亢寶印 ，吳麗靜 ，陳慧芬 ，曲曉峰 ，霍艷霞 ，李宜鵬

（1.聊城供電公司，山東 聊城 252000；2.日照山川電子信息技術(shù)有限公司，山東 日照 276800）

0 引言

20世紀(jì)80年代以來，隨著全球的信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到社會經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。目前電力營銷現(xiàn)場作業(yè)的數(shù)據(jù)采集模式大多延續(xù)傳統(tǒng)的手工錄入或條碼掃描模式，隨著用戶數(shù)量及設(shè)備的大量增加及對數(shù)據(jù)即時、批量、快速采集的需求，傳統(tǒng)方式越來越不能適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、信息化管理的要求。

國家電網(wǎng)公司于2008年開始推行大計量中心建設(shè)，將逐步實現(xiàn)表計集中校驗、統(tǒng)一配送，計量中心所管理的表計數(shù)量大副度增加，以聊城供電公司為例，截止2009年底，該公司計量中心所管理的表計數(shù)量已達(dá)40萬只，每月庫房表計出入量超過2萬只，2010年實行表計集中校驗后，該公司計量中心所管理的表計數(shù)量已突破170萬只，每月庫房表計出入量將超4萬只，并且仍將以每年5萬只表計的速度在遞增，面對如此大批量、流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多、流轉(zhuǎn)頻繁的表計，對表計信息的采集提出了更高的要求。

1 整體設(shè)計

2009年底，聊城供電公司與日照山川電子信息技術(shù)有限公司合作，結(jié)合目前表計管理工作的特點，在深入探索RFID自動識別技術(shù)的基礎(chǔ)上，確定把無線射頻這項新技術(shù)融入到供電公司的表計管理流程，利用無線射頻技術(shù)和信息化技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確、快速、便捷、安全，提高工作效率。

設(shè)備選型與測試：根據(jù)計量器具的管理特點選擇合適的電子標(biāo)簽并確定其尺寸、粘貼位置，確定采集設(shè)備的種類及數(shù)量、安裝位置。

為計量器具建立電子身份證：為每一個計量器具加貼一個電子標(biāo)簽，并與之建立對應(yīng)關(guān)系，該標(biāo)簽將伴隨其全生命周期，作為其身份識別信息。

采集設(shè)備安裝調(diào)試：結(jié)合自動化立體庫房，分別在庫房出入口、校驗室表計出入庫、校驗臺等區(qū)域設(shè)置無線射頻讀寫裝置，用于電子標(biāo)簽的識讀。

開發(fā)管理系統(tǒng)：集成各射頻讀寫設(shè)備，開發(fā)通訊、控制程序，結(jié)合工作流程實現(xiàn)信息的采集，開發(fā)與立庫管理系統(tǒng)、營銷MIS的接口，共享數(shù)據(jù)。

預(yù)留后續(xù)應(yīng)用接口：最終實現(xiàn)各計量環(huán)節(jié)計量器具信息的自動、批量、快速采集，并為營銷支持系統(tǒng)及其它系統(tǒng)提供接口支持。

2 無線射頻識別技術(shù)

無線射頻識別技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它的基本原理是利用射頻信號和空間耦合或雷達(dá)發(fā)射的傳輸特性，實現(xiàn)對物體的自動識別，無線射頻識別技術(shù)與目前廣泛使用的識別技術(shù)例如條形碼、磁卡、IC卡等相比具有很多突出優(yōu)勢。

1）非接觸操作，長距離識別，可達(dá)到幾米甚至幾十米，完成識別工作無須人工干預(yù)，而且非常方便。

2）無機(jī)械磨損，無機(jī)械故障，壽命長，并可工作于各種油漬、灰塵污染等惡劣環(huán)境。

3）可識別高速運動物體并可同時識別多個電子標(biāo)簽。

4）具有全球唯一的序列號，不能更改，使其具有獨特的防偽性能，數(shù)據(jù)安全方面除了電子標(biāo)簽的密碼保護(hù)以外，數(shù)據(jù)部分可用一些加密程序?qū)崿F(xiàn)更加安全化的管理。

