基于RFID電子標簽電力計量設備管理系統
睿豐德科技 專注RFID識別技術和條碼識別技術與管理軟件的集成項目。睿豐德RFD中間層連接生產作業現場數據采集與ERP系統的橋梁。1 RFID技術簡述
RFID (Radio Frequency Identification)，即射頻識別。又稱電子標簽。RFID技術是從20世紀8O年代走向成熟的一項非接觸式的自動識別技術，與傳統的條形碼識別技術相比有很多優點：一是可以識別單個的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類物體：二是采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數據，而條形碼必須靠激光來讀取信息；三是可以同時對多個物體進行識讀，而條形碼只能一個一個地讀Ⅲ；另外，它還具有普通條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、讀取距離遠及標簽數據的可重復讀寫等特點。
最基本的RFID系統由三部分組成：標簽(Tag)。由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；讀寫器(Reader)，讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；天線(Antenna)，在標簽和讀寫器問傳遞射頻信號。
RFID系統的工作原理：如下圖表1所示，標簽進入磁場后，接收讀寫器發出的射頻信號。憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(Active Tag，有源標簽或主動標簽)；讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。
Ø 射頻卡將自身編碼等信息透過卡內天線發送出去。
Ø 讀寫器接收天線接收到從射頻卡發送來的載波信號，經天線調節器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進行解調和譯碼然后送到后臺軟件系統處理。
Ø 后臺軟件系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行相應的動作。
1.1 RFID電子標簽對比條碼標簽的優勢
條形碼技術已經出現多年，對于資產生命周期的管理，起著至關重要的作用，在一定程度上提高工作效率。它以其價格低廉的優勢，深受各行各業的歡迎，并得以廣泛應用，但條形碼標簽較之RFID電子標簽也存在著很多弱點。
1） 條形碼標簽一次只能讀一次，而RFID電子標簽具有復讀功能，一次能識別多個標簽，可以實現大批量快速的交換識別，提高生產效率。例如：在電力計量器具的出入庫，可以實現群體識別。
2） 條碼標簽容易被污染且壽命短，而RFID標簽的耐磨損及污染，壽命可達15年。
3） 條形碼標簽必須正面識別，而RFID標簽的方向感比較弱，可以在任何方為識別。例如：在電力巡檢時，可以識別設備柜內的電力設施。
4） 條形碼掃描識別距離有限，而RFID識別距離在5-8M之間。例如：在電力巡視時，識別高處的電力設別，同時遠離高壓，增加人身安全。
5） 條形碼標簽可以直視閱讀且能夠復制，而RFID標簽內容不可更改和復制，具有一定的防偽防盜功能。
6） RFID技術的應用，可以使整個資產管理進一步信息化、數字化、從而使管理上一個臺階。
1.2 電力計量器管理概況
電力系統各網省公司與各直轄市公司在電力計量器具方面，都有自己獨特的管理手段。就某電力電能計量中心來說，采用的是“屬地局需求→集中采購→集中檢定→統一配送”的原則。為了達到器具的全生命周期的管理，每只器具均設定了“待到貨→到貨→庫存待檢 →工區待檢→……→報廢檢定→報廢”等30多個狀態，這些狀態的改變均需要特定操作，即要對每只器具進行至少一次的識度操作。目前每年大約有50萬器具的檢定工作，對于這樣一個數字級的器具，其出入庫、關口交接都是必須的。可想而知，工作量巨大。如果需要手工錄入或利用條形碼掃描，都是不實用的。這就需要我們尋找一種快速、準確識度批量設備的方式，這就是射頻識別。
根據該電力電能計量中心的具體需求，我們設計出一整套RFID應用解決方案----基于超高頻電子標簽電力計量設備系統。該系統實現了計量工具的群體識別，使得庫房、檢定、配送等各關節的交接識別確認變得輕松，大大提高了電力電能中心的生產效率，同時，更高一層次的實現了電能計量器具的全生命周期的管理，使電力資產管理水平上升了一個新臺階，深受用戶的好評論。
2.1 用戶作業流程簡介
針對某電力電能計量中心，計量設備的管理的作業流程如圖表2：
RFID整體設計如下圖表4
2.1.1.1 RFID電子標簽批量制作
電子標簽按照供電方式分：有源和無源兩種。無源標簽沒有電源，采用感應起電產生的電流為標簽供電。作用距離相對較短，但免換電池，特別適合于電力系統應用，也是目前市場應用的主流方向。
