基于物聯網技術的電力安全工器具系統研究

王玉麗

摘要：針對電力安全工器具管理現狀，闡述了以物聯網技術為核心的電力安全工器具系統的解決方案，解決了目前存在的采用傳統柜式存儲存取不便、借入借出以及檢驗依賴紙質文檔且缺乏規范、大批量工器具定期檢查缺乏有效監管、工器具狀態無法遠程監控、同一批次工器具使用頻率不一致導致損耗差異大等問題。滿足了國家電網規范化、智能化的管理需求。

關鍵詞：物聯網；安全工器具

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）06-0036-02

安全是電力生產的第一要素，一旦發生安全事故，傷害將難以彌補，而安全工器具是電力職工進行日常操作/維護的必備用品，確保工器具的安全性尤為重要。目前的電力安全工器具系統仍存在諸多缺陷，例如使用傳統柜式存儲，存取和查詢不便；借入借出檢驗依賴紙質文檔和人工管理，各種工器具使用權限模糊，規范化程度低；大批量工器具定期檢查/保養缺乏有效的監管機制，超期未檢、漏查情況時有發生；運維部門無法遠程監控和查詢各變電站（無人值守變電站最為典型）的工器具狀態，無法及時制定維護策略；相同批次工器具由于使用頻率不一致導致損耗差異大等。因此構建先進的基于物聯網技術的電力安全工器具管理系統，實現管理信息化、可視化、遠程化、規范化具有重要意義。

1基于物聯網技術的電力安全工器具系統分層架構

電力安全工器具管理系統采用先進的物聯網技術，集射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）、視頻監控、紅外感應、嵌入式控制等技術于一體，對工器具進行智能規范化的管控，是物聯網的典型應用。系統架構遵循物聯網三層結構：感知層、網絡層和應用層。感知層負責信息采集與鑒別，包括人員/32器具進出庫信息采集、庫房環境信息采集、智能電動密集架倉儲信息等。感知層數據經網絡層進行傳遞和處理；應用層面向用戶，針對系統管理員、庫房管理員、維修作業員等多種角色，系統提供PC Web和移動終端系統，負責各種類型作業數據的輸入/輸出以完成各項工作。

2實現結構

根據國家電網相關標準結合上海某電力庫房的具體需求和實施部署要求（系統部署在多個工作間），整個系統的實現結構圖如圖1所示。系統從功能上可劃分為：環境調控、內部操作間（監控）、智能密集架倉儲、烘干平臺、檢驗平臺、人員出入庫監測等。

人員出入庫監測可通過人臉/指紋/門禁卡三合一門禁識別系統，同時配合紅外監測和視頻錄像技術，實時監控人員（含工器具）進出；智能環境調控滿足國家電網對電力庫房恒溫恒濕等的要求，可進行溫濕度數據、設備電流狀態數據、煙霧數據、高溫極限數據、紅外防盜數據、水漫數據、繼電保護數據等的采集，并控制熱風機、空調、照明燈、排氣扇、除濕機、報警系統等設備開始/停止工作，實現環境自動調控與警報；智能電動密集架倉儲，取代傳統儲物柜，結合RFID超高頻電子標簽智能識別技術，實現智能化的工器具查詢和存取。

系統中的嵌入式底層控制板均采用類似的硬件架構，其中，環境調控主控板、電氣控制板、智能密集架主控板和節點板、烘干平臺操作按鍵板和烘干設備控制板，均采用飛思卡爾MC9S08DZ60作為主控芯片，該芯片外設資源豐富且內置控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN），應用十分廣泛。出入庫RFID識別，通過四通道RFID讀寫器進行控制。

3系統控制軟件設計

管理系統實現全自動標準化的工器具生命周期管理（從申購、審批、領取、使用、存儲、試驗、報廢）、庫房環境調控、烘干/檢驗平臺控制、電動密集架控制、視頻監控等功能。軟件分為C/S軟件（基于.NET平臺，使用C#實現）和B/S軟件（使用PHP實現）兩部分，使用SQLServer數據庫進行數據存儲。軟件設計采用典型的三層架構，分為基礎數據層、系統服務層和應用層?；A管理層操控數據庫和各硬件設備。系統服務層提供工器具安全預警/登錄驗證/授權等服務。應用層同時提供PC WEB和移動終端管理系統，提供各種管理功能。軟件功能模塊包括：工器具生命周期管理、環境調控管理、烘干平臺管理、檢驗平臺管理、智能密集架管理等。

