何毓函，趙宜賢，翟曉卉

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南　250003；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南　250000）

RFID技術(shù)在電能表檢定系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

何毓函1，趙宜賢2，翟曉卉1

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250000）

射頻識別技術(shù)（RFID）能夠有效地跟蹤、記錄電能表的信息，實(shí)現(xiàn)電能表信息的快速、批量掃描。介紹RFID技術(shù)在電能表檢定系統(tǒng)中的硬件、軟件應(yīng)用設(shè)計，該技術(shù)數(shù)據(jù)記憶容量大，能夠?qū)崿F(xiàn)無屏障閱讀，安全性能高。在大批量電能表檢定過程中，不存在電能表混裝、檢測數(shù)據(jù)不匹配等現(xiàn)象，有效提高檢定系統(tǒng)的效率。

RFID；智能電能表；檢測；識別

0　引言

射頻識別技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它利用射頻信號通過無線傳輸?shù)姆绞?，在讀寫器和電子標(biāo)簽之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和目標(biāo)識別［1］，通過被識別物品和識別裝置之間的接近活動，自動地獲取被識別物品的相關(guān)信息，并提供給后臺的計算機(jī)處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理，具有非接觸、工作距離長、適于惡劣環(huán)境、可識別運(yùn)動目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。目前，RFID技術(shù)在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［2-4］。電能表自動化檢定［5-7］是一種新型的自動化儀表檢測系統(tǒng)，能夠根據(jù)營銷系統(tǒng)下達(dá)的電能表檢定任務(wù)，通過生產(chǎn)調(diào)度平臺協(xié)調(diào)，自動完成電能表的出庫、輸送、檢定、分揀等一系列功能。系統(tǒng)設(shè)計按照流水線作業(yè)設(shè)計，可在一套系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)多種項(xiàng)目的流水作業(yè)，由于電能表檢測項(xiàng)目繁多，很容易在搬運(yùn)過程中因?yàn)楣の坏牟煌叭斯げ僮?，?dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)對不上，造成檢測數(shù)據(jù)混亂。在檢測過程中引入RFID技術(shù)能夠有效地解決上述技術(shù)瓶頸。

1　電能表檢定系統(tǒng)的組成

電能表檢定系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)化控制的全自動系統(tǒng)，如圖1所示，采用分層結(jié)構(gòu)，由3臺服務(wù)器完成系統(tǒng)不同設(shè)備的控制和全自動檢定工作，服務(wù)器與檢定系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器相連，并與上層計量中心生產(chǎn)調(diào)度平臺相連，能夠?qū)崿F(xiàn)上料、耐壓、檢定、分揀、下料等一系列協(xié)同作業(yè)。每一個單元由一個獨(dú)立的控制單元完成本地的控制，同時通過網(wǎng)絡(luò)連接到總控CPU統(tǒng)一調(diào)度和控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化自動運(yùn)行。

從系統(tǒng)下達(dá)電能表檢定任務(wù)開始，自動立庫系統(tǒng)將智能電能表周轉(zhuǎn)箱輸送到檢定系統(tǒng)的接料位，檢定系統(tǒng)自動完成周轉(zhuǎn)箱輸送、自動上下料、身份識別、耐壓試驗(yàn)、外觀與電氣性能檢查、編程開關(guān)開啟、功能檢查與試驗(yàn)、費(fèi)控電能表費(fèi)控試驗(yàn)、電能表電量預(yù)置/清零/加密/置參數(shù)、準(zhǔn)確度測試、合格與不合格三相智能電能表分揀、空托盤緩存等各個環(huán)節(jié)。

由于檢定位的不同，電能表隨托盤在不同的工位來回流動。在不同的環(huán)節(jié)中正確識別電能表、托盤、料箱的對應(yīng)關(guān)系成為檢測過程中的重點(diǎn)工作。

圖1　電能表檢定系統(tǒng)

2　RFID硬件設(shè)計

2.1 RFID工作原理

RFID主要有3部分組成。標(biāo)簽，由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象；閱讀器，用于讀?。▽懭耄?biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式；天線，在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。

圖2　RFID工作原理

RFID的基本原理是利用射頻信號與空間耦合傳輸特性，對物體自動識別。射頻標(biāo)簽與讀寫器之間通過耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號的空間（無接觸）耦合，在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換［8］。射頻標(biāo)簽與閱讀器之間通過兩者的天線架起空間電磁波傳輸?shù)耐ǖ?，如圖2所示，RFID射頻裝置在電能表檢定系統(tǒng)的上料緩存、輸送、接拆線、試驗(yàn)、測試、設(shè)置、封印、貼標(biāo)、分揀、下料等各個環(huán)節(jié)中得到應(yīng)用，能正確地識別出表、盤、料箱及其綁定關(guān)系。

