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關(guān)鍵詞: RFID; 電力巡檢系統(tǒng); 傳輸距離; 抗干擾分析
中圖分類號(hào): TN915.853?34; TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1004?373X(2017)12?0159?03
Abstract: Aiming at the low analysis efficiency of the transmission distance and anti?jamming analysis method of the electric power inspection system, and poor optimization performance of the system transmission distance and anti?jamming performance, a transmission distance and anti?jamming analysis method of the electric power inspection system based on RFID is put forward. The structure of the electric power inspection system based on RFID and inspection process are studied to determine the analysis direction for this method. The transmission distance analysis method is adopted to obtain the transmission distance optimization function of the electric power inspection system according to the arrangement mode of input coil winding and output coil winding in system circuit. The anti?jamming analysis method is used to achieve the high?grade, medium?grade and low?grade anti?jamming analysis schemes according to the disturbed condition of the system transmission channel. The medium?grade and high?grade anti?jamming analysis schemes are used for the forward?direction transmission channel of the system. The low?grade anti?jamming analysis scheme is used for the reverse?direction transmission channel. The experimental results show that the method has superior optimization performance for transmission distance and anti?interference ability of the electric power inspection system, and high analysis efficiency.
Keywords: RFID; electric power inspection system; transmission distance; anti?interference analysis
近年來,數(shù)字化領(lǐng)域發(fā)展迅猛,各行各業(yè)以及居民的用電量明顯增加,電力設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系著國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈,也與人們的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。如何合理解決電力設(shè)備故障、維持其穩(wěn)定運(yùn)行,是人們關(guān)注的重點(diǎn)[1?3]。基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力安全隱患,是保障電力設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。隨著科研組織對(duì)電力巡檢工作研究的不斷深入,人們逐漸意識(shí)到基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)傳輸距離及抗干擾能力的重要性,ζ浞治齜椒ǖ難褚渤晌科研組織的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容[4?6]。
1 基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)
無線射頻識(shí)別技術(shù)是一種非沖突式的通信技術(shù),能夠直接使用無線射頻信號(hào)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行特殊信息識(shí)別。基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量大、體積小,并且自動(dòng)化水平較高,可有效減少用工成本。圖1為基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
由圖1可得,基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成,硬件部分主要包括處理芯片和RFID手持終端。其中,電力設(shè)備射頻標(biāo)簽來源于被巡檢區(qū)域中的電力設(shè)備,RFID手持終端是巡檢人員在巡檢工作中使用的無線射頻終端,它具有攜帶方便、使用環(huán)境無限制的優(yōu)點(diǎn);軟件部分包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和控制中心。
在電力巡檢工作中,電力設(shè)備射頻標(biāo)簽會(huì)被實(shí)時(shí)采集并自動(dòng)寫入到RFID手持終端中,RFID手持終端將對(duì)電力設(shè)備射頻標(biāo)簽進(jìn)行定位和巡檢時(shí)間的填制等處理。經(jīng)RFID手持終端處理后的電力設(shè)備射頻標(biāo)簽含有設(shè)備故障、故障產(chǎn)生時(shí)間、故障設(shè)備定位等信息,這些信息將傳輸?shù)教幚硇酒羞M(jìn)行分析。
