基于RFID和GPS技術的電力設備巡檢系統設計與實現

馮偉功，彭文亮，唐佳林，陳健輝

（北京理工大學珠海學院，廣東 珠海 519000）

傳統的電力設備巡檢方式，一般采用人工進行數據處理的方式，效率極其低下，出錯率高，數據查找，分析處理麻煩，而且工作人員手工記錄檢查項目非常不方便，不便于保存和處理。

本文根據現場設備的實際情況，結合采用RFID和GPS的技術，設計了一套適合電力系統的變電站和輸電線路的巡檢系統。該系統對設備巡檢、維護、檢測等工作品質進行嚴格控制。同時系統提供的客觀、規范、科學的管理與監督手段，為管理者提供了有效的監督依據和管理手段，提高了電力系統的設備管理水平，實現了數據采集的自動化和無紙化以及對存儲數據和應用結果方便、高效的查詢。

1 系統組成和框架

電力設備巡檢系統，主要由以下部分組成：巡檢系統服務器（包含數據庫服務器，Web服務器和巡檢服務器端）、巡檢系統客戶端、巡檢手持機、現場設備、巡視標牌。巡檢系統的拓撲圖如圖1所示。

2 系統工作流程

系統工作流程圖如圖2所示。

圖1 系統拓撲圖

圖2 系統工作流程圖

（1）系統配置。在系統投運時，要進行系統的基礎數據(含人員、部門、巡視點，設備，信息等)、缺陷庫(巡視內容、巡視標準等)、設備臺帳等信息的配置。

（2）制定任務。由管理人員制定具體的巡視路線、分配巡視人員等信息，設置巡視時間（臨時任務或周期任務），巡視類型（正常巡視，特殊巡視等）。

（3）接受任務。運行人員接受任務，根據系統的提示，從系統下傳巡視任務到手持機。

（4）執行巡視任務。運行人員根據手持機的提示，到規定的作業點簽到，然后根據手持機的提示內容檢查設備，并用手持機做好記錄。

（5）巡視數據上傳。當巡視完成時候，可以通過CDMA通信方式實時傳輸數據，也可以巡視完成后，運行人員通過手持機把巡視結果上傳到巡視系統。

（6）檢查分析綜合。進行巡視結果的檢查，包括到位信息、缺陷信息、路線信息、工時統計、趨勢分析、設備定級和消缺等工作。

3 系統實現

3.1 標牌與GPS信息關聯

無論是標牌內含的全球唯一的RFID碼值信息，還是GPS位置信息，都需要在巡視系統搭建初期進行信息采集，并存貯到數據庫中。運行任務時，通過對下傳到手持機器的RFID碼值或者GPS位置信息進行比對。巡視運行任務時若RFID碼值相同，或者GPS坐標在設定的允許范圍內，則認為巡視人員巡視到位，就可以對巡視設備信息進行檢查和記錄，否則無法繼續下一步操作。系統中采用工業級的巡視標牌安裝到現場的設備區域，標牌所管轄的區域稱為一個巡視點區域。而對于不易放置巡視標牌而可以采集到GPS信息的桿塔等電力設備，通過GPS坐標位置來進行強制定位。

3.2 手持機巡檢

（1）手持機的模塊結構框圖。系統中的手持機采用自主研發的巡視器進行數據巡檢。手持機的詳細邏輯結構框圖如圖3。

圖3 主板系統邏輯框圖

RFID采集電路模塊和GPS硬件模塊，都是通過通用串行異步接口直接與微控制器連接，工作時CPU對模塊進行讀寫數據，并按著模塊協議進行解析和控制操作。RFID采集電路模塊，采用自定義的協議，而GPS模塊采用國際通用的NEMA0183標準格式進行通信。系統中的RFID和GPS接口共用一個串口，在運行任務時候，可以根據巡視點的類型來對串口進行初始化和切換操作，從而進行碼值感應或者GPS定位操作。

（2）手持機定位巡視實現。巡檢時，巡檢人員根據提示到指定的地點進行巡視，手持機從任務數據中讀取信息，根據任務中該點的具體類型，來進行碼值感應和GPS定位操作。若是碼值管理的設備，當任務中的碼值與現場的碼值信息一致時，則認為巡視已經到位，就可以完成對設備的記錄工作。若是靠GPS坐標位置管理的點，巡視時當接收的GPS衛星信息和任務中的位置信息在設定的巡視精度內，則認為巡視已經到位，允許進行下一步查看記錄工作。

3.3 后臺管理軟件

后臺管理軟件采用WCF技術，采用多層架構方式設計，方便與電力的MIS等系統進行接口。主要功能模塊如圖4所示。

圖4 管理后臺主要功能圖

通信模塊管理，主要完成數據的下傳、接收功能。用戶權限模塊主要完成組織架構，用戶的添加和刪除、權限的管理、密碼設定等?；A數據管理主要完成電力變電站、線路等設備和標準答案的輸入工作。參數設置主要是完成人工干預，即對系統參數的輸入和修改等。數據查詢部分主要對任務的執行情況，人員到位情況，缺陷處理情況，設備巡視情況等進行查詢分析。報表部分主要用于定制各種類型的電力巡視報表功能。系統管理主要提供系統的參數、通訊、巡視的一些到位限制配置等。圖5為對設備的查詢界面。

圖5 查詢界面圖

4 操作中遇到的典型問題及解決方法

根據設備的不同，巡檢標牌的安裝方式不一樣。如安裝在戶外的設備，一般通過使用高強度的雙面膠粘貼的方式，固定于對應的設備上。粘貼之前，應對粘貼表面進行清潔工作，這樣才能粘貼牢固。然而對于有些設備如電容器單元、出線避雷器單元，巡檢標牌需要安裝在圓柱桿上，為了讓標簽能安裝牢靠，需要定制安裝支架，一面是半弧形抱箍，充分接觸固定于圓柱桿，另一支撐面為水平面，巡檢標牌粘貼貼在這一面。同時巡視標牌還提供螺釘安裝的方式，通過這幾種安裝方式，使巡檢標簽牌安裝達到既牢靠又美觀的效果。

5 結束語

系統開發完成后，經過現場的運行證明，該系統性能穩定，大大提高了電力設備巡檢的工作效率，方便設備缺陷的跟蹤，使得電力設備巡檢管理井然有序，得到了電力設備巡檢人員的一致好評。

本系統設計方案，具有較好的適應性和擴展性，現場采用RFID和GPS結合的手持機，很好地滿足了不同類型設備的強制到位。巡檢時候可以方便瀏覽記錄本次和以前的電力設備巡檢信息。手持機直觀的圖形界面、豐富的軟件功能、先進的硬件平臺支撐，為進一步擴充應用奠定了基礎。管理后臺豐富的數據處理功能以及和MIS的融合，極大提高了巡檢系統的工作和數據處理的效率。系統使用方便，提高了工作效率。我國電力行業設備數額較大，國家特別重視電力設備的安全檢測管理工作。RFID和GPS技術在電力設備巡檢中的應用推廣，必將具有很好的應用前景。

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