基于RFID電子標(biāo)簽技術(shù)的電力監(jiān)測系統(tǒng)

【提要】利用RFID技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)，開發(fā)一種采用射頻標(biāo)簽識讀技術(shù)的電力物資管理的新途徑，結(jié)合GPS衛(wèi)星定位，建立更智能化的電力監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的智能管理模式，提升電網(wǎng)對重大災(zāi)情的應(yīng)對能力。本文介紹了RFID電子標(biāo)簽的工作原理，以及在電力系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中現(xiàn)存的問題和解決方法。

2008年初，百年罕見的雪災(zāi)襲擊中國南方大部分地區(qū)，電網(wǎng)設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞，罕見的雪災(zāi)壓斷了高壓電線，壓塌了電塔，致使電力供給中斷。以受災(zāi)嚴(yán)重的湖南電網(wǎng)為例，全省so kV3條線路(含聯(lián)絡(luò)線)停運(yùn)1條，占so kV線路總數(shù)的3%。全省20kV277條線路停運(yùn)34條，占2OkV線路總數(shù)的12%;全省220 kV變電站(含電廠升壓站)1巧座，全停9座，占220kV變電站總數(shù)的8%。雪災(zāi)暴發(fā)后各地極力搶修，但恢復(fù)緩慢，暴露了中國電網(wǎng)建設(shè)的薄弱與明顯不足。問題的關(guān)鍵在于相關(guān)部門對各級電網(wǎng)的監(jiān)測工作不到位，不能及時準(zhǔn)確的掌握電力設(shè)施的具體相關(guān)信息。

當(dāng)前，建立一套完整的電力監(jiān)測體系是十分必要的。首先需要一種信息載體，以記錄想要監(jiān)測的電力設(shè)施相關(guān)信息。目前條形碼的技術(shù)已是非常成熟，其應(yīng)用已是無處不在，基于條形碼的傳統(tǒng)的商品包裝和物流管理對人類的貢獻(xiàn)是非常巨大的，但隨著互聯(lián)網(wǎng)在全球的普及，管理的自動化程度越來越高，條形碼的某些特性已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)時代的高自動化智能管理，而需要一種智能的電子標(biāo)簽取而代之，RFID射頻無線電子標(biāo)簽的特點(diǎn)正好可以取代傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)，電子標(biāo)簽的出現(xiàn)將給未來的電力電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)提供一條新思路。

I RFID電子標(biāo)簽概念及應(yīng)用前景

1.1 概念

事實(shí)上RFID射頻電子標(biāo)簽并不是現(xiàn)在才有的一種技術(shù)，這種技術(shù)實(shí)際在20 世紀(jì)80 年代已經(jīng)出現(xiàn)，一直應(yīng)用在某些特定的領(lǐng)域，如工廠自動化生產(chǎn)線，倉庫中的物品管理或車站檢票。只不過這種技術(shù)的日益成熟，以及形態(tài)越來越小，成本越來越低，越來越適用于作為信息載體了。

RFID是RadioFerquencyldentification的縮寫，即射頻識別，射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象，并獲取目標(biāo)中的相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.2 前景

雪災(zāi)后的電網(wǎng)恢復(fù)工作十分艱難，尤其是江西和浙江，之所以艱難因?yàn)樵谶M(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)初期，為了節(jié)約能耗，江西和浙江主網(wǎng)一些塔架都選擇在山區(qū)，而山區(qū)氣溫低、風(fēng)大，倒塔最嚴(yán)重。而且受當(dāng)?shù)氐乩碜匀粭l件限制，對損壞的電力桿塔的相關(guān)信息不能準(zhǔn)確的掌握。因此也不能及時拿出災(zāi)后的修復(fù)方案，延誤搶修時間。而應(yīng)用RFID電子標(biāo)簽識別技術(shù)的電力監(jiān)測系統(tǒng)可以幫助解決這一實(shí)質(zhì)性難題。

RFID標(biāo)簽被吸附在電力桿塔上，從桿塔建起的第一天到它報(bào)廢，RFID標(biāo)簽就像身份證一樣，記錄其一切信息，包括編號，建成時間、日常維護(hù)、修理過程及次數(shù)，此外還可以記錄桿塔相關(guān)地理位置和經(jīng)緯坐標(biāo)，以便構(gòu)建基于GPS的電力網(wǎng)分布圖。帶有RFID終端詢問式讀寫裝置的直升飛機(jī)可以從空中讀取到桿塔的狀況信息，以判斷桿塔是否損壞、是否生銹，以及其詳細(xì)地址。終端天線安裝在直升飛機(jī)的腹部，并向下引出。