2 電力巡檢系統(tǒng)傳輸距離及抗干擾分析
2.1 系統(tǒng)傳輸距離分析方法
2.2 系統(tǒng)抗干擾分析方法
基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)擁有兩條傳輸通道,分別是電力設(shè)備射頻標(biāo)簽采集通道和RFID手持終端處理通道。所提基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)抗干擾方法將電力設(shè)備射頻標(biāo)簽采集通道的方向標(biāo)記為正向傳輸,反方向的傳輸方向則為逆向傳輸。
根據(jù)第1節(jié)的描述,可知正向傳輸通道要長(zhǎng)于逆向傳輸通道,因此所提方法構(gòu)建出如圖2所示的系統(tǒng)傳輸通道干擾模擬圖。
由圖2可知,正向傳輸通道的距離較長(zhǎng),因此比逆向傳輸通道更易受到干擾。干擾因素主要包括:不明身份人員對(duì)巡檢方案的非法變更、電力設(shè)備電子編碼的非法盜用、電力設(shè)備射頻標(biāo)簽的未授權(quán)復(fù)制、系統(tǒng)運(yùn)行流程的變更、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的信息泄露等。因此,應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)的信息存儲(chǔ)、通信傳輸以及巡檢方案的具體實(shí)施等方面進(jìn)行重點(diǎn)抗干擾設(shè)計(jì)。在信息存儲(chǔ)工作和通信傳輸工作中,應(yīng)維持信息的完整性和隱私性;在巡檢方案的具體實(shí)施工作中,應(yīng)維持實(shí)施流程的隱私性和準(zhǔn)確性。所提基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)抗干擾方法將根據(jù)上述信息,在保證方法分析效率的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)抗干擾模型進(jìn)行構(gòu)建,如圖3所示。
由圖3可知,所提基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)抗干擾方法的抗干擾模型給出高、中、低三個(gè)等級(jí)的抗干擾方案。低等級(jí)抗干擾方案包括密鑰驗(yàn)證和詢問機(jī)制,中等級(jí)抗干擾方案為真實(shí)ID保護(hù),高等級(jí)抗干擾方案則是將兩個(gè)或兩個(gè)以上的低、中等級(jí)抗干擾方案進(jìn)行融合。通常,對(duì)基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)中的正向傳輸通道使用中、高等級(jí)抗干擾方案,對(duì)逆向傳輸通道使用低等級(jí)抗干擾方案。
3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
3.1 系統(tǒng)傳輸距離優(yōu)化性能驗(yàn)證
在電力巡檢系統(tǒng)傳輸距離優(yōu)化性能驗(yàn)證中,選擇GPRS分析方法和智能診斷系統(tǒng)分析方法作為本文方法的實(shí)驗(yàn)對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)先對(duì)未使用任何方法進(jìn)行優(yōu)化的基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)的傳輸距離進(jìn)行采集,再對(duì)使用上述三種方法進(jìn)行優(yōu)化后的系統(tǒng)傳輸距離進(jìn)行采集,繪制成如圖4所示的曲線圖,并進(jìn)行對(duì)比。
由圖4可知,優(yōu)化前基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)的傳輸距離隨輸入/輸出線圈半徑差值的增長(zhǎng)而下降,優(yōu)化后的系統(tǒng)傳輸距離則較為穩(wěn)定。在三種方法中,經(jīng)本文方法優(yōu)化后的系統(tǒng)傳輸距離下降現(xiàn)象明顯改善,并且傳輸距離比優(yōu)化前平均增長(zhǎng)15.3 m,證明本文方法對(duì)系統(tǒng)傳輸距離的優(yōu)化性能較強(qiáng)。
3.2 系統(tǒng)抗干擾能力優(yōu)化性能驗(yàn)證
在電力巡檢系統(tǒng)抗干擾能力優(yōu)化性能驗(yàn)證中,選擇5種能夠?qū)赗FID的電力巡檢系統(tǒng)產(chǎn)生較大程度干擾的干擾因素,使用第3.1節(jié)中的三種方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化結(jié)果如表1所示。
由表1可知,在GPRS分析方法和智能診斷系統(tǒng)分析方法的優(yōu)化下,系統(tǒng)均受到了不同程度的干擾。而在本文方法的合理優(yōu)化下,系統(tǒng)并未受到干擾,證明本文方法對(duì)系統(tǒng)抗干擾能力的優(yōu)化性能較強(qiáng)。
3.3 方法分析效率驗(yàn)證
對(duì)第3.1、3.2節(jié)中三種方法的分析時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì),如表2所示。
對(duì)比表2中的數(shù)據(jù)可知,本文方法的分析時(shí)間非常短,表明本文方法具備較高的分析效率。
4 結(jié) 論
本文提出基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)傳輸距離及抗干擾分析方法,其通過對(duì)基于RFID的電力巡檢系統(tǒng)進(jìn)行研究,給出系統(tǒng)傳輸距離分析函數(shù),以及密鑰驗(yàn)證、詢問機(jī)制和真實(shí)ID保護(hù)等系統(tǒng)抗干擾分析方案。實(shí)驗(yàn)將本文方法與GPRS分析方法、智能診斷系統(tǒng)分析方法進(jìn)行對(duì)比,證明了本文方法能夠合理優(yōu)化電力巡檢系統(tǒng)的傳輸距離和抗干擾能力,并具備較高的分析效率。
參考文獻(xiàn)
