基于NB—IoT技術的配電站房智能鎖研究與應用

何明 趙歡 張斌 李思堯 袁帥 謝路 周海

摘 要：隨著城市規模的擴大，電網設備規模也越來越大。在電網需要減員增效的大背景下，通過有源的門鎖進行維護無疑會給運維班組帶來巨大的維護工作量。實現智能門鎖無源化，能夠最大限度支持現有低壓柜、環網柜，同時不增加基層班組人員工作負擔。

關鍵詞：智能鎖；無源化；配電網

中圖分類號：TP27；TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）04-0157-03

Research and Application of Intelligent Lock in Distribution Station Based on

NB-IoT Technology

HE Ming1，ZHAO Huan1，ZHANG Bin1，LI Siyao1，YUAN Shuai1，XIE Lu2，ZHOU Hai2

（1. Shenzhen Power Supply Bureau Co.，Ltd. Luohu Power Supply Bureau，Shenzhen 518000，China；

2.Shenzhen Comtop Information Technology Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China）

Abstract：With the expansion of city scale，the scale of power grid equipment is also growing. Under the background of power network need to reduce staff and increase efficiency，maintenance through active door locks will undoubtedly bring huge maintenance workload to operation and maintenance teams. Implementing passivity of the intelligent door lock，it can maximize the support of low-voltage cabinet and ring network cabinet，without increasing the workload of grass-roots team members.

Keywords：intelligent lock；passivity；distribution network

0 引 言

當前配電房及開關柜都有各自的鎖具和鑰匙。這些鑰匙數量龐大且種類繁多，這使得配電房及開關柜開鎖和鑰匙管理成為一大難題，開鎖時往往需要很長時間才能找到對應的鑰匙，這使得工作人員的工作效率大大降低。另外，開鎖沒有任何記錄，也無法監控什么時間由誰開過鎖，做過什么操作。

研究和開發基于NB-IoT技術的配電房智能鎖，通過一把授權鑰匙或授權移動APP就可以打開所有配電房及開關柜鎖具，簡化鑰匙管理程序，解決配電房及開關柜鑰匙管理難題。基于NB-IoT技術的配電房智能鎖便于操作，同時其還可以實現人員出入權限管理及開鎖記錄管理，使配電房及開關柜成為實用、安全、可靠的鑰匙管理工具。

1 現狀及需求

1.1 現存問題

環網柜為無源設備，無法提供電源，所以幾乎沒有可以對其進行管控的監控設備。城域網環網柜分布廣泛，箱體被損壞、遷移，管理人員不能及時獲知柜體狀態。同時其數量大，且呈現出不斷增長的趨勢，對大量柜體鑰匙進行人工管理存在較多的困難。

施工、巡檢人員頻繁更換，在開箱人員和時間管理方面存在較多問題。由于監管困難，大多數柜體的門禁遭到破壞，或門鎖常年處于開啟狀態。環網柜電纜易遭路人隨意損壞，造成人員、財產損失。

1.2 研究現狀

（1）智能門鎖技術國內外研究現狀：目前國內智能鎖具在電網中的應用集中在有源鎖具，其應用中主要存在以下問題：第一，鎖具需裝配電池，雖然電池能夠支撐智能鎖在五年內無需電源維護，但在運維后期，隨著電網規模的逐漸擴大，進行電池更換會給維護人員帶來巨大的工作量；第二，安裝智能鎖具需對原有柜門進行改造，且安裝困難，存在一定的破壞性，不易推廣。

（2）國內技術方向、技術水平和關鍵技術：國內研究狀況與國外類似。

（3）監控功能國內外研究現狀：目前智能鎖具狀態監控主要集中在遠程監控鎖具狀態及遠程授權。由于其需要電源支撐，因此GPS模塊耗電量大，很容易造成鎖具電池容量不夠，需要經常更換電池。

1.3 需求分析

基于上述對深圳供電局有限公司配電網站房管控存在問題的分析，建設一套智能化配電站房鎖控系統，為深圳供電局有限公司配電網日常運維工作開展提供信息化支撐，革新傳統的管理模式和作業模式，使配電網運維管理更加規范化和高效化十分必要。具體需求如下。

（1）智能門鎖。安裝本系統后，可以使用智能鑰匙開門。系統通過網絡對智能鑰匙進行授權，門鎖通過串口觸點通信進行數據交換，判斷鑰匙開鎖權限，實現給特定門鎖開門。同時在智能鑰匙處于斷電狀態時，其支持外置充電及自發電功能。門鎖應當能夠在無電源環境下工作，無需電源接入即可實現權限控制。

（2）監測功能。智能鑰匙在開鎖時，應當能夠記錄開鎖的時間、開鎖的位置、開鎖的鑰匙信息等開鎖信息。后端系統能夠實時監控所有開鎖信息。監控人員能夠基于開鎖記錄檢索當前開鎖人是否具備相關作業權限。如發現其不具備相關資質或權限，可及時聯系作業人員，防止意外發生。后端監控人員能夠基于開鎖記錄信息判斷電網柜體所在坐標位置是否準確，可基于開鎖位置信息更新柜體坐標信息，保障臺賬信息準確。

（3）手機APP功能。運維人員在手機上安裝本系統的APP后，可以在APP上查看箱體的具體位置，方便查找并導航，同時其還可與智能鑰匙結合，將站房信息寫入鎖具，實現將鎖具與站房綁定及開鎖權限控制。

