基于RFID的抽水蓄能电站智慧物资管理系统研究及应用

王春明，徐汉坤，郑 凯，危 伟，马晓晨，游光华，赵毅峰，郑小刚，吴燕飞，朱中山，范建强，沈 浩

(1. 华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司，安吉 313302；2. 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

抽水蓄能电站在电网运行中承担调峰填谷、调频调相和事故备用等作用。由于电站内部洞室结构复杂，各类设备种类繁多，物资出入库频繁，因此对电站的物资管理系统智慧化提出了更高的要求。目前，物资的管理系统仍以ERP为主，操作流程、方式较为繁琐，信息交换渠道不畅，无法满足基层物资管理人员的实际工作需求。物资管理的主要方式有：管理员现场检查、人工记录、电子台账更新等，物资出库、入库及盘点仍采用人工方式。在物资出、入库量较大时，这种管理模式效率低下，经常出现物资遗漏、遗失、损坏等现象，风洞等工作重点区域一旦出现物资遗漏将造成重大安全隐患。因此，基于RFID技术，深入研究抽水蓄能电站的物资管理模式，开发智慧物资管理系统，对物资的入库、出库、盘点、台账、理货、备品备件定额管理等进行高效化、智能化和全过程追踪管理。

1 RFID技术简介

RFID(Radio Frequency I Dentification)，即射频识别，是一种非接触式的自动识别技术[1-5]。通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别过程中无需人工干预，并且能同时识别多个标签。基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。由于其数据存储量大、无线无源、小巧轻便、使用寿命长、防水、防磁等特点，已广泛应用于身份识别、交通管理、军事与安全、资产管理、防盗与防伪、金融、物流、工业控制等领域。

1.1 RFID系统构成

完整的RFID系统包括硬件系统和软件系统。

硬件有：读写器、电子标签和天线。① 读写器是RFID系统最重要的部分，它可以单独具有读写、显示、数据处理等功能，也可以与计算机或其他系统进行联合，完成对射频标签的操作。根据标签类型不同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度也有显著差别。② 电子标签由耦合元件、芯片及微型天线组成，每个电子标签内部存有唯一的电子编码。电子标签进入RFID读写器扫描场以后，通过天线接收到读写器发出的射频信号，利用感应电流获得的能量发送储存在芯片中的电子编码或一定频率的信号。③ 天线主要用来在标签和读写器之间传递射频信号[6]。

软件主要有：相应的数据管理系统和桌面端、手机端等信息管理系统，配合硬件使用。

1.2 RFID系统工作原理

RFID系统工作原理[7]如图1所示。阅读器将要发送的信号，经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送，进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM中的内容进行改写，若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。

图1 RFID系统工作原理图

2 智慧物资管理系统关键技术

2.1 系统架构

智慧物资管理系统：① 云服务器；② 电脑桌面系统；③ 手机APP；④ 手持机；⑤ RFID标签组成。

(1) 云服务器是智慧工具管理系统的数据中心，将桌面系统、手机APP、手持机和RFID关联起来，保存、接受、处理、分析物资管理过程中的各种静态及动态数据。

(2) 桌面客户端，是智慧物资管理系统的核心，用于整个系统的统筹管理，通过简洁明了的人机交互界面，并配合桌面式读写器，实现物资入库、出库、盘点、台账、理货、备品备件定额管理等主要管理功能。

(3) 手机APP，主要用于android终端或者ios终端，方便物资管理人员随时对库存物资进行查询，用户可在手机端对出库单、入库单进行查询，管理员和物资部领导可查看所有出库单和入库单的执行情况。

(4) 手持机，体积小、可移动、方便携带，主要用来办理物资的入库及出库，物资的办理信息可同步上传至云服务器。

(5) RFID标签，主要用来记录物资的出入库相关信息，粘贴于物资表面，通过桌面式读写器、手持机等终端的识别实现物资的出入库管理和盘点管理等。

2.2 RFID电子标签

抽水蓄能电站的物资种类繁多，使用环境恶劣，物资表面易沾污、磨损；物资盘点任务量大，对RFID识别距离、速度及群读识别有很高的要求。因此，电子标签[8]需要根据物资的形状、大小、材质、使用方式和应用环境等进行设计和制造，包括天线设计、芯片绑定方式、标签封装及粘贴位置等等。对金属类工具，选用柔性基材的RFID抗金属标签，阅读距离控制在20 cm内,保证工器具借还时不产生误读和干扰；对于金属类易耗品，选用箱体式RFID标签进行集中管理；对于非金属类物资，选用对称偶极子RFID标签，易于调节标签的阅读距离和信息采集灵敏度；对远程货仓，选用带有高频RFID阅读器和高频RFID标签的锁止器，通过刷卡方式控制存储仓位的开关，并在每一个远程货仓内布置一个中转站，将存储仓位的开关信息和物资出、入库信息上传至云服务器中。