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以某次全省無線電專業(yè)設(shè)備實(shí)際巡檢工作為例,擬共需巡檢設(shè)備種類有4種,分別是頻譜分析儀、信號(hào)源、綜測(cè)儀、集成測(cè)試控制箱,共計(jì)64臺(tái)(套)。其式頻譜分析儀21臺(tái)、便攜式頻譜分析儀15臺(tái)、信號(hào)源10臺(tái)、綜測(cè)儀9臺(tái)、集成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)9套。在所有擬巡檢儀表中,使用年限在1年內(nèi)的有8臺(tái),使用年限在3年內(nèi)的有18臺(tái),使用年限在5年內(nèi)的有20臺(tái),超過5年的有18臺(tái)。本次巡檢任務(wù)目標(biāo)為發(fā)現(xiàn)擬巡檢設(shè)備在功能性能方面存在的問題。擬巡檢設(shè)備儀表的配置和分布情況見表1。上述設(shè)備目前配置在某省無線電管理機(jī)構(gòu)和9個(gè)無線電派出機(jī)構(gòu)及其工作站。由于省無線電管理機(jī)構(gòu)和各派出機(jī)構(gòu)地理位置較為分散,需要專業(yè)檢測(cè)人員分別前往各機(jī)構(gòu)辦公地點(diǎn)開展巡檢,綜合考慮前往各地的行程,巡檢需要在1個(gè)月內(nèi)完成。
2巡檢方案安排
根據(jù)該省巡檢需求,巡檢服務(wù)提供方設(shè)計(jì)巡檢方案如下:為對(duì)擬巡檢設(shè)備儀表進(jìn)行全方位的功能性能檢查,提供下述三項(xiàng)巡檢項(xiàng)目:一是儀器儀表單機(jī)巡檢;二是系統(tǒng)軟件及運(yùn)行維護(hù)巡檢;三是系統(tǒng)正確性驗(yàn)證測(cè)試巡檢。其中單機(jī)巡檢項(xiàng)目的主要內(nèi)容有:儀表信息、校準(zhǔn)狀態(tài)、自檢狀態(tài)、功能按鍵、屏幕顯示、內(nèi)部組件與控制端口、電平測(cè)量誤差(頻譜儀)、輸出信號(hào)電平誤差(信號(hào)源)、信號(hào)類型輸出(信號(hào)源)、DANL(頻譜儀)、trace方式(頻譜儀)、檢波方式(頻譜儀)、內(nèi)置衰減、分辨率帶寬(頻譜儀)、外部增益補(bǔ)償(頻譜儀)、測(cè)量套件、選件驗(yàn)證。系統(tǒng)軟件及運(yùn)行維護(hù)項(xiàng)目主要內(nèi)容有:系統(tǒng)安裝檢查、軟件版本檢查、模塊檢查、報(bào)告模板與引用標(biāo)準(zhǔn)檢查以及軟件平臺(tái)測(cè)試檢查。系統(tǒng)正確性檢查項(xiàng)目的主要內(nèi)容是:對(duì)于由多臺(tái)儀表搭建的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),將系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試的結(jié)果與手動(dòng)操作儀表得出的結(jié)果進(jìn)行不確定度計(jì)算,以確定測(cè)試系統(tǒng)結(jié)果的偏差是否在可接受的范圍內(nèi)。根據(jù)方案,巡檢服務(wù)提供方擬派出專業(yè)測(cè)試人員1名,由巡檢需求方派出專業(yè)技術(shù)人員1名。巡檢診斷用檢測(cè)設(shè)備包括校準(zhǔn)溯源的功率計(jì)、信號(hào)源、射頻線纜、GPIB連接器、測(cè)試用筆記本電腦終端等。
3對(duì)巡檢異常儀表的說明
在全部64臺(tái)設(shè)備儀表中,經(jīng)巡檢發(fā)現(xiàn)問題的有13臺(tái),占所有巡檢設(shè)備儀表總數(shù)的20.3%,詳見表2。在有問題的13臺(tái)儀表中,問題較為嚴(yán)重的儀表有4臺(tái),分別是兩臺(tái)MS2687B儀表射頻輸入口和配套轉(zhuǎn)接頭損壞;1臺(tái)MS2724B模擬解調(diào)功能損壞;1臺(tái)MG3693B輸出FM/AM調(diào)制波形失真。問題一般的有9臺(tái),分別是7臺(tái)MS2721A由于儀表老化在某頻點(diǎn)出現(xiàn)虛假信號(hào);1臺(tái)N9030A儀表墊腳和窗口鍵丟失;1臺(tái)N9020A后面板一USB接口故障。故障原因分析診斷:對(duì)于問題較嚴(yán)重的兩臺(tái)MS2687B,由于儀表射頻前端存在1個(gè)高出前面板5~6cm的專用連接器,射頻前端的損壞可能為野外作業(yè)時(shí)由于車輛顛簸碰撞造成。MS2724B模擬解調(diào)功能失效可能由解調(diào)模塊損壞或揚(yáng)聲器損壞造成。MG3693B出現(xiàn)波形失真是由于使用年限較長(zhǎng),性能老化造成。根據(jù)以上診斷結(jié)果,巡檢服務(wù)提供方建議:對(duì)于使用年限較短、功能性能尚好的儀表應(yīng)積極安排返廠維修,對(duì)于使用年限較長(zhǎng)且功能性能均已嚴(yán)重老化的儀表應(yīng)考慮作停用或報(bào)廢處理。
4對(duì)受檢正常儀表的評(píng)價(jià)
一是頻譜分析儀,是此次巡檢中受檢數(shù)量最多的一類儀表。以歸一化DANL測(cè)量峰值指標(biāo)為例,詳見表3。在日常無線電監(jiān)測(cè)工作常用的超短波頻段,臺(tái)式頻譜儀指標(biāo)最好的為N9030A,其次是N9020A和MS2692A。由于測(cè)量不確定度影響,巡檢中N9030A和N9020A的DANL指標(biāo)在超短波頻段(30MHz~3GHz)最大相差3dB,而最小只有不到1dB。這說明僅對(duì)日常測(cè)試測(cè)量超短波頻段的工作能力來講,N9030A與N9020A差別并不大,只是N9030A略好。從表3可以看出MS2692A和N9020A的指標(biāo)不相上下,但在實(shí)際巡檢中發(fā)現(xiàn),相同設(shè)置下MS2692A需要更長(zhǎng)的積分時(shí)間,才能獲得與N9020A相同的DANL指標(biāo),因此N9020A要略勝一籌。便攜頻譜儀指標(biāo)最好的為MS2724B,MS2724B在該指標(biāo)上甚至超過了臺(tái)式儀表MS2687B、N8563EC和MS8609A。二是信號(hào)源,此次受檢的兩種信號(hào)源,MG3693B為模擬信號(hào)源,其只能發(fā)射模擬調(diào)制類型的信號(hào),使用年限較長(zhǎng),而MG3700A為矢量信號(hào)源,能發(fā)射CW信號(hào)和各類數(shù)字信號(hào),且支持自定義數(shù)字信號(hào)文件的輸入。三是綜測(cè)儀,受檢型號(hào)只有IFR3920一種,巡檢結(jié)果顯示均正常,能夠滿足日常測(cè)試工作需要。四是集成控制箱,受檢型號(hào)均為DC系列,巡檢結(jié)果均正常,能夠滿足日常測(cè)試工作需要。
5結(jié)束語(yǔ)
在第八屆工程機(jī)械CIO暨產(chǎn)業(yè)營(yíng)銷高峰論壇上,沃爾沃建筑設(shè)備憑借近年來在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的創(chuàng)新投入,榮獲組委會(huì)評(píng)選的“電商應(yīng)用先鋒獎(jiǎng)”。本次獲獎(jiǎng)標(biāo)志著行業(yè)各方對(duì)于沃爾沃建筑設(shè)備力主創(chuàng)新、開拓服務(wù)新模式的認(rèn)可,也代表著沃爾沃建筑設(shè)備緊貼用戶需求轉(zhuǎn)變、扎根中國(guó)市場(chǎng)的長(zhǎng)期承諾。
