RFID技術在電能表檢定系統中的應用研究

何毓函，趙宜賢，翟曉卉

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南　250003；2.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南　250000）

RFID技術在電能表檢定系統中的應用研究

何毓函1，趙宜賢2，翟曉卉1

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003；2.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南250000）

射頻識別技術（RFID）能夠有效地跟蹤、記錄電能表的信息，實現電能表信息的快速、批量掃描。介紹RFID技術在電能表檢定系統中的硬件、軟件應用設計，該技術數據記憶容量大，能夠實現無屏障閱讀，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、檢測數據不匹配等現象，有效提高檢定系統的效率。

RFID；智能電能表；檢測；識別

0　引言

射頻識別技術是一種非接觸式的自動識別技術，它利用射頻信號通過無線傳輸的方式，在讀寫器和電子標簽之間進行數據交換和目標識別［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信息，并提供給后臺的計算機處理系統來完成相關后續處理，具有非接觸、工作距離長、適于惡劣環境、可識別運動目標等優點。目前，RFID技術在眾多領域得到了廣泛的應用［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，能夠根據營銷系統下達的電能表檢定任務，通過生產調度平臺協調，自動完成電能表的出庫、輸送、檢定、分揀等一系列功能。系統設計按照流水線作業設計，可在一套系統中實驗多種項目的流水作業，由于電能表檢測項目繁多，很容易在搬運過程中因為工位的不同及人工操作，導致數據丟失或數據對不上，造成檢測數據混亂。在檢測過程中引入RFID技術能夠有效地解決上述技術瓶頸。

1　電能表檢定系統的組成

電能表檢定系統是基于網絡化控制的全自動系統，如圖1所示，采用分層結構，由3臺服務器完成系統不同設備的控制和全自動檢定工作，服務器與檢定系統數據服務器相連，并與上層計量中心生產調度平臺相連，能夠實現上料、耐壓、檢定、分揀、下料等一系列協同作業。每一個單元由一個獨立的控制單元完成本地的控制，同時通過網絡連接到總控CPU統一調度和控制，實現網絡化自動運行。

從系統下達電能表檢定任務開始，自動立庫系統將智能電能表周轉箱輸送到檢定系統的接料位，檢定系統自動完成周轉箱輸送、自動上下料、身份識別、耐壓試驗、外觀與電氣性能檢查、編程開關開啟、功能檢查與試驗、費控電能表費控試驗、電能表電量預置/清零/加密/置參數、準確度測試、合格與不合格三相智能電能表分揀、空托盤緩存等各個環節。

由于檢定位的不同，電能表隨托盤在不同的工位來回流動。在不同的環節中正確識別電能表、托盤、料箱的對應關系成為檢測過程中的重點工作。

圖1　電能表檢定系統

2　RFID硬件設計

2.1 RFID工作原理

RFID主要有3部分組成。標簽，由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；閱讀器，用于讀取（寫入）標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；天線，在標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。射頻標簽與讀寫器之間通過耦合元件實現射頻信號的空間（無接觸）耦合，在耦合通道內，根據時序關系，實現能量的傳遞和數據的交換［8］。射頻標簽與閱讀器之間通過兩者的天線架起空間電磁波傳輸的通道，如圖2所示，RFID射頻裝置在電能表檢定系統的上料緩存、輸送、接拆線、試驗、測試、設置、封印、貼標、分揀、下料等各個環節中得到應用，能正確地識別出表、盤、料箱及其綁定關系。

2.2RFID技術在線體中的硬件設計

根據電能表的檢定線體特征，RFID技術主要應用到線體的上/下料口、進/出倉口、岔道口、分揀區、緩存區，如圖3所示。

圖3　RFID射頻裝置在線體中的應用分布

2.2.1上/下料口

上/下料口為機器人機械手進行上表和下表的工位。開始檢表時，機械手把電能表抓取到檢測工位上，進行電能表性能及準確度的檢定，檢定完畢后，再通過機械手把電能表從檢測工位上放回原工位或根據需要放置到其他工位上。電能表底部帶有RFID標簽，承載電能表的工裝托盤底部上也設置有RFID標簽，當電能表通過線體上設置的RFID處時，RFID裝置讀取電能表和托盤的數據，將二者關系“握手”，完成電能表和工裝托盤的資產綁定，把綁定數據通過軟件設置保存在系統中，在電能表檢定系統中可根據托盤號索引對應的電能表表號，也可以通過電能表表號索引托盤號，實現了電能表和托盤的一一對應關系。

2.2.2進/出倉口

RFID裝置在進倉口處的型材框架上設置有條碼閱讀器，在電能表在進入各檢定單元前，首先完成電能表信息識別工作，獲得電能表的資產信息。當托盤上的電能表經過條碼閱讀器時，PLC控制系統將觸發條碼閱讀器的條碼掃描槍，對電能表上的條碼進行信息掃描，從而讀取電能表信息，并將條碼信息發送給數據管理系統，服務器在數據管理系統中下載電能表的數據信息，并對該信息進行處理，處理結果添加到待校表庫中，完成電能表在流水線系統中的資產錄入。