2.3 远程控制及管理

抽水蓄能电站的存储仓位具有分散、数量多、信息量大、管理复杂、数据传输困难等特点，在综合分析的基础上，提出了RFID + WiFi+5G的数据传输模式，利用5G[9]进行远距离通信，采用WiFi进行近距离信息传递，通过无线射频(RFID)技术对物资进行识别。系统整体采用“集中管理，独立控制”模式，通过5G和WiFi无线网络技术实现信息的通信，通过嵌入式技术完成系统的控制。

远程控制及管理系统分为2层架构，包括中心系统和存储仓位系统。存储仓位系统与中心系统的连接采用广域网，默认采用无线通信连接，使存储仓位管理不受网络条件的限制；存储仓位管理采用以太网方式，扩容方便，维护简单。利用网络间的协议转换，实现存储仓位的远程控制及管理。

3 智慧物资管理系统的功能实现

智慧物资管理系统包括电脑终端、手机终端、手持机终端3部分：① 电脑终端的主要功能包括物资入库、物资出库、物资盘点、物资理货、物资备品备件定额管理；② 手机终端的主要功能包括物资入库、物资出库、物资盘点、物资理货；③ 手持机终端主要包括物资入库、物资出库、物资盘点。

3.1 电脑终端基本功能

(1) 物资入库。物资入库是物资存储活动的开始，是仓储作业的首要环节。系统依据入库单的信息以及用户选择的仓位搜索策略，为入库单产生相应的存放仓位，对物资验收无误后，按照编码规则为入库物资打印RFID标签并生成物资台账，将标签黏贴到物资上，当RFID电子标签(超高频)进入RFID手持设备读写范围内会主动激活，然后RFID电子标签与RFID手持设备进行通信，当采集RFID标签完成后，会与入库单和物资台账进行比对，核对货物数量及型号是否正确，如有错漏进行人工处理，最后将货物运送到指定位置，按照规则进行摆放。

(2) 物资出库。物资出库是指根据出库单信息，将所需物资发放到需用单位的业务活动，物资出库是物资存储阶段的结束，是存储业务流程的最后阶段，标志着物资实体转移到生产领域的开始。

根据出库单以及用户选择的下架策略，为该批出库物资推荐下架仓位，使用RFID手持设备进行扫描下架出库物资的RFID标签，最后把数据发送到智慧物资管理平台更新数据库完成出库。

(3) 物资盘点。物资盘点是指对在库储存保管着的全部物资进行清点数量的一项业务管理活动。通过RFID读取设备，对仓位上的物资进行自动扫描，读取实物数量。数据通过接口，传输到仓储管理系统的盘点凭证中。从系统中获取当前账面信息，实际录入的盘点计数将进行对比，对于其中出现的差异需要由仓储管理人员说明差异原因并生成盘点报告。

(4) 物资台账。对在库物资的信息进行查询，智慧展示在库物资名称、存储位置、用途、数量、等信息；可基于关键字、模糊字段等的多方位进行智慧查询。

(5) 物资理货。用户可根据库存管理的需要，创建理货任务，根据理货任务的内容，完成理货工作，对于已完成的理货任务进行确认，确认后表示该理货任务完成，实现对物资理货的闭环管理。

(6) 备品备件定额管理。对备品备件的库存数量进行监测，数量低于预警阈值时通过智慧平台进行提示。实现方式为设置备品备件库存数量的报警阀值，库存数量小于阀值时，进行报警。

3.2 手机终端基本功能

(1) 入库单查询。用户可在手机端入库单信息进行查询，管理员与物资部领导可查看所有入库单的执行情况，各仓库管理员只能查看自己负责仓库的入库单信息。

(2) 出库单查询。用户可在手机端对出库单信息进行查询，管理员与物资部领导可查看所有出库单的执行情况，各仓库管理员只能查看自己负责仓库的出库单信息。

(3) 物资盘点。用户可在手机端对盘点信息进行查询，管理员与物资部领导可查看所有盘点的执行情况，各仓库管理员只能查看自己负责仓库的盘点信息。

(4) 物资理货。用户可在手机端对物资理货信息进行查询，管理员与物资部领导可查看所有理货的执行情况，各仓库管理员只能查看自己负责仓库的理货信息。

3.3 手持机终端基本功能

(1) 物资入库。仓库管理员实用手持设备扫描货架的RFID标签，再扫描上架物资的RFID标签，确认后完成入库工作。

(2) 物资出库。仓库管理员实用手持设备扫描下架物资的RFID标签，确认后完成物资出库工作。

(3) 物资盘点。仓库管理员使用手持设备扫描货物的RFID标签，进行在库物资的盘点，盘点数据通过手持设备上传智慧物资子系统。

4 结 语

基于RFID技术，构建了抽水蓄能电站智慧物资管理系统。通过物资入库、出库、盘点、理货、备品备件定额等物资管理工作的移动化、自动化应用，解决了传统物资管理方式耗时耗力、效率低下、盘点不清等技术难题，实现了抽水蓄能电站物资的精细化、高效化、智能化管理，提升了电站的运维管理水平。智慧物资管理系统成功应用于天荒坪抽水蓄能电站，极大减轻了物资管理人员的工作量，消除了物资管理过程中的遗失、遗漏以及由此引起的财产安全隐患，提高了物资管理的效率和效果。