基于三卡合一的变电站工具管理系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于三卡合一的变电站管理系统及方法，该管理系统包括：RFID电子标签，用于对卡的唯一性进行标识；便携式RFID阅读器，用于读取所述变电站工作人员、临时接地线和临时接地点三种RFID电子标签标识卡的信息；固定RFID阅读器，用于读取临时接地线标识卡中的电子标签信息；Zigbee路由器和协调器，用于实现便携式RFID阅读器和控制中心的信息传递；后台控制中心，用于变电站临时接地线的状态显示和报警信息处理留存。本发明能应用于智能电网的建设,能提升电力企业管理水平,同时可以有效地杜绝漏收地线、漏拆地线、带地线合闸等恶性误操作事故的发生，最大限度地保障电网、设备和人身安全，具有很强的应用价值。
【专利说明】
基于三卡合一的变电站工具管理系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及变电站，特别是涉及基于三卡合一的变电站工具管理系统及方法。
【背景技术】
[0002]变电站内人员和一些重要安全工器具的状态已成为影响电力公司可靠运行的一个关键因素，因为人员工作时疏忽、一些工器具没有得到妥善处理或规范使用而酿成的事故时有发生。
[0003]以临时接地线为例，临时接地线作为变电站中的重要安全工具，装设临时接地线是电力作业现场中施工人员的一道安全可靠的保护屏障。变电站内临时接地线的管理在考核中也是一个重要的环节，科学管理对于减少事故也起到重要的作用。目前我国在电力工程运行维护施工现场中普遍采用的是靠人工方式检查临时接地线，手段原始、安全和效率低下，造成“漏拆地线、漏收地线、带地线合闸”等误操作事故，带来了安全隐患。在工人对电力现场进行检修的时候，会先切断变电站检修现场的电源，之后将临时接地线的一端夹在在电力设备上，另外一端与接地金属螺栓固定。一旦检修完成，在将现场电源闭合之前，必须将接地线的两端从电力设备和接地螺栓上拆除。如果没有及时拆除而将电源合闸，就会发生电力事故，造成不可挽回的损失。因此非常有必要采用自动化管理的方式来实时采集接地线的工作状态，判断电源合闸前是否有临时接地线为及时拆除。随着智能电网建设步伐的加快，各个环节信息化建设的程度需要不断提升。而接地线管理作为电力工程施工作业中一种重要安全措施，需要采用新技术，提升接地线的自动化管理水平。
[0004]物联网是IT业界的新兴【技术领域】，在智能电网建设中具有广泛的应用前景，并逐渐得到重视。全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的主要技术特征。全面感知指利用RFID、二维码、GPS、摄像头、传感器等器件，使用感知、捕获和测量等技术手段随时随地对物体进行信息采集和获取。可靠传送指通过通信网络等通信网络与互联网的融合，将物体接入信息网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享。智能处理指利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理，实现智能化的决策和控制。
[0005]目前，物联网技术在输变电设备状态监测、智能变电站、智能抄表等方面都取得了一些研究成果，国家电网公司已承载或参与了多项物联网相关的国家科技重大专项。由此可见，物联网是智能电网建设的技术支撑，虽然有些物联网技术在智能电网的诸多环节已经处于应用阶段，如基于物联网的变电站智能监测与辅助控制系统(专利)、物联网智能变电站传感互联系统(专利)、基于物联网和集肤效应电力线融冰实现装置(专利)等，还需要去进一步探索和开展更多的物联网技术在智能电网的应用研究工作。
[0006]一些单位和机构已研究将物联网技术RFID用于变电站各个方面的管理，如变电站工作人员配备RFID卡实现考勤、定位等；变电站重要设备配备RFID卡用于巡检；重要安全工具配备RFID卡用于集中管理，但大都从某一方面的问题，无法给出全方位的解决方案。三种RFID卡自成体系，各有自己的管理系统，自成体系，无法共享信息。弊端是系统重复建设，系统设备不能互联互通造成不必要的浪费。
