配電柜智能鎖及管理平臺研究

王 悅，楊興宇

天津市津能雙鶴熱力設備有限公司，天津 300000

為了保證配電柜的安全使用，要求其具備較高的安全性，而通過有效運用智能鎖可以對其進行有效管理，且可以通過平臺實現控制。在傳統模式下，智能鎖及管理平臺在應用中存在一些問題，導致實際效果不佳。為了適應發展需求，需引入新技術加強智能鎖及管理平臺的創新，提升配電柜管理水平，保證電力系統的穩定運行。

1 配電柜智能鎖模式

配電柜包括動力分配電柜、照明配電柜及計量柜，是配電系統的末級設備。戶外型配電柜會受到外部環境影響，為了保證設備安全運行，人們研發出了智能鎖，其結構非常精密。將智能鎖安裝在配電柜上，通過管理平臺就可以實現操控，非常快捷、方便。過去使用智能鎖時要建立基站，這樣才可以將傳感器和互聯網連接起來，整體部署比較復雜，導致數據傳輸響應效率較低[1]。

如今“互聯網+”智能門禁控制系統逐漸得到廣泛應用，其具有語音開鎖、方向開鎖等強大功能，可以進行用戶信息自動認證并開鎖，使控制更加靈活。門禁系統與互聯網連接起來，可以隨時了解門禁系統運行狀況，用戶在手機上就可以了解到開鎖信息。基于GPRS和激光虛擬鍵盤的智能電子門鎖系統的核心處理器件是單片機，激光虛擬鍵盤制作非常簡單，并且操作起來比較便利，可實現密碼輸入和修改。為了提醒用戶密碼輸入錯誤，需設置蜂鳴器，保證密碼輸入的正確性，開關控制可采用電磁繼電器。實踐證明，這種系統具有智能開鎖與防盜報警功能，具有穩定性、安全性高等特點[2]。

2 NB-IoT配電柜智能鎖設計

在傳統模式下，智能鎖的組成包括個人信息模塊、通信模塊等。NB-IoT智能鎖將傳統智能鎖終端接入NB-IoT終端網絡，有效運用了5G傳輸協議，適用性比較強，在開展部署時，可以在多種無線頻帶上進行，具有較強的覆蓋能力。NB-IoT智能鎖設置了金融級安全協議芯片，在這種模式下，可信任平臺模塊，鑰匙生成、解密處于相對獨立狀態，如果加密信息在傳輸過程中丟失，在沒有鑰匙的情況下無法得到數據信息，有效保證了安全性。NB-IoT智能鎖解鎖方式具有多樣化的特點，可通過增減模塊來轉變開鎖方式，靈活性高[3]。

其中，通信模塊的功能是解析接受的指令，之后再傳遞到管理平臺；存儲模塊可以將指令存儲起來，主要通過修改等操作方式來完成；識別模塊包括指紋、語音等解鎖模塊；電源模塊可以滿足對電力的需求；驅動模塊的功能是接受開關門信息時驅動門鎖電機進行開關門操作。

智能鎖可以實現終端唯一化，具有強大功能，實現了無源電子鎖，一個智能鎖對應一個終端，有效運用NB-IoT技術可實現管理平臺和終端的無線通信。為了實現系統高效運行，管理工作人員需要將終端和智能鎖與開鎖權限控制綁定起來，讓配電柜開鎖更加靈活，并可查詢記錄。

3 智能鎖管理平臺建設

3.1 管理平臺架構設計

管理平臺的主要功能是提供數據，為后續工作開展做好準備，發揮出NB-IoT技術的作用，管理平臺和門鎖及開鎖終端可以實現信息傳遞。數據分析在管理平臺上完成，不需要網關就可以將終端模組芯片和基站連接起來，實現了數據通信。在管理平臺中，終端模組芯片可收集相關信息。在基站的支持下，接入某個終端模組芯片，采用雙向認證身份的方法，可擴大網絡覆蓋面積[4]。

3.2 設計管理平臺功能模塊

用戶管理模塊主要為用戶服務，包括登錄、刪除等需求。在登錄終端時，工作人員要輸入賬號和密碼，管理平臺接受后進行驗證，將相關信息反饋給登錄終端。通過管理平臺上的用戶查詢接口，工作人員可了解相關數據情況，進行分析后做出科學評判，將所得結果反饋給平臺。工作人員可在管理平臺對用戶信息進行添加、修改，在添加用戶時需要提交相關信息，包括姓名、賬號、密碼等。用戶通過編輯接口傳遞出編輯請求，管理平臺新增用戶信息并進行解析，判斷是否有效，完成審核權限的操作。工作人員可通過刪除用戶接口接受平臺提交的刪除請求，但解析數據只限由高權限用戶刪除低權限用戶，審核完成后進行進一步處理，從而能夠準確了解配電柜智能鎖的具體位置。