5）可根據(jù)張貼物品的不同或工作流程的不同實時改變存儲區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)，更加便于物品的識別與跟蹤。

6）讀寫器與標(biāo)簽之間存在相互識別的過程，達(dá)到安全通信和存儲。

3 系統(tǒng)的組成

3.1 電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽選型。電子標(biāo)簽是實現(xiàn)表計信息自動采集的基礎(chǔ)，是表計的電子身份證，根據(jù)對信息的采集距離及識別精度的要求，選擇UHF的標(biāo)簽，遵循 EPC Class1 Gen2協(xié)議，頻率 860～960MHz。該款標(biāo)簽識讀距離遠(yuǎn)，識讀精度高，經(jīng)測試滿足系統(tǒng)需要?？紤]到電子標(biāo)簽的應(yīng)用是一個漸進(jìn)的過程，在一段時間里還會與條形碼并存，按向前兼容的原則，選用的電子標(biāo)簽帶面紙，表面可以打印上條形碼等相關(guān)信息，便于在還沒有RFID識別設(shè)備的管理環(huán)節(jié)應(yīng)用。

電子標(biāo)簽粘貼位置。參照Q/GDW 356-2009《國家電網(wǎng)公司單相智能電能表型式規(guī)范》和Q/GDW 355-2009《國家電網(wǎng)公司單相智能電能表型式規(guī)范》中對于表計尺寸、材質(zhì)、標(biāo)簽粘貼位置的要求，標(biāo)簽尺寸為：73.2 mm×17 mm，粘貼于表計的銘牌相應(yīng)位置。電子標(biāo)簽可由供電公司根據(jù)定購表的數(shù)量及資產(chǎn)號分配情況，打印生成成品標(biāo)簽提供給表廠，由表廠按照要求粘貼到相應(yīng)位置，也可在采購時把電子標(biāo)簽的技術(shù)參數(shù)及粘貼位置等說明，由廠家直接采購并粘貼。

電子標(biāo)簽數(shù)量。每塊電能表粘貼一張電子標(biāo)簽，該標(biāo)簽存儲空間中寫入該表的資產(chǎn)編號，作為該表的一個電子身份證，伴隨表計從出廠到報廢的整個生命周期，表計報廢后該表標(biāo)簽也作報廢處理。為每個周轉(zhuǎn)箱粘貼一枚電子標(biāo)簽，在其存儲空間中寫入相同的表箱號數(shù)據(jù)，與表箱上的條形碼箱號一致。

3.2 電子標(biāo)簽打印機(jī)

標(biāo)簽打印機(jī)必須與所選的標(biāo)簽相匹配才能正常使用，因為電子標(biāo)簽是無線讀寫數(shù)據(jù)，在需要準(zhǔn)確的一對一讀寫過程中很容易產(chǎn)生串?dāng)_，本次選用的標(biāo)簽為窄間距封裝形式，即兩個標(biāo)簽之間上沿到上沿的間隔只有20 mm，選用B-SX5T標(biāo)簽打印機(jī)，支持最低為20 mm的窄間距打印能力，此款打印機(jī)為工業(yè)機(jī)打印機(jī)，性能穩(wěn)定，打印速度快，打印精度高306DPI，打印寬度127.5mm。具有獨特的打印頭抬起功能，檢測出IC芯片上的無印字區(qū)域（20 mm以上），并將熱敏打印頭從印字面抬起，防止熱敏打印頭對IC芯片產(chǎn)生的壓力或熱量造成芯片損傷。

可向電子標(biāo)簽芯片中寫入信息，在標(biāo)簽表面打印相應(yīng)的條形碼等信息。在標(biāo)簽表面信息打印之前，數(shù)據(jù)會被寫入RFID智能標(biāo)簽的芯片中，數(shù)據(jù)寫入后，會自動進(jìn)行讀取確認(rèn)數(shù)據(jù)是否正確寫入，然后再在標(biāo)簽表面打印條形碼或文字，因RFID智能標(biāo)簽不良而導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法寫入時，會在標(biāo)簽表面自動打印NG圖案，以防止不良標(biāo)簽的誤用。

