王春明，徐漢坤，鄭 凱，危 偉，馬曉晨，游光華，趙毅峰，鄭小剛，吳燕飛，朱中山，范建強，沈 浩

(1. 華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司，安吉 313302；2. 中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

抽水蓄能電站在電網(wǎng)運行中承擔調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相和事故備用等作用。由于電站內(nèi)部洞室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各類設(shè)備種類繁多，物資出入庫頻繁，因此對電站的物資管理系統(tǒng)智慧化提出了更高的要求。目前，物資的管理系統(tǒng)仍以ERP為主，操作流程、方式較為繁瑣，信息交換渠道不暢，無法滿足基層物資管理人員的實際工作需求。物資管理的主要方式有：管理員現(xiàn)場檢查、人工記錄、電子臺賬更新等，物資出庫、入庫及盤點仍采用人工方式。在物資出、入庫量較大時，這種管理模式效率低下，經(jīng)常出現(xiàn)物資遺漏、遺失、損壞等現(xiàn)象，風洞等工作重點區(qū)域一旦出現(xiàn)物資遺漏將造成重大安全隱患。因此，基于RFID技術(shù)，深入研究抽水蓄能電站的物資管理模式，開發(fā)智慧物資管理系統(tǒng)，對物資的入庫、出庫、盤點、臺賬、理貨、備品備件定額管理等進行高效化、智能化和全過程追蹤管理。

1 RFID技術(shù)簡介

RFID(Radio Frequency I Dentification)，即射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)[1-5]。通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別過程中無需人工干預(yù)，并且能同時識別多個標簽?；驹硎抢蒙漕l信號和空間耦合(電感或電磁耦合)或雷達反射的傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。由于其數(shù)據(jù)存儲量大、無線無源、小巧輕便、使用壽命長、防水、防磁等特點，已廣泛應(yīng)用于身份識別、交通管理、軍事與安全、資產(chǎn)管理、防盜與防偽、金融、物流、工業(yè)控制等領(lǐng)域。

1.1 RFID系統(tǒng)構(gòu)成

完整的RFID系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

硬件有：讀寫器、電子標簽和天線。① 讀寫器是RFID系統(tǒng)最重要的部分，它可以單獨具有讀寫、顯示、數(shù)據(jù)處理等功能，也可以與計算機或其他系統(tǒng)進行聯(lián)合，完成對射頻標簽的操作。根據(jù)標簽類型不同與完成的功能不同，閱讀器的復(fù)雜程度也有顯著差別。② 電子標簽由耦合元件、芯片及微型天線組成，每個電子標簽內(nèi)部存有唯一的電子編碼。電子標簽進入RFID讀寫器掃描場以后，通過天線接收到讀寫器發(fā)出的射頻信號，利用感應(yīng)電流獲得的能量發(fā)送儲存在芯片中的電子編碼或一定頻率的信號。③ 天線主要用來在標簽和讀寫器之間傳遞射頻信號[6]。

軟件主要有：相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和桌面端、手機端等信息管理系統(tǒng)，配合硬件使用。

1.2 RFID系統(tǒng)工作原理

RFID系統(tǒng)工作原理[7]如圖1所示。閱讀器將要發(fā)送的信號，經(jīng)編碼后加載在某一頻率的載波信號上經(jīng)天線向外發(fā)送，進入閱讀器工作區(qū)域的電子標簽接收此脈沖信號，卡內(nèi)芯片中的有關(guān)電路對此信號進行調(diào)制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權(quán)限等進行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關(guān)信息，經(jīng)加密、編碼、調(diào)制后通過卡內(nèi)天線再發(fā)送給閱讀器，閱讀器對接收到的信號進行解調(diào)、解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理；若為修改信息的寫命令，有關(guān)控制邏輯引起的內(nèi)部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫EEPROM中的內(nèi)容進行改寫，若經(jīng)判斷其對應(yīng)的密碼和權(quán)限不符，則返回出錯信息。

圖1 RFID系統(tǒng)工作原理圖

2 智慧物資管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

智慧物資管理系統(tǒng)：① 云服務(wù)器；② 電腦桌面系統(tǒng)；③ 手機APP；④ 手持機；⑤ RFID標簽組成。

(1) 云服務(wù)器是智慧工具管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，將桌面系統(tǒng)、手機APP、手持機和RFID關(guān)聯(lián)起來，保存、接受、處理、分析物資管理過程中的各種靜態(tài)及動態(tài)數(shù)據(jù)。

