基于RFID電子標簽技術(shù)的電力監測系統

【提要】利用RFID技術(shù)和計算機數據管理技術(shù)，開(kāi)發(fā)一種采用射頻標簽識讀技術(shù)的電力物資管理的新途徑，結合GPS衛星定位，建立更智能化的電力監測系統，實(shí)現電力設備的智能管理模式，提升電網(wǎng)對重大災情的應對能力。本文介紹了RFID電子標簽的工作原理，以及在電力系統實(shí)際應用中現存的問(wèn)題和解決方法。

2008年初，百年罕見(jiàn)的雪災襲擊中國南方大部分地區，電網(wǎng)設施遭到嚴重破壞，罕見(jiàn)的雪災壓斷了高壓電線(xiàn)，壓塌了電塔，致使電力供給中斷。以受災嚴重的湖南電網(wǎng)為例，全省so kV3條線(xiàn)路(含聯(lián)絡(luò )線(xiàn))停運1條，占so kV線(xiàn)路總數的3%。全省20kV277條線(xiàn)路停運34條，占2OkV線(xiàn)路總數的12%;全省220 kV變電站(含電廠(chǎng)升壓站)1巧座，全停9座，占220kV變電站總數的8%。雪災暴發(fā)后各地極力搶修，但恢復緩慢，暴露了中國電網(wǎng)建設的薄弱與明顯不足。問(wèn)題的關(guān)鍵在于相關(guān)部門(mén)對各級電網(wǎng)的監測工作不到位，不能及時(shí)準確的掌握電力設施的具體相關(guān)信息。

當前，建立一套完整的電力監測體系是十分必要的。首先需要一種信息載體，以記錄想要監測的電力設施相關(guān)信息。目前條形碼的技術(shù)已是非常成熟，其應用已是無(wú)處不在，基于條形碼的傳統的商品包裝和物流管理對人類(lèi)的貢獻是非常巨大的，但隨著(zhù)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(mǎn)足現代網(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簽取而代之，RFID射頻無(wú)線(xiàn)電子標簽的特點(diǎn)正好可以取代傳統的條形碼技術(shù)，電子標簽的出現將給未來(lái)的電力電網(wǎng)監測系統提供一條新思路。

I RFID電子標簽概念及應用前景

1.1 概念

事實(shí)上RFID射頻電子標簽并不是現在才有的一種技術(shù)，這種技術(shù)實(shí)際在20 世紀80 年代已經(jīng)出現，一直應用在某些特定的領(lǐng)域，如工廠(chǎng)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，倉庫中的物品管理或車(chē)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(xiě)，即射頻識別，射頻識別是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象，并獲取目標中的相關(guān)數據。

1.2 前景

雪災后的電網(wǎng)恢復工作十分艱難，尤其是江西和浙江，之所以艱難因為在進(jìn)行電網(wǎng)建設初期，為了節約能耗，江西和浙江主網(wǎng)一些塔架都選擇在山區，而山區氣溫低、風(fēng)大，倒塔最嚴重。而且受當地地理自然條件限制，對損壞的電力桿塔的相關(guān)信息不能準確的掌握。因此也不能及時(shí)拿出災后的修復方案，延誤搶修時(shí)間。而應用RFID電子標簽識別技術(shù)的電力監測系統可以幫助解決這一實(shí)質(zhì)性難題。

RFID標簽被吸附在電力桿塔上，從桿塔建起的第一天到它報廢，RFID標簽就像身份證一樣，記錄其一切信息，包括編號，建成時(shí)間、日常維護、修理過(guò)程及次數，此外還可以記錄桿塔相關(guān)地理位置和經(jīng)緯坐標，以便構建基于GPS的電力網(wǎng)分布圖。帶有RFID終端詢(xún)問(wèn)式讀寫(xiě)裝置的直升飛機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，以及其詳細地址。終端天線(xiàn)安裝在直升飛機的腹部，并向下引出。

2 可行性分析

2.I RFID工作原理

RFID電子標簽分為被動(dòng)標簽(Pasisvetags)和主動(dòng)標簽(Activetags)兩種。主動(dòng)標簽自身帶有電池供電，讀/寫(xiě)距離較遠同時(shí)體積較大，與被動(dòng)標簽相比成本更高，也稱(chēng)為有源標簽。被動(dòng)標簽由閱讀器產(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(cháng)的使用壽命，比主動(dòng)標簽更小也更輕，讀寫(xiě)距離則較近，也稱(chēng)為無(wú)源標簽。有源標簽因為其長(cháng)距離識別的優(yōu)勢，主要應用于大型的高速運動(dòng)物體的標識的識別之上，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標簽，其頻段在860MHz一96() MHz之間，以保證直升飛機能在空中50m之外與RFID標簽保持正常通訊。

