基于RFID的電力儀器設(shè)備管理平臺關(guān)鍵技術(shù)研究

田建偉，田崢，黎曦，漆文輝

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007)

基于RFID的電力儀器設(shè)備管理平臺關(guān)鍵技術(shù)研究

田建偉，田崢，黎曦，漆文輝

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007)

針對電力企業(yè)中生產(chǎn)試驗儀器、計量設(shè)備和工具器具等固定資產(chǎn)使用地點分散、使用狀態(tài)難以跟蹤、管理難度大的特點，采用射頻識別技術(shù)構(gòu)建電力儀器設(shè)備管理平臺。通過分析電力儀器設(shè)備管理流程，研究兼顧動態(tài)和固定信息的資產(chǎn)編碼方法和基于三層架構(gòu)的數(shù)據(jù)同步機制，實現(xiàn)電力儀器設(shè)備從登記、入庫、檢定、調(diào)撥、維修到報廢的全過程管理。該平臺可實現(xiàn)資產(chǎn)變動信息與實物信息的實時一致，能夠為電力企業(yè)資產(chǎn)合理調(diào)配提供了準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)，提高設(shè)備使用率，減少設(shè)備的閑置和浪費。

儀器設(shè)備管理；RFID；數(shù)據(jù)同步；資產(chǎn)編碼；數(shù)據(jù)采集；電力

電力企業(yè)生產(chǎn)試驗儀器、計量設(shè)備和工具器具等固定資產(chǎn)數(shù)量多、價值高、更新快，現(xiàn)階段多采用設(shè)備卡片的或者紙質(zhì)的條形碼標(biāo)簽進行分類管理。一方面，采用手工記錄資產(chǎn)的維護和使用情況的方式，管理效率低；另一方面，由于資產(chǎn)數(shù)量多、分散廣，需要耗費大量人力和時間，清查工作無法落到實處，導(dǎo)致設(shè)備臺賬和設(shè)備不一致。同時，電力儀器設(shè)備調(diào)撥、檢定、借出等操作頻繁，傳統(tǒng)的手工管理方式難以實現(xiàn)對設(shè)備信息的動態(tài)跟蹤，存在到期未檢定、逾期未歸還、到期未報廢等問題，資產(chǎn)管理效率低下。隨著電力資產(chǎn)全壽命周期管理的要求的提出，需要對在用、檢定、調(diào)撥、報廢的設(shè)備進行規(guī)范管理，為此開展電力固定資產(chǎn)管理關(guān)鍵技術(shù)研究。隨著RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)〔1〕為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和成熟，將RFID應(yīng)用于電力儀器設(shè)備狀態(tài)跟蹤和實物管理等方面〔2，3〕，將極大提高設(shè)備管理效率和質(zhì)量。

1 RFID技術(shù)原理

隨著20世紀(jì)初物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念的產(chǎn)生，RFID技術(shù)也得到快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用〔4〕。RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過無線電信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需與識別對象建立物理連接，可工作于各種油漬、灰層和輻射等惡劣環(huán)境。基本的RFID系統(tǒng)由標(biāo)簽、讀寫器和天線組成，如圖1所示。標(biāo)簽是數(shù)據(jù)的載體，它和讀寫器之間通過微波天線實現(xiàn)射頻信號的空間耦合，根據(jù)時序關(guān)系實現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換。射頻信號的耦合分為兩類:電感耦合和電磁反向散射耦合。電感耦合方式適合用于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)，電磁反向散射耦合方式適用于高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統(tǒng)。

圖1 基本的RFID系統(tǒng)組成圖

RFID技術(shù)與條形碼識別技術(shù)相比具有很多優(yōu)勢〔5〕，RFID讀取數(shù)據(jù)無需光源，具有穿透性，只要在讀寫器、閱讀器作用范圍之內(nèi)標(biāo)簽數(shù)據(jù)就可被讀取；RFID標(biāo)簽支持數(shù)據(jù)的反復(fù)寫入，可動態(tài)地更新標(biāo)簽數(shù)據(jù)；讀寫器可識別高速運動的物體，可讀取數(shù)個標(biāo)簽信息。

