解決方案

基于RFID的電能計量設備管理信息系統

2015/10/08

    1.概述

    電能計量設備包括各種類型的電能表、計量用電壓、電流互感器及其二次回路、電能計量柜(箱)等。電能計量設備管理是指包括計量方案的確定、計量器具的選用、訂貨驗收、檢定、檢修、保管、安裝竣工驗收、運行維護、現場檢修、周期檢定(輪換)、抽檢、故障處理、報廢的全過程管理。
    電能計量設備管理的目的是為了保證電能計量量值的準確、統一和電能計量設備運行的安全可靠。電力系統各網省公司與各直轄市公司在電能計量設備方面,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→統一配送”的原則。為了達到設備的全生命周期的管理,每個設備均設定了“待到貨→到貨→庫存待檢→······→報廢檢定→報廢” 等諸多種狀態,這些狀態的改變均需要特定操作,即要對每個設備進行至少一次的識別操作。長期以來,電力系統使用的是傳統的自動識別系統(如條形碼)來管理電能計量設備,條形碼的應用給電力計量設備資產管理帶來了一定程度的便捷,但其本身還存在缺陷,如果標簽被劃破、污染或者脫落,掃描儀就無法確認目標;除此之外,目前每年大約有50萬器具的檢定工作,對于這樣一個數字級的器具,其出入庫、關口交接都是必須的。可想而知,工作量巨大,如果需要手工錄入或利用條碼掃描,都是不實用的。這就需要需找一種快速、準確、批量識別批量設備的方式。
    而目前被廣泛應用于零售、物流行業的RFID(Radio Frequency Identification 射頻識別)非接觸式自動識別技術與條形碼或其他方式相比具有很多優勢:
    1)  RFID電子標簽不易破損、數據可靠、使用周期長、有效通訊距離長;
    2)  可以定向或者不定向的遠距離讀取或寫入數據,無需保持對象可見;
    3)  可以透過外部材料讀取數據;
    4)  可以在惡劣環境下工作;
    5)  可以同時處理多個電子標簽;
    6)  可以存儲的信息量很大;
    7)  可以通過RFID標簽對物體進行物理定位等。
    正因為RFID技術有如此多的優點,所以,將它引到電能計量設備管理的工作當中,會大大提高獲取電能計量設備信息的自動化程度,減少勞動量,提高工作效率。另外,電子標簽在其他行業的廣泛應用,給我們提供了可靠的實踐依據。
    根據電力電能計量中心的具體情況,我們設計了一套基于RFID的電能計量設備管理的解決方案,實現了計量工具的群體識別,使得庫房、檢定、配送等各關節的交接識別確認變得輕松,大大提高了電力電能中心的生產效率,同時,更高一層次的實現了電能計量器具的全生命周期的管理,對電能計量設備的運行狀態跟蹤,做到各項業務處理的獨立性與業務流程的連貫性相統一,數據共享性高,一致性好,使電力資產管理水平上升了一個新臺階。
    2.系統架構
    2.1. 用戶作業流程
    電力電能計量中心,根據具體用戶用電計費方式,購買不同類型的電能表和互感器等計量設備,這些計量設備通過核對驗收合格的進行登記入庫,不合格的更換或者退貨,同時要對這些計量設備進行統一的處理編號,一個設備一個編號,新購的設備必須按照國家標準在試驗室內測試其精度,檢定合格的可以報裝領用,同時安裝后投入使用,檢定不合格的更換或者退貨。如果要裝表或者換表,則要從庫存中選取合格的電能表,安裝到相應的線路用戶上,安裝完后要進行現場檢定,以保證供電安全和計量準確。另外,根據國家有關計量規程規定,應周期性的對安裝在現場運行的電能表進行現場校核和更換,以保證計量的準確性。其業務流程圖如下:
    在實際工作過程中,電能計量設備管理過程中所涉及到的部門和用戶,以及他們之間的關系。如下圖所示:
    2.2. RFID規劃作業流程
    從業務流程中,可以看出,電能計量設備自采購入庫到交付用戶,基本上在倉庫、配送室/分發室和檢定室之間完成的。對于這種作業流程,我們利用RFID技術組建電能計量設備管理系統,對所有出入庫的電能計量設備進行群體自動識別計數,完成基礎數據的自動采集,并利用附設在其上具有唯一ID號的RFID電子標簽伴隨該產品的全部生命周期,完成該產品生命周期中所有利用標示的管理活動。為此,我們針對于這個業務流程,進行了RFID設計規劃,具體如下圖:
    2.3. 數據流程