(2) 桌面客戶端，是智慧物資管理系統(tǒng)的核心，用于整個系統(tǒng)的統(tǒng)籌管理，通過簡潔明了的人機交互界面，并配合桌面式讀寫器，實現(xiàn)物資入庫、出庫、盤點、臺賬、理貨、備品備件定額管理等主要管理功能。

(3) 手機APP，主要用于android終端或者ios終端，方便物資管理人員隨時對庫存物資進行查詢，用戶可在手機端對出庫單、入庫單進行查詢，管理員和物資部領(lǐng)導(dǎo)可查看所有出庫單和入庫單的執(zhí)行情況。

(4) 手持機，體積小、可移動、方便攜帶，主要用來辦理物資的入庫及出庫，物資的辦理信息可同步上傳至云服務(wù)器。

(5) RFID標簽，主要用來記錄物資的出入庫相關(guān)信息，粘貼于物資表面，通過桌面式讀寫器、手持機等終端的識別實現(xiàn)物資的出入庫管理和盤點管理等。

2.2 RFID電子標簽

抽水蓄能電站的物資種類繁多，使用環(huán)境惡劣，物資表面易沾污、磨損；物資盤點任務(wù)量大，對RFID識別距離、速度及群讀識別有很高的要求。因此，電子標簽[8]需要根據(jù)物資的形狀、大小、材質(zhì)、使用方式和應(yīng)用環(huán)境等進行設(shè)計和制造，包括天線設(shè)計、芯片綁定方式、標簽封裝及粘貼位置等等。對金屬類工具，選用柔性基材的RFID抗金屬標簽，閱讀距離控制在20 cm內(nèi),保證工器具借還時不產(chǎn)生誤讀和干擾；對于金屬類易耗品，選用箱體式RFID標簽進行集中管理；對于非金屬類物資，選用對稱偶極子RFID標簽，易于調(diào)節(jié)標簽的閱讀距離和信息采集靈敏度；對遠程貨倉，選用帶有高頻RFID閱讀器和高頻RFID標簽的鎖止器，通過刷卡方式控制存儲倉位的開關(guān)，并在每一個遠程貨倉內(nèi)布置一個中轉(zhuǎn)站，將存儲倉位的開關(guān)信息和物資出、入庫信息上傳至云服務(wù)器中。

2.3 遠程控制及管理

抽水蓄能電站的存儲倉位具有分散、數(shù)量多、信息量大、管理復(fù)雜、數(shù)據(jù)傳輸困難等特點，在綜合分析的基礎(chǔ)上，提出了RFID + WiFi+5G的數(shù)據(jù)傳輸模式，利用5G[9]進行遠距離通信，采用WiFi進行近距離信息傳遞，通過無線射頻(RFID)技術(shù)對物資進行識別。系統(tǒng)整體采用“集中管理，獨立控制”模式，通過5G和WiFi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)信息的通信，通過嵌入式技術(shù)完成系統(tǒng)的控制。

遠程控制及管理系統(tǒng)分為2層架構(gòu)，包括中心系統(tǒng)和存儲倉位系統(tǒng)。存儲倉位系統(tǒng)與中心系統(tǒng)的連接采用廣域網(wǎng)，默認采用無線通信連接，使存儲倉位管理不受網(wǎng)絡(luò)條件的限制；存儲倉位管理采用以太網(wǎng)方式，擴容方便，維護簡單。利用網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)存儲倉位的遠程控制及管理。

3 智慧物資管理系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

智慧物資管理系統(tǒng)包括電腦終端、手機終端、手持機終端3部分：① 電腦終端的主要功能包括物資入庫、物資出庫、物資盤點、物資理貨、物資備品備件定額管理；② 手機終端的主要功能包括物資入庫、物資出庫、物資盤點、物資理貨；③ 手持機終端主要包括物資入庫、物資出庫、物資盤點。

3.1 電腦終端基本功能

(1) 物資入庫。物資入庫是物資存儲活動的開始，是倉儲作業(yè)的首要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)依據(jù)入庫單的信息以及用戶選擇的倉位搜索策略，為入庫單產(chǎn)生相應(yīng)的存放倉位，對物資驗收無誤后，按照編碼規(guī)則為入庫物資打印RFID標簽并生成物資臺賬，將標簽黏貼到物資上，當RFID電子標簽(超高頻)進入RFID手持設(shè)備讀寫范圍內(nèi)會主動激活，然后RFID電子標簽與RFID手持設(shè)備進行通信，當采集RFID標簽完成后，會與入庫單和物資臺賬進行比對，核對貨物數(shù)量及型號是否正確，如有錯漏進行人工處理，最后將貨物運送到指定位置，按照規(guī)則進行擺放。