3.3 固定式識讀器

選型。考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性及讀取距離的要求，選用了一款成熟的RFID固定式讀書器，V750系列UHF讀寫器，一臺讀寫器可配四個天線，讀寫器可直接通過網(wǎng)線與電能主機(jī)相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫，該款讀寫器在相關(guān)的項目已經(jīng)應(yīng)用過，經(jīng)過長時間的運行證明其性能可靠穩(wěn)定，讀取距離遠(yuǎn)，可滿足本項目的需要。

設(shè)置。聊城供電公司的自動化庫房共設(shè)了8個出入口，除一樓的表庫總出口和一個新表入拆包區(qū)口外，其余一到三樓庫房南側(cè)各設(shè)一個出口及一個入口，這6個出入口都為雙通道雙進(jìn)雙出式。電能表以周轉(zhuǎn)箱為單位在自動化庫房中進(jìn)出并定位，每一箱表一個存儲位置，因此需要準(zhǔn)確采集每一周轉(zhuǎn)箱中所裝表計的信息。

根據(jù)自動化庫房的運轉(zhuǎn)方式，當(dāng)電能表裝周轉(zhuǎn)箱入庫時，將該箱的箱號與所裝表計的資產(chǎn)號通過RFID標(biāo)簽及識讀器獲取，實現(xiàn)箱號與所裝表計及傳輸通道的綁定，并傳給自動化庫房管理系統(tǒng)。該周轉(zhuǎn)箱進(jìn)入自動化庫房后由庫房管理系統(tǒng)自動分配存儲單元并在系統(tǒng)中記錄，實現(xiàn)表計的定位存放。當(dāng)需要表計時根據(jù)表計配送單由自動化庫房管理系統(tǒng)選取合適的表計并完成出庫。

綜合考慮只需在庫房的入口處設(shè)置RFID固定式讀寫器即可，1～3樓共3個雙通道入庫口，為了實現(xiàn)單箱表計裝箱信息的準(zhǔn)確采集，每一個通道設(shè)置一個讀寫器，另外在一樓的新表入拆包區(qū)口處設(shè)置一臺固定式讀寫器，整個庫房共設(shè)置7臺固定式讀寫器，每個固定式讀寫器都設(shè)置有轉(zhuǎn)換開關(guān)，方便在啟用與禁用之間自由切換。

安裝。每個固定式讀寫器由1個終端配4個天線組成，天線的安裝方式、高度、角度對采集效果有直接影響。結(jié)合自動化庫房的特點及多次測試，選用不銹鋼制作天線安裝支架，為門型結(jié)構(gòu)，其高度與現(xiàn)有出入庫口的高度一致，4個天線上下左右環(huán)繞式放置，采集范圍聚焦于輸送帶上的周轉(zhuǎn)箱，同時為了防止相臨兩通道讀寫器的相互干擾，采用了電磁屏蔽、光電感應(yīng)分時讀取、軟件過濾等多項技術(shù)，實現(xiàn)周轉(zhuǎn)箱及所裝表計的一次百分百準(zhǔn)確識讀。

3.4 移動式識讀器

選用7527C系統(tǒng)手持式讀寫器，該款讀寫器彩屏手寫帶操盤，操作方便，同時集成了一維條碼掃描和RFID識別，可較好的滿足現(xiàn)階段表計管理環(huán)節(jié)中條碼與RFID并存的狀況，同時RFID的讀寫功率可調(diào)，這樣就較好的滿足了在RFID讀寫過程中對距離的遠(yuǎn)近調(diào)節(jié)要求。工業(yè)等級高，IP65防護(hù)等級，可抵抗1.2 m到水泥地面的摔落沖擊，工作溫度范圍寬，可在-20℃～+50℃范圍內(nèi)正常工作。

