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浅谈电力物联网标识技术的应用

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RuBee 是 IEEE 在 2009 年制定的一种新的通信标准。标准规定了收发器、无线标签模块部分的空中接口规范。标准的目的主要是通过给物品增加电子标识,实现物品的可视化管理。作为一种新型的电子标识技术,RuBee 与当前的条形码(磁条、sim 卡)、射频标签(radio frequency identificarion,RFID)等标识技术相比,具有功耗低、体积小,特别是能够穿透金属、水等介质而可靠传输的特性,弥补了 RFID 等标识技术在这些环境条件下应用的不足。

一、RuBee 技术原理

标识系统构成

基于 RuBee 技术的电子标识系统主要由读写器、电子标签和应用软件 3 部分组成,如图 1 所示。系统的工作原理是:由电子标签或读写器发起数据传输请求,接受方响应请求,从而完成数据的点对点传输。读写器连接到通信网上,可以利用现有的以太网协议传输数据,并存储在通信网数据服务器上。

图 1 标识系统结构

1. 读写器。读写器是负责读取或写入标签信息的设备。它由控制模块发送 request(请求)报文,经中频载波调制,由天线发送给标签。当请求报文到达目的标签后,相应的标签会回复应答消息,当消息到达读写器后,读写器对应答消息进行解调及译码,最后通过接口模块(如 RS232 接口、RJ45 接口)传递给计算机网络的数据管理系统。

2. 电子标识。电子标签是标识系统的信息载体。它能够响应来自读写器的请求信号,并回复 response(应答)报文给读写器。

电子标签状态转换如图 2 所示,标签被设定为 2 种工作状态:Sleep(体眠)和 Listen(侦听)。

图 2 电子标签的状态转换示意

3. 数据管理系统。

数据管理系统主要完成数据信息的存储、管理以及标签信息的分析等应用功能。标识系统的数据管理采用 IPv4 的网络寻址模式,可以通过廉价的以太网路由器和数据服务器实现网络内数据的集中管理,配备一套应用软件可以实现网络内信息的全面统计分析,为资产的全面管理、设备的连续跟踪等高级应用提供基础。

电感耦合信号

标识系统利用电感耦合模式传输信号。所谓的电感耦合模式是工作在近场且产生的磁场能量远大于电场能量的电磁波信号传输模式。标识系统天线类似于磁耦极子天线,可以通过求解磁耦极子的电磁场来分析天线近场的磁场能量分布情况,研究信号在不同材质中的传输性能。

RuBee 标识在电力物联网中的应用

总体介绍

随着信息化技术的发展和应用,信息技术对电网安全、经济运行的保障作用日益显现。电力物联网是加强电网设备管理自动化水平的信息化手段,网络通过智能传感设备(电参量传感器、温度传感器、图像传感器、标识技术等),按照电力物联网的网络体系,通过电力通信专网连接起来进行信息交互,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理服务的目标。如图 3 所示。

标识技术是电力物联网的基础环节,通过广泛的电子标识系统,把众多的设备准确地登记注册,通过物联网络实现可视化、全程化跟踪的管理效果,克服信息记录滞后、信息记录不准确、管理人为因素影响严重等缺点,便于维护和保障电力系统设备的运行安全。

图 3 电力物联网示意

电力电缆信息标识

电子标识技术能够很好地解决线缆定位问题,在电力电缆的路径上可以设置一些特殊的标识节点,通过这些节点指示,容易查找到电缆走向、铺设深度、分布密度等参数。但是,现有的电子标识技术应用在这些地方存在通信的问题。RuBee 标识技术能够解决这个通信难点,即使标识放置在地下、水中、金属箱体中,依然不影响信号传输。如图 4 所示,建设施工完成后,可以借助手持掌上电脑(PDA)终端和电力通信网完成标识信息的现场实时管理、远方管理主站的网络化监视、电缆故障的快速定位、地下线缆的保护等。

图 4 地埋电缆电子标识应用示意

电力设备管理信息标识

电力一次设备包括开关、变压器、电抗器、杆塔等,条形码技术和 RFID 标识技术,以及红外线技术、蓝牙技术等本地抄取手段,因为安全要求、高压环境干扰、方位性苛刻等条件限制,不适合作为设备的信息标识和信息抄取方式。

采用 RuBee 电子标识技术构建网络化的设备管理平台,如图 5 所示。现场工作人员手持 PDA 终端,把观测到的设备运行情况、检修执行情况以及责任人员等因素,一并输入并存储在设备的电子标识上,将来可以随时访问查看。另一方面,远程监控主站通过电力通信网和网络上挂接的终端读写器,实时地查看设备情况,查询设备的详细信息(如使用年限、以往的维修情况、最后一次检修日期等)。还可以检查预定的设备检修进展,统计网络中设备在线运行效率等。

图 5 设备管理系统结构

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