基于RFID電子標(biāo)簽技術(shù)的電力監(jiān)測(cè)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(shí)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(cè)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(duì)重大災(zāi)情的應(yīng)對(duì)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(wèn)題和解決方法。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/194203.htm2008年初,百年罕見(jiàn)的雪災(zāi)襲擊中國(guó)南方大部分地區(qū),電網(wǎng)設(shè)施遭到嚴(yán)重破壞,罕見(jiàn)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(guó)電網(wǎng)建設(shè)的薄弱與明顯不足。問(wèn)題的關(guān)鍵在于相關(guān)部門對(duì)各級(jí)電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)工作不到位,不能及時(shí)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(cè)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(cè)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(wú)處不在,基于條形碼的傳統(tǒng)的商品包裝和物流管理對(duì)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(dòng)化程度越來(lái)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(shí)代的高自動(dòng)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(wú)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(lái)的電力電網(wǎng)監(jiān)測(cè)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(dòng)化生產(chǎn)線,倉(cāng)庫(kù)中的物品管理或車站檢票。只不過(guò)這種技術(shù)的日益成熟,以及形態(tài)越來(lái)越小,成本越來(lái)越低,越來(lái)越適用于作為信息載體了。
RFID是RadioFerquencyldentification的縮寫,即射頻識(shí)別,射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)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(duì)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(shí)拿出災(zāi)后的修復(fù)方案,延誤搶修時(shí)間。而應(yīng)用RFID電子標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)的電力監(jiān)測(cè)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(hào),建成時(shí)間、日常維護(hù)、修理過(guò)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(wèn)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(dòng)標(biāo)簽(Pasisvetags)和主動(dòng)標(biāo)簽(Activetags)兩種。主動(dòng)標(biāo)簽自身帶有電池供電,讀/寫距離較遠(yuǎn)同時(shí)體積較大,與被動(dòng)標(biāo)簽相比成本更高,也稱為有源標(biāo)簽。被動(dòng)標(biāo)簽由閱讀器產(chǎn)生的磁場(chǎng)中獲得工作所需的能量,成本很低并具有很長(zhǎng)的使用壽命,比主動(dòng)標(biāo)簽更小也更輕,讀寫距離則較近,也稱為無(wú)源標(biāo)簽。有源標(biāo)簽因?yàn)槠溟L(zhǎng)距離識(shí)別的優(yōu)勢(shì),主要應(yīng)用于大型的高速運(yùn)動(dòng)物體的標(biāo)識(shí)的識(shí)別之上,這里所說(shuō)的電力桿塔上使用的就是主動(dòng)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(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成
一個(gè)真正的RFID電子標(biāo)簽識(shí)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(chǔ)的設(shè)備以及系統(tǒng)軟件。
(1) RFID電子標(biāo)簽(Tag):,每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子物品編碼,附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象;
(2 )閱讀器(Raeder):讀取(有時(shí)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(hào)。它一方面給無(wú)源的電子標(biāo)簽提供電能,另一方面也通過(guò)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(gè)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?cè)谒芰掀系你~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(gè)集成電路芯片中有高速的射頻接口,控制單元,EEPROM三個(gè)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(shì)在于:
1)不需要光源,甚至可以透過(guò)外部材料讀取數(shù)據(jù);
2)使用壽命長(zhǎng),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(shí)間快;
5) 標(biāo)簽的內(nèi)容可以動(dòng)態(tài)改變;
6)能夠同時(shí)處理多個(gè)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(duì)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(wú)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(wú)線電波接收與發(fā)射的電路、電源、及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的電路。數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)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(kù)管理軟件。
3 電力設(shè)施監(jiān)測(cè)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(shí),一些桿塔固定屬性就事先寫進(jìn)標(biāo)簽中,例如:建成時(shí)間,桿塔編號(hào)等,同時(shí)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(duì)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(wèn)題等信息。
根據(jù)基于GPS的電力網(wǎng)分布圖來(lái)查看桿塔分布情況,以便快速確定問(wèn)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(duì)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(shí),空中監(jiān)測(cè)是必然措施,飛機(jī)上的閱讀器對(duì)桿塔進(jìn)行身份識(shí)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(tái)上建立基于GPS 的電力網(wǎng)分布圖,把地圖的視覺(jué)效果、電力設(shè)施地理信息和數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)體系。
4 需要應(yīng)對(duì)的問(wèn)題
4.1 RFID電子標(biāo)簽的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一
目前,國(guó)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(gè)是199 年成立總部設(shè)在美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的AutoIDCenter(自動(dòng)In中心),另一個(gè)是日本203年3月成立的泛在的ID中心(UbiquitousIDCenter無(wú)處不在的ID 中心)。上述兩個(gè)中心所推出的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)格有一些差別。例如在“自動(dòng)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(wú)處不在ID 中心”則采用128 位代碼。“自動(dòng)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(wú)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(duì)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(gè)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(huì)對(duì)標(biāo)簽及閱讀器的天線產(chǎn)生一定的干擾,甚至信號(hào)屏蔽,這會(huì)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(cuò)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(huì)遂步解決這些問(wèn)題,這是任何一個(gè)新技術(shù)的必由之路。
5 結(jié)論
在未來(lái)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(huì)幫助人們更及時(shí)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(shí)間。從而提升整個(gè)電網(wǎng)應(yīng)對(duì)各類自然災(zāi)難的能力,使電網(wǎng)更加堅(jiān)強(qiáng)。
評(píng)論