2.2.3岔道口

電能表根據不同的工位在檢定線體中選擇不同的流向。當電能表通過設置有RFID裝置的岔道口位置時，RFID射頻裝置通過高頻RFID、超高頻RFID直接進行射頻識別電子標簽及工裝托盤號。系統自動完成電能表、托盤信息的資產綁定，軟件自動編寫托盤號，在托盤號對應的表號上填寫電能表信息。系統還能記錄電能表是否進過倉，通過工裝托盤號不僅能索引相應的電能表表號，還能判斷線體上的任一電能表是否經過倉，是檢定合格表或不合格表，以此實現電能表和托盤關系的一一對應，實現數據查詢的功能。2.2.4分揀區

檢定結束后機械手對檢定合格表及不合格表進行分揀，分揀區處的RFID識別由高頻RFID識別托盤號，并負責電能表條碼編號掃描、RFID識別及驗證，條碼掃描器能適用各種不同規格條碼（UPC碼、EAN碼、ISBN碼、ISSN碼、39碼、128碼等），同時將掃描的電能表條碼編號與相應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起來，將數據信息上傳服務器，進行數據存儲、查詢，還能根據電能表的查詢數據得出電能表流向，如檢定合格表被流向下一個工位，檢定不合格表進行隔離、緩存等。

2.2.5緩存區

在自動化檢定過程中，一般對不合格表進行隔離、緩存處理。在緩存區，設置RFID裝置獲取電能表的緩存數據，如需要緩存的電能表數量，在緩存區的位置以及與緩存工裝托盤的一一對應關系，都能通過RFID裝置進行資產綁定。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入緩存之前的電能表檢測情況、進倉情況、電能表所在工位情況，有效地實現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托盤，下文有詳細描述。RFID裝置識別的現場數據通過以太網TCP/IP實現與外界信息的通信和控制。數據管理系統為數據管理平臺，外接服務器，服務器與控制系統相連，RFID射頻識別數據傳至數據管理系統，在數據管理平臺進行統一管理。

3　RFID軟件設計

軟件設計流程如圖4所示，流程設計主要分為7步。

1）任務開始。服務器下達命令，任務開始。

2）電能表綁定位的信息識別。在電能表資產綁定位處設置有RFID射頻識別裝置，自動進行電能表和工裝托盤的信息綁定，RFID射頻識別裝置發射高頻信號，電能表上設置有標準的ISO18000-6C電子標簽，工裝托盤上設置有標準的ISO18000-6B電子標簽。當電能表經過射頻識別裝置時，根據RFID射頻識別裝置的原理，智能電能表與托盤形成綁定關系，托盤號與表號一一對應。如果托盤與電能表不能形成綁定關系，則會有報警提醒，任務結束。

3）空、實托盤識別。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，查出電能表的相關信息，系統則發出指令，進行下一步操作；如果是空托盤，則系統發出報警提醒，進行隔離緩存。

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

5）檢表處信息識別。在電能表分揀處也設置有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，則進行隔離、緩存。

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

7）任務結束。現場數據通過服務器上傳數據管理平臺，進行數據統一管理，任務結束。

4　結語

RFID技術以一種無線射頻方式應用到電能表檢定流水線系統中，能夠自動綁定、讀取、識別RFID射頻標簽和不同規格條碼標簽（UPC碼、EAN碼、ISBN碼、ISSN碼、39碼、128碼等），快速實現信息核對、信息綁定、定位、分揀、追蹤等。檢定線體根據不同的需求設置多個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信息，由資產信息情況確定電能表的檢定情況及流向，數據檢查即用，使用方便，功能全面。

［1］杜云明，周楊.無線射頻識別技術與應用研究［J］.自動化技術與應用，2010，29（5）：52-55.

［2］呂永桂，高平波，鐘 波.RFID技術在服裝單件流生產流水線的應用研究［J］.物聯網技術，2013（10）：9-10.

［3］趙衛東，周尚晨，孫一鳴 .基于離群點挖掘的 RFID冷鏈溫控研究［J］.計算機系統應用，2010，19（11）：166-170.

［4］周曼 .基于物聯網的煙草物流建設應用探索［J］.物流工程與管理，2012（6）：31-33.

［5］何志強，徐二強，丁濤，等.關于實現電能表鉛封自動化的研究［J］.電測與儀表，2011，48（12）：83-85.

［6］高利明，陳卓婭，張欲曉，等.一種智能化全自動流水線電能表檢定系統［J］.河南電力，2011（4）：38-41.

［7］張燕，黃金娟.電能表智能化檢定流水線系統的研究與應用［J］.電測與儀表，2009，46（12）：74-77.

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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，主要從事財務工作；

翟曉卉（1982），女，工程師，主要從事電能計量工作。