基于RFID的抽水蓄能電站智慧物資管理系統研究及應用

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計研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

抽水蓄能電站在電網運行中承擔調峰填谷、調頻調相和事故備用等作用。由于電站內部洞室結構復雜，各類設備種類繁多，物資出入庫頻繁，因此對電站的物資管理系統智慧化提出了更高的要求。目前，物資的管理系統仍以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，經常出現物資遺漏、遺失、損壞等現象，風洞等工作重點區域一旦出現物資遺漏將造成重大安全隱患。因此，基于RFID技術，深入研究抽水蓄能電站的物資管理模式，開發智慧物資管理系統，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[1-5]。通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別過程中無需人工干預，并且能同時識別多個標簽。基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)或雷達反射的傳輸特性，實現對被識別物體的自動識別。由于其數據存儲量大、無線無源、小巧輕便、使用壽命長、防水、防磁等特點，已廣泛應用于身份識別、交通管理、軍事與安全、資產管理、防盜與防偽、金融、物流、工業控制等領域。

1.1 RFID系統構成

完整的RFID系統包括硬件系統和軟件系統。

硬件有：讀寫器、電子標簽和天線。① 讀寫器是RFID系統最重要的部分，它可以單獨具有讀寫、顯示、數據處理等功能，也可以與計算機或其他系統進行聯合，完成對射頻標簽的操作。根據標簽類型不同與完成的功能不同，閱讀器的復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出的射頻信號，利用感應電流獲得的能量發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：相應的數據管理系統和桌面端、手機端等信息管理系統，配合硬件使用。

1.2 RFID系統工作原理

RFID系統工作原理[7]如圖1所示。閱讀器將要發送的信號，經編碼后加載在某一頻率的載波信號上經天線向外發送，進入閱讀器工作區域的電子標簽接收此脈沖信號，卡內芯片中的有關電路對此信號進行調制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權限等進行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關信息，經加密、編碼、調制后通過卡內天線再發送給閱讀器，閱讀器對接收到的信號進行解調、解碼、解密后送至中央信息系統進行有關數據處理；若為修改信息的寫命令，有關控制邏輯引起的內部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫EEPROM中的內容進行改寫，若經判斷其對應的密碼和權限不符，則返回出錯信息。

圖1 RFID系統工作原理圖

2 智慧物資管理系統關鍵技術

2.1 系統架構

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

(1) 云服務器是智慧工具管理系統的數據中心，將桌面系統、手機APP、手持機和RFID關聯起來，保存、接受、處理、分析物資管理過程中的各種靜態及動態數據。

(2) 桌面客戶端，是智慧物資管理系統的核心，用于整個系統的統籌管理，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，管理員和物資部領導可查看所有出庫單和入庫單的執行情況。

(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器。

(5) RFID標簽，主要用來記錄物資的出入庫相關信息，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，使用環境惡劣，物資表面易沾污、磨損；物資盤點任務量大，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]需要根據物資的形狀、大小、材質、使用方式和應用環境等進行設計和制造，包括天線設計、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,保證工器具借還時不產生誤讀和干擾；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，易于調節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，并在每一個遠程貨倉內布置一個中轉站，將存儲倉位的開關信息和物資出、入庫信息上傳至云服務器中。

2.3 遠程控制及管理

抽水蓄能電站的存儲倉位具有分散、數量多、信息量大、管理復雜、數據傳輸困難等特點，在綜合分析的基礎上，提出了RFID + WiFi+5G的數據傳輸模式，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)技術對物資進行識別。系統整體采用“集中管理，獨立控制”模式，通過5G和WiFi無線網絡技術實現信息的通信，通過嵌入式技術完成系統的控制。

遠程控制及管理系統分為2層架構，包括中心系統和存儲倉位系統。存儲倉位系統與中心系統的連接采用廣域網，默認采用無線通信連接，使存儲倉位管理不受網絡條件的限制；存儲倉位管理采用以太網方式，擴容方便，維護簡單。利用網絡間的協議轉換，實現存儲倉位的遠程控制及管理。

3 智慧物資管理系統的功能實現

智慧物資管理系統包括電腦終端、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，是倉儲作業的首要環節。系統依據入庫單的信息以及用戶選擇的倉位搜索策略，為入庫單產生相應的存放倉位，對物資驗收無誤后，按照編碼規則為入庫物資打印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手持設備讀寫范圍內會主動激活，然后RFID電子標簽與RFID手持設備進行通信，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，按照規則進行擺放。

(2) 物資出庫。物資出庫是指根據出庫單信息，將所需物資發放到需用單位的業務活動，物資出庫是物資存儲階段的結束，是存儲業務流程的最后階段，標志著物資實體轉移到生產領域的開始。

根據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手持設備進行掃描下架出庫物資的RFID標簽，最后把數據發送到智慧物資管理平臺更新數據庫完成出庫。

(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量的一項業務管理活動。通過RFID讀取設備，對倉位上的物資進行自動掃描，讀取實物數量。數據通過接口，傳輸到倉儲管理系統的盤點憑證中。從系統中獲取當前賬面信息，實際錄入的盤點計數將進行對比，對于其中出現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、數量、等信息；可基于關鍵字、模糊字段等的多方位進行智慧查詢。

(5) 物資理貨。用戶可根據庫存管理的需要，創建理貨任務，根據理貨任務的內容，完成理貨工作，對于已完成的理貨任務進行確認，確認后表示該理貨任務完成，實現對物資理貨的閉環管理。

(6) 備品備件定額管理。對備品備件的庫存數量進行監測，數量低于預警閾值時通過智慧平臺進行提示。實現方式為設置備品備件庫存數量的報警閥值，庫存數量小于閥值時，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，管理員與物資部領導可查看所有入庫單的執行情況，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，管理員與物資部領導可查看所有出庫單的執行情況，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，管理員與物資部領導可查看所有盤點的執行情況，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，管理員與物資部領導可查看所有理貨的執行情況，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備掃描貨物的RFID標簽，進行在庫物資的盤點，盤點數據通過手持設備上傳智慧物資子系統。

4 結 語

基于RFID技術，構建了抽水蓄能電站智慧物資管理系統。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、自動化應用，解決了傳統物資管理方式耗時耗力、效率低下、盤點不清等技術難題，實現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。智慧物資管理系統成功應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安全隱患，提高了物資管理的效率和效果。