基于射频识别技术的电力设备规约检测系统

2020-11-25熊云慷解立秀杨宝安刘慧李圣

电子技术与软件工程 2020年22期

熊云慷解立秀杨宝安刘慧李圣

（云南电网有限责任公司怒江供电局云南省怒江傈僳族自治州 673100）

在我国电网发展速度逐渐加快的形势下，电力技术也开始朝着智能化的方向发展，并获得了国家的大力支持。所以，针对变电站、电网通信等的智能化发展，国家给出了相应的判断标准，即IEC61850 标准。鉴于此，智能化的变电站系统就不能在使用传统的协议来交换数据，而是应当使用IEC61850 标准。但是，现阶段的电网通信协议依然处于过度阶段，传统规约还没有被彻底摒弃，而IEC61850 标还没有实现全国范围内的全面覆盖。所以，很多通信规约设备的正常通信根本无法维系。如果这一问题得不到有效的解决，智能电网的异质性就会受到严重的影响，其相应的互操作性也会明显降低。在这种情况下，将射频识别技术与电网异构规约检测数据库之间建立联系，具有十分重要的意义。因为射频识别技术的作用就可以得到充分的发挥，对服务器与电力异构规约设备进行有效的调控和管理，进而保证其之间通信的稳定性与有效性。

1 将射频识别技术应用到电力设备规约检测系统中的可行性分析

射频识别技术，指的是一种自动识别技术，具有无线、非接触特点，可以在射频信号以及空间耦合的作用下，通过无接触式的方法将信息传递出去，然后再对这些信息进行精准的识别。所以射频识别技术的应用优势主要为：第一有着较强的环境适应能力、第二有着较快的读取速度、第三有着较大的数据存储容量、第四实现了信息采集的动态化[1]。

近几年来，针对射频识别技术在各个领域中的研究成果也越来越多。例如烟波等人将罗非鱼视为其研究目标，进而设计出了一种以射频识别技术和电子产品编码物联网的水产品供应链可追溯平台。这一研究成果的应用可以对整个产品的供应链进行全程追溯。罗清尧等人将生猪视为其研究目标，进而设计出了一套以超高频射频识别技术的生猪屠宰数据采集方案。即在整个生猪屠宰过程中，先明确具体的溯源关键点。每一个溯源关键点上都有不同的生猪堵在标识。这一研究成果的应用可以直接对这些信息实施采集、传输或者处理等操作。黄伟等人对矿井下恶劣的环境进行了详细的分析，发现其具有较强的腐蚀性和电磁干扰性。在这种情况其，黄伟成功的将射频识别技术应用到矿山人员定位系统中。这些都充分说明了将射频识别技术应用到电力设备规约检测系统中的可行性[2]。

2 射频识别技术的识别流程与工作原理

作为一种短距离的无线通信技术，射频识别技术主要由三部分组成。第一部分是电子标签部分，芯片和天线是其最主要的组成部分，能够发挥的作用是将相应的数据储存起来、对目标信息进行有效的携带以及被阅读器所读取。天线之所以具有在电子标签和阅读器中进行射频信号的传递，是因为信号耦合的原理。射频识别技术电子标签中内嵌了电子产品编码。这样一来，就可以针对物理对象产生唯一标识。第二部分是阅读器部分，控制电路和射频电路是最主要的组成部分，可以将相关信息写入到射频识别技术电子标签中，并进行读取和传递，这样做的主要目的就是使其正常传递到主系统中。第三部分是应用软件部分。这一部分主要是在主系统中运行，其主要作用就是最大限度的满足各种各样的需求[3]。

射频识别技术的工作原理如下。第一步，在天线的作用下，阅读器进行射频信号的发射，成功形成感应电流，并对电子标签进行激活处理。第二步，电子标签中内置了天线，借助天线，就可以向阅读器发送相应的电子产品编码信号。在这一过程中，电子标签自身携带的信息也可以成功发送。第三步，针对射频卡的载波信号，可以借助接收天线，使阅读器顺利的接收，然后在天线调节器的作用下传输到阅读器中，并对这些信息进行有效的过滤处理、识别处理以及解码处理，最后再向后台计算机传输，然后在计算机的作用下，完成后续的处理工作。完成所有信息的处理之后，电子标签就会再次恢复到睡眠状态。直至被再一次激活，又会重复相同的步骤[4]。

电子标签中的数据既可以读取，也可以写入，受到阅读器命令的控制。如果阅读器发出的是读取命令，那么电子标签只需要利用天线发回数据即可；如果阅读器发出的是写入命令，那么就会擦除存储单元并进行重写。在规约检测数据库管理过程中，射频识别技术的传输方式与识别流程的应用，可以实现规约的动态化管理的同时，保证设备配置信息也发生相应的变化。这样一来，规约检测的技术水平就会得到显著的提升，其智能化水平也会随之得到强化。

3 基于射频识别技术的电力设备规约检测系统的设计

在变电站二次检修运维工作中，经常会遇到远动设备老化年久失修原设备厂家已经中断维护，设备的更换计划还未落实等问题。在维护这些设备的时候无法得知其使用的具体通讯协议，维护工作面临着很多阻碍。针对某些设备采用的私有通讯规约或其他规约的变种维护起来更是束手无策。

