物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)的研究與應(yīng)用

四川中電啟明星信息技術(shù)有限公司 張開智 石金平 管中華

本文簡要闡述了電力企業(yè)資產(chǎn)管理的現(xiàn)狀，以及電網(wǎng)資產(chǎn)沒有統(tǒng)一身份編碼所以帶來的一系列問題，并基于RFID這一物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給出解決思路。最后，通過信息化建設(shè)的落地驗(yàn)證了可行性。文中研究RFID在智能電網(wǎng)信息化實(shí)踐應(yīng)用，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用研究提供了參考。

1.引言

電力企業(yè)屬于資產(chǎn)密集型企業(yè) ，資產(chǎn)使用部門多，使用地點(diǎn)范圍大，結(jié)構(gòu)分類復(fù)雜，覆蓋面積大。面對電力資產(chǎn)的數(shù)量多、金額大、范圍散、更新快的特點(diǎn)，對于電力企業(yè)內(nèi)部管理提升，需要實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)信息的全程貫通與全面調(diào)閱，以滿足能及時(shí)準(zhǔn)確反映和支持資產(chǎn)綜合最優(yōu)決策的管理要求。對于電力企業(yè)外部變化，隨著電力體制改革的深入推進(jìn)，外部監(jiān)管提高了輸配電價(jià)成本核算的準(zhǔn)確性要求等。所有這些都為電力企業(yè)的資產(chǎn)管理提出了挑戰(zhàn)。

本文在充分分析電力企業(yè)實(shí)物資產(chǎn)管理現(xiàn)狀和RFID技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并初步實(shí)現(xiàn)了實(shí)物資產(chǎn)的統(tǒng)一編碼標(biāo)準(zhǔn)體系，賦予設(shè)備獨(dú)一無二、貫穿始終的“身份證”——即實(shí)物ID。實(shí)物ID貫穿于電網(wǎng)資產(chǎn)全壽命周期的規(guī)劃計(jì)劃、采購建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)和退役處置4個(gè)階段。

2.電力企業(yè)資產(chǎn)管理現(xiàn)狀及問題

在電力企業(yè)中，由于長期形成的資產(chǎn)分段管理模式，每個(gè)專業(yè)的信息系統(tǒng)均有不同的編碼規(guī)則，電網(wǎng)資產(chǎn)沒有統(tǒng)一身份編碼，一臺(tái)設(shè)備在物資部、運(yùn)檢部、財(cái)務(wù)部的編碼各不相同，所以帶來一系列的問題。數(shù)據(jù)質(zhì)量不高：電網(wǎng)資產(chǎn)的身份不唯一，同一臺(tái)設(shè)備數(shù)據(jù)，在不同的部門有不同的管理口徑，數(shù)據(jù)五花八門、亂象叢生。數(shù)據(jù)共享困難：一臺(tái)設(shè)備多個(gè)身份，為數(shù)據(jù)共享設(shè)置了人為的障礙，也帶來重復(fù)錄入、數(shù)據(jù)冗余等突出問題。數(shù)據(jù)應(yīng)用受限：資產(chǎn)身份混亂導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂，無法有效開展大數(shù)據(jù)分析，海量數(shù)據(jù)資產(chǎn)束之高閣。專業(yè)管理脫節(jié)：關(guān)鍵數(shù)據(jù)不能在資產(chǎn)的全壽命周期貫通，大賬算不清，資產(chǎn)管理大多局限于部門最優(yōu)，難以實(shí)現(xiàn)綜合最優(yōu)。這些突出問題，對深化資產(chǎn)全壽命周期管理形成了嚴(yán)重的制約。