電子標簽按照頻率分：低頻（125K）、高頻（13.56M)、超高頻（915M-48G）針對此項目，我們采用超高頻，無源電子標簽。通過大量的實驗，此類電子標簽，適合于長時間粘貼在電力設備上，閱讀距離遠（5-8M），且群讀效果優于其他頻段，他完全能滿足此項目的要求。
由于該計量中心的工序要求，保證檢驗臺的單體識別和條形碼的直接性，我們設計條形碼標簽和電子標簽同時并存，來標示設備。一只電子標簽，同時具有條形碼。
在電子標簽正式使用之前，必須有讀寫設備對其進行初始化--賦ID號。小批量不規則的電子標簽，可由讀寫器進行賦值，大批量電子標簽，可使用RFID打印機，進行逐個寫入。根據本系統的要求，我們采用RFID打印機進行ID號賦值。我餓定義的電子標簽，通過發卡器打印預先賦ID號，ID號是由后臺(MIS）根據用戶的要求產生的，具有唯一性。RFID打印機，一是寫電子標簽ID，二是打印條形碼電子標簽，粘貼在電力計量設備內部，以便群體識別。
固定式閱讀器是固定安裝在供需分界點，完成群讀、錄入、識別、確認功能，要求閱讀數量準確，無漏讀，并且群讀數量越多越好。我們定制四套固定式閱讀器，分別安裝在，A庫房與外界分界點；B三相電度表檢驗室與外界分界點；C單項電度表檢驗室與外界分界點；D互感器檢驗室與外界分界點。每個分界點閱讀器均配置四天線，可群讀設備上的標簽，并與MIS接口，實現群體錄入功能。硬件接口為LAN、串口可選。
多個帶有電子標簽的電力設備，在進出庫、出入檢定室時，均有固定式閱讀器群體識別，所識別的ID號進入數據庫，完成數據的采集。
安裝在各關節群體識別設備：1）識別門
1. 成品電子標簽批量打印，生產能力：2――4萬只/天。
2. 利用射頻門形式，實現128只電子標簽（以≤0.5M/S速度）通過識別區被全部讀出，數據讀寫正確率達100%。
3. 利用識別室形式，實現128只電子標簽在室內識別區被全部讀出，數據讀寫正確率達100%。
4. 建立基于超高頻電子標簽的RFID中間件系統（MIS接口）。
標簽: 基于RFID電子標簽電力計量設備管理系統
RFID (Radio Frequency Identification)，即射頻識別。又稱電子標簽。RFID技術是從20世紀8O年代走向成熟的一項非接觸式的自動識別技術，與傳統的條形碼識別技術相比有很多優點：一是可以識別單個的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類物體：二是采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數據，而條形碼必須靠激光來讀取信息；三是可以同時對多個物體進行識讀，而條形碼只能一個一個地讀Ⅲ；另外，它還具有普通條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、讀取距離遠及標簽數據的可重復讀寫等特點。
最基本的RFID系統由三部分組成：標簽(Tag)。由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；讀寫器(Reader)，讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；天線(Antenna)，在標簽和讀寫器問傳遞射頻信號。
RFID系統的工作原理：如下圖表1所示，標簽進入磁場后，接收讀寫器發出的射頻信號。憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(Active Tag，有源標簽或主動標簽)；讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。
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圖表1 RFID結構圖
Ø 射頻卡將自身編碼等信息透過卡內天線發送出去。
Ø 讀寫器接收天線接收到從射頻卡發送來的載波信號，經天線調節器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進行解調和譯碼然后送到后臺軟件系統處理。
Ø 后臺軟件系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行相應的動作。
1.1 RFID電子標簽對比條碼標簽的優勢
條形碼技術已經出現多年，對于資產生命周期的管理，起著至關重要的作用，在一定程度上提高工作效率。它以其價格低廉的優勢，深受各行各業的歡迎，并得以廣泛應用，但條形碼標簽較之RFID電子標簽也存在著很多弱點。
1） 條形碼標簽一次只能讀一次，而RFID電子標簽具有復讀功能，一次能識別多個標簽，可以實現大批量快速的交換識別，提高生產效率。例如：在電力計量器具的出入庫，可以實現群體識別。
2） 條碼標簽容易被污染且壽命短，而RFID標簽的耐磨損及污染，壽命可達15年。
3） 條形碼標簽必須正面識別，而RFID標簽的方向感比較弱，可以在任何方為識別。例如：在電力巡檢時，可以識別設備柜內的電力設施。