    通過對計量管理業務過程的深入分析,抽象出系統的頂層數據流程圖,見下圖。計量管理的主要業務是對各種新進、運行以及報廢計量設備器具進行資產管理,對用戶已經投入使用的電能表和互感器的運行狀況進行管理,根據用戶投入使用的電能表和互感器情況并結合國家電力公司電能表、互感器的使用周期進行輪換、校驗以及抽檢等計劃管理,同時能對計量工作人員的檔案數據進行管理、對各種數據進行統計分析,能滿足計量部門的信息需求。
    2.4. 系統硬件架構
    系統由1臺數據服務器、4臺工作站、4臺固定式RFID閱讀器、1臺RFID發簽中心、1臺RFID打印機和1臺手持RFID閱讀器構成。該系統,基本可以劃分為三個子系統:
    1)  RFID電子標簽制作系統
    電子標簽按照供電方式分為有源和無源兩種,無源標簽采用感應起電產生電流為其供電。作用距離相對有源較短,但免換電池,特別適合電力系統應用,也是目前市場應用的主流方向。電子標簽按照頻率分為低頻(125K)、高頻(13.56M)、超高頻(915M)等。我們采用超高頻無源電子標簽,通過大量實驗,這類標簽,適合長時間粘貼在電力設備上,閱讀距離5m左右,且群讀效果優于其他頻段。
    在電子標簽正式使用之前,必須有讀寫設備對其進行初始化,小批量不規則編號的電子標簽,可由讀寫器進行賦值;大批量規則編號的電子標簽,可使用RFID打印機,進行逐個寫入。ID號由后臺MIS根據用戶要求產生,具有唯一性。    
    2)  RFID群體識別系統
     固定式讀寫器是固定安裝在供需分界點,完成群讀、錄入、識別、確認功能要求閱讀數量準確,無漏讀,并且群讀數量越多越好。如上圖:定制4套固定式閱讀器,分別安裝在,Ⅰ.庫房和外界分界點;Ⅱ.三相電度表檢定室與外界分界點;Ⅲ.單相電度表檢定室與外界分界點;Ⅳ.互感器檢定室與外界分界點。每個分界點閱讀器均配備4個天線,可群讀設備上的標簽,并與MIS接口,實現群體錄入功能,識別的ID直接進入數據庫。
    3)  手持式識別系統
   利用內嵌RFID閱讀器模塊的工業級PDA,在周期檢定的現場檢定中,可以直接識別設備,可將檢定的結果通過PDA的WWAN或WLAN方式直接轉發到后臺,不需再次手動錄入。
    3.系統應用功能及特點
    3.1. 系統應用功能
    基于RFID的電能計量管理信息系統功能可以分成六個子功能模塊來實現:基本信息管理模塊、資產管理模塊、運行管理模塊、計劃管理模塊、查詢統計模塊、系統維護模塊。各功能模塊的具體功能詳述如下:
    1)  基本信息管理模塊  主要包括對電能表和互感器的生產廠家信息、型號信息等管理維護。
    2)  資產管理模塊: 主要對電能表和互感器等資產的入庫、各種用戶運行電能表和互感器的建帳、計量器具的報廢管理。
    3)  運行管理模塊  各種高低壓用戶的配表、換表、拆表以及新增用戶工作票的處理、故障處理等。
    4)  計劃管理模塊   此模塊包括對電能表和互感器的輪換計劃、定檢計劃、抽檢計劃的管理。
    5)  查詢統計模塊   主要實現對各種狀態計量器具的資產統計、各種狀態電能表和互感器的查詢、電能表和互感器定檢、輪換計劃的查詢等。
    6)  系統維護模塊   主要包括對系統用戶的管理。通過建立用戶密碼識別體系,對所有的系統用戶進行統一管理和分配其應有權限,保證系統安全穩定運行。
    3.2. 系統特點
    1)  在電能計量設備管理中引入電子標簽技術是對用電管理信息系統的延伸和擴展,每個電能計量設備都將由一個電子標簽唯一標識,是電能計量設備資產管理的依據。
    2)  利用射頻門或識別室的形式,實現數以百計電子標簽通過識別區被全部讀出,數據讀取正確率達100%。
    3)  建立基于超高頻電子標簽的RFID中間系統(MIS接口)。
    4)  在現場檢定設備,可以攜帶PDA識別設備,隨時將檢定結果轉發給后臺。
    4.總結
    隨著電力企業信息化建設的不斷深入, 開展電子標簽在電能計量設備管理中的推廣和應用工作, 必將成為加快企業信息產業發展的一項重點任務。通過變換傳統的自動識別系統(如條形碼)為RFID 的電子標簽來推動電子標簽的應用, 提高電力企業的信息化管理水平, 推動企業信息化建設的進程。

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