圖1 實(shí)物ID核心框架示意圖

3.解決思路

從資產(chǎn)的全壽命管理角度出發(fā)，對資產(chǎn)實(shí)物進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，建立一套以實(shí)物ID為核心，輔助各業(yè)務(wù)系統(tǒng)編碼銜接，貫穿整個(gè)資產(chǎn)全壽命周期的管理模式。消除由于專業(yè)管理視角不同所帶來的項(xiàng)目編碼、WBS編碼、物料編碼、設(shè)備編碼、資產(chǎn)編碼、廢舊物料等編碼難以貫通，信息難以共享的問題，全面提升資產(chǎn)管理精益化水平。如圖1所示。

在信息化層面，實(shí)物ID的技術(shù)載體為RFID、二維碼或兩者結(jié)合的形式，載體形式原則上根據(jù)電網(wǎng)不同的應(yīng)用場景做不同的選擇，當(dāng)前主要以RFID為主。對現(xiàn)有信息系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，是以實(shí)物ID為索引，貫通電網(wǎng)實(shí)物資產(chǎn)信息在規(guī)劃設(shè)計(jì)、物資采購、工程建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)和退役處置環(huán)節(jié)的流轉(zhuǎn)與共享，從而提高基于數(shù)據(jù)的電網(wǎng)資產(chǎn)精益化管理水平，服務(wù)和支撐資產(chǎn)全壽命周期管理深化建設(shè)。

4.電網(wǎng)企業(yè)資產(chǎn)管理信息化改造

為了解決電力企業(yè)面臨的問題，實(shí)現(xiàn)以實(shí)物ID為核心，輔助各業(yè)務(wù)系統(tǒng)編碼銜接，貫穿整個(gè)資產(chǎn)全壽命周期的管理模式。分別針對規(guī)劃計(jì)劃階段、采購建設(shè)階段、運(yùn)行維護(hù)階段和退役處置階段進(jìn)行了以下改造。

4.1 規(guī)劃計(jì)劃階段

項(xiàng)目建設(shè)單位在新開發(fā)的設(shè)備材料清冊微提報(bào)微應(yīng)用中維護(hù)：“WBS編碼、物料編碼、需求數(shù)量、需求日期、采購組、工廠編碼”等信息，然后，通過微應(yīng)用將編制好的設(shè)備材料清冊推送至ERP中，在ERP自動(dòng)生成采購申請。

設(shè)備材料清冊微應(yīng)用建立在標(biāo)準(zhǔn)WBS與物料組關(guān)系和物料組與設(shè)備分類關(guān)系明確的基礎(chǔ)之上。操作層面減少了人員操作復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同專業(yè)之間的自動(dòng)流轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)換。直接性產(chǎn)出結(jié)果是項(xiàng)目編碼、WBS編碼與物資編碼明確，從而在設(shè)計(jì)階段即確定了項(xiàng)目固定資產(chǎn)轉(zhuǎn)資層與設(shè)備和耗用物資之間的關(guān)系，為后續(xù)工程項(xiàng)目自動(dòng)轉(zhuǎn)資打下基礎(chǔ)。

4.2 采購建設(shè)階段

在物資采購環(huán)節(jié)進(jìn)行流程改造，將實(shí)物ID及其技術(shù)參數(shù)信息融入現(xiàn)有采購流程。首先由ERP調(diào)用“實(shí)物ID生成公共服務(wù)組件” 為采購物資生成唯一的實(shí)物ID編碼。然后，由ECP2.0的應(yīng)用功能給供應(yīng)商提供實(shí)物ID編碼以及配套的標(biāo)簽制作規(guī)范，供應(yīng)商按照標(biāo)簽制作規(guī)范等要求完成實(shí)物ID標(biāo)簽制作和安裝。同時(shí)，供應(yīng)商在發(fā)貨之前在ECP2.0中同步完成物資技術(shù)參數(shù)維護(hù)。從而為物資庫存管理、工程項(xiàng)目現(xiàn)場管理、運(yùn)維檢修和退役物資處置等環(huán)節(jié)利用實(shí)物ID標(biāo)簽和其數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。下圖2為物資采購流程關(guān)鍵改造點(diǎn)示意圖。