[0007]文献[基于RF I D技术的变电站内临时接地线定位管理系统的研究，郭方营，黎英，云南民族大学学报(自然科学版)，2011年11月]研究变电站内临时接地线定位，可以实现工具的集中管理、运动过程中的定位以及目的地的定位，但只能确定大致运动方位，无法准确判断临时地线挂接位置及状态。
[0008]文献[变电站临时接地线在线监测系统，黄锐，梁庆龙，张宝珠，黄桥，中国高新技术企业，2010年33期]研究利用电子纽扣实现变电站临时接地线在线监测，但对设备组成功能模块、器件特性及参数选择没有给出详细说明，而不同系统模块、不同器件对识读效果、系统工作可靠性具有很大影响。
[0009]文献[基于RFID的智能工具柜管理系统，贾京山；尹世有；鹿秀风；中国集体经济，2012年25期]研究基于RFID的智能工具柜的管理方案，只能解决电力工具柜内工器具的日常管理问题。
【发明内容】
[0010]针对以上现有技术的缺点，本发明提供了一种基于三卡合一的变电站工具管理系统及方法。
[0011]本发明的技术方案如下:
基于三卡合一的变电站管理系统，该管理系统包括:
RFID电子标签，具有唯一性ID号，设置在变电站工作人员、临时接地线和临时接地点的标识卡内，用于对卡的唯一性进行标识；
便携式RFID阅读器，读取所述变电站工作人员、临时接地线和临时接地点三种RFID电子标签内的信息；
固定RFID阅读器，固定于变电站工具柜中，用于读取临时接地线标识卡中的电子标签信息；
Zigbee路由器和协调器，用于2.4GHz工业开放频段的多跳无线组网，实现便携式RFID阅读器和控制中心的信息传递；
后台控制中心，接收便携式RFID阅读器和固定RFID阅读器的读卡信息，并对变电站临时接地线的状态显示和报警信息处理留存。
[0012]进一步，所述RFID电子标签包括人员标识卡、临时接地线工具标识卡或临时接地点设备电子标签。
[0013]进一步，所述便携式RFID阅读器包括第一单片机控制模块及与该控制模块分别连接的显示模块，键盘模块，Zigbee终端模块，第一 RFID阅读器和第一电源模块，所述Zigbee终端模块与单片机控制模块之间通过RS232串口连接；所述RFID阅读器和单片机控制模块之间通过SPI接口连接。
[0014]进一步，所述固定RFID阅读器包括第二单片机控制模块及与该控制模块连接的RS485模块，第二 RFID阅读器和第二电源模块。
[0015]基于三卡合一的变电站管理方法，该方法包括如下步骤:
1)通过固定阅读器读取工具柜的临时接地线的标签信息；
2)通过便携式阅读器读取工作人员的标识卡、临时接地线标签和临时接地点标签的信息；
3)对上述读取的临时接地点、临时接地线标签信息和工作人员标识卡信息进行分析，并通过Zigbee无线多跳网络发送给控制中心，由控制中心判断临时临时接地点、接地线标签信息与工作人员的标识卡信息对应关系，如果三卡信息对应一致，则表示临时接地线由工作人员操作，且该操作发生在相关临时接地点；
4)如果三卡信息对应不一致，表明未有工作人员对临时接地线负责操作或在临时接地点的操作不成功，一定时长后，后台控制中心发出警示信息。
[0016]进一步，所述步骤1中固定阅读器读取工具柜的临时接地线的标签信息包括: 当临时接地线在工具柜中放置时，其工具标识卡插入对应固定阅读器中，固定阅读器通过周期读卡操作，获得临时接地线是否在工具柜中的信息，该信息通过RS485线缆网络方式传到控制中心，显示相应信息，进行状态备查；
当临时接地线借出时，接地线的识别卡从固定阅读器的卡槽中拔出，固定阅读器通过读卡操作会识别到该临时接地线已离开工具柜，该信息及时发送到控制中心进行显示留存，通过便携式RFID阅读器对人员标识卡和临时接地线的工具标识卡依次进行刷卡识别操作，以表示该临时接地线目前在该工作人员手中；
当临时接地线归还时，此时固定阅读器读取临时接地线工具标识卡，并将读卡信息回传给控制中心表示该临时接地线已被工作人员归还。
[0017]进一步，所述步骤2中通过便携式阅读器读取临时接地线标签的信息包括: 当临时接地线挂接时，便携式RFID阅读器对人员标识卡、临时接地点设备标识卡和临时接地线工具标识卡依次进行刷卡操作，当三者信息对应一致时，便携式RFID阅读器的显示屏显示挂接成功或相应指示灯点亮，表示工作人员已对该临时接地线和临时接地点进行成功挂接，所述阅读器将该信息上报传给控制中心；