針對該款手持式讀寫器，開發(fā)了相應(yīng)的內(nèi)置程序，用以實現(xiàn)表計裝箱、表計校驗、現(xiàn)場核查、封印管理等環(huán)節(jié)的RFID信息讀寫要求。聊城供電公司的電能表無線射頻出入庫管理系統(tǒng)中，主要實現(xiàn)表計裝箱的抽查、復(fù)查功能，以及標(biāo)簽的讀取、寫入等檢驗功能。

3.5 管理系統(tǒng)

選用流行的JAVA開發(fā)平臺，根據(jù)web的三層結(jié)構(gòu)我們在表現(xiàn)層使用Struts框架，業(yè)務(wù)層使用Spring框架，而在持久層使用Hibernate處理與數(shù)據(jù)庫相關(guān)的業(yè)務(wù)。

按照目前最流行的SOA開發(fā)理念，遵從敏捷軟件開發(fā)的思路，大量使用接口，降低軟件的耦合度，以利于將來軟件的升級和功能擴(kuò)展。

系統(tǒng)實現(xiàn)與現(xiàn)用設(shè)備的連接、通訊，發(fā)布指令并獲取信息，系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)后經(jīng)過硬件過濾、條件篩選、數(shù)據(jù)比對等環(huán)節(jié)對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，確認(rèn)無誤后將信息打包后按約定格式發(fā)送至自動化庫房、營銷MIS等系統(tǒng)，如發(fā)現(xiàn)異常，即發(fā)出聲光報警，提醒工作人員注意予以干預(yù)。同時發(fā)送一個異常標(biāo)志給相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，啟動異常處理機(jī)制。

3.6 擴(kuò)展接口

系統(tǒng)按開放式的設(shè)計理念，為今后無線射頻技術(shù)在表計的資產(chǎn)管理、庫存、配送、裝換、稽查、抄收等各個環(huán)節(jié)的應(yīng)用預(yù)留了接口，同時也有利于以后系統(tǒng)升級、完善。

4 系統(tǒng)特點

自動化程度高。系統(tǒng)實現(xiàn)了表計周轉(zhuǎn)信息的自動化采集，徹底解決了傳統(tǒng)手工記錄或條形碼掃描等采集方式造成的管理工作效率低、勞動強度大、差錯率高、信息采集不及時等弊端，提高了電能計量管理的現(xiàn)代化水平。

多門類技術(shù)的綜合應(yīng)用。該系統(tǒng)集無線射頻識別技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，技術(shù)先進(jìn)。

系統(tǒng)安全、可靠兼容性強。采用無線射頻識別技術(shù)作為表計管理的技術(shù)手段，利用電子標(biāo)簽無線識讀、數(shù)據(jù)安全性及防偽性高、壽命長、性能穩(wěn)定的特點，選用性能穩(wěn)定經(jīng)過實踐檢驗的配套設(shè)備及開發(fā)平臺，使系統(tǒng)運行更加可靠穩(wěn)定、信息采集更為簡捷準(zhǔn)確。同時向前兼容條形碼的應(yīng)用，使用系統(tǒng)應(yīng)用更加靈活。

操作簡便。系統(tǒng)運行后即可按既定流程進(jìn)行自動化運行，數(shù)據(jù)采集、校驗、傳輸、儲存無須人工干預(yù)，大屏實時顯示運行狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)，配有聲光報警提示，工作狀態(tài)一目了然。

設(shè)計超前、考慮全面。為無線射頻技術(shù)在電力系統(tǒng)的全方位應(yīng)用提供了基礎(chǔ)和框架，并提前預(yù)留了擴(kuò)展接口，為今后無線射頻技術(shù)的全面應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

系統(tǒng)于2010年5月投入試運行，運行良好，各項功能和性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，系統(tǒng)操作簡便，功能完善齊全，程序運轉(zhuǎn)流暢，自動化程度高，能快速準(zhǔn)確地完成各類表計的數(shù)據(jù)處理和傳輸，大大減輕電能計量管理人員的勞動強度，減少和避免了業(yè)務(wù)差錯，提高了工作效率和工作質(zhì)量。