基于超高频RFID技术的电力资产管理系统

　　1 电力资产管理介绍

　　1.1电力资产管理概述

　　电力企业属于资产分散型企业，资产使用部门多，使用地点范围大，结构分类复杂，覆盖面大。资产可以分为输电线路、变电设备、配电线路及设备、用电计量设备及通讯设备、自动化设备、工具器具、运输设备、房屋建筑物、土地、福利设施等十几大类。另外，通常由于电力资产的数量多，金额大，更新快，管理上就要求能及时准确反映出这些变化。所有这些都为电力部门的资产管理提出了挑战。下文以常见的电能表电力资产管理为例进行分析。

　　传统的电力资产管理方式一般依赖于非自动化，以纸张文件为基础的系统来记录、追踪管理；少数用到条形码实现资产的识别与管理；但效率都极其低下，随着资产数量的增加，极大地加重了管理人员的负担，人力资源的严重浪费，同时也增加了资产管理的难度，常常造成数据不及时，出错率高等问题。往往库存管理混乱，出入库数据出错。如果大范围长时间的任其存在，将给企业带来极大的成本问题。

　　在资产管理应用技术方面，一维条码/二维条码等传统自动识别技术在物品分类贴标管理方面也得到了广泛的应用。但是条码技术本身依赖于可见光扫描反射、识别率低、条码容易折损玷污、存储信息量少，一般只标识某一类产品，从而影响了其在物流管理中的广泛应用。

　　RFID射频识别技术与条码技术相比，是非接触远距离自动识别技术的典型代表。RFID技术识别准确度高、性能可靠、存储信息量大、耐油污水洗等，特别适用于恶劣工作环境下的自动识别需求。采用RFID标签替换条码等标识货品，可有效的完成对资产的自动化管理，实现资产信息的自动采集、自动处理和报表输出。

　　目前，RFID技术已广泛应用于物流、车辆识别、生产管理、人员证卡管理等各个领域。按照RFID在各个工作频率下的性能优缺点，主要将RFID技术分为低频、高频、超高频、微波等。本文对电力资产管理，主要采用超高频UHF RFID技术，相比于其他频段的RFID技术，其电子标签系统具有识别距离远、可多标签同时识别等显著特点，可以满足资产管理过程中的大批量多标签可靠识别。

　　1.2资产管理系统的建设目标

　　现代化的资产管理系统主要针对传统的管理中所面临的诸多问题，采用超高频RFID射频识别技术、计算机处理技术、互联网通信技术等信息化技术，对电力资产的管理实现资产信息自动化识别、资产验收、资产新增、资产处置、资产调拨管理、资产分类、资产报废、自动化/半自动化盘点、资产准确定位、报表自动输出等相关操作。

　　采用RFID射频识别技术管理电力资产的主要目标是实现：

　　● 及时、可靠的定位资产的位置
　　● 非接触自动识别电力属性信息
　　● 降低电力资产的库存成本，提高库存利用率和审计频率
　　● 采用自动化/半自动化的识别方式，提高盘点的准确性和操作效率
　　● 实现电力资产数据的网络实时共享和管理，根据需要完成报表输出
　　● 建立一个统一的电力资产信息平台，提高资产监管的水平

　　1.3资产管理系统的设计原则

　　电力资产管理系统建设应统一数据标准、统一软件、统一硬件，采用成熟、可靠技术，以整体性、实用性为主，兼顾先进性和可扩充性等等。 

　　（1）继承性：保证系统与现有测试系统、设备和结构的兼容性，最大限度利用现有系统。

　　（2）先进性：系统采用RFID技术与资产管理系统相结合，能有效的提高资产查验人员的效率，而且能实现资产的实时、精确、有效的集中管理。

　　（3）实用性：根据系统需求出发，最大限度满足业务上的各项功能要求，确保实用性。软件应操作简便、易于掌握。管理、维护和维修具有简易性。对于电力资产调运过程中的不同的环境和业务需求，能方便有效的完成对电力资产的管理，不同的产品要有较强的针对性设计

　　（4）安全性:对系统软件和应用软件方面必须注意系统安全保密工作，设计安全网络结构方式。RFID标签及其相关软件要对安全性做全面的设计和规划，电子标签要防止恶意变更和作弊。

　　（5）开放性:系统要求在数据库和软件开发方面应支持符合国际标准和行业规范的相关接口标准。在应用开发中，要使用相应国家标准和I/M业务标准。开放系统内部标准，提供接口类型说明。RFID超高频读写器、电子标签应符合ISO/EPC等相关国际规范标准，并提供开放的二次开发接口，支持主流RFID中间件产品的开发。