2.2 RFID電子標簽識別系統的構成

一個(gè)真正的RFID電子標簽識別系統至少應包含電子標簽、閱讀器、數據處理和存儲的設備以及系統軟件。

(1) RFID電子標簽(Tag):，每個(gè)標簽具有唯一的電子物品編碼，附著(zhù)在物體上標識目標對象;

(2 )閱讀器(Raeder):讀取(有時(shí)還可以寫(xiě)人)標簽信息的設備;

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

RFID電子標簽由天線(xiàn)和專(zhuān)用芯片組成，天線(xiàn)是鍍在塑料片基上的銅膜線(xiàn)圈，在塑料基片上還嵌有體積非常小的集成電路芯片(現在已經(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(guò)外部材料讀取數據;

2)使用壽命長(cháng)，能在惡劣環(huán)境下工作;

3)讀取距離更遠;

4)可以寫(xiě)人及存取數據，寫(xiě)人時(shí)間快;

5) 標簽的內容可以動(dòng)態(tài)改變;

6)能夠同時(shí)處理多個(gè)標簽;

7)標簽的數據存取有密碼保護，安全性更高;

8)可以對RFID標簽所附著(zhù)的物體進(jìn)行追蹤定位。

閱讀器主要包含無(wú)線(xiàn)電收發(fā)天線(xiàn)、數據通訊及相應的控制電路。電子標簽主要包括無(wú)線(xiàn)電波接收與發(fā)射的電路、電源、及存儲數據的電路。數據處理與存儲的設備往往是PC機，PC機上一般安裝相應的系統軟件與數據庫管理軟件。

3 電力設施監測系統的構建

3.I RFID電子標簽的在系統中的實(shí)際應用

在桿塔剛建成時(shí)，一些桿塔固定屬性就事先寫(xiě)進(jìn)標簽中，例如:建成時(shí)間，桿塔編號等，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(xiě)人標簽。每次對桿塔進(jìn)行維護后，工作人員隨身攜帶手持式讀寫(xiě)器(通常是嵌人讀寫(xiě)模塊的掌上電腦，構成原
理基本與閱讀器相同)把相關(guān)維護信息寫(xiě)入標簽，包括桿塔的經(jīng)緯度位置、目前現狀、存在的問(wèn)題等信息。

根據基于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方案。

3.2 相關(guān)流程

按期指派直升飛機對桿塔進(jìn)行巡檢，尤其是在發(fā)生雪災等重大災情后陸地狀況十分惡劣時(shí)，空中監測是必然措施，飛機上的閱讀器對桿塔進(jìn)行身份識別，在取得電線(xiàn)桿塔具體信息后，返回通常閱讀器與電腦相連，所讀取的標簽信息被傳送到計算機管理中心上進(jìn)行下一步處理。為了使信息更加直觀(guān)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(jué)效果、電力設施地理信息和數據庫操作集成在一起。在電子標簽內的經(jīng)緯度信息錄人電腦后，通過(guò)數據庫查找，直接在分布圖上顯示桿塔的具體地理位置，配合實(shí)景相片達成一套完整的監測體系。

4 需要應對的問(wèn)題

4.1 RFID電子標簽的標準不統一

目前，國際上現在有兩家權威的RFID電子標簽標準研究機構，代表著(zhù)RFID電子標簽標準的發(fā)展方向。一個(gè)是199 年成立總部設在美國麻省理工學(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)中心所推出的標準化規格有一些差別。例如在“自動(dòng)ID 中心”的規格中，以96位代碼描述在IC標簽中所容納的數據，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標簽機制，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標簽。目前兩中心均已開(kāi)發(fā)完成各自的基礎架構。AutoIDCenter提出的是由被稱(chēng)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(chēng)服務(wù)器)服務(wù)器組成的架構。ubiquitousIDcenter將應用面向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(zhuān)用協(xié)議等。還包括用于搜索IC標簽和服務(wù)器位置的地址解析服務(wù)器(ARS)。標準的不統一是制約RFID得以廣的一個(gè)重要因素。

4.2 通訊

實(shí)際中，直升機的金屬部分、電力桿塔及電纜會(huì )對標簽及閱讀器的天線(xiàn)產(chǎn)生一定的干擾，甚至信號屏蔽，這會(huì )直接影響閱讀器與標簽之間的正常通訊。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(zhù)RFID電子標簽的日益普及，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 結論

在未來(lái)的電力監控系統中，RFID電子標簽的優(yōu)良特性及智能管理會(huì )幫助人們更及時(shí)更準備的掌握各類(lèi)相關(guān)信息。電力設施一旦出現損壞，它將指導做出正確的維修方案，節省寶貴的修復時(shí)間。從而提升整個(gè)電網(wǎng)應對各類(lèi)自然災難的能力，使電網(wǎng)更加堅強。