魯觀娜 楊東升 袁瑞銘 呂言國 劉 影 田海亭 鐘 侃

(國網(wǎng)冀北電力公司電力科學研究院， 北京 102208)

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基于橢圓曲線密碼器的工件托盤儲存系統(tǒng)

魯觀娜 楊東升 袁瑞銘 呂言國 劉 影 田海亭 鐘 侃

(國網(wǎng)冀北電力公司電力科學研究院， 北京 102208)

傳統(tǒng)的電力行業(yè)采集終端檢測裝置嚴重依賴人工上表和掛表，存在工作效率低下、人力成本過高、系統(tǒng)管理不便等問題。基于這一現(xiàn)狀，結(jié)合橢圓曲線密碼器，提出一種全新的智能全自動采集終端檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用采集終端檢測自動化作業(yè)的并行處理技術(shù)，成功地解決了效率低下等諸多問題，從而實現(xiàn)了在整體系統(tǒng)中執(zhí)行多項目的流水線作業(yè)的目的。該系統(tǒng)可在電力行業(yè)大力推廣。

電力行業(yè) 采集終端 自動檢測 智能系統(tǒng) 并行處理橢圓器 曲線密碼器 有限域乘法器 流水線作業(yè)

0 引言

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的電力行業(yè)終端檢測裝置逐漸暴露出諸多問題，如采集效率低下、人員數(shù)量過多和管理過程不便等[1-3]。此外，這些檢測系統(tǒng)還存在信息傳輸安全性、準確性和快速性等問題[2-5]。如果以上問題一直得不到妥善處理，電力行業(yè)的發(fā)展將會大大滯后，由此也帶來諸如電力傳輸成本居高不下等現(xiàn)實問題，對我國的經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生極大的不利影響。另一方面，以全自動檢測技術(shù)為代表的新技術(shù)的大力發(fā)展，給電力行業(yè)的終端檢測裝置帶來了發(fā)展的契機[3-7]。新的科學技術(shù)，將大大降低由傳統(tǒng)檢測裝置帶來的不利影響，對減少人員成本、提高檢測精度和管理效率、增加電力行業(yè)的科技含量等有極大的幫助。設(shè)計有效的全自動檢測裝置也因此顯得特別重要。

本文提出了一種全新的自動化終端檢測線裝置。該裝置具備檢測自動化、信息傳輸安全化和操作流水線自動化等功能。該系統(tǒng)將采用橢圓曲線密碼器進行信號的加密和操作檢測。此外，該系統(tǒng)也實現(xiàn)了對三種不同類型用電數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備進行跟蹤檢測的平行處理自動化，即可以同時實現(xiàn)對這三種設(shè)備的檢測處理，提高了生產(chǎn)效率。

1 橢圓曲線密碼器的原理

1.1 橢圓曲線密碼器

橢圓曲線密碼器是一種應(yīng)用前景廣闊的公匙密碼系統(tǒng)[4-10]。在目前的常規(guī)密碼系統(tǒng)中，橢圓曲線密碼器由于實現(xiàn)的復(fù)雜度相對比較小，因而具有廣泛的應(yīng)用潛力。本文所設(shè)計的檢測器也將在此基礎(chǔ)上建立。

橢圓曲線系統(tǒng)中最底層的運算就是基于有限域GF(2m)乘法器。有限域GF(2m)除法器是在乘法器的基礎(chǔ)上進行推導而得。首先通過對加密系統(tǒng)最底層的有限域GF(2m)乘法器進行優(yōu)化，達到低復(fù)雜度實現(xiàn)；接著在此基礎(chǔ)上開發(fā)優(yōu)化實現(xiàn)的有限域GF(2m)除法器；然后結(jié)合優(yōu)化的加密系統(tǒng)算法，推出優(yōu)化的加密系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；最后在測試平臺上驗證通過。橢圓曲線密碼器設(shè)計流程如圖1所示。

圖1 橢圓曲線密碼器設(shè)計流程圖

1.2 在GF(2m)有限域上實現(xiàn)三項式的乘法器

在GF(2m)有限域上實現(xiàn)三項式的乘法器是橢圓曲線密碼器的主要組成部分。它的實現(xiàn)過程主要如下：

C=ABmod f(x)

(1)

式中：C為輸出；A、B為輸入屬于GF(2m)有限域。

A=Am-1xm-1+…+a1x+a0

(2)

B=bm-1xm-1+…+b1x+b0

(3)

C=cm-1xm-1+…+c1x+c0

(4)