2 可行性分析

2.I RFID工作原理

RFID電子標(biāo)簽分為被動標(biāo)簽(Pasisvetags)和主動標(biāo)簽(Activetags)兩種。主動標(biāo)簽自身帶有電池供電，讀/寫距離較遠(yuǎn)同時體積較大，與被動標(biāo)簽相比成本更高，也稱為有源標(biāo)簽。被動標(biāo)簽由閱讀器產(chǎn)生的磁場中獲得工作所需的能量，成本很低并具有很長的使用壽命，比主動標(biāo)簽更小也更輕，讀寫距離則較近，也稱為無源標(biāo)簽。有源標(biāo)簽因?yàn)槠溟L距離識別的優(yōu)勢，主要應(yīng)用于大型的高速運(yùn)動物體的標(biāo)識的識別之上，這里所說的電力桿塔上使用的就是主動式UHF超高頻RFID標(biāo)簽，其頻段在860MHz一96() MHz之間，以保證直升飛機(jī)能在空中50m之外與RFID標(biāo)簽保持正常通訊。

2.2 RFID電子標(biāo)簽識別系統(tǒng)的構(gòu)成

一個真正的RFID電子標(biāo)簽識別系統(tǒng)至少應(yīng)包含電子標(biāo)簽、閱讀器、數(shù)據(jù)處理和存儲的設(shè)備以及系統(tǒng)軟件。

(1) RFID電子標(biāo)簽(Tag):，每個標(biāo)簽具有唯一的電子物品編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象;

(2 )閱讀器(Raeder):讀取(有時還可以寫人)標(biāo)簽信息的設(shè)備;

(3)天線(Antenan):在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號。它一方面給無源的電子標(biāo)簽提供電能，另一方面也通過它接收電子標(biāo)簽上發(fā)出的信息，它也可向電子標(biāo)簽發(fā)射寫入的信息。另外在每個電子標(biāo)簽上也有其自已的微形天線。

RFID電子標(biāo)簽由天線和專用芯片組成，天線是鍍在塑料片基上的銅膜線圈，在塑料基片上還嵌有體積非常小的集成電路芯片(現(xiàn)在已經(jīng)只有芝麻粒大，還可更小)，在這個集成電路芯片中有高速的射頻接口，控制單元，EEPROM三個模塊組成。

RFID電子標(biāo)簽技術(shù)與條形碼(Bacrde)e技術(shù)相比其優(yōu)勢在于:

1)不需要光源，甚至可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù);

2)使用壽命長，能在惡劣環(huán)境下工作;

3)讀取距離更遠(yuǎn);

4)可以寫人及存取數(shù)據(jù)，寫人時間快;

5) 標(biāo)簽的內(nèi)容可以動態(tài)改變;

6)能夠同時處理多個標(biāo)簽;

7)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存取有密碼保護(hù)，安全性更高;

8)可以對RFID標(biāo)簽所附著的物體進(jìn)行追蹤定位。

閱讀器主要包含無線電收發(fā)天線、數(shù)據(jù)通訊及相應(yīng)的控制電路。電子標(biāo)簽主要包括無線電波接收與發(fā)射的電路、電源、及存儲數(shù)據(jù)的電路。數(shù)據(jù)處理與存儲的設(shè)備往往是PC機(jī)，PC機(jī)上一般安裝相應(yīng)的系統(tǒng)軟件與數(shù)據(jù)庫管理軟件。

3 電力設(shè)施監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

3.I RFID電子標(biāo)簽的在系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用

在桿塔剛建成時，一些桿塔固定屬性就事先寫進(jìn)標(biāo)簽中，例如:建成時間，桿塔編號等，同時可以利用GPS定位裝置記錄下桿塔的經(jīng)緯度信息，這些信息也作為固定屬性寫人標(biāo)簽。每次對桿塔進(jìn)行維護(hù)后，工作人員隨身攜帶手持式讀寫器(通常是嵌人讀寫模塊的掌上電腦，構(gòu)成原
理基本與閱讀器相同)把相關(guān)維護(hù)信息寫入標(biāo)簽，包括桿塔的經(jīng)緯度位置、目前現(xiàn)狀、存在的問題等信息。