4） 條形碼掃描識別距離有限，而RFID識別距離在5-8M之間。例如：在電力巡視時，識別高處的電力設別，同時遠離高壓，增加人身安全。
5） 條形碼標簽可以直視閱讀且能夠復制，而RFID標簽內容不可更改和復制，具有一定的防偽防盜功能。
6） RFID技術的應用，可以使整個資產管理進一步信息化、數字化、從而使管理上一個臺階。
1.2 電力計量器管理概況
電力系統各網省公司與各直轄市公司在電力計量器具方面，都有自己獨特的管理手段。就某電力電能計量中心來說，采用的是“屬地局需求→集中采購→集中檢定→統一配送”的原則。為了達到器具的全生命周期的管理，每只器具均設定了“待到貨→到貨→庫存待檢 →工區待檢→……→報廢檢定→報廢”等30多個狀態，這些狀態的改變均需要特定操作，即要對每只器具進行至少一次的識度操作。目前每年大約有50萬器具的檢定工作，對于這樣一個數字級的器具，其出入庫、關口交接都是必須的。可想而知，工作量巨大。如果需要手工錄入或利用條形碼掃描，都是不實用的。這就需要我們尋找一種快速、準確識度批量設備的方式，這就是射頻識別。
根據該電力電能計量中心的具體需求，我們設計出一整套RFID應用解決方案----基于超高頻電子標簽電力計量設備系統。該系統實現了計量工具的群體識別，使得庫房、檢定、配送等各關節的交接識別確認變得輕松，大大提高了電力電能中心的生產效率，同時，更高一層次的實現了電能計量器具的全生命周期的管理，使電力資產管理水平上升了一個新臺階，深受用戶的好評論。
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圖表2
2.1 用戶作業流程簡介
針對某電力電能計量中心，計量設備的管理的作業流程如圖表2：
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圖表3 RFID規劃作業流程
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圖表4RFID規劃后作業流程
RFID整體設計如下圖表4
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圖表5
2.1.1.1 RFID電子標簽批量制作
電子標簽按照供電方式分：有源和無源兩種。無源標簽沒有電源，采用感應起電產生的電流為標簽供電。作用距離相對較短，但免換電池，特別適合于電力系統應用，也是目前市場應用的主流方向。
電子標簽按照頻率分：低頻（125K）、高頻（13.56M)、超高頻（915M-48G）針對此項目，我們采用超高頻，無源電子標簽。通過大量的實驗，此類電子標簽，適合于長時間粘貼在電力設備上，閱讀距離遠（5-8M），且群讀效果優于其他頻段，他完全能滿足此項目的要求。
由于該計量中心的工序要求，保證檢驗臺的單體識別和條形碼的直接性，我們設計條形碼標簽和電子標簽同時并存，來標示設備。一只電子標簽，同時具有條形碼。
在電子標簽正式使用之前，必須有讀寫設備對其進行初始化--賦ID號。小批量不規則的電子標簽，可由讀寫器進行賦值，大批量電子標簽，可使用RFID打印機，進行逐個寫入。根據本系統的要求，我們采用RFID打印機進行ID號賦值。我餓定義的電子標簽，通過發卡器打印預先賦ID號，ID號是由后臺(MIS）根據用戶的要求產生的，具有唯一性。RFID打印機，一是寫電子標簽ID，二是打印條形碼電子標簽，粘貼在電力計量設備內部，以便群體識別。
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圖表6
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圖表7
固定式閱讀器是固定安裝在供需分界點，完成群讀、錄入、識別、確認功能，要求閱讀數量準確，無漏讀，并且群讀數量越多越好。我們定制四套固定式閱讀器，分別安裝在，A庫房與外界分界點；B三相電度表檢驗室與外界分界點；C單項電度表檢驗室與外界分界點；D互感器檢驗室與外界分界點。每個分界點閱讀器均配置四天線，可群讀設備上的標簽，并與MIS接口，實現群體錄入功能。硬件接口為LAN、串口可選。
多個帶有電子標簽的電力設備，在進出庫、出入檢定室時，均有固定式閱讀器群體識別，所識別的ID號進入數據庫，完成數據的采集。
安裝在各關節群體識別設備：1）識別門
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圖表8
1. 成品電子標簽批量打印，生產能力：2――4萬只/天。
2. 利用射頻門形式，實現128只電子標簽（以≤0.5M/S速度）通過識別區被全部讀出，數據讀寫正確率達100%。
3. 利用識別室形式，實現128只電子標簽在室內識別區被全部讀出，數據讀寫正確率達100%。
4. 建立基于超高頻電子標簽的RFID中間件系統（MIS接口）。
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圖表9
標簽: 基于RFID電子標簽電力計量設備管理系統