基于NFC的電力智能巡檢系統

占永紅+吳麗莎+李芳+王淋漓+張凱

摘 要 本文介紹了NFC技術，以及基于NFC技術開發電力智能巡檢系統的設計方案和業務流程，采用開放式結構設計和模塊化功能設計原則，實現集NFC標簽登記、數據采集、內容錄入、NFC巡檢數據實時上傳、記錄管理、查詢統計以及報表分析等于一體的智能化管理系統。節省了電力日常巡檢的成本，也提高了巡檢的工作效率。

【關鍵詞】NFC技術 電力巡檢 設計方案 業務流程

1 概述

1.1 現狀分析

長期以來，電力行業設備或設施巡檢方式主要以人工巡檢為主，其他方法為輔，故障、缺陷、隱患等安全信息上報一般通過紙質文檔或者打電話方式上報，巡檢記錄也主要通過手工方式來管理，即以手工填表、手工統計為主，在實際巡檢工作中很容易受到氣候條件（如大雪、大雨等極端天氣）、環境因素（巡檢點地處偏遠或交通不便）、巡檢工作人員責任心等多方面因素的影響，導致實際的巡檢質量無法保證，也容易導致巡檢過程中極易出現漏記漏統或弄虛作假的情況。同時，對反映運行狀態和設備設施可能存在隱患或缺陷等的信息得不到及時反饋，隱患或缺陷不能及時發現，處理不及時，可能引發嚴重的電力安全事故。另外，利用傳統的巡檢管理方法難以有效監督巡檢人員，巡檢時玩忽職守現象時有發生。目前隨著科學技術的進步與發展，智能化、自動化的巡檢方式也隨之發展起來，電子巡檢系統正在逐步取代過去傳統人工巡檢的方式。

目前的常見的自動化巡檢系統手持終端通常采用GPS智能手機或者巡檢棒，巡檢過程管理通過GPS定位或者巡檢棒掃描RFID標簽實現，但GPS定位易受氣候及設備運行環境影響，在雨天等惡劣氣候及室內無法準確定位，而巡檢棒無法實現巡檢數據的現場錄入及遠程實時上傳數據，兩種手持終端及系統在使用中均存在某些缺陷。基于NFC智能手機的巡檢系統很好的克服了上述缺點，將巡檢人員定位和現場數據錄入完美的結合在一起，同時還能根據NFC標簽信息由手持終端導入相應設備的信息，以滿足同一單位不同巡檢崗位對不同設備或設施信息錄入的差異性，使數據錄入界面簡潔明了，同時也能滿足多個巡檢人員使用同一個終端，不僅可節省成本，也提高了工作效率。

NFC智能巡檢系統可以提高巡檢工作的標準化、智能化、科學化。一方面提高巡檢的工作效率，有效的避免漏檢、漏巡等問題的發生，從而降低事故率，保證電力設備的安全穩定的運行，另一方面，通過智能巡檢系統可以使巡檢工作自動化，提高管理效率和巡檢的效率以及準確性，減少在巡檢過程中的各方面的損耗，確保巡檢的工作質量。

巡檢系統主要應用在電力無人值守變電站巡檢、電力的變電和配網設備巡檢、系統機房設備巡檢、消防設施巡檢等幾種場景。巡檢系統目前市場上主要有如下四種技術方案：

1.1.1 巡更棒

采用巡更棒+巡更點的方式，保安人手一個巡更棒，記錄保存在巡更棒里，定時導入記錄到電腦。缺點是不能實時更新數據，并且由于需要另外購買巡更棒而增加了成本。

1.1.2 手機+GPS

采用手機定位功能，實現到點的巡更巡檢功能。優點是可以直接使用手機而不用另外購買設備。缺點是GPS能定位到地點，針對大樓內部、變電站這種同一范圍內很多設施的場所不適合使用。

1.1.3 手機或者PDA+二維碼

采用手機二維碼方案，可以減少投資，缺點是二維碼容易復制、損壞，而導致巡檢管理的漏洞較多。

1.1.4 專用PDA+RFID

本方案避免了手機+二維碼的弊端，缺點是需要另外增加專用PDA的投資。

采用手機NFC的技術方案，可以完全避免以上方案的缺點。不但能夠實時聯網，NFC標簽避免二維碼容易損壞和可以復制的缺點，而且使用手機降低了另外購買設備的成本浪費。并且能夠降低巡檢人員的勞動強度，在一定程度上減少管理上帶來的問題。