　　（6）高效性:能保证系统的收集、传输和使用具有快速、有效的运作效率，整个业务流程简介易用。

　　（7）可扩充性:在系统设计方面，具有良好的可扩充能力，可以根据信息需要对系统进行必要的调整、扩充，包括存储器容量和系统功能等方面的扩充。在系统软件全面升级的情况下，能最大的保证现有投资设备的可用性。在业务需求方面，基本数据项目可以扩展，可以有使用单位根据需要，自行添加相关内容。设备可根据业务的需要扩展数量，而整体的技术方案结构无需交大的更改变。

　　（8）可靠性和容错性:在设计中要整体考虑系统的可靠性，根据设备的功能、重要性个分别采用冗余、纠错等技术，以确保局部的错误不影 响整个网络系统的运行。RFID读写器及电子标签等设备要充分考虑使用环境、干扰因素、邻近干扰、介质因素、错卡/坏卡等不确定性因素，提供各种针对性的方案。

　　（9）紧急应变性:中心监管系统和定期设备检测监督系统的设计必须考虑到潜在的应急故障失败情况，必须设计有效、快速和可靠的应急管理系统和对应的服务保障系统。对电力资产管理系统中出现的紧急故障能及时有效的处理，能提出一套有效的解决方案。

　　2电力资产管理系统总体框架

　　在电力资产管理系统中，主要是仓库管理和数据中心的监控及报表输出。本方案中电子标签和读写器都采用通用RFID协议ISO/IEC 18000-6C，其灵活的扩展性可以确保对电力资产管理的应用需求。

　　2.1 系统总体架构

　　电力资产管理系统的总体架构如图1所示。 

图1 电力资产管理系统总体架构图

　　在系统中，主要采用移动式RFID手持机和固定式读写器来完成实现对电力资产（贴有电子标签）进行管理。在实际应用中，除了电力资产的仓库管理外，还会涉及资产的调拨等环节的信息化管理。

　　如果采用固定式读写器对电力资产的入库、出库等进行管理，其基本的操作是：资产出入库时，通过装有固定式读写器射频覆盖区域，固定式读写器读取到贴放在资产上的电子标签ID及属性信息。固定式读写器通过COM口/以太网口将数据上传到后端工作站，本地工作站向后台数据库进行数据的交互请求，请求验证通过后，完成对出入库的数据库操作。

　　如果使用手持机对资产调拨等环节进行实时的跟踪和数据服务请求的处理，其基本的操作是：手持机扫描调拨资产的属性信息（扫描电子标签），资产信息通过移动通信网络的GPRS数据服务上传到后台服务器，后台服务器对数据进行处理后，将处理结果返回到手持机上。

　　2.2 系统设计特点

　　基于RFID技术的电力资产管理系统，能很好的解决传统资产管理中面临的一系列问题，其主要的特点是：

　　（1）保密性好
　　本系统采用ISO/IEC 18000-6C协议的电子标签，其具有全球唯一的64bit ID号，能有效的标识所有种类的资产，直至单品级资产。灵活的加密方式，可以确保系统良好的保密性。

　　（2）可靠性高 
　　成熟的RFID技术和网络通信技术，可以有效保证系统的高可靠性。

　　（3）数据实时性强
　　有别于传统的人工资产管理模式，RFID资产管理系统通过自动识别和网络实时交互等方式确保了数据的实时性，在盘点等作业中更具有优势。

　　（4）扩展性强
　　本系统具有开放式结构及模块化功能设计，系统可大可小，位置点可多可少，功能可增可减，因此具有很强的系统适应性。 

　　3 系统软件设计

　　基于RFID技术的电力资产管理系统的软件系统，主要是针对电力资产管理的实际需求，按照日常的业务流程规范，开发出的具有稳定的、具有可操作性的、容易集成和扩展的软件系统。

　　3.1系统软件主要功能

　　基于RFID电力资产管理系统软件的功能模块如图2所示，包括资产验收、资产新增入库、资产使用出库、资产报表、资产查询、资产盘点、资产报表输出、用户权限管理、系统管理及维护等9个功能模块，下面对各功能模块进行的具体功能进行描述。 
 