隨著傳統(tǒng)商業(yè)活動(dòng)各環(huán)節(jié)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的不斷深入,工程機(jī)械行業(yè)也立足在了產(chǎn)業(yè)數(shù)字化升級(jí)的風(fēng)口浪尖。沃爾沃建筑設(shè)備作為扎根中國(guó)十余年、對(duì)于中國(guó)市場(chǎng)用戶需求有著深刻洞察的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)品牌,在業(yè)內(nèi)率先開始了用戶服務(wù)與產(chǎn)品管理的新探索,先后推出了多項(xiàng)融合互聯(lián)網(wǎng)思維的產(chǎn)品與服務(wù)解決方案,得到了用戶的積極反饋。
其中,2014年起便逐步醞釀、直至2015年正式成熟上線的“沃+”線上平臺(tái),就是沃爾沃建筑設(shè)備力主創(chuàng)新的集大成者。該平臺(tái)為機(jī)手、機(jī)主量身打造了全面多樣的功能渠道,為工程機(jī)械從業(yè)者們的生活、工作多方面提供了方便、快捷的專業(yè)服務(wù)。普通機(jī)手可以在此獲得行業(yè)咨詢、招工信息和設(shè)備保養(yǎng)知識(shí);而機(jī)主可通過平臺(tái)了解產(chǎn)品促銷、維修、保養(yǎng)巡檢等一系列重要信息。通過平臺(tái)的信息交互,無論工程機(jī)械用戶、經(jīng)銷商抑或廠商自身都有效地提升了信息溝通速度,擴(kuò)展了信息互動(dòng)渠道,獲得切實(shí)的利益。除此之外,“沃+”還成為了一個(gè)生活社交的線上互動(dòng)平臺(tái),有效地豐富了行業(yè)從業(yè)人員的業(yè)余生活。
關(guān)鍵詞:GPRS;城市配網(wǎng);運(yùn)行巡檢;提升方案
中圖分類號(hào):TM764 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-2374(2013)29-0112-02
1 概述
隨著我國(guó)近年來生產(chǎn)技術(shù)的迅猛發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程步伐的加快,電力建設(shè)與城市建設(shè)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展日益受到各地方政府乃至國(guó)家的重視。在針對(duì)配網(wǎng)的運(yùn)行以及城市巡檢方面,隨著配電自動(dòng)化的發(fā)展,開發(fā)出了相關(guān)的智能監(jiān)測(cè)和快速故障診斷、隔離,饋線遠(yuǎn)方終端被越來越多地安裝在配電網(wǎng)饋線回路的柱上開關(guān)和開關(guān)柜等處,具有遙信、遙測(cè)、遙控和故障電流檢測(cè)等功能。簡(jiǎn)化了人為巡檢的麻煩,為實(shí)際工作提供了方便。
GPRS通訊技術(shù)的電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、無線遙測(cè)、遙控技術(shù)和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)于一體,具備遙控、遙測(cè)、遙信、遙視功能,通過GPRS通訊技術(shù)遠(yuǎn)程傳輸至電力調(diào)度中心,建立相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù);結(jié)合GIS平臺(tái),可在聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)內(nèi)電力設(shè)備的相關(guān)動(dòng)態(tài)信息。
上位機(jī)軟件通過采集的數(shù)據(jù),自動(dòng)分析、計(jì)算不平衡率和三相電流平均值,通過對(duì)負(fù)荷相位較重的判斷,計(jì)算需要調(diào)整多少負(fù)荷,系統(tǒng)通過查找該相上的換相開關(guān)的平均負(fù)荷量,計(jì)算需要調(diào)整哪幾個(gè)換相開關(guān),運(yùn)維人員只需要在電腦前一鍵執(zhí)行,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)線路負(fù)荷的調(diào)整。并可統(tǒng)計(jì)出臺(tái)區(qū)的電壓、電流峰值、三相負(fù)荷率、電壓合格率、分支線路的負(fù)荷等信息。
2 可行性分析
首先在選擇監(jiān)控系統(tǒng)通信的方式上,國(guó)內(nèi)外目前有許多應(yīng)用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信方式。但是由于不同的局限性存在于各種通信方式中,配電自動(dòng)化所有層次需求不能都得到很好的滿足。對(duì)于分布很廣且測(cè)控點(diǎn)眾多的配電自動(dòng)化系統(tǒng)來說,不需傳輸線、覆蓋面廣、可與停電區(qū)通信,又可以利用公共無線通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)雙向通信的無線通信系統(tǒng),是非常適用的,因此,無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)是一種較為理想、經(jīng)濟(jì)的方式。GPRS在電力通信網(wǎng)中的可行性包括有技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的可行性兩個(gè)方面:(1)從技術(shù)角度分析,GPRS是中國(guó)移動(dòng)在其現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上開通的一種分組數(shù)傳輸性術(shù),它所依托的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、迅速、靈活,系統(tǒng)擴(kuò)容方便、覆蓋面廣,中國(guó)移動(dòng)可與配電管理中心間采用數(shù)據(jù)專線連接的方式,保障了數(shù)據(jù)系統(tǒng)的安全性和傳輸?shù)目煽啃裕档土藗鬏斞訒r(shí),同時(shí)經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)有所減少。