根據(jù)基于GPS的電力網(wǎng)分布圖來查看桿塔分布情況，以便快速確定問題桿塔的地理位置。為搶修人員提供有效修復(fù)方案。

3.2 相關(guān)流程

按期指派直升飛機(jī)對桿塔進(jìn)行巡檢，尤其是在發(fā)生雪災(zāi)等重大災(zāi)情后陸地狀況十分惡劣時，空中監(jiān)測是必然措施，飛機(jī)上的閱讀器對桿塔進(jìn)行身份識別，在取得電線桿塔具體信息后，返回通常閱讀器與電腦相連，所讀取的標(biāo)簽信息被傳送到計(jì)算機(jī)管理中心上進(jìn)行下一步處理。為了使信息更加直觀化，可以在管理平臺上建立基于GPS 的電力網(wǎng)分布圖，把地圖的視覺效果、電力設(shè)施地理信息和數(shù)據(jù)庫操作集成在一起。在電子標(biāo)簽內(nèi)的經(jīng)緯度信息錄人電腦后，通過數(shù)據(jù)庫查找，直接在分布圖上顯示桿塔的具體地理位置，配合實(shí)景相片達(dá)成一套完整的監(jiān)測體系。

4 需要應(yīng)對的問題

4.1 RFID電子標(biāo)簽的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

目前，國際上現(xiàn)在有兩家權(quán)威的RFID電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)研究機(jī)構(gòu)，代表著RFID電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向。一個是199 年成立總部設(shè)在美國麻省理工學(xué)院(MIT)的AutoIDCenter(自動In中心)，另一個是日本203年3月成立的泛在的ID中心(UbiquitousIDCenter無處不在的ID 中心)。上述兩個中心所推出的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)格有一些差別。例如在“自動ID 中心”的規(guī)格中，以96位代碼描述在IC標(biāo)簽中所容納的數(shù)據(jù)，而“無處不在ID 中心”則采用128 位代碼。“自動ID 中心”以利用互聯(lián)網(wǎng)為前提探討IC標(biāo)簽機(jī)制，而“無處不在ID 中心”則考慮在不連接因特網(wǎng)的情況下使用IC標(biāo)簽。目前兩中心均已開發(fā)完成各自的基礎(chǔ)架構(gòu)。AutoIDCenter提出的是由被稱為ePC 的96位ID、管理ID信息的PML服務(wù)器以及檢索PML服務(wù)器位置的ONS(對象名稱服務(wù)器)服務(wù)器組成的架構(gòu)。ubiquitousIDcenter將應(yīng)用面向T一engine的技術(shù)。包括128位ID和名為E作(實(shí)體傳輸協(xié)議)的專用協(xié)議等。還包括用于搜索IC標(biāo)簽和服務(wù)器位置的地址解析服務(wù)器(ARS)。標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一是制約RFID得以廣的一個重要因素。

4.2 通訊

實(shí)際中，直升機(jī)的金屬部分、電力桿塔及電纜會對標(biāo)簽及閱讀器的天線產(chǎn)生一定的干擾，甚至信號屏蔽，這會直接影響閱讀器與標(biāo)簽之間的正常通訊。此外較高的差錯率也是RFID技術(shù)需要改進(jìn)的方面。這些都需要方案的進(jìn)一步完善，但隨著RFID電子標(biāo)簽的日益普及，RFID技術(shù)將會遂步解決這些問題，這是任何一個新技術(shù)的必由之路。

5 結(jié)論

在未來的電力監(jiān)控系統(tǒng)中，RFID電子標(biāo)簽的優(yōu)良特性及智能管理會幫助人們更及時更準(zhǔn)備的掌握各類相關(guān)信息。電力設(shè)施一旦出現(xiàn)損壞，它將指導(dǎo)做出正確的維修方案，節(jié)省寶貴的修復(fù)時間。從而提升整個電網(wǎng)應(yīng)對各類自然災(zāi)難的能力，使電網(wǎng)更加堅(jiān)強(qiáng)。