4管理系統工作流程

系統啟用前，工器具管理員在系統中注冊工器具并配置權限，對工器具統一編碼、配置基本屬性（如設備編號、類型、責任人等），建立一對一綁定關系表將工器具與每個RFID標簽綁定，為系統運行提供基礎數據。正常工作時，基本工作流程如下：

1）工作負責人通過系統開具帶電工作票，作業員攜帶工作卡以及個人身份卡至庫房。作業員走近庫房大門，通過門禁系統識別其身份，符合權限則準人否則拒入。準入，則系統啟動視頻監控，對工作區域進行監控。工作人員根據工作任務中所列工器具清單和存放位置，從電動密集架中，取出所需要的工器具。系統自動統計出庫品類型、數量、領取人、時間等信息并上傳至遠程數據庫，方便管理查詢。同時對庫存狀態進行調整。

2）作業員進入檢驗平臺，依次檢驗每個工器具的信息，是否合格，不合格需要及時更換。

3）作業員出庫，經過庫房大門時，系統通過RFID讀卡器自動讀取即將帶出庫的所有工器具信息，并依次進行語音播報。

4）作業員操作完成，首先進人烘干平臺，將工器具進行清潔、烘干，然后將歸還的物品置于指定區域，根據歸還物品清單，將物品歸還原位，系統自動更新庫存狀態。歸還過程中一旦出現違規操作，比如工作人員歸還數目與實際借出數目不符等，系統及時將違規信息以短信方式發送給指定負責人。

5）工作負責人在內部操作間，可以查看實時監控視頻畫面，或通過手機在線查看視頻監控，并可通過對講系統，發號施令。

5技術要領與創新

1）智能電動密集架存儲，集多功能于一體，兼容電腦/電動/手動控制方式，且每個柜體都裝有顯示觸摸屏，方便工具器的查詢與存取，集約高效。底層密集架控制板使用CAN網絡通信，穩定可靠。

2）先進的移動終端管理，每個工器具上都內置柔性RFID標簽和防水二維碼標簽。RFID技術的引人實現了工器具管理的信息化和無紙辦公。系統既可使用RFID手持機查詢工器具狀態，也可隨時隨地手機掃碼查詢工器具狀態、過期時間等，方便快捷。

3）工器具試驗智能提醒與監控。工器具負責人在后臺設置工器具的試驗周期、日期、提醒方式、提醒人員等，系統會根據要求自動發送提醒信息，過期未試驗也會向負責人發送警示信息，避免人員疏忽導致的安全隱患。

4）系統嵌入了一套工具器使用損耗優化算法，根據每次使用時長、使用次數等數據，生成一個損耗因子，每次根據損耗因子選擇使用的工器具，確保同一批次的工器具損耗值相當，防止工具使用不均或過度使用。

5）智能環境調控，遠程操控和自動控制兼容。遠程模式，可通過手柵遠程主機實時查看/控制環境參數；脫離遠程主機時，可以按預定程序自動控制。

6）使用人臉/指紋/門禁卡三合一門禁識別系統，確認操作權限，防止越權操作。同時輔以高清實時視頻監控，實時監控人員動作。

7）故障預警與檢修策略改進。電力故障數據是電力數據的重要組成，通過工具票數據統計分析，挖掘異常故障分布，針對性的跟蹤設備運行狀態，剖析潛在的不安全因素，可以協助運維人員進行安全評估和故障預警與診斷，同時利用歷史信息指導設備檢修。

6結論

本文闡述的電力安全工器具系統設計理念先進，在滿足國網標準前提下，解決了現有系統的多種問題，具有智能、遠程可控、標準化等特點，通過電動密集架倉儲、智能環境調控、智能檢驗/烘干平臺、RFID出入庫監測、門禁與實時視頻監控、移動終端管理等技術創新，使得工器具使用更加規范、高效和安全。