數(shù)據(jù)傳輸速率理論的最高值可達(dá)到171.2kbps,實(shí)際中雖達(dá)不到,但根據(jù)中國(guó)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)情況,目前可提供20~40kbps的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸,仍遠(yuǎn)高于目前配電自動(dòng)化監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸速率(一般為1200~9600bps)。(2)經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度出發(fā),GPRS的收費(fèi)是按照使用者發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)量來進(jìn)行收費(fèi),數(shù)據(jù)流量為零時(shí)則采用包月制或者不收費(fèi)。這樣可以減少專用網(wǎng)絡(luò)和通信信道的大量投資,而且用電力企業(yè)自己維護(hù),經(jīng)濟(jì)上是合算的。
其次,近年來,組件式GIS技術(shù)的不斷發(fā)展及壯大,其特有的圖形編輯、設(shè)備管理、地理查詢、網(wǎng)絡(luò)分析、輔助決策等管理功能,對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的合理布局與規(guī)劃、整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度以及控制有著極其重要的意義,尤其是GIS的動(dòng)態(tài)數(shù)字電網(wǎng)和基本設(shè)備管理可視化必將掃除以前連續(xù)地與純數(shù)字打交道的枯燥,將極大提高工作效率。
綜合上述兩個(gè)方面,基于GPRS配網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面都具有很高的可行性。
3 具體方案的設(shè)計(jì)
從圖1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以看出,該系統(tǒng)是由多個(gè)GPRS數(shù)據(jù)終端GPRSDTU和設(shè)在配電管理中心的1個(gè)主控服務(wù)器共同組成的,配電監(jiān)控終端智能一體化FTU通過標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口與GPRSDTU傳輸模塊連接。主控服務(wù)器主要完成報(bào)表打印、電子地圖顯示、系統(tǒng)維護(hù)、數(shù)據(jù)檢索、故障分析、遙訊、遙測(cè)以及遙控等功能,另外,安裝于電力設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的配電監(jiān)控終端FTU為對(duì)電力設(shè)備電壓、電流,控制電力設(shè)備開關(guān),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊,實(shí)時(shí)在線控制機(jī)等檢測(cè)與獲取參數(shù)的
功能。
3.1 硬件系統(tǒng)
城區(qū)配網(wǎng)10kV及以下線路,采用了許多柱上開關(guān)。老式柱上開關(guān)僅能實(shí)現(xiàn)帶負(fù)荷合跳閘功能(人工合/跳)。可采用智能一體化FTU。該FTU是運(yùn)用基于GPRS的無線通訊技術(shù)、微機(jī)控制、微機(jī)保護(hù)和測(cè)量技術(shù)、電能計(jì)量技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品。它應(yīng)具備的功能包括有:微機(jī)保護(hù)功能、數(shù)據(jù)采集功能、無線數(shù)據(jù)通訊、無線遙控。
智能一體化FTU硬件構(gòu)成包括:(1)“四遙”模塊:能對(duì)4路狀態(tài)量進(jìn)行采集;對(duì)9個(gè)電氣參數(shù)進(jìn)行測(cè)量;4路遙控量輸出;諧波記錄;事件記錄(SOE)等。(2)通信模塊:即具有GPRS功能的實(shí)時(shí)透明傳輸模塊,采用國(guó)際通用的MODBUS通信協(xié)議,向下通RS232/RS485接口和測(cè)控模塊相聯(lián)。向上則利用GPRS模塊通過天線發(fā)送/接收數(shù)據(jù)。
(3)電源模塊:雙重電源供電,除有系統(tǒng)提供交流220V電源外,另配有免維護(hù)電池和逆變模塊,確保系統(tǒng)失電時(shí),F(xiàn)TU能正常工作。
3.2 軟件系統(tǒng)
為完成配網(wǎng)自動(dòng)化功能,配電管理中心可采用前置機(jī)和主控服務(wù)器模式組成局域網(wǎng),兩臺(tái)工作站監(jiān)控、分析配網(wǎng)工況。遙控工作站用于監(jiān)視、控制終端設(shè)備的運(yùn)行工況;GIS工作站反映地理信息、設(shè)備管理及故障區(qū)域顯示。配電管理中心的主控服務(wù)器軟件系統(tǒng)包括有網(wǎng)路通信軟件系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器系統(tǒng),用以完成TCP/UDP鏈路建立、維護(hù)、數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)等功能。遙控工作站軟件系統(tǒng)包括有基于城區(qū)配電網(wǎng)主結(jié)線、配工業(yè)組態(tài)軟件等軟件,完成對(duì)配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和報(bào)警;GIS工作站軟件包括配GeoStar組合模塊軟件,通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò),以Client/Server(客戶機(jī)/服務(wù)器)方式,SCADA系統(tǒng)向GIS系統(tǒng)開放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)招測(cè)函數(shù)。SCADA系統(tǒng)向GIS提供的實(shí)時(shí)招測(cè)函數(shù)為Windows格式,在GIS的配電網(wǎng)圖上刷新顯示開關(guān)狀態(tài)、數(shù)據(jù)信息小于5s。此外電力負(fù)荷灰色預(yù)測(cè)軟件、配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)“網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)”決策支持軟件、配電網(wǎng)故障區(qū)段判斷算法軟件、FTU的重合閘控制策略軟件等是在供電專家知識(shí)決策基礎(chǔ)上生成的。