当临时接地线拆收时，便携RFID阅读器再次对人员标识卡、临时接地点设备标识卡和临时接地线工具标识卡依次进行刷卡操作，便携式RFID阅读器的显示屏显示拆收成功或相应指示灯亮，表示工作人员已对该临时接地线和临时接地点进行成功分离，所述阅读器将该信息上报传给控制中心。
[0018]本发明的优点为:
(1)所提出的三卡合一的变电站设备管理方法，可以避免人员、工具、设备RFID卡管理自成体系、无法共享信息、系统重复建设，系统设备不能互联互通造成不必要的浪费。
[0019](2)所提出的三卡合一的变电站工具管理方法，可以有效对变电站设备进行跟踪管理，尤其是对安全工具可以做到从借出、挂接到拆收和交还的全程管理。
[0020](3)所提出的三卡合一方法中，通过工作人员标识卡、工具标识卡、设备标识卡与便携式RFID阅读器的对应，可以对工作人员在使用工具对设备施工作业的过程中的责任认定清楚。
[0021](4)所提出的三卡合一方法中，通过临时接地线标识卡和接地点标识卡的依次刷卡匹配，可以有效杜绝过去临时接地线的漏拔、漏拆现象。
[0022](5)所提出的三卡合一方法中，各种报警机制和状态指示的设计可以在工作人员现场和后台控制中心分别起到设备管理状态、异常情况进行提醒和警示作用，方便独立操作和联网监视。
[0023](6)所提出的三卡合一方法中，不规范操作推理机制的形成为变电站规范管理提供指导。
[0024]【专利附图】
【附图说明】:
图1:本发明系统原理图；
图2:系统工作流程简图；
图3:便携式RFID阅读器结构原理图；
图4:固定RFID阅读器结构原理图；
图5:便携式与固定RFID阅读器操作流程与逻辑关系图；
图6:便携式RFID阅读器操作流程简图。
【具体实施方式】
[0025]本发明针对变电站安全工具管理问题，设置人员卡、工具卡、使用设备(对象卡)，从人员、工具存储、出入库、使用各个环节入手，实现全方位的管理，一方面保证了工具放置的规范性，另一方面保证了出入库管理的规范性，同时保证了工具使用过程中操作的规范性，并通过分析导出系列判断规则，指出不规范的管理漏洞。以此消除安全隐患，提高工具管理水平。提高设备的综合管理水平和设备的使用率，减少系统重复建设。提高工具管理水平，提闻运行人员整体素质，最终提闻变电站运行水平。
[0026]基于三卡合一的变电站安全工具管理系统，以临时接地线为例，保证接地线的可靠挂接，挂拆有对照，从工具柜的借出到交还全程都有记录，并生成系列规则和建议。系统包括使用设备标识卡、工具标识卡、人员标识卡，便携RFID阅读器若干、工具柜固定RFID阅读器若干。例如工作人员佩戴人员标识卡，临时接地线佩挂工具标识卡，变电站内临时接地点佩挂设备标识卡。
[0027]如图1所示，系统分成5个部分:即三类RFID电子标签(包括人员标识卡、临时接地线工具标识卡、临时接地点设备标识卡)、便携式RFID阅读器、固定RFID阅读器、Zigbee路由器和协调器、后台控制中心。其中临时接地线状态信息采集包括便携式RFID阅读器、固定RFID阅读器、Zigbee路由器和协调器、电源模块和单片机控制模块四个部分，电源模块主要为采集终端供电。
[0028]如图3所示，便携式RFID阅读器包括单片机控制模块及与该控制模块分别连接的显示模块，键盘模块，Zigbee终端模块，RFID阅读器和电源模块，所述Zigbee终端模块与单片机控制模块之间通过RS232串口连接；所述RFID阅读器和单片机控制模块之间通过SPI接口连接。单片机控制模块为AT89S51，RFID采用13.56MHz，符合IS014443A标准，采用MFRC5XX系列低功耗芯片，Zigbee终端模块，电源模块。
[0029]如图4所示，所述固定RFID阅读器包括单片机控制模块及与该控制模块连接的RS485模块，RFID阅读器和电源模块。单片机控制模块为AT89S51，RFID采用13.56MHz，符合IS014443A标准，采用MFRC5XX系列低功耗芯片，RS485模块，电源模块。
[0030]本发明的另一个目的还提供一种三卡合一的变电站设备管理方法，如图2，图5，6所示，方法的具体步骤如下:
1、初始时，人员标识卡由工作人员佩戴，在开始检修任务前便携式RFID阅读器被分配给佩戴人员标识卡的工作人员。
[0031]2、工具柜临时接地线状态监测:该处为每个临时接地线配备一个固定阅读器，临时接地线在工具柜中放置时，其工具标识卡插入对应固定阅读器中，固定阅读器通过周期读卡操作，获得临时接地线是否在工具柜中的信息，该信息通过RS485线缆网络方式传到控制中心，显示相应信息，进行状态备查。