图2 电力资产管理系统软件功能模块图

　　3.2 软件主要模块设计

　　(1) 资产验收

　　电子标签作为电力资产（如电表、输电设备、变电设备等）的身份标识，在资产入库验收时，完成对电子标签的编码、资产属性信息的录入等操作。将标签的ID信息与资产的属性信息（名称、数量、质量、生产厂家、生产日期等），通过标签发放管理软件进行关联后，上传到后台数据库中，以便日后进行管理。

　　资产验收模块主要的操作包括：

　　•统计贴标资产的全部属性，并录入标签发放管理系统内；
　　•读写器读取标签的ID信息，上传到系统后，系统自动关联两者信息；
　　•读写器将关键信息写入电子标签的存储器中；
　　•按照规定，将标签贴放到电力资产特定的位置

　　资产验收后，标签里记录了资产的关键基本属性信息，也即完成了标签ID与资产属性的绑定，在随后的操作中，这一信息将唯一存在。

　　(2) 资产新增入库

　　这里的电力资产入库，指贴有电子标签的资产进入仓库。

　　当资产进入仓库大门时，贴放在资产上的电子标签被固定式读写器读取到ID等信息，资产的信息显示在仓库工作站（PC）的仓库管理系统上，由仓管员确认入库信息后上传到后台数据库中，并完成资产入库信息录入操作。

　　如果采用手持机对入库进行管理，则类似于固定式式读写器的操作流程：仓管员用手持机读取资产上的电子标签，标签信息，仓管员确认资产与信息相符后，通过wifi等无线通信链路将数据上传到后台操作系统。

　　仓库的进/出动作的判断，可以使用红外对射、地感触发等技术进行自动判别，也可以通过仓管员的手动操作确认进出来获得。根据现场的应用环境可以灵活的处理。软件处理上对入库动作的设计也会由应用情况的不同。

　　(3) 资产使用出库

　　与资产入库管理类似，出库属性与入库信息会有不同，但基本的思路相同这里不再遨述。

　　(4) 资产盘点

　　仓库内资产的盘点是指：仓管员用RFID手持机逐一扫描仓库内的资产标签，当扫描到贴放在设备上的电子标签时，电子标签内的设备信息显示在RFID手持机显示屏上。工作人员核对电子标签信息与实际资产属性吻合无误后，实时或者在规定时间，将巡检的结果上传到后台服务器进行处理。手持机主要通过无线wifi通信技术等与资产管理后台数据库进行数据交互。

　　5) 资产查询及定位

　　作为资产管理，往往会遇到这样的伪问题，仓管员需要知道某特定资产存放的区域、属性等，以便制定采购计划或者调拨出库该类资产，实现资产的高效率使用。

　　可备查询的资产主要通过关键信息的检索来获取，比如资产的产品固件属性信息等等。应用系统可以通过关键信息的组合检索功能，快速准确的检索出查询的信息，定位相关目标资产到垛位、货架位置等方位上。查询结束后，将查询结果递交给仓管员员，等待处理。

　　资产管理系统中可被查询的关键信息包括：

　　● 资产的固有属性信息（产品信息、质量、数量等）
　　● 资产入库的属性信息（入库时间、入库批次、入库操作员）
　　● 资产存放信息（存放位置、存放变更信息、盘点输出表）
　　● 资产归属者信息（归属者单位、姓名等）
　　● 资产变更及资产调拨信息
　　● 设备的折损情况
　　● 资产之间的关联信息

　　(6) 资产报废

　　资产的报废是指资产的生命周期终止后，通过消除资产信息在数据库中的记录来解除资产的使用的等操作，其操作的内容包括：消除资产的数据库信息、拆除或拆毁电子标签，报废资产到回收部门等。

　　(7) 资产报表输出 

    通过自动化平台系统，将操作的结果以报表的形式呈送给客户。报表的形式很多，可以通过图像、文字、表格等各种友好界面输出到客户面前。

　　(8) 用户权限管理 

    安全性是信息系统要考虑的重要问题，当不同角色的用户登录到系统中时，为防止用户的非法操作和非法用户的入侵，就要对用户进行分角色的权限管理。

　　如标签发放功能的使用者具有制作标签的权限，而没有仓库管理的权限，而且每个操作员都有一个专属的操作账号和密码，以便监督管理操作员的工作记录。非法用户的登录将收到权限拒绝和报警提示。