3.3 測(cè)量數(shù)據(jù)
通過智能一體化FTU硬件的測(cè)量,以某條10kV城市配網(wǎng)線路為例,在每個(gè)桿塔之間加裝一個(gè)該裝置,將數(shù)據(jù)的傳輸周期設(shè)置為每30min更新一次。通過GPRSDTU的接口,以GPRS的傳輸方式為方法,通過對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行頻率、電壓和負(fù)荷的相關(guān)節(jié)點(diǎn)情況實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)傳輸,實(shí)現(xiàn)了巡檢的功能。
新型的配網(wǎng)巡檢作業(yè)提高了供電可靠性。近年來,各單位積極開展配網(wǎng)巡檢工作的深化,要求各地區(qū)持續(xù)擴(kuò)大城市配網(wǎng)巡檢范圍,增加巡檢項(xiàng)目,據(jù)某城市供電局統(tǒng)計(jì),截止2012年共計(jì)完成無線巡檢裝置80%以上,其中新型的巡檢方式所檢測(cè)出的故障問題是故障總數(shù)的60%,有效地減少了設(shè)備故障停電時(shí)間,為全面開展?fàn)顟B(tài)檢修提供了良好的基礎(chǔ)。
4 系統(tǒng)特點(diǎn)
城區(qū)配網(wǎng)自動(dòng)化配置方案落實(shí)為可靠的一次設(shè)備,并集現(xiàn)代化的設(shè)備、數(shù)據(jù)通信傳輸、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及遠(yuǎn)程控制技術(shù)于一體的電力自動(dòng)化控制與信息管理系統(tǒng)。
系統(tǒng)中智能一體化FTU具有遙信功能、遙測(cè)功能、遙控功能、保護(hù)功能、事件順序記錄、定值的遠(yuǎn)方修改和召喚定值、自檢和自恢復(fù)功能、遠(yuǎn)方控制閉鎖與手動(dòng)操作功能、抗惡劣環(huán)境、可靠的電源措施。
所采用的是“無線數(shù)據(jù)終端”,是基于目前覆蓋面積廣且技術(shù)成熟的GPRS網(wǎng)絡(luò)接入到Internet(以太網(wǎng))上,全面支持TCP/IP協(xié)議,實(shí)現(xiàn)RS485與TCP/UDP/IP協(xié)議全透明轉(zhuǎn)換的專用接入設(shè)備終端,為遠(yuǎn)程FTU終端數(shù)據(jù)通訊提供數(shù)據(jù)交流平臺(tái)。用戶只需設(shè)置參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的饋線自動(dòng)化,終端單元直接與以太網(wǎng)絡(luò)相連,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互通。這種通信具有明顯的以下特點(diǎn):實(shí)時(shí)在線;按量收費(fèi);傳輸速度快;快速登陸,連接時(shí)間短;具有心跳功能,防止網(wǎng)絡(luò)異常、掉線自動(dòng)撥號(hào)。
5 結(jié)語(yǔ)
系統(tǒng)不僅可以采集變壓器臺(tái)區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù),在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),控制剩余電流斷路器分合動(dòng)作,還可以對(duì)支線的各個(gè)電流、電壓進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的采集;同時(shí)配合相位自動(dòng)切換開關(guān),實(shí)現(xiàn)三相線路負(fù)荷的自動(dòng)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)線損分析及設(shè)備故障自動(dòng)保護(hù)、遠(yuǎn)程抄表、電壓合格率的統(tǒng)計(jì)分析、設(shè)備巡檢監(jiān)控分析等功能。
靈活多用的系統(tǒng)組建:終端裝置獨(dú)立運(yùn)行和全面的邏輯判斷功能,使該系統(tǒng)沒有數(shù)字計(jì)量表、數(shù)據(jù)服務(wù)器主站也可以靈活提供以供電所、單臺(tái)變壓器為管理單位的組建系統(tǒng)方案,進(jìn)行一系列的組建運(yùn)行。
綜上所述,本系統(tǒng)中的技術(shù)關(guān)鍵有三點(diǎn):其一為智能一體化FTU;其二為基于GPRS的通訊技術(shù);其三為含基于供電專家知識(shí)的決策支持軟件的配網(wǎng)自動(dòng)化的軟件系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞 二維碼 隧道管養(yǎng) 信息系統(tǒng)
中圖分類號(hào):TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2015.06.063
Tunnel Custody System Applications Based on Combination
of Phone and Two-dimensional Code
DAI Pengfei[1], SUN Jingjing[2]
([1] Jiangsu Province Communications Planning and Design Institute Limited Company, Nanjing, Jiangsu 210014;
[2] Nanjing Yangtze River Tunnel Limited Company, Nanjing, Jiangsu 211800)
Abstract Highway tunnel as a major public works. Since the tunnel complex itself, combined with a wide range, a huge number of facilities and equipment, to grasp their operational status, and critical scientific conservation. This article describes the mobile phone based on constructing a tunnel through the two-dimensional code scanning mode custody research and application of information systems, making the process more efficient custody, management decisions more scientific.