[0032]3、临时接地线借出操作:当需要执行变电站的检修任务时，从工具柜中取出一定数量的临时接地线，此时，接地线的识别卡从固定阅读器的卡槽中拔出，固定阅读器通过读卡操作会识别到该临时接地线已离开工具柜，该信息及时发送到控制中心进行显示留存。
[0033]然后，便携式RFID阅读器对人员标识卡和临时接地线的工具标识卡依次进行刷卡识别操作，以表示该临时接地线目前在该工作人员手中。
[0034]如果该操作未执行的话，一定时间后，控制中心会发出该接地线丢失告警，在便携式RFID显示屏上显示相应的该地线号码，并进行警示。
[0035]便携式RFID阅读器读卡得到的信息，通过Zigbee无线多跳网络，传回控制中心，以便在系统中显不留存。
[0036]4、临时接地线挂接操作:在作业现场，临时接地线挂接的同时，便携式RFID阅读器对人员标识卡、临时接地点设备标识卡和临时接地线工具标识卡依次进行刷卡操作(依次顺序刷卡，以表明三卡的一一对应)，依次刷卡时长暂设为1分钟，表明该工作人员使用该临时接地线在该临时接地点进行检修作业。
[0037]便携式RFID阅读器的显示屏上显示三者已对应成功，或者用某小灯亮指示。同时控制中心接收到上报信息以后确认该地线已挂接并进行显示留存。
[0038]5、临时接地线拆收操作:检修作业完成，拆收地线后，便携RFID阅读器再次对人员标识卡、临时接地点设备标识卡和临时接地线工具标识卡依次进行刷卡操作，表明该工作人员已对该临时接地线和临时接地点进行成功分离，即拆收临时接地线成功。便携式RFID阅读器的显示屏上显示二者已拆收成功，或者用某小灯亮指示。控制中心接收到上报信息以后确认该地线已拆收并进行显示留存。
[0039]6、临时接地线归还操作:临时接地线放回工具柜，需把临时接地线工具标识卡插入到对应的固定RFID阅读器卡槽中，读卡信息会传给控制中心表示该临时接地线已被工作人员归还。
[0040]特殊情况和各种告警:
1、未有与人员标识卡对应的便携式RFID阅读器在进行上述操作时，会一直提示未有工作人员负责告警，可在阅读器显示屏上显示或相应灯亮，并上报控制中心进行告警处理。
[0041]2、挂接地线时，若出现三卡未依次刷卡，或第二张卡、第三张卡超过刷卡时长时，则认为非法操作即非正常挂接，终端进行报警提示，同时，控制中心接收到该类信息也进行警示操作。
[0042]3、拆收地线时，若出现三卡未依次刷卡，或第二张卡、第三张卡超过刷卡时长时，则认为非法操作即非正常拆收，终端进行报警提示，同时，控制中心接收到该类信息也进行警示操作。
[0043]4、临时接地线借出后，在挂接前或成功拆收后，如果一直未有工具柜归还该地线信息，该时长根据变电站面积大小和检修作业性质暂设为60分钟，则控制中心会显示报警。即:挂接前情况中，便携式RFID阅读器在工具柜处对该临时接地线进行刷卡操作后，SP开始计时；成功拆收后情况中，便携式RFID阅读器已对临时接地线和临时接地点三者进行刷卡操作，确认成功拆收后即开始计时。一定时长后，便携式RFID阅读器发出该临时接地线未进行作业告警。同时信息传给控制中心，进行显示留存。
[0044]本发明基于三卡合一的变电站管理系统具有如下特点:
(1)将物联网技术应用于智能电网的建设，能提升电力企业管理水平，提高电力系统的可靠性与稳定性。
[0045](2)综合应用物联网技术的射频识别RFID和Zigbee组网技术、无线通讯技术、计算机软硬件技术、电气应用和安全管理等技术，可满足稳定、可靠和智能化的要求，实现对作业现场临时地线实时的远程监控，实现安全管控实质性的飞跃。
[0046](3)低功耗设计，成本低廉，便于大规模推广。
[0047](4)基于RFID和Zigbee设计了变电站作业现场地线采集终端、终端的设计和使用科学合理，使用维护方便。
[0048](5)采用Zigbee路由节点构成网状网，无需公网传输信息，节省后期运行费用。
[0049](6)系统结构考虑设计了读取可靠性措施，可以有效地杜绝漏收地线、漏拆地线、带地线合闸等恶性误操作事故的发生，最大限度地保障电网、设备和人身安全，具有很强的应用价值。
[0050](7)器件选型科学合理，便于快速规模生产。
【权利要求】
