射频识别技术在电能计量资产管理中的应用

朱真辉

摘 要：文章对系统电子标签与智能电表二者的匹配性与批量识读性开展性能测试，选择适用于智能电表的电子标签科学设计和有效应用方案，并完整构建标与签性能相应的测试方法。通过该方法对用于电能计量的电子标签与电能表二者的匹配关系进行有效识别，有效保障计量资产实现高效管理。

关键词：射频识别技术;电能计量;资产管理

0 引言

射频识别技术具有非接触式特点，借助无线射频信号自动对电子标签进行有效识别，并对标签承载的信息以及相关标识物品的相应信息采集获取。在此基础上，主机管控系统妥善存储、科学管理和有效控制标签标识物的真实状态。射频识别技术凭借其高效、稳定的技术优势，覆盖了诸多应用领域。近年来，射频识别技术在电能计量资产管理中得到了广泛的应用，能对计量资产实现高效的信息化管理。

1 射频识别系统工作原理

射频识别系统主要由3部分构成，分别是电子标签、读写器和数据交换、管理系统。将电子标签装设在计量设备上后，与读写器相接近时，读写器将保持一定频率的载波信号有效发出，并与电子标签有效开展数据交互，对电子标签蕴含的信息内容进行读取，并实施相应的修改，据此完成高效良好的安全校验。读写器将与标签对应的计量器具涉及的信息上传至主站控制系统，并逐层进行处理，确保顶层管控系统实现与标签的信息互联，从而实时监测计量器具呈现出的真实状态，并实现精准定位。以射频识别技术为基础构建的计量生产管控系统，以电子标签作为数据载体，其信息存储和信号响应相关机制均呈现出较强的高效性，能有效接收来自于读写器的电磁场调制信号，并迅速实现对响应的返回[1]。

国网标准Q/GDW 1893—2013做出如下明确规定：依据适用范围，可将电子标签分为一类电子标签、二类电子标签和三类电子标签。本文采用一类电子标签开展研究。一类电子标签设计采用了920～925 MHz的超高頻无源模式，该模式具备的电气性能符合ISO/IEC 18000-6C空中接口规定的具体要求，其读写认证模式不仅具备光学条码识读，还具有射频识别，能为计量资产提供有效服务，促进其实现良好的信息化管理。

在电能计量资产管理中，对射频识别技术进行应用，要依托资产管理，充分发挥其功能，增设相关设备，完成对系统的良好构建，并有效降低成本以及系统冗余，并在此基础上，实现对资产的精细化监管。

2 用于计量的电子标签测试系统搭建

用于计量的电子标签的设计形式各不相同，为测试其应用于现场环境时能获取的工作效果，项目依据工作应用的实际场景，对以计量为用途的电子标签科学设计了性能测试的有效系统，该系统由射频门、配套控制软件、射频识别读写设备、电表周转箱以及滚轮传送带等构成。将密闭式结构应用于射频门中，被测试品进入射频门相应的腔体内部后，由存在于两侧的气动闸门有效封闭腔体，实现与外界环境的良好隔离，构建电磁环境，对复杂性较强的电磁干扰实施有效屏蔽，实现对作业安全的有效保障，并促进识别效率大幅度提高[2]。将四通道读写器安装于射频门腔体内部，并安装圆极化天线，在此基础上，以批量方式对电子标签进行有效识读。

智能电能表上通常粘贴有电子标签，本文对此类智能电能表开展测试，按照周转箱对规格的具体要求，对智能电表进行码放，并通过滚轮传送带送入射频门，据此开展识读测试，完成识读测试后，由传送带将智能电表送出。从全国来看，智能电表采用的结构呈现出多样化特点，其内部结构，以及设置的各项功能模块，均会对电子标签实际所处的具体工作环境产生不同程度的影响，且影响具有较强的复杂性。项目测试选用的智能电表配备有载波模块，且具有复杂性最强的电磁干扰环境。将12块智能电表堆放在周转箱内，并通过流水线进行流转。同时，为便于对试验涉及的天线发射能量相关参数进行调节，并对电磁场呈现出的分布情况进行了解，在开展测试的具体过程中，配备场强仪，以及步进衰减器。

3 用于计量的电子标签与智能电表的匹配性研究

全国有大量的智能电表经销商，不同经销商售出的智能电表在结构尺寸、电路模块等具体设计上存在的差异较大。即使同一厂商生产的型号不同的智能电表产品也存在较大差异。智能电表相应的内部电路具有多层结构，为保障信号的准确性，会将铜在电路板表层形成大面积覆盖。