(2) 物資出庫。物資出庫是指根據(jù)出庫單信息，將所需物資發(fā)放到需用單位的業(yè)務(wù)活動，物資出庫是物資存儲階段的結(jié)束，是存儲業(yè)務(wù)流程的最后階段，標志著物資實體轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)領(lǐng)域的開始。

根據(jù)出庫單以及用戶選擇的下架策略，為該批出庫物資推薦下架倉位，使用RFID手持設(shè)備進行掃描下架出庫物資的RFID標簽，最后把數(shù)據(jù)發(fā)送到智慧物資管理平臺更新數(shù)據(jù)庫完成出庫。

(3) 物資盤點。物資盤點是指對在庫儲存保管著的全部物資進行清點數(shù)量的一項業(yè)務(wù)管理活動。通過RFID讀取設(shè)備，對倉位上的物資進行自動掃描，讀取實物數(shù)量。數(shù)據(jù)通過接口，傳輸?shù)絺}儲管理系統(tǒng)的盤點憑證中。從系統(tǒng)中獲取當前賬面信息，實際錄入的盤點計數(shù)將進行對比，對于其中出現(xiàn)的差異需要由倉儲管理人員說明差異原因并生成盤點報告。

(4) 物資臺賬。對在庫物資的信息進行查詢，智慧展示在庫物資名稱、存儲位置、用途、數(shù)量、等信息；可基于關(guān)鍵字、模糊字段等的多方位進行智慧查詢。

(5) 物資理貨。用戶可根據(jù)庫存管理的需要，創(chuàng)建理貨任務(wù)，根據(jù)理貨任務(wù)的內(nèi)容，完成理貨工作，對于已完成的理貨任務(wù)進行確認，確認后表示該理貨任務(wù)完成，實現(xiàn)對物資理貨的閉環(huán)管理。

(6) 備品備件定額管理。對備品備件的庫存數(shù)量進行監(jiān)測，數(shù)量低于預(yù)警閾值時通過智慧平臺進行提示。實現(xiàn)方式為設(shè)置備品備件庫存數(shù)量的報警閥值，庫存數(shù)量小于閥值時，進行報警。

3.2 手機終端基本功能

(1) 入庫單查詢。用戶可在手機端入庫單信息進行查詢，管理員與物資部領(lǐng)導(dǎo)可查看所有入庫單的執(zhí)行情況，各倉庫管理員只能查看自己負責倉庫的入庫單信息。

(2) 出庫單查詢。用戶可在手機端對出庫單信息進行查詢，管理員與物資部領(lǐng)導(dǎo)可查看所有出庫單的執(zhí)行情況，各倉庫管理員只能查看自己負責倉庫的出庫單信息。

(3) 物資盤點。用戶可在手機端對盤點信息進行查詢，管理員與物資部領(lǐng)導(dǎo)可查看所有盤點的執(zhí)行情況，各倉庫管理員只能查看自己負責倉庫的盤點信息。

(4) 物資理貨。用戶可在手機端對物資理貨信息進行查詢，管理員與物資部領(lǐng)導(dǎo)可查看所有理貨的執(zhí)行情況，各倉庫管理員只能查看自己負責倉庫的理貨信息。

3.3 手持機終端基本功能

(1) 物資入庫。倉庫管理員實用手持設(shè)備掃描貨架的RFID標簽，再掃描上架物資的RFID標簽，確認后完成入庫工作。

(2) 物資出庫。倉庫管理員實用手持設(shè)備掃描下架物資的RFID標簽，確認后完成物資出庫工作。

(3) 物資盤點。倉庫管理員使用手持設(shè)備掃描貨物的RFID標簽，進行在庫物資的盤點，盤點數(shù)據(jù)通過手持設(shè)備上傳智慧物資子系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

基于RFID技術(shù)，構(gòu)建了抽水蓄能電站智慧物資管理系統(tǒng)。通過物資入庫、出庫、盤點、理貨、備品備件定額等物資管理工作的移動化、自動化應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)物資管理方式耗時耗力、效率低下、盤點不清等技術(shù)難題，實現(xiàn)了抽水蓄能電站物資的精細化、高效化、智能化管理，提升了電站的運維管理水平。智慧物資管理系統(tǒng)成功應(yīng)用于天荒坪抽水蓄能電站，極大減輕了物資管理人員的工作量，消除了物資管理過程中的遺失、遺漏以及由此引起的財產(chǎn)安全隱患，提高了物資管理的效率和效果。