項目利用RFID技術(shù)的自動識別和反復(fù)讀寫的特點，全面考慮設(shè)備基本信息、功能、位置、狀態(tài)等設(shè)備信息，研究手持終端設(shè)備與管理平臺的數(shù)據(jù)傳輸機制，研究電力儀器設(shè)備管理流程，開發(fā)適用于電力企業(yè)的儀器設(shè)備管理平臺，實現(xiàn)資產(chǎn)入庫、檢定、借出、調(diào)撥、報廢等全壽命周期狀態(tài)信息的判別和跟蹤。

2 基于RFID的電力儀器設(shè)備管理平臺框架體系

如圖2所示，基于RFID的電力儀器設(shè)備管理平臺分為4層結(jié)構(gòu)，分別為采集對象層、終端采集層、數(shù)據(jù)接口層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層，包括管理主站、手持讀寫器、發(fā)卡器和UHF標(biāo)簽四大部分。

圖2 電力儀器設(shè)備管理平臺架構(gòu)圖

采集對象層由貼有RFID標(biāo)簽的各種儀器設(shè)備構(gòu)成。根據(jù)電力企業(yè)儀器設(shè)備多用于電磁環(huán)境的特點，標(biāo)簽選用 UHF(Ultra High Frequency，超高頻)抗金屬標(biāo)簽。這種標(biāo)簽具有無源、識別距離遠、防金屬干擾的特點。

數(shù)據(jù)采集層包括手持讀寫器和發(fā)卡器兩大部分，通過手持讀寫器可執(zhí)行儀器設(shè)備的入庫、借出、調(diào)撥、檢定、維修和報廢等業(yè)務(wù)，完成的數(shù)據(jù)結(jié)果通過數(shù)據(jù)同步功能傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接口層；發(fā)卡器用于標(biāo)簽的制作，將初始化數(shù)據(jù)寫入RFID標(biāo)簽中，建立儀器設(shè)備與標(biāo)簽的對應(yīng)關(guān)系。

數(shù)據(jù)接口層負責(zé)數(shù)據(jù)采集層和數(shù)據(jù)層之間的通訊，一方面將在讀取標(biāo)簽信息時，將對應(yīng)的設(shè)備資產(chǎn)信息同步到手持讀寫器中；另一方面，將手持讀寫器讀取到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)寫入到資產(chǎn)數(shù)據(jù)表中。

數(shù)據(jù)層包括資產(chǎn)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)。其中資產(chǎn)數(shù)據(jù)包括ERP設(shè)備資產(chǎn)信息、自購資產(chǎn)信息以及其他各種儀器設(shè)備的資產(chǎn)信息，是整個平臺的核心數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括組織機構(gòu)和設(shè)備廠家等檔案信息，是系統(tǒng)運行的支撐性數(shù)據(jù)。用戶數(shù)據(jù)保存有整個平臺使用用戶的信息。運行數(shù)據(jù)包括審計數(shù)據(jù)、設(shè)備運行過程數(shù)據(jù)等用戶和資產(chǎn)狀態(tài)變化產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)，主要用于設(shè)備的狀態(tài)回溯以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)審計。

應(yīng)用層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計查詢、資產(chǎn)入庫、檢定、借出、調(diào)撥、報廢等業(yè)務(wù)的在線審批。

3 RFID電力儀器設(shè)備管理流程

儀器設(shè)備管理包括資產(chǎn)的登記、入庫、借出、調(diào)撥、維修、報廢、檢定、盤點等操作，如圖3所示，包含設(shè)備從購置投入使用到報廢退出使用的全過程。

