電力兩票系統(tǒng)硬件防護裝置的設計

電力兩票系統(tǒng)硬件防護裝置的設計

0rfid技術在電力系統(tǒng)中的應用,對于兩票系統(tǒng)的設計從整體上提出了新的思路。在兩票兩個只能看到的電子表是指操作表格和工作表。這是確保能源安全運行的重要手段之一。安全生產(chǎn)對于電力系統(tǒng)的重要性是不言而喻的,能否確保電網(wǎng)安全,在執(zhí)行兩票之前實現(xiàn)“五防”是關鍵所在。傳統(tǒng)的兩票系統(tǒng)中的“五防”缺少相應的技術措施來保障,基本上是依靠電力系統(tǒng)內(nèi)作業(yè)人員的工作經(jīng)驗和責任心等人為的主觀因素來保證,缺少相應的技術裝備手段保證。在客觀條件上,電力系統(tǒng)具有設備種類繁多、操作項目繁雜、工作地點分布廣泛、工作條件不一的特點,從而導致人為的錯誤操作,惡性事故屢有發(fā)生,給生產(chǎn)和人們生活造成巨大危害,其社會影響、經(jīng)濟損失是難以計算的。因此,為彌補傳統(tǒng)的兩票系統(tǒng)的不足,提出采用RFID技術完善兩票系統(tǒng)。RFID具有以下特點:a.RFID的遠距離和非接觸識別無須耗費人力,可實現(xiàn)系統(tǒng)自動化和保證安全作業(yè);b.RFID寫入的時間短,可識別運動物體和多個帶標簽的物體,有動態(tài)識別和操作快捷的特點;c.射頻卡可在油漬、灰塵污染等環(huán)境下使用,適用于惡劣的電力系統(tǒng)環(huán)境;d.數(shù)據(jù)存取有密碼保護、代碼唯一、無法復制,使系統(tǒng)的安全性更高?；赗FID的功能特點,兩票系統(tǒng)引入RFID技術作為硬件設備支持。1居民身份證管理系統(tǒng)為了防止對電力設備操作中的疏漏,系統(tǒng)首先為每臺設備配置1個無源ID卡標簽,它就是設備的電子身份證,身份證內(nèi)容包括設備屬性,如設備名稱、存放地點、是否帶負荷等。類似于為居民身份證中有標識人的名字、住所及婚否的狀態(tài)。有了這個電子身份證,操作人員可在清楚了解設備位置及帶電狀態(tài)的情況下對設備進行無誤的操作。硬件防護裝置是一種適合于手持操作的手操機閱讀器,其工作原理和其它的閱讀器、讀頭完全一樣。它設有讀卡組件、驗電組件、CPU、LCD顯示屏,有聲、光報警信號功能,網(wǎng)絡通信USB接口、比較電路、外擴RAM,有自檢功能。系統(tǒng)軟件部分主要由操作票系統(tǒng)功能模塊和工作票系統(tǒng)功能模塊組成。系統(tǒng)采用主流的B/S結構,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和設備狀態(tài)檢驗的協(xié)同作業(yè)。系統(tǒng)結構如圖1所示。2系統(tǒng)硬件設計2.1手動操作功能2.1.1射頻id識別標簽核對目標設備是否為操作票中需要操作的設備。通過給操作設備配備射頻ID識別標簽,可以防止錯誤分、合斷路器,防止誤入帶電間隔,在誤操作前報警起到防護作用。2.1.2驗電功能手操器中設有感應式驗電裝置,能給需要操作的設備驗電,可有效的防止帶負荷拉、合隔離開關,防止帶電掛地線,防止帶地線合斷路器。2.1.3檢查票的內(nèi)容功能在兩票軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中,將操作票內(nèi)容輸入手操器中,能用數(shù)字代表操作票內(nèi)容,再通過手操器在操作前核對。2.1.4具有管理功能現(xiàn)場工作完成后,可與主計算機進行數(shù)據(jù)交換。讀取硬件設備記錄的內(nèi)容,將數(shù)據(jù)保存到計算機兩票系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫,以便管理和查詢。2.2手工操作器的頻率選擇和電磁干擾的抑制2.2.1其它類型系統(tǒng)頻率選擇是一個關鍵問題,既要適應應用需求,還要考慮各國對無線電頻段使用和發(fā)射功率的規(guī)定。RFID系統(tǒng)可以按照工作頻率分為低頻(LF)系統(tǒng)、高頻(HF)系統(tǒng)、超高頻(UHF)系統(tǒng)、微波(μWF)系統(tǒng)等,其識別距離、讀寫特性、標簽尺寸、防碰撞性能、傳播性能等多方面均有較大差別。從電力系統(tǒng)設備要求看,13.56MHz頻率形式的標簽工作時間短,工作距離長,應用范圍廣,采用的標準原型是ISO/IEC15693,已經(jīng)收入到ISO/IEC18000-3中,這個頻點的應用已經(jīng)非常成熟。因此,根據(jù)應用的工藝特點、作業(yè)條件、環(huán)境要求等,選擇高頻(HF)系統(tǒng)。