面向电力线缆的无线射频识别技术的应用及发展

马玉松 姜帆 李建强 皮健

摘要：我国无线射频识别技术在物流管理、食品溯源、商品防伪等行业中应用广泛，大大推动了物联网产业的健康发展。但在电力行业等工业领域，仍缺少一种多维度、高性能的RFID芯片及相关配置来满足特殊环境下的应用需求。文章設计了一种强耐候性、无源、超高频、具有多维互动和可扩展功能的电力资产管理芯片，配套读取移动端并对接相关业务平台，适用于电力资产巡检运维及精确查找定位，满足人、机、物之间的多维互动，可有效提升现场作业的信息化、规范化和智能化水平。

关键词：RFID技术；多维；电力资产；巡检运维

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.04.043

中图分类号：TM 73，TP 391.44          文献标志码：B           文章编码：1672-7274（2024）04-0-03

Application and Development of Wireless Radio Frequency Identification Technology for Power Cables

MA Yusong， JIANG Fan， LI Jianqiang， PI Jian

（Beijing Zhixin Microelectronics Technology Co.， Ltd.， Beijing 102299， China）

Abstract： Wireless radio frequency identification technology is widely used in logistics management， food traceability， product anti-counterfeiting and other industries in China， greatly promoting the healthy development of the Internet of Things industry. However， in industrial fields such as the power industry， there is still a lack of multi-dimensional and high-performance RFID chips and related configurations to meet the application needs in special environments. This article designs a power asset management chip with strong weather resistance， passive， ultra-high frequency， multi-dimensional interaction and scalability functions. It is matched with mobile devices and connected to relevant business platforms. It is suitable for power asset inspection， operation and precise positioning， meeting the multi-dimensional interaction between people， machines， and objects， and can effectively improve the informatization， standardization， and intelligence level of on-site operations.

Keywords： RFID technology; multidimensional; electricity assets; inspection and operation maintenance

随着电力线缆日常维护工作量大幅增长[1-2]，目前物联网行业的主流技术是采用RFID（Radio Frequency Identification）进行定位标识[3-5]，实现电力设备信息的规范化和模型化[6]。所以设计一种适用于电力行业且互动性较好的多维电力资产管理芯片，用于开展电力线缆信息化管理、强化电力线缆信息的整合、细化线缆数据的归档工作、完善配电线缆集中监控管理，提升电力设备线缆信息化、智能化水平势在必行。

1   整体框架设计

笔者根据电力线缆资产管理现状，在电力电缆管理工作中以RFID电子标签无线射频识别技术为主要手段，结合PDA标签扫描技术和可视化访问平台，构建电缆业务数据采集处理系统，实现对电力设施线缆的身份识别和精细管理。

电缆业务数据采集处理系统主要包含计划管理、数据交叉互换、可视化管理等功能，附属设备包括RFID电子标签、移动终端等；移动终端的主要功能是工作计划管控和现场定位相关信息记录，其主要由计划导入模块、现场数据采集模块等组成，电缆业务数据采集处理系统工作流程如图1所示。

2   技术原理与方案

2.1 主要性能要求

电缆业务数据采集和处理需要具备较强的适用性、宽泛的实用性和容易推广等要求，相关技术参数设计应满足以下要求。①电力线缆排障便捷。在工作中电力线缆排布错综复杂，需尽可能缩短排查电力线缆故障时间。②适应性强。主要表现为经久耐用，能够适应现场各类复杂环境。③识别率高。具备读写功能，能与后台软件进行信息交互和移植。④具备后台软件更新及维护功能。能够满足软件有效维护要求，提升电力线缆信息维护可操作性。基于以上要求，设计思路如图2所示。

2.2 关键技术手段

2.2.1 一种适用于线缆的超高频发光电子标签

本文介绍一款基于无线射频识别技术的RFID标签，在设计中综合考虑逻辑电路设计、优化策略、系统集成等理论基础，进而建立多維RFID标签理论模型。在此基础上，通过传感模块替换和电路修正等研究，使标签在传统的功能基础上，扩展温湿度、亮光显示等其他特征功能，可实现快速识别、集成管理优化等目的。

标签主要包括外壳、天线、导光柱三部分。其中，外壳达到防水防尘IP67的防护等级，提高了电子标签的工作寿命；天线采用可靠性高的柔性覆铜板作为基础材料，并配置阻抗匹配环、UHF射频芯片和贴片LED灯等附件，通过调节阻抗匹配环的大小实现调节阻抗的功能，达到电子标签的最优读取距离的目的；UHF射频芯片具有整流功能，在设备读取标签的过程中，由阻抗匹配环接收能量，将其快速传递至UHF射频芯片，从而点亮贴片LED灯；导光柱安装在贴片LED灯的开窗位置，加强贴片LED灯光指向性，提高电子标签的可视距离。