則:

(5)

定義:

Aj=[Axjmod f(x)]

(6)

(7)

則：

(8)

因為：

xm=fm-1xm-1+…+f1x+1

(9)

(10)

(11)

(12)

則對于三項式，可以有:

(13)

基于上述過程，可以得到圖2所示的三項式乘法器設(shè)計流程圖。

圖2 三項式乘法器設(shè)計流程圖

1.3 在GF(2m)有限域上實現(xiàn)橢圓曲線密碼器

基于三項式的乘法器，設(shè)計的橢圓曲線密碼器結(jié)構(gòu)如圖3所示。它包括乘法器、加法器和平方器，當然還包括一個控制器和選擇器以及存儲單元?？刂破髫撠熣麄€系統(tǒng)的控制和協(xié)調(diào)，而存儲單元負責系統(tǒng)的參數(shù)存儲和調(diào)取。

圖3 橢圓曲線密碼器結(jié)構(gòu)圖

1.4 基于橢圓曲線密碼器的檢測系統(tǒng)

基于橢圓曲線密碼器的檢測系統(tǒng)如圖4所示。系統(tǒng)控制單元給出調(diào)試的信號，被密碼器接收到，然后托盤系統(tǒng)把檢測到的信號反饋給密碼器，密碼器最終把檢測得到的信號發(fā)給控制單元。

圖4 基于橢圓曲線密碼器的檢測系統(tǒng)

2 系統(tǒng)功能模塊及主要技術(shù)指標

2.1 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)的主要功能模塊包括：倉儲接駁模塊、上下料模塊、自動耐壓和拆接線模塊、功耗檢測和外觀檢測模塊等。

①倉儲接駁模塊。該模塊主要根據(jù)控制系統(tǒng)給出的指令，然后再通過一系列的運行操作，把那些需要檢查的貨物移出倉庫。

②上下料模塊。該模塊將實現(xiàn)大部分工作的全自動操作，主要由帶有自動識別裝置對待檢測的貨物進行識別。

③自動耐壓和接拆線模塊。該模塊所實現(xiàn)的功能主要包括實現(xiàn)對貨物進行校對定位。該模塊包括了大量的精密儀器，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的測試。

④功耗檢測和外觀檢測模塊。該模塊的主要功能是實現(xiàn)對貨物的精密檢測，包括功耗和外觀方面的精細檢測。其主要目的是防止貨物出現(xiàn)各類不合格品和外觀上的紕漏。

2.2 主要技術(shù)指標

系統(tǒng)主要技術(shù)指標如下。

①輥道總輸送面高度：1 000 mm。

②倉儲接駁模塊總輸送速度：8 m/min。

③系統(tǒng)總輸送模塊輸送速度：8～16 m/min。

④托盤總存儲層數(shù)：6層。

⑤總功率≤60 kW。

⑥總供氣流量<1.5 m3/min。

⑦總供氣壓力≥0.5 MPa。

3 托盤及其存儲系統(tǒng)

傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)在對三種不同類型的終端進行檢測時，需要采用三種不同的檢測工具。為了提高檢測系統(tǒng)的使用效率，本文采用垂直檢測的方法，從而使得檢測達到了可以同時對三種不同類型的終端進行檢測的效果。

3.1 托盤兼容性的創(chuàng)新性設(shè)計

本文設(shè)計了一種兼容性很強的托盤，該托盤的設(shè)計有別于傳統(tǒng)的托盤，即具有很強的兼容性。此外，在外形和尺寸等方面都進行了兼容性設(shè)計。

檢測系統(tǒng)的兩側(cè)都已經(jīng)安裝了兼容性極強的設(shè)備，這些設(shè)備將使得所設(shè)計的檢測系統(tǒng)極具兼容性。另外，這些設(shè)備的安裝也使得該檢測系統(tǒng)可以兼容許多產(chǎn)品。由于設(shè)計采用了先進的通用對接，這些對接裝置使得多個托盤和檢測線可以一起運行。這些運行的檢測線就使得三種不同種類的貨物得以同時被檢測到。這些檢測所得的貨物就具有比較強的兼容性。

整個系統(tǒng)的總統(tǒng)設(shè)計包含了許多優(yōu)點，比如：需要的資源減少；資源所需用的面積大幅下降；維護更加便利。

3.2 托盤存儲系統(tǒng)

