基于RFID電子標(biāo)簽電力計量設(shè)備管理系統(tǒng)

1       RFID技術(shù)簡述

　　RFID (Radio Frequency Identification)，即射頻識別。又稱電子標(biāo)簽。RFID技術(shù)是從20世紀(jì)8O年代走向成熟的一項非接觸式的自動識別技術(shù)，與傳統(tǒng)的條形碼識別技術(shù)相比有很多優(yōu)點：一是可以識別單個的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類物體：二是采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光來讀取信息；三是可以同時對多個物體進(jìn)行識讀，而條形碼只能一個一個地讀Ⅲ；另外，它還具有普通條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、讀取距離遠(yuǎn)及標(biāo)簽數(shù)據(jù)的可重復(fù)讀寫等特點。

　　最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：標(biāo)簽(Tag)。由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象；讀寫器(Reader)，讀取(有時還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式；天線(Antenna)，在標(biāo)簽和讀寫器問傳遞射頻信號。

　　RFID系統(tǒng)的工作原理：如下圖表1所示，標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收讀寫器發(fā)出的射頻信號。憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽)；讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

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圖表1 RFID結(jié)構(gòu)圖

　　Ø  讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被啟動。
　　Ø  射頻卡將自身編碼等信息透過卡內(nèi)天線發(fā)送出去。
　　Ø  讀寫器接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和譯碼然后送到后臺軟件系統(tǒng)處理。
　　Ø  后臺軟件系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行相應(yīng)的動作。

　　1.1  RFID電子標(biāo)簽對比條碼標(biāo)簽的優(yōu)勢

　　條形碼技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)多年，對于資產(chǎn)生命周期的管理，起著至關(guān)重要的作用，在一定程度上提高工作效率。它以其價格低廉的優(yōu)勢，深受各行各業(yè)的歡迎，并得以廣泛應(yīng)用，但條形碼標(biāo)簽較之RFID電子標(biāo)簽也存在著很多弱點。

　　1）  條形碼標(biāo)簽一次只能讀一次，而RFID電子標(biāo)簽具有復(fù)讀功能，一次能識別多個標(biāo)簽，可以實現(xiàn)大批量快速的交換識別，提高生產(chǎn)效率。例如：在電力計量器具的出入庫，可以實現(xiàn)群體識別。

　　2）  條碼標(biāo)簽容易被污染且壽命短，而RFID標(biāo)簽的耐磨損及污染，壽命可達(dá)15年。

　　3）  條形碼標(biāo)簽必須正面識別，而RFID標(biāo)簽的方向感比較弱，可以在任何方為識別。例如：在電力巡檢時，可以識別設(shè)備柜內(nèi)的電力設(shè)施。

　　4）  條形碼掃描識別距離有限，而RFID識別距離在5-8M之間。例如：在電力巡視時，識別高處的電力設(shè)別，同時遠(yuǎn)離高壓，增加人身安全。

　　5）  條形碼標(biāo)簽可以直視閱讀且能夠復(fù)制，而RFID標(biāo)簽內(nèi)容不可更改和復(fù)制，具有一定的防偽防盜功能。

　　6）  RFID技術(shù)的應(yīng)用，可以使整個資產(chǎn)管理進(jìn)一步信息化、數(shù)字化、從而使管理上一個臺階。

　　1.2  電力計量器管理概況

　　電力系統(tǒng)各網(wǎng)省公司與各直轄市公司在電力計量器具方面，都有自己獨特的管理手段。就某電力電能計量中心來說，采用的是“屬地局需求→集中采購→集中檢定→統(tǒng)一配送”的原則。為了達(dá)到器具的全生命周期的管理，每只器具均設(shè)定了“待到貨→到貨→庫存待檢 →工區(qū)待檢→……→報廢檢定→報廢”等30多個狀態(tài)，這些狀態(tài)的改變均需要特定操作，即要對每只器具進(jìn)行至少一次的識度操作。目前每年大約有50萬器具的檢定工作，對于這樣一個數(shù)字級的器具，其出入庫、關(guān)口交接都是必須的?？上攵ぷ髁烤薮?。如果需要手工錄入或利用條形碼掃描，都是不實用的。這就需要我們尋找一種快速、準(zhǔn)確識度批量設(shè)備的方式，這就是射頻識別。

　　根據(jù)該電力電能計量中心的具體需求，我們設(shè)計出一整套RFID應(yīng)用解決方案----基于超高頻電子標(biāo)簽電力計量設(shè)備系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了計量工具的群體識別，使得庫房、檢定、配送等各關(guān)節(jié)的交接識別確認(rèn)變得輕松，大大提高了電力電能中心的生產(chǎn)效率，同時，更高一層次的實現(xiàn)了電能計量器具的全生命周期的管理，使電力資產(chǎn)管理水平上升了一個新臺階，深受用戶的好評論。