1.2 解決方案的實現

1.2.1 NFC技術原理

NFC（Near Field Communication的縮寫），即近距離無線通訊技術，它是一種短距離的高頻無線通信技術。允許電子設備之間進行非接觸式的點對點數據傳輸交換數據。NFC基于無線電頻率認證（RFID）技術。要求物理接觸或很靠近（小于10cm）的情況下工作，由此獲得安全性。

NFC的工作原理是，讀取器（具有NFC功能的設備）產生無線電頻率（RF）的正弦波，將能量傳遞給標簽，然后再從標簽中讀取數據。NFC啟動后，可持續產生正弦波信號，如果有標簽處在正弦波產生的磁場擾動范圍內，產生的磁場擾動范圍內，該標簽將由磁場擾動獲得能量，產生原正弦波反頻率或改變頻率屬性的波，讀取器探測到這種改變，將可以判斷出附近有標簽。RFID在很近的距離通信通常被稱為近配對系統，近配對系統的范圍通常是小于10cm，這意味著標簽必須挨近讀取器或安裝在讀取器上。近距離靠近的好處是，標簽的電池場可以發出很大的能量，該能量足以支持標簽通信，而不需要內置電源，近配對系統也利于高度保密的場合。

1.2.2 系統功能概述

基于無線通信技術的無紙化、智能化的巡檢手段，能提高巡檢人員工作效率，杜絕巡檢作假行為發生的基于NFC的智能手機巡檢系統及巡檢方法。本系統是通過以下技術方案來實現的：基于NFC的智能移動終端巡檢系統，包括手持移動終端巡檢系統（智能手機、IPAD、巡檢專用電腦等）和Web后臺管理中心，手持巡檢系統包括手持巡檢終端和被巡檢設備標簽，后臺管理中心包括巡檢數據處理系統和客戶端，所述的巡檢數據處理系統包括數據存儲與處理單元、中央處理器、報警器和數據庫；手持巡檢終端通過移動互聯網絡與后臺管理中心實時通信，存儲和處理單元與中央處理器相連，中央處理器分別與報警器、數據庫和客戶端連接。手持巡檢終端為NFC智能手機。移動互聯網包括4G或WIFI。巡檢人員每人帶支持NFC的智能手機，智能手機上安裝NFC智能巡檢客戶端。在每個巡更地點或者巡檢設備上（例如變壓器、機房設備、基站、消防設備等），放置適合的NFC標簽。巡檢人員按照巡檢路線的設置，依次到每個地點進行巡檢，并根據需求填寫巡檢的內容。

關于數據的上傳，系統提供兩種解決方案：

（1）電力系統等安全要求較高的場所：采用Wi-Fi方案，巡檢記錄存在手機上，在中心設置Wi-Fi路由器，定時把數據上傳到平臺。

（2）其它場所直接采用4G網絡技術，實時上傳即可。

1.3 系統價值分析

1.3.1 經濟效益

在解決巡檢問題的前提下，降低了系統投資，減少巡檢的工作量并提高了巡檢的準確性。

1.3.2 社會效益

系統為電力相關管理部門提供了直觀的監管方式，加強巡檢過程中的實時監管力度，防止漏檢等情況發生。為廣大人民群眾生命財產安全提供了可靠的支持，樹立了相關管理部門的良好形象。

2 系統功能

2.1 系統整體設計

本系統是以NFC標簽技術和移動4G網絡為基礎，采用開放式和模塊化功能設計原則，提供API接口協議，實現集NFC數據采集、巡檢內容錄入、數據實時上傳、系統記錄管理、故障分析等于一體的智能巡檢系統。

NFC智能巡檢系統由NFC標簽、數據采集子系統和中心服務器子系統三大部分組成，如下：

2.1.1 NFC標簽

不同的設備和場所采用不同形式的標簽，以保證標簽的可靠使用。

2.1.2 數據采集子系統

數據采集子系統由智能手機（帶有NFC）以及NFC巡檢客戶端組成。系統人員采用手機號為賬號，登錄系統后，才能讀取NFC標簽。當現場巡檢人員使用移動終端掃描NFC標簽獲取到設備信息并記錄完巡檢內容之后保存，該巡檢點的巡檢信息和巡檢內容通過4G移動網絡上傳到網絡數據庫服務器。完成一個巡檢點的全部巡檢工作之后，移動巡檢客戶端會提示進入下一個巡檢點進行巡檢。