Key words two-dimensional code; tunnel custody; information system
0 概述
公路隧道為交通網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),隨著我國(guó)越來越多的公路隧道進(jìn)入運(yùn)營(yíng)階段,其運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平廣受矚目。而時(shí)刻保障隧道處于安全運(yùn)行的狀態(tài)則是其能否正常運(yùn)營(yíng)服務(wù)的決定性因素。在持續(xù)提供服務(wù)的過程中,對(duì)隧道的土建結(jié)構(gòu)、機(jī)電系統(tǒng)等進(jìn)行科學(xué)的管養(yǎng)是最基本、最有效的途徑。
但是我國(guó)公路隧道養(yǎng)護(hù)管理起步較晚,還處于原始的低效率階段,在養(yǎng)護(hù)巡檢的過程中,大多使用人工進(jìn)行紙質(zhì)記錄。因此,構(gòu)建實(shí)用、高效的養(yǎng)護(hù)信息化系統(tǒng)對(duì)公路隧道的科學(xué)養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要。由于隧道本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加之種類繁多、數(shù)量巨大的設(shè)施及設(shè)備,要及時(shí)掌握它們的狀態(tài)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析就必須依托于現(xiàn)代信息技術(shù)。
二維碼越來越多地出現(xiàn)在我們的日常生活中,通過手機(jī)攝像頭的掃描即可獲得相應(yīng)的信息。利用二維碼對(duì)隧道數(shù)量巨大的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行標(biāo)注并作為系統(tǒng)信息輸入入口可以使得管養(yǎng)過程更簡(jiǎn)單、更高效、更準(zhǔn)確。
1 管養(yǎng)信息系統(tǒng)功能
如圖1所示,管養(yǎng)信息系統(tǒng)主要由4部分組成:(1)B/S結(jié)構(gòu)的管養(yǎng)信息系統(tǒng)軟件功能模塊,包含設(shè)施設(shè)備基礎(chǔ)信息、巡檢標(biāo)準(zhǔn)管理、二維碼及映射管理、評(píng)價(jià)體系維護(hù)、巡檢任務(wù)管理、查詢統(tǒng)計(jì)及系統(tǒng)管理等;(2)內(nèi)部接口:與手機(jī)APP進(jìn)行養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)交換,完成設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中,為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)源;(3)外部接口:與其他各系統(tǒng)(SCADA、OA、消防監(jiān)控系統(tǒng)等)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;(4)預(yù)留擴(kuò)展:為新需求或后建其他功能系統(tǒng)提供擴(kuò)展接口預(yù)留。
圖1 管養(yǎng)信息系統(tǒng)功能圖
系統(tǒng)涵蓋管養(yǎng)全過程,除具備基本信息、標(biāo)準(zhǔn)管理、養(yǎng)護(hù)、報(bào)表、運(yùn)營(yíng)管理等功能外,還可拓展統(tǒng)計(jì)分析、庫(kù)存管理、績(jī)效考核、綜合評(píng)價(jià)、決策建議等功能。
2 二維碼的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
矩陣式二維條碼它是在一個(gè)矩形空間通過黑、白像素在矩陣中的不同分布進(jìn)行編碼。矩陣式二維條碼是建立在計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、組合編碼原理等基礎(chǔ)上的一種新型圖形符號(hào)自動(dòng)識(shí)讀處理碼制。
二維碼應(yīng)用于隧道管養(yǎng)信息系統(tǒng),具有如下的特點(diǎn):(1)高密度編碼,信息容量大:可容納多達(dá)1108個(gè)字節(jié)(500多個(gè)漢字),比普通條碼信息容量約高幾十倍。(2)編碼范圍廣:圖片、聲音、文字等各類信息均可以經(jīng)過數(shù)字化編碼后進(jìn)行存儲(chǔ)。(3)容錯(cuò)能力強(qiáng),具有糾錯(cuò)功能:二維碼因穿孔、污損等引起局部損壞時(shí),照樣可以正確得到識(shí)讀,損毀面積達(dá)50%仍可恢復(fù)信息。(4)可引入加密措施:保密性、防偽性好。(5)形狀、尺寸大小比例可變,便于結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況按需靈活定制;(6)成本低,易制作,維護(hù)便利,持久耐用。
目前,人工電子化巡檢中,使用較多的為RFID電子標(biāo)簽配合手持式終端。手機(jī)結(jié)合二維碼形式與RFID結(jié)合手持式終端形式對(duì)比如表1所示:
表1 二維碼標(biāo)簽與RFID標(biāo)簽對(duì)比表
結(jié)合二維碼的特點(diǎn)以及表1比較,總的來說,二維碼具有儲(chǔ)存量大、保密性高、讀取設(shè)備通用性高、易于制作、維護(hù)更換方便、系統(tǒng)總體成本低廉等特點(diǎn),更適用于在養(yǎng)護(hù)信息系統(tǒng)中使用,是對(duì)RFID電子標(biāo)簽配合手持式終端的電子化巡檢系統(tǒng)的有效補(bǔ)充或升級(jí)替代。
3 二維碼在管養(yǎng)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1 管養(yǎng)巡檢子系統(tǒng)
巡檢子系統(tǒng)是管養(yǎng)信息系統(tǒng)中的重要組成部分(圖2)。該系統(tǒng)由二維碼標(biāo)簽與巡檢手機(jī)及巡檢應(yīng)用軟件構(gòu)成。系統(tǒng)是基于以可靠性為中心的設(shè)備維修管理理念基礎(chǔ)之上的,提供提高設(shè)備維護(hù)管理水平的整體解決方案。通過該系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)參數(shù)、操作規(guī)程提供隨時(shí)檢索和下載存儲(chǔ);可以建立故障代碼體系,支持故障診斷輔助;可以建立基于PDA的安全管理系統(tǒng)、點(diǎn)巡檢系統(tǒng)、檢修管理系統(tǒng)、定置管理和設(shè)備綜合數(shù)據(jù)通訊管理系統(tǒng),可以利用二維碼掃描進(jìn)行定位,智能系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)單下發(fā)和數(shù)據(jù)記錄、分析工作,從而實(shí)現(xiàn)巡查養(yǎng)護(hù)的綜合管理。