通常情況下，托盤存儲系統(tǒng)的利用率不高。本文設(shè)計的托盤存儲系統(tǒng)采用了高位處理的方法，因此大幅提高了存儲空間的利用率。

3.2.1 整體流程

存儲系統(tǒng)整體流程如圖5所示。該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了對三種不同物品的檢測效果，也大大提高了生產(chǎn)效率。

圖5 存儲系統(tǒng)整體流程圖

3.2.2 技術(shù)特征

該設(shè)計最大的技術(shù)特點是實現(xiàn)了對不同物品檢測效果的最大化。由于采用了先進的強兼容性裝備，這些設(shè)備的利用率得以大大提高。該設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)如下：存儲托盤的最大容量為60塊每層，每一層的緩存層數(shù)是6，運送速度是10 m/min。

4 整體工作流程

本系統(tǒng)的工作流程如下。

①系統(tǒng)接到命令，通過儀器把物品運送到專門的區(qū)域進行檢測作業(yè)。

②對運送到的物品進行檢測。這些檢測包括外觀和功耗檢測。檢測重點是確認這些物品都可以在一定的范圍和次序內(nèi)進行檢測，并得到最終結(jié)果。

③系統(tǒng)對已經(jīng)運送到達的物品系統(tǒng)進行緩存處理，進而進行精準定位和精確檢測，同時確定處于閑置狀態(tài)的物品。

④對已經(jīng)檢測好的物品，系統(tǒng)進行自動運送操作。

⑤自動定位裝置對已經(jīng)進行過檢測的物品進行精確定位。

⑥設(shè)備把終端和托盤送到自動檢測模塊。這些模塊將在自動化作業(yè)的程度下進行。

⑦對系統(tǒng)的自動檢測設(shè)備進行自動識別服務(wù)。

⑧實現(xiàn)對所有產(chǎn)品的檢測。

5 系統(tǒng)的應(yīng)用

本設(shè)計中的自動檢測系統(tǒng)可以實現(xiàn)對所有設(shè)備的綜合檢測。該自動檢測系統(tǒng)可被廣泛地使用在各類電網(wǎng)系統(tǒng)中。

本系統(tǒng)的年工作設(shè)計期限為250天，日運作設(shè)計期限為7 h。整個檢測系統(tǒng)的檢測規(guī)模如下：本期的建設(shè)規(guī)模是自動檢測120只表，后期的建設(shè)規(guī)模將可以同時檢測240只表。

6 檢測系統(tǒng)的效益

6.1 經(jīng)濟效益

初步估計，本檢測系統(tǒng)在正式運作以后，每年將可以對數(shù)萬只用電設(shè)備進行檢測。該系統(tǒng)采用自動化流水線作業(yè)，將大大減少成本開支。

6.2 社會效益

①整個流程都是由機器完成的，錯誤幾率大大減少，極大地提高了整個系統(tǒng)管理的精確性。

②勞動生產(chǎn)率大大改進，人工成本費用大大減低。

③本系統(tǒng)提高了服務(wù)水平，使用戶滿意度提高。

7 結(jié)束語

本文提出了一種全新的基于橢圓曲線密碼器的采集終端檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)兼具自動檢測效能和安全性能，并且從系統(tǒng)的底層部分進行開發(fā)。在成功設(shè)計了底層的有限域乘法器后，進行整個系統(tǒng)的設(shè)計，從而成功實現(xiàn)了多個物品的檢測，而且該系統(tǒng)的效率也大大提高。由于該系統(tǒng)的社會效益和經(jīng)濟效益顯著，值得大力推廣到各個行業(yè)。

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Workpiece Pallet Storage System Based on ECC Device

The traditional collection terminal detection devices in power industry mainly rely on manual laboring, exist the problems of very low detection efficiency, too high labor costs,and inconvenient system management.For this situation, a novel smart automatic collection terminal detection system is proposed based on advanced elliptic curve cryptography(ECC) devices.The system applies the parallel processing technology for automation tasks of collection terminal detection; it resolves various problems causing low efficiency and achieves operation of assembly line for multiple projects in whole system.The system can be extended in power grid industry.

Power industry Collection terminal Automatic detection Intelligent system Parallel processing elliptical device Curve cryptographic device Finite field multiplier Assembly line operaton

魯觀娜(1981—)，女，2010年畢業(yè)于華北電力大學電力自動化專業(yè)，獲碩士學位，高級工程師；主要從事電能計量、自動化檢測方向的研究。

TH7;TP27

A

10.16086/j.cnki.issn 1000-0380.201611011

修改稿收到日期： 2016-05-11。