1.基于三卡合一的变电站管理系统，其特征在于，该管理系统包括: RFID电子标签，具有唯一性ID号，设置在变电站工作人员、临时接地线和临时接地点的标识卡内，用于对卡的唯一性进行标识； 便携式RFID阅读器，读取所述变电站工作人员、临时接地线和临时接地点三种RFID电子标签内的信息； 固定RFID阅读器，固定于变电站工具柜中，用于读取临时接地线标识卡中的电子标签信息； Zigbee路由器和协调器，用于2.4GHz工业开放频段的多跳无线组网，实现便携式RFID阅读器和控制中心的信息传递； 后台控制中心，接收便携式RFID阅读器和固定RFID阅读器的读卡信息，并对变电站临时接地线的状态显示和报警信息处理留存。
2.根据权利要求1所述的基于三卡合一的变电站管理系统，其特征在于，所述RFID电子标签包括人员标识卡、临时接地线工具标识卡或临时接地点设备电子标签。
3.根据权利要求1所述的基于三卡合一的变电站管理系统，其特征在于，所述便携式RFID阅读器包括第一单片机控制模块及与该控制模块分别连接的显示模块，键盘模块，Zigbee终端模块，第一 RFID阅读器和第一电源模块，所述Zigbee终端模块与单片机控制模块之间通过RS232串口连接；所述RFID阅读器和单片机控制模块之间通过SPI接口连接。
4.根据权利要求1所述的基于三卡合一的变电站管理系统，其特征在于，所述固定RFID阅读器包括第二单片机控制模块及与该控制模块连接的RS485模块，第二 RFID阅读器和第二电源模块。
5.基于三卡合一的变电站管理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 1)通过固定阅读器读取工具柜的临时接地线的标签信息； 2)通过便携式阅读器读取工作人员的标识卡、临时接地线标签和临时接地点标签的信息； 3)对上述读取的临时接地点、临时接地线标签信息和工作人员标识卡信息进行分析，并通过Zigbee无线多跳网络发送给控制中心，由控制中心判断临时临时接地点、接地线标签信息与工作人员的标识卡信息对应关系，如果三卡信息对应一致，则表示临时接地线由工作人员操作，且该操作发生在相关临时接地点； 4)如果三卡信息对应不一致，表明未有工作人员对临时接地线负责操作或在临时接地点的操作不成功，一定时长后，后台控制中心发出警示信息。
6.根据权利要求5所述的基于三卡合一的变电站管理方法，其特征在于，所述步骤I中固定阅读器读取工具柜的临时接地线的标签信息包括: 当临时接地线在工具柜中放置时，其工具标识卡插入对应固定阅读器中，固定阅读器通过周期读卡操作，获得临时接地线是否在工具柜中的信息，该信息通过RS485线缆网络方式传到控制中心，显示相应信息，进行状态备查； 当临时接地线借出时，接地线的识别卡从固定阅读器的卡槽中拔出，固定阅读器通过读卡操作会识别到该临时接地线已离开工具柜，该信息及时发送到控制中心进行显示留存，通过便携式RFID阅读器对人员标识卡和临时接地线的工具标识卡依次进行刷卡识别操作，以表示该临时接地线目前在该工作人员手中，如果未有该依次刷卡识别操作，表明未有工作人员对临时接地线负责操作，一定时长后，后台控制中心发出警示信息； 当临时接地线归还时，此时固定阅读器读取临时接地线工具标识卡，并将读卡信息回传给控制中心表示该临时接地线已被工作人员归还。
7.根据权利要求5所述的基于三卡合一的变电站管理方法，其特征在于，所述步骤2中通过便携式阅读器读取临时接地线标签的信息包括: 当临时接地线挂接时，便携式RFID阅读器对人员标识卡、临时接地点设备标识卡和临时接地线工具标识卡依次进行刷卡操作，当三者信息对应一致时，便携式RFID阅读器的显示屏显示挂接成功或相应指示灯点亮，表示工作人员已对该临时接地线和临时接地点进行成功挂接，所述阅读器将该信息上报传给控制中心； 当临时接地线拆收时，便携RFID阅读器再次对人员标识卡、临时接地点设备标识卡和临时接地线工具标识卡依次进行刷卡操作，便携式RFID阅读器的显示屏显示拆收成功或相应指示灯亮，表示工作人员已对该临时接地线和临时接地点进行成功分离，所述阅读器将该信息上报传给控制中心。
【文档编号】G06K19/077GK104318300SQ201410580787
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】张文, 苗志国, 李保罡, 孔英会, 陈智雄 申请人:国网冀北电力有限公司张家口供电公司, 国家电网公司, 华北电力大学（保定）