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)
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
(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)。
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。