圖3 電力儀器設(shè)備管理流程

1)儀器設(shè)備登記

各部門在領(lǐng)用設(shè)備后填寫資產(chǎn)信息表，包括設(shè)備名稱、廠商、出廠日期、領(lǐng)用人、使用年限等信息，系統(tǒng)將根據(jù)資產(chǎn)信息生成資產(chǎn)編碼分類；通過發(fā)卡器將資產(chǎn)編碼分類寫入UHF標(biāo)簽中，并通過標(biāo)簽打印機打印標(biāo)簽紙，最后將UHF標(biāo)簽和標(biāo)簽紙貼到對應(yīng)設(shè)備，完成資產(chǎn)登記操作。

2)儀器設(shè)備入庫

完成資產(chǎn)登記后，使用手持讀寫器掃描UHF標(biāo)簽，并把設(shè)備狀態(tài)置為 “可用”，填寫保存地點，并同步到后臺數(shù)據(jù)庫，完成資產(chǎn)入庫。

3)儀器設(shè)備周期檢定

儀器設(shè)備分為計量儀器設(shè)備和非計量儀器設(shè)備(即功能性儀器設(shè)備)兩大類。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備檢定周期，提前以標(biāo)紅的形式提醒到期需檢定的計量儀器設(shè)備，各使用部門每年須根據(jù)需要列出標(biāo)準(zhǔn)儀器設(shè)備、計量儀器設(shè)備、計量器具的檢定計劃，并上報審批。經(jīng)過檢定后，計量類儀器設(shè)備有 “合格(綠色) ”、 “限用 (黃色) ”、 “停用 (紅色) ”3種狀態(tài)標(biāo)識。通過手持讀寫器設(shè)置檢定狀態(tài)。功能性儀器設(shè)備有 “完好 (綠色)” “停用 (紅色)”2種狀態(tài)標(biāo)識。設(shè)備管理用通過RFID手持設(shè)備設(shè)置檢定狀態(tài)。

4)儀器設(shè)備修理

對于需修理的儀器設(shè)備，通過手持讀寫器將狀態(tài)置為 “修理”，設(shè)備修理完好后，再將狀態(tài)置為“可用”。

5)儀器設(shè)備借用

借出人在系統(tǒng)內(nèi)填寫 《儀器借出登記表》，需經(jīng)借出部門批準(zhǔn)。借出后通過手持讀寫器將狀態(tài)設(shè)置 “借出”，歸還后將設(shè)備狀態(tài)置為 “可用”。儀器設(shè)備的借用周期上限為20天，到期不歸還應(yīng)提醒。

6)儀器設(shè)備調(diào)撥

調(diào)出部門列出轉(zhuǎn)移儀器設(shè)備清單，并使用手持讀寫器將設(shè)備狀態(tài)置為 “調(diào)出”，并在系統(tǒng)中上傳《固定資產(chǎn)調(diào)撥單》，調(diào)入部門利用手持讀寫器進行入庫操作。

7)儀器設(shè)備報廢

儀器設(shè)備滿足報廢條件，可提出報廢申請，填寫 《資產(chǎn)報廢審批表》，其審批通過后，通過手持讀寫器將資產(chǎn)狀態(tài)置為 “報廢”。

8)資產(chǎn)盤點

實現(xiàn)新增盤點任務(wù)、更新盤點任務(wù)、查看盤點任務(wù)詳細內(nèi)容等。使用手持讀寫器對資產(chǎn)快速和準(zhǔn)確清查，將數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行核對，對正常或異常的數(shù)據(jù)做出處理，得出固定資產(chǎn)的實際情況。

4 平臺關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)

資產(chǎn)管理平臺能夠準(zhǔn)確高效運轉(zhuǎn)，需要一套完整的RFID編碼機制，以保障資產(chǎn)設(shè)備和編碼的唯一對應(yīng)和一套數(shù)據(jù)維護管理機制，以保證資產(chǎn)實物與管理平臺數(shù)據(jù)的一致。