2.2RFID技術(shù)在線體中的硬件設(shè)計

根據(jù)電能表的檢定線體特征，RFID技術(shù)主要應(yīng)用到線體的上/下料口、進(jìn)/出倉口、岔道口、分揀區(qū)、緩存區(qū)，如圖3所示。

圖3　RFID射頻裝置在線體中的應(yīng)用分布

2.2.1上/下料口

上/下料口為機(jī)器人機(jī)械手進(jìn)行上表和下表的工位。開始檢表時，機(jī)械手把電能表抓取到檢測工位上，進(jìn)行電能表性能及準(zhǔn)確度的檢定，檢定完畢后，再通過機(jī)械手把電能表從檢測工位上放回原工位或根據(jù)需要放置到其他工位上。電能表底部帶有RFID標(biāo)簽，承載電能表的工裝托盤底部上也設(shè)置有RFID標(biāo)簽，當(dāng)電能表通過線體上設(shè)置的RFID處時，RFID裝置讀取電能表和托盤的數(shù)據(jù)，將二者關(guān)系“握手”，完成電能表和工裝托盤的資產(chǎn)綁定，把綁定數(shù)據(jù)通過軟件設(shè)置保存在系統(tǒng)中，在電能表檢定系統(tǒng)中可根據(jù)托盤號索引對應(yīng)的電能表表號，也可以通過電能表表號索引托盤號，實(shí)現(xiàn)了電能表和托盤的一一對應(yīng)關(guān)系。

2.2.2進(jìn)/出倉口

RFID裝置在進(jìn)倉口處的型材框架上設(shè)置有條碼閱讀器，在電能表在進(jìn)入各檢定單元前，首先完成電能表信息識別工作，獲得電能表的資產(chǎn)信息。當(dāng)托盤上的電能表經(jīng)過條碼閱讀器時，PLC控制系統(tǒng)將觸發(fā)條碼閱讀器的條碼掃描槍，對電能表上的條碼進(jìn)行信息掃描，從而讀取電能表信息，并將條碼信息發(fā)送給數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，服務(wù)器在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中下載電能表的數(shù)據(jù)信息，并對該信息進(jìn)行處理，處理結(jié)果添加到待校表庫中，完成電能表在流水線系統(tǒng)中的資產(chǎn)錄入。

2.2.3岔道口

電能表根據(jù)不同的工位在檢定線體中選擇不同的流向。當(dāng)電能表通過設(shè)置有RFID裝置的岔道口位置時，RFID射頻裝置通過高頻RFID、超高頻RFID直接進(jìn)行射頻識別電子標(biāo)簽及工裝托盤號。系統(tǒng)自動完成電能表、托盤信息的資產(chǎn)綁定，軟件自動編寫托盤號，在托盤號對應(yīng)的表號上填寫電能表信息。系統(tǒng)還能記錄電能表是否進(jìn)過倉，通過工裝托盤號不僅能索引相應(yīng)的電能表表號，還能判斷線體上的任一電能表是否經(jīng)過倉，是檢定合格表或不合格表，以此實(shí)現(xiàn)電能表和托盤關(guān)系的一一對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢的功能。2.2.4分揀區(qū)

檢定結(jié)束后機(jī)械手對檢定合格表及不合格表進(jìn)行分揀，分揀區(qū)處的RFID識別由高頻RFID識別托盤號，并負(fù)責(zé)電能表?xiàng)l碼編號掃描、RFID識別及驗(yàn)證，條碼掃描器能適用各種不同規(guī)格條碼（UPC碼、EAN碼、ISBN碼、ISSN碼、39碼、128碼等），同時將掃描的電能表?xiàng)l碼編號與相應(yīng)的檢定裝置及其表位綁定，有效地將電能和承載的工裝托盤、電能表信息以及檢定裝置一一對應(yīng)起來，將數(shù)據(jù)信息上傳服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、查詢，還能根據(jù)電能表的查詢數(shù)據(jù)得出電能表流向，如檢定合格表被流向下一個工位，檢定不合格表進(jìn)行隔離、緩存等。

2.2.5緩存區(qū)

在自動化檢定過程中，一般對不合格表進(jìn)行隔離、緩存處理。在緩存區(qū)，設(shè)置RFID裝置獲取電能表的緩存數(shù)據(jù)，如需要緩存的電能表數(shù)量，在緩存區(qū)的位置以及與緩存工裝托盤的一一對應(yīng)關(guān)系，都能通過RFID裝置進(jìn)行資產(chǎn)綁定。除此，通過RFID裝置在線體中還能通過托盤號或則電能表號識別出進(jìn)入緩存之前的電能表檢測情況、進(jìn)倉情況、電能表所在工位情況，有效地實(shí)現(xiàn)了電能表信息的核對，即查即用，非常方便，對電能表后期的信息檢定、定位、分揀、追蹤起著非常重要的作用。

