基于物聯(lián)網(wǎng)RFID標簽的核電站智能隔離鎖控技術研究

【關鍵詞】RFID 標簽；核電站；隔離鎖控

引言

隔離鎖控技術是核電站安全管理中的關鍵技術，它通過對關鍵設備和區(qū)域的隔離與鎖定，確保在異常情況下能夠迅速切斷潛在的危險源，從而防止事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的隔離鎖控技術主要依賴于人工操作和管理，但在核電站這種復雜且高風險的環(huán)境中，人為操作的失誤或疏忽可能帶來嚴重的后果。因此，研究基于物聯(lián)網(wǎng)RFID標簽的智能隔離鎖控技術，對于提高核電站的安全管理水平和降低事故風險具有重要意義[1]。

物聯(lián)網(wǎng)技術作為新一代信息技術的重要組成部分，具有信息感知全面、傳輸速度快、智能化程度高等特點，為核電站隔離鎖控技術的升級提供了有力支持。RFID（無線射頻識別）技術作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術之一，通過無線方式實現(xiàn)對標簽的自動識別和數(shù)據(jù)交換，具有識別距離遠、速度快、容量大、可靠性高等優(yōu)勢，非常適合用于核電站這種需要高可靠性和高效率的環(huán)境[2]。將RFID技術應用于核電站的隔離鎖控系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)設備的自動識別、狀態(tài)的實時監(jiān)控、權限的精確控制等功能，從而大幅提升隔離鎖控的智能化水平和響應速度。這不僅有助于減少人為操作的失誤，提高核電站的安全管理水平，還能為核電站的智能化、自動化運行提供有力支撐。

本文旨在研究基于物聯(lián)網(wǎng)RFID標簽的核電站智能隔離鎖控技術，創(chuàng)新性地將RFID技術與傳統(tǒng)的隔離鎖控技術相結合，構建一種全新的智能隔離鎖控技術。該系統(tǒng)不僅可以通過RFID技術實現(xiàn)設備的自動識別、狀態(tài)監(jiān)控和權限控制，還可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸和遠程管理[3]。

一、基于物聯(lián)網(wǎng)RFID標簽的核電站智能隔離鎖控技術研究

（一）基于物聯(lián)網(wǎng)RFID標簽的核電站設備信息數(shù)據(jù)獲取

在核電站的設備管理中，RFID標簽的附著與初始化是獲取設備運行數(shù)據(jù)并實現(xiàn)智能鎖控處理的第一步。對此，本文根據(jù)核電站的環(huán)境特點和設備要求，選擇適合的RFID標簽。標簽的選擇應考慮其尺寸、材質(zhì)、工作頻率、讀寫距離以及抗干擾能力等因素。例如，對于需要遠距離讀取的設備，應選擇工作頻率較高、讀寫距離較遠的標簽。對此，本文選擇了工作頻率在13.56MHz以下的超高頻（UHF）RFID標簽作為核電站設備的信息讀取載體。然后為保證標簽的穩(wěn)定讀取以及數(shù)據(jù)傳輸，需要對閱讀器進行選擇[4]。閱讀器的布置應遵循覆蓋全面、無死角的原則。本文選擇在關鍵設備的周圍布置閱讀器，確保每個設備都能被至少一個閱讀器覆蓋。對于大型設備或需要遠距離讀取的場景，本文選擇增加閱讀器的數(shù)量或選擇讀寫距離更遠的閱讀器。然后對閱讀器的功率、頻率、讀寫速度等參數(shù)進行配置，采用TCP/IP協(xié)議作為閱讀器的通信協(xié)議，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。當RFID閱讀器在其讀取范圍內(nèi)檢測到標簽時，它會發(fā)送射頻信號激活標簽。激活的標簽通過反向散射方式將存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送回閱讀器。由此，可以得到核電站設備信息數(shù)據(jù)集合表達式如下所示。

通過上述步驟即可完成對于核電站設備信息的有效獲取，通過進行RFID標簽附著與初始化處理，并布設RFID閱讀器，從而得到不同區(qū)域內(nèi)的設備信息數(shù)據(jù)。

（二）隔離鎖控邏輯設計

在采集到核電站設備運行數(shù)據(jù)后，通過結合設備的異常運行情況，對隔離鎖控邏輯進行建立。首先，根據(jù)需求，定義表示鎖狀態(tài)、控制信號等信息的變量。對此，采用布爾變量L表示鎖的狀態(tài)（L=1表示鎖開，L=0表示鎖關），用S表示控制信號（S=1表示有信號觸發(fā)，S=0表示無信號觸發(fā)）。然后根據(jù)控制要求，建立鎖狀態(tài)與控制信號之間的邏輯表達式。當設備運行狀態(tài)正常時，可以通過信號觸發(fā)實現(xiàn)開鎖處理，進而可以建立邏輯表達式L= S?？紤]異常情況，如信號異常、鎖故障等，設計相應的處理邏輯。例如，當檢測到信號異常時，將鎖狀態(tài)設置為關閉，即L= 0。邏輯設計完成后，需要將邏輯表達式轉(zhuǎn)換為具體的程序代碼。這一階段涉及選擇合適的編程語言和開發(fā)環(huán)境，編寫實現(xiàn)鎖控邏輯的代碼[5]。對此，本文所設計的鎖控邏輯實現(xiàn)代碼如下圖所示。