4.1 資產(chǎn)編碼

資產(chǎn)編碼不僅需要考慮資產(chǎn)的固定信息，如編號、屬性、類別等，同時需兼顧動態(tài)信息的體現(xiàn)，如設(shè)備狀態(tài)、檢定狀態(tài)燈，以方便資產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的跟蹤和設(shè)備盤點。

如表1所示，RFID標(biāo)簽編碼中固定信息站7個字節(jié)，狀態(tài)信息占1個字節(jié)，共計8個字節(jié)。其中設(shè)備狀態(tài)用于跟蹤設(shè)備全生命周期內(nèi)的狀態(tài)變更，包括初始化、可用、借出、維修、檢定、報廢。檢定狀態(tài)用于標(biāo)記設(shè)備周期送檢結(jié)果，包括合格、限用、停用、完好。

表1 RFID標(biāo)簽編碼格式

標(biāo)簽信息在資產(chǎn)登記以及設(shè)備狀態(tài)變更時，通過發(fā)卡器寫入。通過標(biāo)簽打印機將RFID標(biāo)簽打印并貼于每個設(shè)備物體上。

4.2 數(shù)據(jù)同步與傳輸

RFID手持讀寫器對設(shè)備狀態(tài)進行修改后，需要將設(shè)備信息實時同步到數(shù)據(jù)管理主站中，目前尚沒有用于設(shè)備數(shù)據(jù)管理的標(biāo)準(zhǔn)通信機制，因此需要設(shè)計一套手持終端與數(shù)據(jù)管理后臺之間的通訊規(guī)約以實現(xiàn)實時、高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸。為此項目采用如下關(guān)鍵技術(shù):一是在手持讀寫器中部署SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫，在讀寫器與管理主站無法網(wǎng)絡(luò)連接的情況下，保證在離線的情況下也可以執(zhí)行儀器設(shè)備的業(yè)務(wù)操作；二是采用基于業(yè)務(wù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)同步機制，即業(yè)務(wù)都由管理主站發(fā)起，待與手持讀寫器數(shù)據(jù)同步完成后，由手持讀寫器執(zhí)行業(yè)務(wù)操作，并返回業(yè)務(wù)結(jié)果。

如圖4所示，平臺數(shù)據(jù)同步架構(gòu)分為3層:手持讀寫器層、數(shù)據(jù)接口層和管理平臺層。手持讀寫器層采用Android操作系統(tǒng)，支持SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫，可存儲設(shè)備檔案數(shù)據(jù)、設(shè)備資產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與管理主站的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一致，便于數(shù)據(jù)同步。數(shù)據(jù)接口層是數(shù)據(jù)同步的中間件，一方面與管理主站建立數(shù)據(jù)庫連接，另一方面與手持讀寫器建立socket連接，可獨立部署在客戶端，也可作為一個模塊部署在管理主站中。管理主站中負責(zé)設(shè)備檔案數(shù)據(jù)、設(shè)備資產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理，可新增、刪除和修改設(shè)備信息，也可發(fā)起借出、維修、檢定、報廢等業(yè)務(wù)流程。手持讀寫器與管理主站的數(shù)據(jù)同步流程如下:

1)采用C/S結(jié)構(gòu)，手持讀寫器作為客戶端，數(shù)據(jù)接口作為服務(wù)器端。手持讀寫器開機后自動與數(shù)據(jù)接口建立socket連接，發(fā)起數(shù)據(jù)同步請求，數(shù)據(jù)接口與管理平臺建立數(shù)據(jù)庫連接，并將管理主站中的數(shù)據(jù)同步到本地SQLite數(shù)據(jù)庫中。

2)同步數(shù)據(jù)成功后，讀取設(shè)備業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并以業(yè)務(wù)推送的方式在手持讀寫器上顯示，提醒操作人員。業(yè)務(wù)人員根據(jù)提醒開展資產(chǎn)入庫、檢定、借出、調(diào)撥、報廢等業(yè)務(wù)等操作。由于業(yè)務(wù)申請在管理平臺完成，領(lǐng)用人、部門、歸還日期等操作附加數(shù)據(jù)不需要在手持讀寫器上填寫，只需填寫設(shè)備可用、借出、檢定等狀態(tài)數(shù)據(jù)，簡化了操作人員的工作量。