对此，设计一种远动规约自动识别装置，包含软件和硬件两部分。其中，软件部分集齐写入市面上常见的通讯规约库，如101/CDT/DISA/DNP3.0/1801/104 等，采用仿真和别动嗅探的技术原理识别规约类型，支持其他规约的自定义写入。而硬件部分研发集成多种接口包括以太网口、串行接口RS232/RS485 等。这一装置的应用，具有以下三大作用。

（1）自适应识别远动规约类型，解决规约通讯问题；

（2）可规范完善本地区的远动规约库，为日后的运维提供技术资料储备；

（3）由于采用研发Linux 承载应用平台，保障次研发工具在应用中的安全性。

3.1 系统工作原理

针对电力智能设备的检测，即便是同一种设备，只要生产厂商或者生产地方不同，其使用的规约就可能不同。但是，由于某些厂商和地方或许会采用相同的规约，所以多对多是各种智能化电力设备与规约之间最主要的关系。只要在射频识别技术电子标签的电子产品编码中写入设备和规约信息，电子标签就可以将设备与规约之间的联系进行唯一标识。

分析基于射频识别技术的电力设备规约检测系统的功能，发现如果送检单位将待测设备送到专业机构中进行检测，检测数据库中之前没有规约信息或者与待测设备有关的信息，那么数据库就会自动存储规约和设备信息，并将其融合生成电子产品编码，写入到射频识别技术电子标签中。阅读器对这一电子产品编码进行读取、解码，并传输到应用服务器中，然后数据库就会对这些规约和待测设备信息进行查询和获取。应用服务器建立与待测设备的通信连接，然后再对规约XML 描述文件进行读取，对规约信息进行初始化处理。之后检测人员就可以对规约实施组帧处理，然后将帧报文发送到待测设备。待测设备收到报文，就会做出应答，然后应用服务器根据应答对规约检测结果进行解析。

3.2 系统总体框架

系统总体框架，主要由四部分组成：第一部分是电子标签部门、第二部分是射频识别技术阅读器部分、第三部分是待测设备部分、第四部分是管理中心部分。

在整个系统中，管理中心处于核心位置，主要由应用服务器和数据库服务器组成。应用服务器在串行接口和以太网的支持下，与多个待测设备进行连接。同时，还安装了规约操作引擎，这样就可以对规约进行组帧、发送、接收以及解析，并将规约检测数据存储到数据库服务器中。应用服务器与数据库服务器之间由局域网连接，应用服务器与射频识别技术阅读器通过串行接口连接。这样一来，电子产品编码就可以借助阅读器将编码信息接收并写入射频识别技术电子标签中。管理中心还可以与其他检测系统顺利的连接在一起，实现相关数据的共享。另外，在专用网络环境中，管理中心还可以与上级管理进行有效的连接，与远程管理系统进行有效的连接，进而让管理人员对管理系统进行远程管理。

3.3 电子标签编码设计

当数据库同时存储了规约信息和设备信息之后，就需要结合设备，为每一种规约分配相应的射频识别技术电子标签，并进行电子产品编码的设计。编码设计所使用的模型是EPC-96 型编码模型，其参照的标准，除了电子产品国际编码规则之外，还有实际的系统需求。

3.4 数据库设计

在基于射频识别技术的电力设备规约检测线系统的构建当中，应用服务器软件需要如实记录电力设备信息、规约检测数据等多种信息。在做好这些信息记录的同时，还应当根据实际情况将这些数据统计起来，并进行针对性的修改。针对规约检测数据库的设计，面对不同实体之间的联系，还需要采用抽象化处理方法，并结合实体联系图将相应的数据库原始概念模型成功的构造出来。

不同的送检单位可以将同一种电力设备送到检测部门，由相应的检测部门实施相应的规约检测。如果设计不同，那么在规约检测方面也可以交由不同的检测人员负责。整个检测过程，发送或者接收不同的规约帧保温，就可以实现某一待测设备与应用服务器的有效通信。参照规约信息，应用服务器就可以顺利的解析出某一时间段内接收的报文。也就是说，可以通过解析获得这一事件单内某一设备的规约检测数据。在规约检测数据表中，进行这些数据信息的录入，就可以在数据库本身的逻辑结构设计基础上生成数据库表。

3.5 系统实现

基于射频识别技术的电力设备规约检测系统，可以对阅读器的可读写功能进行充分的利用，并将其放到.NET 开发环境当中，在C#可视化编程、SQL Server 数据库技术、C/S 体系结构等的支持下，来进行相应功能模块的开发。分析系统的主界面，如果电子标签信息的电子产品编码被读写器成功读取到，那么表格中就会将相应设备和规约信息进行如实的展示，然后再和这一设备进行通信连接的成功建立。针对规约，检测人员可以组帧，也可以发送，更加可以解析。现阶段，但是，这一系统的开发空间还很大，很多功能还有待优化。通过系统模块的实验，基本可以明确这一系统的可操作性非常强。