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基于RFID电子标签电力计量设备管理系统
摘要：根据该电力电能计量中心的具体需求，我们设计出一整套RFID应用解决方案----基于超高频电子标签电力计量设备系统。该系统实现了计量工具的群体识别，使得库房、检定、配送等各关节的交接识别确认变得轻松，大大提高了电力电能中心的生产效率，同时，更高一层次的实现了电能计量器具的全生命周期的管理，使电力资产管理水平上升了一个新台阶，深受用户的好评论。
1 RFID技术简述
RFID (Radio Frequency Identification)，即射频识别。又称电子标签。RFID技术是从20世纪8O年代走向成熟的一项非接触式的自动识别技术，与传统的条形码识别技术相比有很多优点：一是可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体：二是采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；三是可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读Ⅲ；另外，它还具有普通条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、读取距离远及标签数据的可重复读写等特点。
最基本的RFID系统由三部分组成：标签(Tag)。由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；读写器(Reader)，读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)，在标签和读写器问传递射频信号。
RFID系统的工作原理：如下图表1所示，标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号。凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
Ø 射频卡将自身编码等信息透过卡内天线发送出去。
Ø 读写器接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和译码然后送到后台软件系统处理。
Ø 后台软件系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行相应的动作。
1.1 RFID电子标签对比条码标签的优势
条形码技术已经出现多年，对于资产生命周期的管理，起着至关重要的作用，在一定程度上提高工作效率。它以其价格低廉的优势，深受各行各业的欢迎，并得以广泛应用，但条形码标签较之RFID电子标签也存在着很多弱点。
1） 条形码标签一次只能读一次，而RFID电子标签具有复读功能，一次能识别多个标签，可以实现大批量快速的交换识别，提高生产效率。例如：在电力计量器具的出入库，可以实现群体识别。
2） 条码标签容易被污染且寿命短，而RFID标签的耐磨损及污染，寿命可达15年。
3） 条形码标签必须正面识别，而RFID标签的方向感比较弱，可以在任何方为识别。例如：在电力巡检时，可以识别设备柜内的电力设施。
4） 条形码扫描识别距离有限，而RFID识别距离在5-8M之间。例如：在电力巡视时，识别高处的电力设别，同时远离高压，增加人身安全。
5） 条形码标签可以直视阅读且能够复制，而RFID标签内容不可更改和复制，具有一定的防伪防盗功能。
6） RFID技术的应用，可以使整个资产管理进一步信息化、数字化、从而使管理上一个台阶。
1.2 电力计量器管理概况
电力系统各网省公司与各直辖市公司在电力计量器具方面，都有自己独特的管理手段。就某电力电能计量中心来说，采用的是“属地局需求→集中采购→集中检定→统一配送”的原则。为了达到器具的全生命周期的管理，每只器具均设定了“待到货→到货→库存待检 →工区待检→……→报废检定→报废”等30多个状态，这些状态的改变均需要特定操作，即要对每只器具进行至少一次的识度操作。目前每年大约有50万器具的检定工作，对于这样一个数字级的器具，其出入库、关口交接都是必须的。可想而知，工作量巨大。如果需要手工录入或利用条形码扫描，都是不实用的。这就需要我们寻找一种快速、准确识度批量设备的方式，这就是射频识别。
根据该电力电能计量中心的具体需求，我们设计出一整套RFID应用解决方案----基于超高频电子标签电力计量设备系统。该系统实现了计量工具的群体识别，使得库房、检定、配送等各关节的交接识别确认变得轻松，大大提高了电力电能中心的生产效率，同时，更高一层次的实现了电能计量器具的全生命周期的管理，使电力资产管理水平上升了一个新台阶，深受用户的好评论。
2.1 用户作业流程简介
针对某电力电能计量中心，计量设备的管理的作业流程如图表2：
RFID整体设计如下图表4
2.1.1.1 RFID电子标签批量制作
