RFID技術(shù)在智能電能表檢驗流程中的應(yīng)用

王佳晗，宋保泉，王秋實，李菥然，崔 赫

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司計量中心，遼寧 沈陽 110168；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；3.國網(wǎng)沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110003)

電能計量器具的管理是電力營銷管理工作的重要環(huán)節(jié)和基本保障，其重要性不僅體現(xiàn)在企業(yè)內(nèi)部管理上，更體現(xiàn)計量工作的公平性、公正性、可溯源性與合法性。因此，計量器具的管理工作在供電企業(yè)管理工作中占有重要位置。國家電網(wǎng)公司對電能計量器具的質(zhì)量管控提出了系列標準和要求，涵蓋招標前檢驗、供貨前全性能檢驗、到貨后抽檢檢驗、運行中抽驗4個階段?！秶译娋W(wǎng)公司電能表質(zhì)量監(jiān)督管理辦法》明確規(guī)定了省級計量中心負責(zé)計量器具全性能檢驗和到貨后抽檢檢驗等工作，為了保證計量器具高效科學(xué)的管理，根據(jù)全性能檢驗等試驗流程需求制定計量中心高效合理的檢驗流程。現(xiàn)階段全性能檢驗業(yè)務(wù)的管理基本采取人工管理方式，這種管理方式的主要問題是：工作計劃、記錄采用人工方式；檢驗過程人為推動，檢驗進度人為跟蹤；交接過程責(zé)任劃分不清，完成項目情況不清；各種過程記錄和報告整理、查找工作量大；測試樣機數(shù)量大，管理、查找困難。

本文應(yīng)用大容量射頻電子標簽可存儲2 KB電子信息，將每個電能計量器具的檢驗信息、檢驗結(jié)果寫入無線射頻識別(radio frequency identification，以下簡稱RFID)標簽中，實現(xiàn)遠距離識別、離線識別等功能。本文根據(jù)RFID技術(shù)和實際的檢驗流程提出了實際工作需求，建立一套電能計量器具檢驗流程管理系統(tǒng)，對所有電能計量器具資產(chǎn)、檢驗流程和檢驗結(jié)果等進行準確追蹤和記錄，保證了電能計量器具全壽命周期管理，增強了檢驗流程可追溯性，提高了電能計量器具的管理水平。

1 RFID技術(shù)

1.1 簡介

RFID是利用射頻的方式進行非接觸通信，以達到識別并交換數(shù)據(jù)的自動識別技術(shù)[1]。RFID技術(shù)適用于自動化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)，識別工作無須人工干預(yù)，它既可支持只讀工作模式也可支持讀寫工作模式，且無須接觸或瞄準[2]。可自由工作在各種惡劣環(huán)境下：短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣環(huán)境，可以替代條形碼，獨特的優(yōu)越性是其它識別技術(shù)無法企及的。表1比較了常用各類自動識別技術(shù)的典型特征參數(shù)情況。其中RFID技術(shù)最突出的特點有：可以非接觸識讀，識別距離從10 cm至幾十m皆可；可批量識別高速運動物體；抗惡劣、復(fù)雜環(huán)境；信息存儲量大且保密性強；可以做到真正意義上的“一碼一物”，做到物品實時追溯。

表1 常用自動識別技術(shù)參數(shù)比較

1.2 工作原理

RFID技術(shù)無方向性限制，無須人工干預(yù)，可以高效地與自動化設(shè)備進行結(jié)合。利用RFID技術(shù)不但能自動識別運動物體，且可同時識別多個標識物[3]。RFID技術(shù)工作原理如圖1所示。

圖1 RFID技術(shù)工作原理圖

RFID識別系統(tǒng)一般由電子標簽和閱讀器2部分組成[4]。電子標簽中保存約定格式的電子數(shù)據(jù)信息，在應(yīng)用中電子標簽附著在待識別物體上。當(dāng)帶有電子標簽的物體在可識度范圍內(nèi)，閱讀器以非接觸方式讀取電子標簽內(nèi)信息，實現(xiàn)自動識別讀取待識別物體信息的功能，然后通過PLC、計算機以及網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對識別信息的采集、處理和遠程傳送等管理[5]。