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圖表2

2       系統(tǒng)的組成

　　2.1  用戶作業(yè)流程簡介
　　針對某電力電能計量中心，計量設(shè)備的管理的作業(yè)流程如圖表2：

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圖表3 RFID規(guī)劃作業(yè)流程

　　從圖可以看出，電力計量自采購入庫交付用戶基本上都是在倉庫和檢定室之間完成的。對于這種作業(yè)流程需要對關(guān)鍵點進(jìn)行設(shè)備的數(shù)據(jù)的RFID自動采集。為此，我們針對其現(xiàn)有的流程，進(jìn)行了RFID設(shè)計規(guī)劃，具體如圖表3 RFID規(guī)劃作業(yè)流程：

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圖表4RFID規(guī)劃后作業(yè)流程

　　2.1.1 RFID整體設(shè)計

　　RFID整體設(shè)計如下圖表4 

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圖表5

　　該RFID系統(tǒng)，基本上可以劃分為兩個子系統(tǒng)

　　2.1.1.1 RFID電子標(biāo)簽批量制作

　　電子標(biāo)簽按照供電方式分：有源和無源兩種。無源標(biāo)簽沒有電源，采用感應(yīng)起電產(chǎn)生的電流為標(biāo)簽供電。作用距離相對較短，但免換電池，特別適合于電力系統(tǒng)應(yīng)用，也是目前市場應(yīng)用的主流方向。

　　電子標(biāo)簽按照頻率分：低頻（125K）、高頻（13.56M)、超高頻（915M-48G）針對此項目，我們采用超高頻，無源電子標(biāo)簽。通過大量的實驗，此類電子標(biāo)簽，適合于長時間粘貼在電力設(shè)備上，閱讀距離遠(yuǎn)（5-8M），且群讀效果優(yōu)于其他頻段，他完全能滿足此項目的要求。

　　由于該計量中心的工序要求，保證檢驗臺的單體識別和條形碼的直接性，我們設(shè)計條形碼標(biāo)簽和電子標(biāo)簽同時并存，來標(biāo)示設(shè)備。一只電子標(biāo)簽，同時具有條形碼。

　　在電子標(biāo)簽正式使用之前，必須有讀寫設(shè)備對其進(jìn)行初始化--賦ID號。小批量不規(guī)則的電子標(biāo)簽，可由讀寫器進(jìn)行賦值，大批量電子標(biāo)簽，可使用RFID打印機(jī)，進(jìn)行逐個寫入。根據(jù)本系統(tǒng)的要求，我們采用RFID打印機(jī)進(jìn)行ID號賦值。我餓定義的電子標(biāo)簽，通過發(fā)卡器打印預(yù)先賦ID號，ID號是由后臺(MIS）根據(jù)用戶的要求產(chǎn)生的，具有唯一性。RFID打印機(jī)，一是寫電子標(biāo)簽ID，二是打印條形碼電子標(biāo)簽，粘貼在電力計量設(shè)備內(nèi)部，以便群體識別。

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圖表6

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圖表7

      Ø  攜帶RFID標(biāo)簽設(shè)備的群體識別系統(tǒng)

　　固定式閱讀器是固定安裝在供需分界點，完成群讀、錄入、識別、確認(rèn)功能，要求閱讀數(shù)量準(zhǔn)確，無漏讀，并且群讀數(shù)量越多越好。我們定制四套固定式閱讀器，分別安裝在，A庫房與外界分界點；B三相電度表檢驗室與外界分界點；C單項電度表檢驗室與外界分界點；D互感器檢驗室與外界分界點。每個分界點閱讀器均配置四天線，可群讀設(shè)備上的標(biāo)簽，并與MIS接口，實現(xiàn)群體錄入功能。硬件接口為LAN、串口可選。 

　　多個帶有電子標(biāo)簽的電力設(shè)備，在進(jìn)出庫、出入檢定室時，均有固定式閱讀器群體識別，所識別的ID號進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，完成數(shù)據(jù)的采集。

　　安裝在各關(guān)節(jié)群體識別設(shè)備：1）識別門 
 

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圖表8

　　2.2  系統(tǒng)功能指標(biāo)及特點
　　1.      成品電子標(biāo)簽批量打印，生產(chǎn)能力：2——4萬只/天。
　　2.      利用射頻門形式，實現(xiàn)128只電子標(biāo)簽（以≤0.5M/S速度）通過識別區(qū)被全部讀出，數(shù)據(jù)讀寫正確率達(dá)100%。
　　3.      利用識別室形式，實現(xiàn)128只電子標(biāo)簽在室內(nèi)識別區(qū)被全部讀出，數(shù)據(jù)讀寫正確率達(dá)100%。
　　4.      建立基于超高頻電子標(biāo)簽的RFID中間件系統(tǒng)（MIS接口）。

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圖表9