电子标签按照供电方式分：有源和无源两种。无源标签没有电源，采用感应起电产生的电流为标签供电。作用距离相对较短，但免换电池，特别适合于电力系统应用，也是目前市场应用的主流方向。
电子标签按照频率分：低频（125K）、高频（13.56M)、超高频（915M-48G）针对此项目，我们采用超高频，无源电子标签。通过大量的实验，此类电子标签，适合于长时间粘贴在电力设备上，阅读距离远（5-8M），且群读效果优于其他频段，他完全能满足此项目的要求。
由于该计量中心的工序要求，保证检验台的单体识别和条形码的直接性，我们设计条形码标签和电子标签同时并存，来标示设备。一只电子标签，同时具有条形码。
在电子标签正式使用之前，必须有读写设备对其进行初始化--赋ID号。小批量不规则的电子标签，可由读写器进行赋值，大批量电子标签，可使用RFID打印机，进行逐个写入。根据本系统的要求，我们采用RFID打印机进行ID号赋值。我饿定义的电子标签，通过发卡器打印预先赋ID号，ID号是由后台(MIS）根据用户的要求产生的，具有唯一性。RFID打印机，一是写电子标签ID，二是打印条形码电子标签，粘贴在电力计量设备内部，以便群体识别。
固定式阅读器是固定安装在供需分界点，完成群读、录入、识别、确认功能，要求阅读数量准确，无漏读，并且群读数量越多越好。我们定制四套固定式阅读器，分别安装在，A库房与外界分界点；B三相电度表检验室与外界分界点；C单项电度表检验室与外界分界点；D互感器检验室与外界分界点。每个分界点阅读器均配置四天线，可群读设备上的标签，并与MIS接口，实现群体录入功能。硬件接口为LAN、串口可选。
多个带有电子标签的电力设备，在进出库、出入检定室时，均有固定式阅读器群体识别，所识别的ID号进入数据库，完成数据的采集。
安装在各关节群体识别设备：1）识别门
1. 成品电子标签批量打印，生产能力：2——4万只/天。
2. 利用射频门形式，实现128只电子标签（以≤0.5M/S速度）通过识别区被全部读出，数据读写正确率达100%。
3. 利用识别室形式，实现128只电子标签在室内识别区被全部读出，数据读写正确率达100%。
4. 建立基于超高频电子标签的RFID中间件系统（MIS接口）。
RFID (Radio Frequency Identification)，即射频识别。又称电子标签。RFID技术是从20世纪8O年代走向成熟的一项非接触式的自动识别技术，与传统的条形码识别技术相比有很多优点：一是可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体：二是采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；三是可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读Ⅲ；另外，它还具有普通条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、读取距离远及标签数据的可重复读写等特点。
最基本的RFID系统由三部分组成：标签(Tag)。由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；读写器(Reader)，读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)，在标签和读写器问传递射频信号。
RFID系统的工作原理：如下图表1所示，标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号。凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
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图表1 RFID结构图
Ø 射频卡将自身编码等信息透过卡内天线发送出去。
Ø 读写器接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和译码然后送到后台软件系统处理。
Ø 后台软件系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行相应的动作。
1.1 RFID电子标签对比条码标签的优势
条形码技术已经出现多年，对于资产生命周期的管理，起着至关重要的作用，在一定程度上提高工作效率。它以其价格低廉的优势，深受各行各业的欢迎，并得以广泛应用，但条形码标签较之RFID电子标签也存在着很多弱点。
1） 条形码标签一次只能读一次，而RFID电子标签具有复读功能，一次能识别多个标签，可以实现大批量快速的交换识别，提高生产效率。例如：在电力计量器具的出入库，可以实现群体识别。
2） 条码标签容易被污染且寿命短，而RFID标签的耐磨损及污染，寿命可达15年。
3） 条形码标签必须正面识别，而RFID标签的方向感比较弱，可以在任何方为识别。例如：在电力巡检时，可以识别设备柜内的电力设施。
4） 条形码扫描识别距离有限，而RFID识别距离在5-8M之间。例如：在电力巡视时，识别高处的电力设别，同时远离高压，增加人身安全。