智能鎖管理模塊的協議互聯的數據傳輸是在基站和服務器支持下完成的，工作人員通過查詢可以了解實際情況，同時也可以掌握配電柜的位置信息。為了確保智能鎖始終處于正常工作狀態，當電量過低或者發生故障時會啟動報警系統提醒工作人員。在開啟智能鎖時，通信模塊會向管理平臺發送定位數據，完成操作后進行數據解析，對操作權限進行判斷，控制智能鎖開啟。任務管理模塊包括工單申請、工單審核等，管理平臺接受工作人員提交的工單申請后，會大概了解作業地址范圍，掌握智能鎖情況、作業起止時間等信息。在數據庫中查詢工單信息并進行解析，審核判斷，對是否要出單做出決定，若審核通過，工作人員就可以繼續執行下一步操作。如果工單信息顯示不正常，通過的工單沒有完成整個流程，就要將工單標記為異常，并返回，工作人員需要重新提交申請。工作人員完成作業后，根據完成接口提交作業結果，完善智能鎖數據庫，確認作業完成。智能鎖和電子鑰匙的交互信息及開門記錄管理平臺將全部記錄下來，作為重要參考信息。

3.3 管理平臺與智能終端通信加解密

搭載金融級安全協議芯片可以提升管理平臺和智能終端之間通信數據的安全性，除此之外，要將RSA非對稱加密算法、SHA-256信息安全散列函數整合起來，發揮出其有效作用，顯著提升管理平臺與智能終端通信的安全性。SHA-256單向散列函數表達式如下：

式中：h為計算后的固定長度值；M為任意長度；H為單向單列函數。

對輸入數據進行計算可得到準確結果，而且輸出無法反向獲得輸入。對加密流程進行設定，確保實現加密目標。加密流程設定要具有嚴謹性、科學性，保證可以發揮出有效作用，實現對管理平臺與智能終端通信的加密處理。

解密過程是加密過程的逆運行。第一步：對加密后的數據采用解密的KEY進行Rijndael解密會得到新數據，解密加密的SHA-256數字簽名，可生成新的SHA-256，然后對新數據的SHA-256進行計算。第二步：將數字簽名和解密SHA-256進行對比，可得到數字簽名，如果發現二者一致說明解密成功，數據沒有發生變化，順利通過驗證。如果不相同，說明數據發生了變化，驗證無法通過。在加解密管理平臺和智能終端通信數據中，要分析反饋信息，由管理平臺對當前操作是需要生成密匙還是進行數據加解密做出判斷，也就是獨立進行密匙生成。采用Rijndael可以加快解密速度，使用RSA可以提高Rijndael密匙的安全性，運用SHA-256數字簽名對傳輸數據進行驗證，觀察是否被篡改，保證通信數據的安全性，使信息在傳輸中受到影響也不會引發安全問題，以此提升智能鎖的信息安全水平，確保信息可以有效接收。

4 開展實驗

4.1 實驗環境

在有管理平臺的PC端完成，PC采用計算機系統，選擇128MB作為實驗數據幀，在同一距離反復測試數次，對得出的數據進行平均值取值，模擬設定NB-IoL物理層。

4.2 通信數據響應時間對比

為了驗證設計智能鎖及管理平臺在數據響應方面具有的優勢，和傳統模式進行對比，對不同距離下管理平臺和智能鎖之間的傳輸網絡數據響應時間進行測試。通過比較兩種不同智能鎖通信數據響應時間發現，在通信距離增加的同時，傳輸數據響應時間也變得更長，取平均值發現設計方案比傳統方法用時要短。通過不同管理平臺響應時間對比發現，設計方案平均響應時間更短。實驗結果顯示，文章設計的智能鎖及管理平臺具有較強的適用性，數據響應速度更快，驗證了其可行性。

5 結束語

綜上所述，文章對配電柜智能鎖及管理平臺進行了探討，對于提升配電柜實際管控水平具有重要作用。為實現對智能鎖更方便、有效的控制，設計人員在設計智能鎖時要不斷引進新技術，優化設計水平，確保智能鎖的安全性，同時完善管理平臺功能，保證平臺的可靠運行，為智能鎖的使用提供支持，以此提高電力傳輸效率，為人們提供更優質的電力資源。