3)業(yè)務(wù)操作完成后，手持讀寫器發(fā)起業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)同步請求，數(shù)據(jù)接口接到同步請求后，打開數(shù)據(jù)庫連接，并將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)同步到管理平臺中。數(shù)據(jù)同步成功后，關(guān)閉socket會話和數(shù)據(jù)庫連接。

圖4 數(shù)據(jù)同步流程圖

從以上數(shù)據(jù)同步流程可看出，采用3層數(shù)據(jù)同步架構(gòu)，保障了手持讀寫器在離線時可執(zhí)行業(yè)務(wù)操作，提高了系統(tǒng)的健壯性，同時基于業(yè)務(wù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)同步方法使得在業(yè)務(wù)操作時無需填寫繁瑣的設(shè)備數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可用性。

5 結(jié)語

基于RFID技術(shù)的電力固定資產(chǎn)管理將大大改善電力企業(yè)固定資產(chǎn)檢定、調(diào)撥、借出和報廢等整個動態(tài)流程。同時，平臺對資產(chǎn)日常操作中涉及到的人員、地點、設(shè)備、時間等信息進行記錄，并對到期未歸還、到期需檢定的設(shè)備進行告警和預(yù)警，有效實時監(jiān)控資產(chǎn)數(shù)量、質(zhì)量、流向，在辦公室內(nèi)就可以及時了解到資產(chǎn)靜態(tài)和動態(tài)信息，提高了固定資產(chǎn)管理效益。

平臺建設(shè)完成后將實現(xiàn)電力固定資產(chǎn)從登記、入庫、檢定、調(diào)撥、維修到報廢的全過程管理，實現(xiàn)資產(chǎn)變動信息與系統(tǒng)信息的實時一致，為電力企業(yè)投資決策、資產(chǎn)合理調(diào)配提供了準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)，有效提高投資效益和設(shè)備使用率，減少設(shè)備的閑置和浪費。

〔1〕董震洋.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)中心管理上的應(yīng)用 〔D〕.上海:上海交通大學(xué)，2006.

〔2〕趙冬梅.固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用 〔J〕.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2011，30(09):96-98.

〔3〕王開曄.基于RFID技術(shù)的固定資產(chǎn)管理軟件系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā) 〔D〕.成都:電子科技大學(xué)，2012.

〔4〕周曉光，王曉華.射頻識別 (RFID)技術(shù)原理與應(yīng)用實例〔M〕.北京:人民郵電出版社，2006.

〔5〕羅春彬，彭龑，易彬.RFID技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用綜述 〔J〕.通信技術(shù)，2009，42(12):112-114.

Research on key technology of electric power instrument and equipments management platform based on radio frequency identification

TIAN Jian-wei，TIAN Zhen，LI Xi，QI Wen-hui
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

Aimed at characteristics of scattered locations，status tracking and management difficulty for the test instrument，measuring equipments and other tools in the power enterprise，the electric power instrument and equipment management platform is established by using the radio frequency identification technology.Through the management flow analysis of the electric power instrument and equipment，and the dynamic and fixed asset coding method and three layer architecture based data synchronization mechanism are studied.The whole process management of electric power instruments and equipments can be realized including registration，verification，storage，calibration，transfer，maintenance and scrap by the platform.Also the uniformity and real-time changes between system and real instrument can be achieved，as well as the accurate data for electric power enterprise asset allocation can be obtained which can improve equipment utilization and reduce waste.

instrument and equipment management；RFID；data synchronization；asset coding；data collecting；electric power

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.01.006

TP302.7

A

1008-0198(2015)01-0021-04

田建偉 (1983)，男，博士，從事信息通信安全技術(shù)等研究工作。

2014-08-25