圖2 物資采購流程關(guān)鍵改造點(diǎn)示意圖

在工程建設(shè)環(huán)節(jié)改造和新增共6個(gè)功能點(diǎn)，包括物資出庫管理、工程建設(shè)數(shù)據(jù)錄入（如設(shè)備試驗(yàn)報(bào)告）、依據(jù)設(shè)備轉(zhuǎn)資清冊進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)物核查3個(gè)微應(yīng)用功能。在該環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了根據(jù)物資提報(bào)清冊，檢查實(shí)物ID標(biāo)簽粘貼的完整性及規(guī)范性，檢查實(shí)物標(biāo)簽與實(shí)物“ID”系統(tǒng)信息的一致性，支持通過實(shí)物ID生成設(shè)備臺(tái)賬和資產(chǎn)卡片等功能。

4.3 運(yùn)行檢修階段

對于增量設(shè)備，設(shè)備臺(tái)帳新增時(shí)，在PMS發(fā)起設(shè)備變更申請流程，建立設(shè)備銘牌，除按照原有功能進(jìn)行設(shè)備臺(tái)賬維護(hù)外，也可利用移動(dòng)終端掃描實(shí)物ID標(biāo)簽，獲取設(shè)備的物理參數(shù)，手動(dòng)關(guān)聯(lián)設(shè)備銘牌創(chuàng)建設(shè)備臺(tái)帳，并從前續(xù)流程中獲取相關(guān)設(shè)備試驗(yàn)報(bào)告，待臺(tái)帳發(fā)布后同步至ERP聯(lián)動(dòng)產(chǎn)生資產(chǎn)卡片并關(guān)聯(lián)實(shí)物ID編碼。

對于存量設(shè)備，PMS通過調(diào)用實(shí)物ID生成公共服務(wù)組件批量生成存量設(shè)備的實(shí)物ID編碼，并提供對應(yīng)的查看、下載、打印、統(tǒng)計(jì)等功能，在實(shí)物ID標(biāo)簽張貼之后，利用移動(dòng)終端掃描標(biāo)簽信息與PMS設(shè)備臺(tái)賬進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

4.4 退役處置階段

倉庫管理員依據(jù)資產(chǎn)報(bào)廢單位的廢舊物資移交單，對廢舊物資相關(guān)應(yīng)用功能進(jìn)行改造，融入實(shí)物ID，記錄狀態(tài)轉(zhuǎn)為廢舊設(shè)備的實(shí)物ID編碼信息，完成廢舊物資入庫操作。全面完成記錄物料憑證編碼、物料憑證行項(xiàng)目、工廠、庫存地點(diǎn)、實(shí)物ID編碼、移動(dòng)類型、廢舊物資編碼、廢舊物資描述、入庫數(shù)量和單位等信息的自動(dòng)記錄。

倉庫管理員在ERP系統(tǒng)中完成廢舊物資出庫，記錄廢舊設(shè)備的實(shí)物ID編碼、物料出庫憑證、廢舊物資出庫單號(hào)、出庫單行項(xiàng)目、廢舊物資編碼和數(shù)量等信息。

5.RFID技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用舉例

5.1 RFID的概念

RFID是一種非接觸式的無線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，又稱為電子標(biāo)簽技術(shù)。于1948年10月由HarryStockman提出，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。作為條形碼識(shí)別技術(shù)的無線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)。RFID技術(shù)主要應(yīng)用在資產(chǎn)管理、物流控制系統(tǒng)、電子物品監(jiān)視、定位系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)、身份證及護(hù)照、汽車防盜、動(dòng)物管理、商品防偽等領(lǐng)域。