5） 条形码标签可以直视阅读且能够复制，而RFID标签内容不可更改和复制，具有一定的防伪防盗功能。
6） RFID技术的应用，可以使整个资产管理进一步信息化、数字化、从而使管理上一个台阶。
1.2 电力计量器管理概况
电力系统各网省公司与各直辖市公司在电力计量器具方面，都有自己独特的管理手段。就某电力电能计量中心来说，采用的是“属地局需求→集中采购→集中检定→统一配送”的原则。为了达到器具的全生命周期的管理，每只器具均设定了“待到货→到货→库存待检 →工区待检→……→报废检定→报废”等30多个状态，这些状态的改变均需要特定操作，即要对每只器具进行至少一次的识度操作。目前每年大约有50万器具的检定工作，对于这样一个数字级的器具，其出入库、关口交接都是必须的。可想而知，工作量巨大。如果需要手工录入或利用条形码扫描，都是不实用的。这就需要我们寻找一种快速、准确识度批量设备的方式，这就是射频识别。
根据该电力电能计量中心的具体需求，我们设计出一整套RFID应用解决方案----基于超高频电子标签电力计量设备系统。该系统实现了计量工具的群体识别，使得库房、检定、配送等各关节的交接识别确认变得轻松，大大提高了电力电能中心的生产效率，同时，更高一层次的实现了电能计量器具的全生命周期的管理，使电力资产管理水平上升了一个新台阶，深受用户的好评论。
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图表2
2.1 用户作业流程简介
针对某电力电能计量中心，计量设备的管理的作业流程如图表2：
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图表3 RFID规划作业流程
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图表4RFID规划后作业流程
RFID整体设计如下图表4
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图表5
2.1.1.1 RFID电子标签批量制作
电子标签按照供电方式分：有源和无源两种。无源标签没有电源，采用感应起电产生的电流为标签供电。作用距离相对较短，但免换电池，特别适合于电力系统应用，也是目前市场应用的主流方向。
电子标签按照频率分：低频（125K）、高频（13.56M)、超高频（915M-48G）针对此项目，我们采用超高频，无源电子标签。通过大量的实验，此类电子标签，适合于长时间粘贴在电力设备上，阅读距离远（5-8M），且群读效果优于其他频段，他完全能满足此项目的要求。
由于该计量中心的工序要求，保证检验台的单体识别和条形码的直接性，我们设计条形码标签和电子标签同时并存，来标示设备。一只电子标签，同时具有条形码。
在电子标签正式使用之前，必须有读写设备对其进行初始化--赋ID号。小批量不规则的电子标签，可由读写器进行赋值，大批量电子标签，可使用RFID打印机，进行逐个写入。根据本系统的要求，我们采用RFID打印机进行ID号赋值。我饿定义的电子标签，通过发卡器打印预先赋ID号，ID号是由后台(MIS）根据用户的要求产生的，具有唯一性。RFID打印机，一是写电子标签ID，二是打印条形码电子标签，粘贴在电力计量设备内部，以便群体识别。
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图表6
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图表7
固定式阅读器是固定安装在供需分界点，完成群读、录入、识别、确认功能，要求阅读数量准确，无漏读，并且群读数量越多越好。我们定制四套固定式阅读器，分别安装在，A库房与外界分界点；B三相电度表检验室与外界分界点；C单项电度表检验室与外界分界点；D互感器检验室与外界分界点。每个分界点阅读器均配置四天线，可群读设备上的标签，并与MIS接口，实现群体录入功能。硬件接口为LAN、串口可选。
多个带有电子标签的电力设备，在进出库、出入检定室时，均有固定式阅读器群体识别，所识别的ID号进入数据库，完成数据的采集。
安装在各关节群体识别设备：1）识别门
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图表8
1. 成品电子标签批量打印，生产能力：2——4万只/天。
2. 利用射频门形式，实现128只电子标签（以≤0.5M/S速度）通过识别区被全部读出，数据读写正确率达100%。
3. 利用识别室形式，实现128只电子标签在室内识别区被全部读出，数据读写正确率达100%。
4. 建立基于超高频电子标签的RFID中间件系统（MIS接口）。
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图表9
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