RFID裝置還能分辨出空托盤和實(shí)托盤，下文有詳細(xì)描述。RFID裝置識別的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)TCP/IP實(shí)現(xiàn)與外界信息的通信和控制。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為數(shù)據(jù)管理平臺，外接服務(wù)器，服務(wù)器與控制系統(tǒng)相連，RFID射頻識別數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)管理平臺進(jìn)行統(tǒng)一管理。

3　RFID軟件設(shè)計

軟件設(shè)計流程如圖4所示，流程設(shè)計主要分為7步。

1）任務(wù)開始。服務(wù)器下達(dá)命令，任務(wù)開始。

2）電能表綁定位的信息識別。在電能表資產(chǎn)綁定位處設(shè)置有RFID射頻識別裝置，自動進(jìn)行電能表和工裝托盤的信息綁定，RFID射頻識別裝置發(fā)射高頻信號，電能表上設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)的ISO18000-6C電子標(biāo)簽，工裝托盤上設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)的ISO18000-6B電子標(biāo)簽。當(dāng)電能表經(jīng)過射頻識別裝置時，根據(jù)RFID射頻識別裝置的原理，智能電能表與托盤形成綁定關(guān)系，托盤號與表號一一對應(yīng)。如果托盤與電能表不能形成綁定關(guān)系，則會有報警提醒，任務(wù)結(jié)束。

3）空、實(shí)托盤識別。線體上有的工裝托盤裝有電能表，有的為空托盤。經(jīng)過RFID射頻識別裝置時，如果是裝有電能表的托盤，高頻RFID識別出此托盤號，并由托盤號作為索引，通過一一對應(yīng)，查出電能表的相關(guān)信息，系統(tǒng)則發(fā)出指令，進(jìn)行下一步操作；如果是空托盤，則系統(tǒng)發(fā)出報警提醒，進(jìn)行隔離緩存。

4）電能表流向識別。電能表和托盤綁定后，通過一方的資產(chǎn)信息就能識別出另一方的身份。在線體上流轉(zhuǎn)時，線體上的進(jìn)料口、岔道口處均設(shè)置有RFID射頻識別裝置，通過表盤號查出該托盤和電能表相應(yīng)的身份信息，進(jìn)而確定其流轉(zhuǎn)方向。

5）檢表處信息識別。在電能表分揀處也設(shè)置有RFID射頻識別裝置。高頻RFID射頻裝置識別托盤號，由托盤號索引到電能表，檢查到該電能表的信息，當(dāng)該表為合格表時，則流向下一個工位；如果是不合格表時，則進(jìn)行隔離、緩存。

6）下料口處信息識別。同樣，在下料口處也設(shè)置有RFID射頻識別裝置。運(yùn)用同樣的辦法，由托盤號索引到電能表的身份資產(chǎn)信息，并將實(shí)物和信息共同裝箱，形成新的電能表、托盤、箱的資產(chǎn)信息綁定。

7）任務(wù)結(jié)束。現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)管理平臺，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，任務(wù)結(jié)束。

4　結(jié)語

RFID技術(shù)以一種無線射頻方式應(yīng)用到電能表檢定流水線系統(tǒng)中，能夠自動綁定、讀取、識別RFID射頻標(biāo)簽和不同規(guī)格條碼標(biāo)簽（UPC碼、EAN碼、ISBN碼、ISSN碼、39碼、128碼等），快速實(shí)現(xiàn)信息核對、信息綁定、定位、分揀、追蹤等。檢定線體根據(jù)不同的需求設(shè)置多個RFID射頻識別裝置，通過托盤信息索引智能電能表信息以及逆向索引，根據(jù)不同的需求使智能電能表流向不同的工位，保證在線體上能夠隨時讀取電能表資產(chǎn)信息，由資產(chǎn)信息情況確定電能表的檢定情況及流向，數(shù)據(jù)檢查即用，使用方便，功能全面。

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Application of RFID Technology in the Meters Calibration Pipeline System

HE Yuhan1，ZHAO Yixian2，ZHAI Xiaohui1
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250000，China）

Radio frequency identification（RFID）technology can effectively track，record and scan the information of meters.The hardware and software design of the RFID technology applied in the power meters calibration system are described.With its big data memory capacity，RFID can realize barrier-free reading and high safety performance.In the process of high volume meters calibration，this technology can improve the efficiency with matched meters and data.

RFID；smart meter；calibration；identification

TM933.4

B

1007-9904（2015）09-0056-04

2015-04-14

何毓函（1988），女，主要從事電能計量工作；

趙宜賢（1983），男，主要從事財務(wù)工作；

翟曉卉（1982），女，工程師，主要從事電能計量工作。