通過上述步驟即可完成對于隔離鎖控邏輯的具體設計，通過對設備鎖狀態(tài)以及控制信號等變量進行定義，建立邏輯表達式，并結合設備異常情況構建出對應的鎖控邏輯。

（三）鎖控操作執(zhí)行

在完成隔離鎖控邏輯設計后，本文針對邏輯判斷結果，構建出RFID標簽的信號感知模型，并結合執(zhí)行機構控制函數(shù)，實現(xiàn)隔離鎖控操作。對此，首先設表示第i個感知信號的狀態(tài)，其取值范圍為（0，1），其中0表示信號未觸發(fā)或狀態(tài)異常，1表示信號已觸發(fā)或狀態(tài)正常。則信號感知的過程可以表示為：

其中，是影響第i個感知信號的外部因素或條件， 是感知信號與外部因素之間的映射關系。基于上述信號感知模型，進行執(zhí)行機構控制。執(zhí)行機構控制是根據(jù)邏輯判斷的結果，控制相應的執(zhí)行機構（如鎖具、閥門等）進行動作，實現(xiàn)隔離或鎖定功能。對此，本文設定核電站執(zhí)行機構為電動鎖、氣動閥等。設定邏輯判斷結果為L，如果邏輯判斷為真（即所有安全條件都滿足），則 L = 1；否則 L = 0。設定輸出參數(shù)為執(zhí)行機構動作狀態(tài)（A）：這也是一個布爾值，表示執(zhí)行機構的動作狀態(tài)。如果執(zhí)行機構應該進行鎖定或隔離動作，則 A = 1；如果執(zhí)行機構應該保持原狀或進行解鎖動作，則 A = 0?；谏鲜鲚斎牒洼敵鰠?shù)，本文所定義的執(zhí)行機構控制函數(shù)表達式如下：

通過上述步驟即可完成隔離鎖控操作執(zhí)行流程的設計，通過構建執(zhí)行機構控制函數(shù)，對執(zhí)行機構的鎖控操作進行控制，從而實現(xiàn)核電站隔離鎖控處理。將本節(jié)內(nèi)容與上述提到的設備運行信息數(shù)據(jù)獲取以及鎖控邏輯判斷等相關內(nèi)容進行結合，至此，基于物聯(lián)網(wǎng)RFID標簽的核電站智能隔離鎖控技術設計完成。

二、實驗論證

為了證明本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)RFID標簽的核電站智能隔離鎖控技術在實際缺陷檢測方面優(yōu)于常規(guī)的H13模具鋼心部缺陷檢測方法，在理論部分的設計完成后，構建實驗環(huán)節(jié)，對本文方法的實際檢測效果進行檢驗。

（一）實驗說明

為驗證本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)RFID標簽的核電站智能隔離鎖控技術在實際缺陷檢測方面的優(yōu)越性，本次實驗選取了兩組常規(guī)的H13模具鋼心部缺陷檢測方法作為對比對象，分別為基于機器視覺的H13模具鋼心部缺陷檢測方法，以及基于感知編碼器的H13模具鋼心部缺陷檢測方法。通過構建實驗平臺，采用三種檢測方法對同一個H13模具進行缺陷檢測，對比不同方法的實際檢測效果。

（二）實驗對象

為了評估不同隔離鎖控技術在核電站中的應用效果，本次實驗構建了一個高度仿真的核電站環(huán)境。該環(huán)境將模擬核電站的主要系統(tǒng)，包括反應堆、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)等，同時還將考慮核電站可能遭遇的各種異常情況，如電源故障、設備故障、人為錯誤等。此外，為了測試隔離鎖控技術的效果，本次實驗構建了一個包含多種異常情況的數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集包括各種故障類型、故障發(fā)生時間、故障嚴重程度等信息。通過模擬不同故障場景，測試隔離鎖控技術在這些場景下的表現(xiàn)。對此，本文構建出的測試用例鎖控任務單表如下所示。

表1 測試用例鎖控任務單表

通過模擬出不同的設備故障，并采用智能鎖控技術對核電站運行模型進行管理，待實驗完成后，對比不同鎖控方法下核電站設備故障擴散情況，從而實現(xiàn)方法性能的有效對比。

（三）鎖控效果對比結果

本次實驗以不同隔離鎖控方法下核電站的設備故障擴散范圍作為對比指標，用于衡量不同方法的實際鎖控效果，具體實驗結果如下圖所示。

通過上述實驗結果可以看出，在針對同一個核電站模型進行模擬隔離鎖控管理時，本文方法下的設備故障擴散范圍更小，說明本文方法可以準確地隔離出故障設備，以防止故障擴散或造成更大的傷害，由此可以證明本文方法的隔離鎖控效果更好。

結束語

盡管本文基于物聯(lián)網(wǎng)RFID標簽的核電站智能隔離鎖控技術研究取得了一定的成果，為核電站的安全管理提供了新的思路和方法，但仍然存在一些不足之處。首先，在實際應用中，RFID標簽的抗干擾能力和穩(wěn)定性仍有待進一步提高，以確保在復雜電磁環(huán)境下仍能正常工作。其次，智能隔離鎖控系統(tǒng)的集成度和智能化程度還有待提升，以滿足核電站日益復雜的安全管理需求。