圖2 管養(yǎng)巡檢系統(tǒng)示意圖
3.2 設(shè)備編碼規(guī)則
設(shè)施、設(shè)備的科學(xué)編碼是對(duì)其進(jìn)行正確定位的依據(jù),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)養(yǎng)護(hù)區(qū)段進(jìn)行劃分,并對(duì)巡檢單位進(jìn)行編碼。編碼與日常養(yǎng)護(hù)進(jìn)行緊密結(jié)合,涵蓋土建類和機(jī)電類的基本信息及土建結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)施數(shù)據(jù)。編碼分類清晰、便于識(shí)別、方便管理和調(diào)整。
編碼采用6組15位數(shù)字字母編碼:第一組:兩位,代表單位名稱;第二組:兩位,代表管養(yǎng)區(qū)域;第三組:兩位,代表對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)名稱;第四組:三位,代表設(shè)備類別;第五組:三位,代表具體單個(gè)設(shè)備;第六組:三位,代表設(shè)備部件。
采用數(shù)字字母編碼模式的優(yōu)勢(shì)是可以和二維碼結(jié)合起來,通過二維碼標(biāo)簽標(biāo)識(shí)設(shè)施的唯一身份證明,并通過數(shù)據(jù)采集器的掃描,獲取二維碼身份信息后經(jīng)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢即可知道設(shè)施的詳細(xì)描述,可以很準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行設(shè)施設(shè)備的定位及信息獲取。
3.3 二維碼標(biāo)簽
二維碼標(biāo)簽是設(shè)施設(shè)備進(jìn)行定位的載體。如圖3,二維碼標(biāo)簽樣式由三部分組成:(1)二維碼圖案區(qū)域:根據(jù)設(shè)施設(shè)備的編碼規(guī)則,確定其具置,由此制作出的包含位置信息的二維碼圖案;(2)文字表述區(qū)域:位于二維碼圖案下方,對(duì)該設(shè)施設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述,標(biāo)明其具置、名稱、檢查內(nèi)容、檢查頻次等基本信息;(3)空間屬性標(biāo)記:位于二維碼圖案兩側(cè),使用帶顏色區(qū)分的圖形進(jìn)一步標(biāo)注設(shè)施設(shè)備的空間位置。使用手機(jī)對(duì)二維碼進(jìn)行掃描識(shí)別的同時(shí)拍照并進(jìn)行圖像識(shí)別,用于輔助定位及巡檢防作弊,作為現(xiàn)場(chǎng)記錄憑證,導(dǎo)入巡檢養(yǎng)護(hù)考核機(jī)制。
圖3 二維碼標(biāo)簽示例
二維碼標(biāo)簽可通過打印機(jī)直接打印制作不干膠貼紙或定制金屬銘牌,粘貼于待檢設(shè)施設(shè)備附近。同時(shí),在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)二維碼圖案與對(duì)應(yīng)的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行映射關(guān)聯(lián),構(gòu)建一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,并對(duì)二維碼圖案進(jìn)行保存,便于在二維碼標(biāo)簽損壞后可以及時(shí)進(jìn)行重新制作。巡檢過程中應(yīng)保持二維碼標(biāo)簽的清潔和完好,如有破損應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。
3.4 巡檢應(yīng)用軟件
配置攝像頭的智能手機(jī)已經(jīng)完全普及。巡檢應(yīng)用軟件基于智能手機(jī)平臺(tái)開發(fā),運(yùn)行于巡檢手機(jī)終端,使用觸屏軟件界面,用于獲取二維碼信息、執(zhí)行巡檢養(yǎng)護(hù)操作、建立網(wǎng)絡(luò)通信與后臺(tái)管養(yǎng)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互,是巡檢子系統(tǒng)的核心應(yīng)用。
3.4.1 軟件功能
軟件圍繞巡檢養(yǎng)護(hù)操作定制其功能,主要分系統(tǒng)功能和業(yè)主功能兩部分。
圖4 軟件功能圖
3.4.2 軟件流程
(1)軟件啟動(dòng),進(jìn)行身份驗(yàn)證;(2)啟動(dòng)攝像頭進(jìn)行二維碼掃描識(shí)別,并拍照;(3)對(duì)照片進(jìn)行圖像識(shí)別,作為現(xiàn)場(chǎng)記錄憑證;(4)對(duì)二維碼信息進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢,對(duì)設(shè)備進(jìn)行定位;(5)檢索該設(shè)備巡檢維護(hù)任務(wù);(6)操作人員進(jìn)行養(yǎng)護(hù)作業(yè),通過軟件進(jìn)行資料檢索,養(yǎng)護(hù)信息錄入,對(duì)養(yǎng)護(hù)過程進(jìn)行拍照記錄;(7)數(shù)據(jù)提交,養(yǎng)護(hù)結(jié)果反饋至后臺(tái)服務(wù)器,利于后期進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)及決策分析;(8)記錄巡查路徑;(9)返回第2步,進(jìn)行下一個(gè)巡查點(diǎn)作業(yè);(10)巡查養(yǎng)護(hù)作業(yè)結(jié)束,注銷登陸,退出系統(tǒng)。
3.4.3 軟件界面
結(jié)合智能手機(jī)的使用特點(diǎn),巡檢養(yǎng)護(hù)手機(jī)端軟件以簡(jiǎn)潔的列表與圖標(biāo)按鈕為主,風(fēng)格統(tǒng)一、具備良好的美學(xué)完整性,其軟件界面設(shè)計(jì)注重簡(jiǎn)單、易懂、易操作。界面元素隨需而變,在一個(gè)界面上盡可能減少功能選項(xiàng),突出重點(diǎn)功能,減少使用者尋找和思考的時(shí)間。同時(shí),考慮到智能手機(jī)觸屏操作的特點(diǎn),軟件具備良好的單手操作性。
圖5 軟件界面圖