2.2.2 配套超高频RFID手持式识读设备

PDA（Personal Digital Assistant）被称作掌上电脑，工业领域使用的PDA主要由条形码扫描仪、RFID读写器、POS机等组成，其内置开放的操作系统，支持软、硬件升级。本电缆业务数据采集处理系统设计方案中配套的手持式移动终端RFID读写器，其技术特点是将读、写功能集成在手掌握持的机器上，实现快速、精确地识别电子标签，使用极为方便。

在软件设计方面确保各项功能模块化、清晰化，软件功能模块主要包括PDA应用软件模块、协议处理模块、串口通信及协议分析模块、标签操作处理模块和标签协议控制模块，如图3所示。

PDA应用软件模块主要功能是提供现场操作界面和标签管理界面；协议处理模块功能是应用软件和底层系统的连接桥梁；串口通信及协议分析模块功能是接收协议处理模块发送的各项指令；标签操作处理模块功能是汇总和处理相关标签操作；系统控制及状态模块功能是针对系统内部工作的各个参数进行控制并对系统的多种状态进行查询；标签协议控制模块功能是发出电子标签的命令波形[6]。

2.2.3 软件系统

电力线缆的身份信息、位置信息、现场作业计划管理等数据可以用后台服务器来存储，并具有处理、筛选、管理相关信息的功能。其次，在数据管理应用方面应具备模型搭建容易、数据共享性强、访问可靠性高等优点。因此利用软件工程中的瀑布模型进行标准化设计，数据库管理采用PHP+Java结合方式，实现前端人机交互界面和后端数据库数据管理，并以Json数据格式作为数据接口的交互标准，可同时满足PC平台和手持移动平台双标准的人机交互数据接入，从而在模块实用性和数据重用性方面做到最优化设计。

软件系统在设计时可进一步扩展电力电缆管理相关的其他功能需求，例如，电力电缆现场验收、故障抢修、设备全寿命周期管理等相关应用功能，功能扩充只需要满足数据格式和数据接口协议互通，便可对模块进行扩展和界面更新。

3   电缆智能化巡检现场应用

3.1 智能定位与现场标签安装

因电网特殊的使用环境，户外使用要满足防水等级达到IP67以上、抗金属疲劳等要求。另外芯片还具有抗电磁干扰、耐高温、耐低温、耐候、阻燃、防尘等特性。图4为电子标签现场安装场景实例。

3.2 手持终端测试

工作人员在现场作业过程中，通过配套的手持PDA读取设备扫描芯片，读取到芯片号段之后，选择相应的号段，进行点亮操作，对应电力线缆超高频发光LED电子标签被点亮，便于工作人员快速检索定位资产，上传巡视检修作业记录，提高资产管理运行维护精益化水平。

手持PDA可以做到电力线缆和光缆各类信息自动更新，在设备数据采集有效距离内，终端能够实现自动更新、智慧识别和读写等功能，作业人员能够便捷、快速地对班组和工区管理人员制定的工作计划进行实时管理、更新和提醒。在发生电力线缆故障时，能及时按照相关标准进行任务关联、添加和显示，进而按照电缆和光缆发生故障的定位点进行自动导航，并及时连接到平台，对发生的故障进行报备处理。系统具备区域内海量电力线缆数据库，为作业人员及时提供电力线缆信息比对查阅功能。作业现场PDA与业务系统也可以进行消息交互与反馈，进一步增强了电力线缆和光缆的智能化管理水平。

3.3 实用化展示

现场作业人员将手持PDA实时数据传输至电缆业务数据采集处理系统后，各类电力电缆、光缆的运维记录、故障记录等数据自动更新至后台数据库。在系统生成包含人员作业时间、巡检线路的表单，并关联电力电缆标签、维修记录等关键信息。

4   结束语

本文基于无线射频识别技术开发了一种新型RFID标签和超高频RFID手持式识读设备，研制了一套面向电力线缆业务的数据采集处理系统，其具备现场计划管理、电力线缆故障查找、电力电缆资产管理等功能，在电力资产全寿命周期管理上达到了信息化、智能化的各项要求。在此基础上预留了系统功能拓展空间，能够根据现场实际需要扩大系统应用和数据采集范围，对于传统的配网和信通运维工作有一定的参考和借鉴价值。

参考文献

[1] 索吉鑫，李文娟，韩宝卿，等．关于电力设备运维检修问题的分析[J]．设备管理与维修，2021（22）：15-17.

[2] 丁志强，赵东升，吴田．基于RFID技术的配电网运维技术探索与应用[J]．智能电网，2015（2）：175-181.

[3] 朱应莉．基于RFID和物联网技术的物流电子识别系统[J]．电子设计工程，2022（13）：184-188.

[4] 吴超琼，张宗谋，慕文静，等．基于物联网的RFID室内定位系统设计[J]．智能计算机与应用，2021（9）：146-149，155.

[5] 蹇文军．RFID技术在物联网体系构建中的应用与创新[J]．数字通信世界，2021（7）：194-195.

[6] 李旭航．基于无线射频技术的配电网电缆电子标签系统[D]．广州：广东工业大学，2018.