2 基于RFID技術(shù)的全性能檢驗流程

智能電能表是聯(lián)系用電客戶與供電企業(yè)的關(guān)鍵紐帶，其質(zhì)量與管理越來越受到供用電雙方及社會相關(guān)單位的重視。本文以單相智能電能表為例，規(guī)范智能電能表供貨前全性能檢驗流程。流程如圖2所示。

a. 新樣品入庫和基本信息登記。省公司物資部組織某批次智能電能表抽樣，其中隨機抽取8只智能電能表樣品送到質(zhì)檢樣品庫房，先進行外觀檢查和通電檢查，確認樣品無損壞后進行基本信息登記。根據(jù)22位智能電能表表號打印RFID射頻電子標簽，并粘貼至智能電能表背面，作為樣品唯一識別方式，通過系統(tǒng)將試品基本信息寫入RFID標簽中，送入智能回轉(zhuǎn)庫中，進入待檢狀態(tài)。

b. 檢驗出庫并分配試驗方案。根據(jù)檢驗計劃，對指定樣品進行自動出庫和試驗方案分配操作，在RFID標簽中寫入試驗方案，啟動檢驗流程，標記樣品狀態(tài)為“檢驗中”。

c. 樣品比對。選取待檢批次2只樣品進行元器件對比和軟件對比試驗，將形成檢驗結(jié)論寫入RFID標簽，并將具體試驗信息和結(jié)論上傳至服務(wù)器，樣品流轉(zhuǎn)至全性能檢驗流程。

d. 全性能檢驗。全性能檢驗試驗項目根據(jù)被試品型號規(guī)格的不同略有差異，將在通信性能實驗室、智能電能表功能實驗室、電磁兼容實驗室、機械性能實驗室、氣候?qū)嶒炇液涂煽啃詫嶒炇业纫来瘟鬓D(zhuǎn)完成所有項目檢測。

具體流轉(zhuǎn)順序可能根據(jù)實際業(yè)務(wù)情況有所差別，對于管理流程來說，在各實驗室完成的內(nèi)容大致相同，但各實驗室寫入RFID標簽的檢驗結(jié)論信息量略有不同。

以通信性能實驗室為例，當(dāng)被試樣品流轉(zhuǎn)至該實驗室時，首先在管理系統(tǒng)中將進行樣品簽到，表示為“該樣品進入通信性能試驗室”，并處于“待檢狀態(tài)”，智能電能表在該實驗室將依次完成n個試驗項目的檢驗，通過試驗設(shè)備與系統(tǒng)接口直接將檢驗數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)，將n項檢驗結(jié)論寫入RFID標簽中。若重復(fù)進行試驗，RFID標簽及管理系統(tǒng)能自動覆蓋上次檢驗結(jié)論，保證檢驗結(jié)論的唯一性，同步上傳至管理系統(tǒng)，并示意該批樣品通信性能試驗處于“已檢”狀態(tài)。被試樣品流轉(zhuǎn)至下一環(huán)節(jié)，直至所有試驗項目完成，管理系統(tǒng)對檢驗結(jié)論數(shù)據(jù)的完整性進行判定，判定通過后標示全性能檢驗處于“已檢”狀態(tài)并記錄總體檢定結(jié)論，寫入RFID標簽中。

e. 檢驗回庫。對完成樣品對比和全性能檢驗的樣品進行智能回庫操作，合格品及不合格品分區(qū)存放，系統(tǒng)可對檢驗合格的單相智能電能表生成詳細的原始記錄及檢驗報告。

f. 復(fù)檢流程。對于檢驗不合格的智能電能表啟動復(fù)檢流程，復(fù)檢采取人工方式，只針對不合格項進行，分項檢驗結(jié)論在各功能試驗室不進行實時上傳，在復(fù)檢入庫前通過人工方式完成RFID寫入和數(shù)據(jù)上傳。

圖2 電能計量器具全性能檢驗流程

3 管理系統(tǒng)功能

電能計量器具全性能檢驗管理系統(tǒng)主要包括：樣品庫房管理、RFID標簽管理、檢驗業(yè)務(wù)管理、基礎(chǔ)信息管理、查詢統(tǒng)計功能、在線監(jiān)控管理和綜合分析等功能。

a. 樣品庫房管理：可對被試電能計量器具參數(shù)信息進行錄入、查詢、修改、刪除等基本操作；可對批量樣品和單個樣品進行智能化入庫和出庫工作等。

b. RFID標簽管理：可打印作為被試電能計量器具唯一標識的RFID標簽，利用讀寫器對相應(yīng)的RFID標簽中的內(nèi)容進行讀寫操作等。

c. 檢驗業(yè)務(wù)管理：可對樣品所在實驗室位置、具體完成試驗、待完成試驗進行查詢和實時跟蹤；可對試驗完成結(jié)果和結(jié)論性信息進行編輯、保存、查詢和上傳等；可將檢驗結(jié)果備份，實現(xiàn)檢驗結(jié)果數(shù)據(jù)溯源。

d. 基礎(chǔ)信息管理：可對系統(tǒng)中用戶和權(quán)限進行管理；可對所包含的所有試驗項目、試驗要求、試驗設(shè)備等基礎(chǔ)信息進行新建、維護、刪除等操作。

e. 查詢統(tǒng)計功能：可對系統(tǒng)中不同維度、不同需求進行信息查詢和統(tǒng)計功能。

f. 在線監(jiān)控管理：系統(tǒng)可對正在試驗的全部流程進行在線監(jiān)控，可實時展示當(dāng)前檢驗流程。

g. 綜合分析：系統(tǒng)可對試驗數(shù)據(jù)和信息進行綜合分析，包括庫房樣品數(shù)量分析、試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計和試驗數(shù)據(jù)分析等。