2.1.3 中心服務器子系統

中心服務器子系統由通信服務器、數據庫服務器以及WEB服務器組成，實現數據的接收、存儲、分析以及用戶管理、報表分析等功能。中心服務器子系統

2.2 數據采集子系統功能

2.2.1 NFC讀取功能

巡檢人員采用手機號為賬號，登錄系統后，直接讀取NFC標簽。

2.2.2 設備巡檢記錄功能

巡檢人員可以根據不同的需求，填寫設備實際情況，是否故障、故障內容等，上傳至中心。

2.2.3 巡檢提示功能

巡視提示功能通過建立巡檢路線表，實現對新建工作起到一個提示、復核、監督的作用。巡視信息提示功能，對每個需要巡檢點的巡檢路線以及巡視內容都進行了詳細的標注，巡檢操作人員可以根據巡檢系統的自動提示按預設的巡檢路線完成巡檢工作。移動端與網絡巡檢數據庫服務器進行實時通訊，可以批量下載巡檢路線和巡檢點工作內容，同時反映巡檢點對應設備的工作狀態。

2.3 中心服務器子系統

中心服務器子系統采用Web結構，后臺使用Java開發，并應用多項開源技術，包含相應的開源的應用服務器、開源消息中間件和開源數據庫軟件。巡檢后臺管理系統部署在應用服務器中。該系統可實現對巡檢系統基礎數據的管理包括巡檢人員的管理，如增減巡檢人員、巡檢人員權限分配、巡檢點基本信息設置、巡檢點工作內容設置、相關巡檢記錄查詢等功能以及對應的數據查詢和統計報表的功能。用戶可以通過互聯網訪問Web頁面，登錄后臺后可遠程實現對后臺管理系統的操作。為了提高巡檢系統后臺管理系統的安全性，在訪問Web后臺管理頁面時，用戶必須要通過用戶身份認證，輸入正確的用戶名和密碼才能進入系統。系統功能簡介如下：

（1）按指定條件（巡檢線路、巡檢點、巡檢班次、巡檢結果、巡檢日期和時間等）瀏覽查詢數據。

（2）按指定條件（巡檢線路、巡檢點、巡檢班次、巡檢結果、巡檢日期和時間等）打印相關的數據統計報表；對巡檢工作人員巡檢情況進行查詢、匯總、打印巡檢記錄統計報告。

（3）對巡檢班組、巡檢班次、巡檢時間、巡檢人員等情況進行管理，如：修改、添加、刪除等，權限設置與管理。

（4）對NFC標簽編號、地點、時間等進行設置和調整。

（5）歷史記錄管理、巡檢報表管理。

（6）故障分析功能。

（7）提供設備基礎數據導入導出API接口。

2.4 系統業務流程

基于NFC的電力智能巡檢系統將具有唯一ID號的NFC標簽安裝在需要巡檢的巡檢點或需要巡檢的設備上。巡檢人員按照系統提示的巡檢路線來到巡檢點和需巡檢的設備。巡檢人員手持巡檢工作手機與巡檢點的NFC標簽卡進行掃描并通信，通過4G網絡從網絡數據庫中查詢到巡檢信息并在手機上立即顯示出該巡檢點對應的設備巡檢內容，巡檢人員可對設備工作狀態進行檢查，在移動端錄入巡檢結果并將巡檢結果上傳至網絡服務器。這時系統界面上就會有相應巡視點設備工作狀態的顯示。

3 效益分析

基于NFC技術的電力智能巡檢系統，利用NFC技術以及智能手機移動端對設備工作狀態進行巡檢。系統能夠極大地提高了巡檢質量。規范了統一的巡檢標準，徹底消除了巡檢跳項、漏項、標準不一、責任不明等問題，符合巡檢人員實際工作的需要；加強了運行巡檢工作的過程控制與監督，加快了運行管理手段的信息化進程，進一步促進了巡檢工作管理的規范化；減輕了巡視人員的工作負擔，提高了工作效率，為設備安全運行打下了堅實的基礎，并為進一步實現“巡檢智能化、管理規范化”開辟了一條新的途徑。

作者簡介

占永紅（1971-），男，安徽省安慶市人。大學專科學歷。現為國網安慶供電公司信通公司工程師（中級），研究方向為智能電網、智能變電站新技術新設備理論研究。

作者單位

國網安慶供電公司信通公司 安徽省安慶市 246000