圖3 RFID工作原理

5.2 RFID系統(tǒng)的組成

RFID主要由電子標(biāo)簽、閱讀器和射頻天線組成。電子標(biāo)簽即射頻卡，由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間的通信；閱讀器主要用于讀取(在讀寫卡中還可以寫入)電子標(biāo)簽信息；天線主要在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號(hào)，可以通過閱讀器的RS-232或RS-485接口或無線通信模塊等與外部計(jì)算機(jī)(上位機(jī)主系統(tǒng))連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

5.3 RFID系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)的基本工作原理如圖3所示。閱讀器通過射頻天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，獲得能量被激活，將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從電子標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定作出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

5.4 應(yīng)用舉例：出入庫管理

（1）驗(yàn)收入庫流程

供應(yīng)商根據(jù)發(fā)貨通知（貨物交接單、到貨驗(yàn)收單）將物資運(yùn)輸?shù)巾?xiàng)目現(xiàn)場，現(xiàn)場人員通過PDA完成交接、驗(yàn)收、入庫等業(yè)務(wù)。交接合格后，現(xiàn)場人員通過PDA掃描交接單、掃描物資實(shí)物ID，確認(rèn)交接數(shù)量、交接簽字、日期等信息完成交接；驗(yàn)收合格后，現(xiàn)場人員掃描驗(yàn)收單、核對物料編碼（可以通過掃描等方式），錄入驗(yàn)收數(shù)量、驗(yàn)收簽字、日期、驗(yàn)收結(jié)果等信息完成驗(yàn)收，并根據(jù)驗(yàn)收結(jié)果進(jìn)行入庫記賬操作。

供應(yīng)商根據(jù)發(fā)貨通知（貨物交接單、到貨驗(yàn)收單）將物資運(yùn)輸?shù)絺}庫，倉庫保管員通過PDA完成交接、驗(yàn)收、入庫等業(yè)務(wù)。交接合格后，現(xiàn)場人員通過PDA掃描交接單、通過掃描實(shí)物ID的方式核對物料編碼和交接數(shù)量、交接簽字、日期、交接評(píng)價(jià)等信息完成交接；驗(yàn)收合格后，倉庫保管員掃描驗(yàn)收單、核對物料編碼（可以通過掃描實(shí)物ID的方式），錄入驗(yàn)收數(shù)量、驗(yàn)收簽字、日期、驗(yàn)收評(píng)價(jià)等信息完成驗(yàn)收，并根據(jù)驗(yàn)收結(jié)果進(jìn)行入庫記賬操作。

流程關(guān)鍵點(diǎn)如下：

①對于有RFID物料標(biāo)簽的物料，供應(yīng)商根據(jù)相關(guān)要求，出廠前完成物料上的標(biāo)簽安裝；

②必須按掃實(shí)收數(shù)量簽收到交接單、到貨驗(yàn)收單。

（2）領(lǐng)料出庫流程

領(lǐng)料人員到倉庫提交領(lǐng)料單，倉庫管理員根據(jù)領(lǐng)料單，掃描領(lǐng)料單或者錄入領(lǐng)料單號(hào)，獲取領(lǐng)料單基本信息，同時(shí)通過掃描實(shí)物ID標(biāo)簽確認(rèn)出庫物資實(shí)物ID號(hào)，完成物資出庫。

流程關(guān)鍵點(diǎn)如下：

倉庫保管員在物資準(zhǔn)備領(lǐng)料出庫時(shí)，通過PDA掃描領(lǐng)料單（預(yù)留）、核對物料編碼、可以通過掃描實(shí)物ID方式錄入實(shí)發(fā)數(shù)量進(jìn)行領(lǐng)料發(fā)貨操作。

6.結(jié)束語

以RFID為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在輸電、變電、配電等環(huán)節(jié)和各個(gè)專業(yè)中開展了應(yīng)用，隨著智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將進(jìn)一步滲透到智能電網(wǎng)發(fā)展和建設(shè)的方方面面。通過諸多場景下的實(shí)際應(yīng)用證明了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有的重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值和研究意義，本文為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用提供了一定的參考。