界面測試：用戶需要輸入正確的賬號、密碼才能進入系統(tǒng)；工具欄測試：工具欄包括“開始”“暫?！薄袄^續(xù)”三個按鈕，點擊任意一個都會執(zhí)行相應(yīng)操作；實時監(jiān)控頁面測試：該頁面展示當(dāng)前正在進行的任務(wù)進度情況，同時也支持歷史記錄查詢；數(shù)據(jù)表格導(dǎo)出測試：通過此功能可將系統(tǒng)中存儲的各項數(shù)據(jù)按照要求生成Excel文件并保存到本地磁盤上；通信模塊測試：當(dāng)設(shè)備與服務(wù)器建立連接時，客戶端向服務(wù)端發(fā)送指令并等待返回信息，如果成功則表示通信正常；否則重新嘗試。

綜上所述，本文研發(fā)的基于TLM與RFID技術(shù)相結(jié)合智能化帶電作業(yè)工器具具有以下優(yōu)點：一是采用了先進的TLM（Thin-Layer Metal）材料制作而成；二是在結(jié)構(gòu)設(shè)計上加入了多個傳感器以實現(xiàn)精準(zhǔn)定位；三是通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器進行處理分析。這些特點使得該設(shè)備能夠更加準(zhǔn)確、高效地完成各項工作任務(wù)。