不同结构存在的差异，对智能电表产生不同程度的影响，进而扰乱其电磁场分布。在智能电表上粘贴的电子标签，其主要用途是计量，不是普通标签，且呈现出不抗金属的特点，对粘贴位置附近分布的金属器件和表体结构存在的变化较为敏感，需研究类型相同的智能电表粘贴电子标签的具体位置，再确定最佳位置，对标签进行粘贴，据此保障读写成功率。在电波暗室开展试验，避免环境磁场影响标签性能。对电子标签粘贴位置不同的智能电表分别测试其最小识别、读取和写入功率。

在测试过程中，分别将类型相同的电子标签粘贴在智能电表的表头、表尾、左侧面和铭牌上。在智能电表的侧面，一般对IC卡插口进行设置，因而无法在右侧面对标签进行粘贴。在测试时，不应考虑附近环境相关因素对电磁产生的影响，不应考虑标签存在的性能差异，不应考虑信号缆线以及相关设备原因造成能量出现衰减。主控平台为计算机，对射频识别读写器相应的收发信号进行控制，并对功率计示数和频率分析仪进行监测。依托定向耦合器对射频识别读写器、步进衰减器和频率分析仪进行连接，对输出信号进行实时监测，并对其各项状态参数进行获取。步进衰减器直接与天线相互连接，自动对天线信号蕴含的能量进行控制，并基于动态步进能量变化，确保电子标签实现与天线的信息通信[3]。

在测试过程中，电子标签要与天线保持平行，且二者方向要正对，并保持1m的距离。选择步递减式能量激励模式开展测试，设置读写器的功率为32 dBm，在此时检验能否正常对标签进行识别，从0 dB开始，对步进长度进行控制，使之为1 dB，并逐渐增加衰减器的值，直到无法对标签进行正常识别。在此种情况下，即能实现对最小识别功率的获取。采用相同方法对最小读取功率和写入功率进行测试，并更换标签粘贴的具体位置，实施重新测试。由此，获取标签粘贴位置分别是空纸板、表头、表尾、空表壳、左侧面和铭牌的相应功率参数。空纸板、表头、表尾、空表壳、左侧面、铭牌的最小识别功率数值依次是11，18，15，11，19，21;它们的最小读取功率数值依次是11，18，16，11，20，22;它们的最小写入功率数值依次是14，20，19，14，22，24。对测试结果进行分析，对同一位置相应的测试数据进行对比，可以看出粘贴位置对电子标签的识别与读写会产生基本一致的影响量，读取功率比识别功率高出大约1 dB，写入功率比识别功率高出大约3 dB。由此可知，对智能电表来说，不管从哪一位置对电子标签进行识别以及读写，均会形成程度相当的影响。从不同位置获取测试数据并实施对比，能发现空纸板与空表壳两位置基本保持一致的功率参数。这就意味着，对于智能电表来说，外壳采用何种材料不会对识读电子标签造成过于明显的影响。对粘贴于智能电表不同位置的电子标签相应的功率参数进行对比可知，所得实际功率参数越小，对电子标签进行识读，越能取得良好效果。由此可知，在智能电表不同位置粘贴电子标签，表尾处能取得最好的识别效果，其余位置按照识别效果排序依次是表头位置、左侧面位置和铭牌位置。对测试位置相应的电磁环境具备的复杂性进行分析，可知表尾位置具有最为理想的电磁环境，其周围存在的金属件和电子器件较少;铭牌位置具有复杂性最强的电磁环境，载波通信模块一般设置于铭牌下方，从模块内部来看，其电路设计的具体形式呈现出多样化特点，且缺乏确定性。将电子标签用于测试，要考虑其具有不抗金属的具体特性，并注意在复杂的电路环境下电磁呈现的分布状况，会对电子标签具备的性能产生影响。

4 结语

综上所述，通过射频识别技术对电能计量设备进行自动识别，通过具有流水线化特点的批量识别系统测试用于计量的电子标签与智能电表二者的匹配性，并测试批量识读能力，由此得出与电能计量设备具有较强适应性的标签设计方案，并构建一套检测计量设备与电子标签二者性能匹配性的方法，能有效保障射频识别技术实现对电能计量装置的高效稳定应用。对电子标签与射频识别技术进行推广使用，能全面监控电能计量设备相关状态信息，能促进电力营销资产实现优化配置，并深化计量资产管理的各项功能，促进资产管理实际效率实现大幅度提高，形成对资产状态的科学评估。

[参考文献]

[1]刘兴奇，邹和平，郑安刚，等.射频识别技术在电能计量资产管理中的应用技术研究[J].低压电器，2016（19）：31-36.

[2]张军红，吕胜敏，张冬.电能计量资产管理现状及改进措施[J].建筑工程技术与设计，2018（11）：3761.

[3]马丽娟.电能计量资产管理相关问题研究[J].南方农机，2018（16）：160.

（编辑 王永超）