　　(9) 系统管理及维护

　　系统管理主要完成系统运行参数进行校正，维护等。完成权限分配、数据表单的增加、修改、删除等操作以及系统的升级和管理操作。

　　4 系统硬件设计

　　4.1 硬件总体描述

　　电力资产管理系统的总体架构图和部分网络外设如图1所示。在一个成熟的RFID应用系统中，主要的硬件设备包括：UHF电子标签、UHF固定式读写器、手持式读写器、电子标签打印机（可打印条码）、应用服务器、WEB服务器、数据库服务器等。以单个仓库为单位，仓库出入管理可以采用固定式读写器来管理、仓库资产的盘点定位等可以采用手持式读写器来管理、电子标签的发放则采用电子标签打印机来完成。

　　一般情况下，固定式读写器安装在仓库大门识别区内，当贴有电子标签的资产通过大门时，读写器读取到电子标签的信息，将数据上传到后台数据库系统，后台系统对标签的信息进行处理后，记录资产出入库的信息，以达到电力资产的管理。

　　在仓库盘点等日常仓库管理中，可移动式的手持式读写器在读取到电子标签的数据时，将数据通过无线数据链路上传到后台数据库系统，通过与数据库系统的数据交互，完成盘点的自动/半自动化操作。以下是各种设备的硬件布局设计。

　　4.2 硬件布局

　　4.2.1标签的贴放方案

　　电子标签作为标识仓库货物的唯一标志，在贴放时要特别注意。因为标签的贴放直接关系到读写器天线的安装方式和标签读写效果。为了获得最佳的读写效果，读写器的极化方向要与标签的极化方向一致。

　　这里将标签主要分为抗金属标签和非抗金属标签，来标识不同介质的货物。抗金属标签是贴放在金属货物表面的，抗金属标签（包括卡片、不干胶、Inlay等）主要贴放在非金属货物标签。像木箱、帆布包、塑料袋子、纸箱等货物均可以通过非抗金属标签来标识。
     
　　4.2.2仓库大门固定式读写器的硬件系统设计

　　本方案以固定式的四通道读写器为例，对读写器的硬件安装设计进行分析。四通道的分体式读写器可配置4个独立工作的天线。天线的参数可以灵活选择选择，一般情况下板状天线与读写器信号端口通过射频馈线来传递射频信号。四个天线的工作依照逐个轮询的方式来实现。下面以标准的仓库大门（门高3.0m,宽4.0m）为例对读写器硬件方案进行分析，如图3。

　　根据现场应用环境及天线的性能，选择8dBi的圆极化板状天线作为读写器适配天线，天线与读写器之间的射频信号传输通过馈线来传输。馈线的优劣也直接影响到信号的传输质量，一般好的天线衰减因数为：小于1.5dB/10m。在资产管理系统中馈线长度一般不会超过10m。

　　一般情况下，天线1、天线4相向安装，安装高度为0.5-1.0m，贴放在左右边侧的标签很容易被读取到。而天线2、天线3的都是垂直向下的，根据大门的宽度，可适当调整两个天线之间的间距，一般间距在1.0~2.0m左右，贴放在资产顶部的标签很容易被读取到。 
 

图3 分体式读写器的安装方式

　　在实际应用中，确保电子标签的表面与天线面板保持平行，这样可以使电子标能够获得最大的电磁能量，从而获得最佳的读写效果。如果电子标签的表面垂直于天线面板经过大门，则电子标签的读写效果最差，可能会出现漏读的现象。

　　4.2.3 仓库内手持机操作的硬件系统设计

　　手持机在实际的应用中，由于具有移动性好，可操作性强等优点，所以在仓库盘点作业、仓库巡查定位等作业中具有广泛的应用。下面以手持机盘点为例，介绍手持机的硬件系统组成。

　　如图4所示，手持机通过wifi网络来完成数据交互。操作人员通过手持机读取到资产上的电子标签，电子标签的信息显示在显示屏上。手持机通过wifi无线网络将标签信息上传到无线AP，无线AP通过有线或无线网络将数据上传到后台PC，PC通过VPN网络与后台服务器进行数据交互。由于wifi技术具有组网简捷，数据传输速率快，传输距离远（一般30~100m）,简单易用等诸多有点，所以在资产管理系统中可以广泛的应用。

图4  wifi网络的手持机硬件系统

　　如图5所示，手持机通过GPRS网络来完成数据交互。操作人员通过手持机读取到资产上的电子标签，电子标签的信息显示在显示屏上。手持机通过GPRS无线网络将标签信息上传到移动通信基站的数据服务器，一定通信基站通过有线网络将数据上传到后台服务器，后台服务器与手持机的数据交互有固有链路来传输。由于GPRS是基于移动通信网络的通信技术，因而在有移动信号的地方都可以采用GPRS来完成数据请求。

图5 GPRS网络的手持机硬件系统