4 系統(tǒng)架構(gòu)

4.1 系統(tǒng)技術(shù)路線

系統(tǒng)的技術(shù)路線遵循Java EE技術(shù)體系，采用國網(wǎng)統(tǒng)一開發(fā)平臺SG-UAP進行系統(tǒng)研發(fā)，利用一致的可共享的數(shù)據(jù)模型，按照展現(xiàn)層、應(yīng)用邏輯層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層實現(xiàn)多層技術(shù)體系設(shè)計，通過統(tǒng)一權(quán)限ISC的應(yīng)用集成,可實現(xiàn)多系統(tǒng)間的單點登錄，技術(shù)選型見表2。

表2 技術(shù)選型

4.2 系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架

系統(tǒng)采用基于J2EE的多層技術(shù)架構(gòu)，提高了管理系統(tǒng)的靈活性、可擴展性、安全性以及并發(fā)處理能力，同時通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)與計量生產(chǎn)調(diào)度平臺等其他業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)交互[6]。

系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)采用目前WEB開發(fā)的主流4層架構(gòu)，保證系統(tǒng)各個層次之間的獨立，為今后可能存在的平臺技術(shù)升級保障足夠的擴展性。

a. 數(shù)據(jù)層存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，將系統(tǒng)的建檔、倉儲、試驗、基本信息等通過存儲過程進行統(tǒng)計。

b. 支撐層分為數(shù)據(jù)訪問、權(quán)限、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和報表。

c. 邏輯層包括資產(chǎn)管理和數(shù)據(jù)管理與分析兩大部分。資產(chǎn)管理分為實驗室?guī)旆抗芾怼FID標簽管理和實驗室運行管理3部分；數(shù)據(jù)管理與分析包括試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控管理和試驗數(shù)據(jù)綜合分析兩部分。

d. 展現(xiàn)層是通過瀏覽器完成對整個平臺的應(yīng)用，總共分試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控管理、檢驗任務(wù)流程管理、庫房管理、實驗室管理等模塊。

4.3 系統(tǒng)可靠性

系統(tǒng)采用獨立組建局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式，通過防火墻的合理設(shè)置能夠有效地屏蔽外部設(shè)備的影響，在各個后臺終端分別安裝殺毒軟件并定期更新，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全，為與外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互提供安全可靠的接口。

管理系統(tǒng)采用了雙服務(wù)器主從冷備機制，每臺服務(wù)器均配置磁盤陣列卡，最大程度上保障了數(shù)據(jù)的安全性和完整性，并設(shè)置防火墻和UPS電源保證服務(wù)器的可靠運行。

4.4 系統(tǒng)實時響應(yīng)指標

管理系統(tǒng)實時響應(yīng)指標如表3所示。

表3 系統(tǒng)實時響應(yīng)指標

5 結(jié)束語

RFID技術(shù)具有標簽信息容量大、讀取方便等優(yōu)點[5]。RFID技術(shù)在電能計量器具全性能檢驗應(yīng)用過程中，實現(xiàn)了電能計量器具管理的信息化、自動化、標準化、規(guī)范化，提高了檢驗效率，降低了人為操作的誤操作概率。RFID作為實體對象的唯一有效標識，可以應(yīng)用推廣到計量器具調(diào)試生產(chǎn)、自動化檢定、智能化倉儲、物流化配送、現(xiàn)場安裝、現(xiàn)場運維等環(huán)節(jié)，是定位追溯管理的有效技術(shù)手段，有效實現(xiàn)計量器具的全生命周期管理。

[1] 陳曉紅,王傅強.我國企業(yè)射頻識別技術(shù)采納的影響因素研究[J].科研管理，2013，34 (2)：1-9.

[2] 宋遠峰,劉 新. 基于RFID的定位系統(tǒng)綜述[J]. 數(shù)字通信，2013，40(4)：9-13.

[3] 趙 斌,張紅雨.RFID技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展[J].電子設(shè)計工程,2010，18(10)：123-126.

[4] 關(guān)煥新，李詩宇，劉振波.智能電能表出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象的原因分析[J].東北電力技術(shù)，2014，35(8)：17-19.

[5] 王 珺，那廣宇，劉振波. 基于物聯(lián)網(wǎng)的電能表性能檢測管理系統(tǒng)的建立[J].東北電力技術(shù)，2016，37(1)：24-26.

[6] 張 強，于 寧.智能電能表全生命周期質(zhì)量跟蹤策略探討[J].東北電力技術(shù)，2015，36(9)：23-26.