2 總體思路

基于NFC、藍牙等無線通信技術，實現無源電子掛鎖。通過有源電子鑰匙實現人與鑰匙的唯一匹配，利用NB-IoT技術實現鑰匙與后端系統通信，通過對人員的權限管理，配置門鎖打開權限，實現配電網中開關柜、環網柜、配電房鑰匙的智能化管理。具體應用架構如圖1所示。

3 系統功能設計

3.1 系統后臺

系統后臺提供監控、管理與統計功能，可以實現智能化信息監控，實時掌握人員及門鎖位置信息，并提供完備的信息管理功能，基于運維數據實現數據統計為員工績效、供應商評價提供依據。其具體功能如下。

（1）統計部分：人員開鎖統計、鑰匙開鎖統計、門鎖記錄統計、廠家型號統計等，其可以實現各個業務數據的統計，為分析決策提供支撐。

人員開鎖統計：用于統計作業人員的開鎖記錄，并進行排名，通常開鎖記錄較多的人員表示其工作量較大，在系統應用中較為積極主動。

鑰匙開鎖統計：通常系統也用于輔助統計作業人員開鎖記錄，并用以說明各鑰匙的應用情況，進而判斷鑰匙的利用率。

門鎖記錄統計：用于統計各個門鎖的開鎖記錄排名，若某站房訪問次數較多，則標明該站房運維量較大，且經常運維檢修，需要重點關注該站房。

廠家型號統計：用于統計各個廠家、型號的掛鎖數量及應用情況，為后續采購提供決策參考。

（2）基礎數據管理部分：人員管理、鑰匙管理、門鎖管理、設備臺賬管理，以實現各個業務實體的日常管理，保障系統正常運維。

人員管理：系統對電網運維人員信息提供增刪改查功能及賬號密碼維護功能，方便系統登錄及開鎖認證。

鑰匙管理：管理當前局內所有鑰匙，數據由廠家提供，并提供導入功能。

門鎖管理：管理當前局內所有門鎖，數據由廠家提供，并提供導入功能。

設備臺賬管理：管理當前局內所有站房、環網柜信息及定位信息，便于查找。

（3）業務應用部分：人員鑰匙管理、鑰匙權限管理、設備門鎖管理、圖形化監控等，系統記錄各個業務實體間的關系，實現對智能鎖的監控。

人員鑰匙管理：用于分配人員與鑰匙間的關系，保障一人一把或者多把鑰匙，鑰匙與人員信息綁定，不能共享。

鑰匙權限管理：用于配置鑰匙使其能夠打開掛鎖信息，實現人員與掛鎖間接關聯。

設備門鎖管理：用于配置站房、環網柜與掛鎖間的關系，標識該站房掛了哪一把鎖。

圖形化監控：通過熱力圖的方式，展示最近一段時間內，開鎖較為頻繁的區域，便于重點關注該區域的用電及電網運維情況。

3.2 移動應用與智能鑰匙

移動應用通過基于NB-IoT技術的智能鑰匙實現與管理平臺實時連接，利用信息系統將作業人員與智能鑰匙一一綁定，結合配電網環網柜、配電房臺賬實現遠程開鎖授權。移動終端則包含人員鑰匙管理、語音設備導航、開鎖記錄查看、周邊信息提醒等功能。智能鑰匙與移動終端通過藍牙連接，實現裝鎖，將智能鎖與站房進行關聯。圖2展示了應用的整個通信過程。

人員鑰匙管理：同步后臺人員鑰匙模塊中的數據，終端保持APP中權限數據最新。

語音設備導航：結合語音識別技術，實現智能化語音控制，并結合外部導航軟件實現設備導航。

開鎖記錄查看：用于查看當前用戶所有的開鎖記錄，根據時間倒序排列。

周邊信息提醒：用于提醒用戶周邊存在站房或柜體。

裝鎖：智能掛鎖管控APP針對站房發起裝鎖，并通過藍牙連接自身鑰匙。連接成功后，智能掛鎖管控APP向鑰匙發送裝鎖指令（指令中包含掛鎖的唯一標識），鑰匙接收到指令后，燈光開始閃爍。此時將鑰匙插入掛鎖中，鑰匙通過串口將指令發送給掛鎖，掛鎖接收指令并將唯一標識寫入門鎖的存儲器中。

4 結 論

基于NB-IoT技術的智能門鎖的應用，豐富了配電網臺賬運維管理系統的功能，完善了檢驗管理的傳統手段，使配電箱門鎖等設備系統更加安全，使原本普通掛鎖很容易銹蝕或受損等各種問題迎刃而解，配電箱門鎖的開關形式也更加簡便，可以有效地監督運行工作人員的日常工作效率，實際性地提高運行系統的管理水準。

參考文獻：

[1] 呂瑞瑞.智能門鎖開辟智能家居新入口 [J].中國建設信息化，2018（16）：58.

[2] 盧希.智能門鎖：未來發展可期 [J].中國建設信息化，2018（15）：40-41.

[3] 錢平，喬敏，蔡劍，等.變電站鎖具授權管理與安全控制的探討 [J].中國電業（技術版），2013（12）：93-95.

[4] 余騰，胡伍生，焦明連，等.基于Android智能終端的實時地鐵變形監測系統軟件設計 [J].測繪通報，2017（6）：98-104+121.

[5] 饒威，丁堅勇，李銳.物聯網技術在智能電網中的應用 [J].華中電力，2011，24（2）：1-5.

作者簡介：何明（1988-），男，漢族，高級工程師，研究生，研究方向：配電中壓設備管理、專責。