2.2.2屏蔽打造的小口局電磁兼容性(EMC)是電子產(chǎn)品的另一個關鍵問題,常常是制約中國電子產(chǎn)品出口的一個原因。首先采用的是HF系統(tǒng),其次手操器所處環(huán)境都是電力設備,所以對電磁干擾(EMI)的抑制有很大的必要性。在高頻電場下,采用薄層金屬作為外殼或內(nèi)襯材料可達到良好的屏蔽效果。設計屏蔽罩的困難在于制造過程中不可避免會產(chǎn)生孔隙,而且設備運行過程中還會需要用到這些孔隙,如面板連線、通風口等。在屏蔽設計中對與電路工作頻率波長有關的溝槽長度作仔細考慮是很有好處的。通常RF發(fā)射頻率越高,衰減越嚴重,因為它的波長越短。知道了屏蔽罩內(nèi)RF輻射的頻率及強度,就可計算出屏蔽罩的最大允許縫隙和溝槽。例如對1GHz頻率來講,若需要衰減20dB,則縫隙應小于15mm(150mm的1/10);需要衰減26dB時,縫隙應小于7.5mm(15mm的1/2以上);需要衰減32dB時,縫隙應小于3.75mm(7.5mm的1/2以上)。可采用合適的導電襯墊使縫隙大小限定在規(guī)定尺寸內(nèi),從而實現(xiàn)這種衰減效果。所以,系統(tǒng)采用薄層金屬作為外殼或內(nèi)襯材料加涂層泡沫襯墊,可在一定程度上抑制EMI,襯墊可做成多種形狀,厚度大于0.5mm,也可以減少厚度,以滿足UL燃燒及環(huán)境密封標準。2.3手工具的組成和原理手操器由RFID系統(tǒng)、LCD電路、網(wǎng)絡通信接口、外擴RAM、驗電裝置、比較電路組成。手操器原理如圖2所示。2.3.1有效控制并行接口接口電路采用間接控制方式。單片機通過I/0并行接口實現(xiàn)對液晶顯示模塊的控制,根據(jù)液晶顯示模塊的需要,并行接口需要1個8位的并行口和1個3位的并行口。P2口作為數(shù)據(jù)總線,P3中3位作為讀、寫及寄存器選擇信號。由于并行接口只用于液晶顯示模塊,所以CEˉˉˉˉˉCEˉ只接地即可。2.3.2dsr端“1”態(tài)電平采用光電隔離,以防干擾。當系統(tǒng)機有通信信息傳至保護時,DSR端“1”態(tài)電平通過光電隔離連接CPU的INT0端申請串行中斷服務,響應中斷時接收系統(tǒng)機信息或向系統(tǒng)機傳送保護信息。2.3.3射頻標簽信息錄入根據(jù)ID卡寄存器的設定對發(fā)送緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)進行調(diào)制,得到發(fā)送信號,并通過解讀器芯片中2個引腳驅動天線以電磁波的形式發(fā)送出去。讀數(shù)據(jù)時,信號通過天線匹配電路送入解讀器,解讀器再將信號送入微控制器進行數(shù)據(jù)處理。射頻ID卡與解讀器之間的天線耦合是電感耦合模式。射頻標簽信息的寫入采用有線接觸方式實現(xiàn),一般稱這種標簽信息寫入裝置為編程器。這種接觸式的射頻標簽信息寫入方式通常具有多次改寫的能力。標簽在完成信息注入后,通常需將寫入口密閉起來,以滿足應用中對其防潮、防水、防污等要求。2.3.4存儲電路比較采用串行E2PROM構成的存儲電路具有簡單明了的特點。利用24C16構成的存儲電路,24C16內(nèi)部具有2K字節(jié)電擦除電改寫的存儲器,其中SCL為串行操作的時鐘線,SDA為串行數(shù)據(jù)線。通過命令控制,可在該線上寫入或讀出數(shù)據(jù),其讀寫一位、一字節(jié)和一頁均可由相應的子程序實現(xiàn)。2.3.5高壓驗電器的設計輸入回路接收的微弱信號,經(jīng)倍壓整流、電壓放大和濾波后,送至比較電路。比較電路的輸出控制振蕩電路,振蕩電路的輸出脈沖經(jīng)功率放大后送至聲、光報警器,報警器按一定的頻率和波長發(fā)出蜂鳴和閃爍信號。輸入回路所接收的信號能量由兩部分組成,一部分由高電壓在空間分布的電場提供的電場能,另一部分由高壓漏電流所致,這兩部分都與高電壓的大小成正比。工頻交流電的感知電流,成年男性平均為1.1mA,成年女性平均為0.7mA,當漏電流過大且通電時間較長時會危及人身安全,故高壓驗電器采用絕緣桿,以減小漏電流的分量。在以往的電路設計上,考慮到被測電場信號在空間的間距小,因而輸入回路所接收的場能亦小,而比較電路需要在一定幅度的信號下才能正常工作,故在倍壓整流電路后設置了一級電壓放大電路,以期得到較大的信號分量。2.4usb接口輸入電子線路,設立了“預操作設備錯誤”提示,并在其運行首先由系統(tǒng)機寫入手操器操作票內(nèi)容,然后核對目標設備ID卡,手操器提示“讀取預操作設備ID卡”,核對結果不符,則在顯示屏上有“預操作設備錯誤”提示,同時有聲、光報警信號,核對無誤,則有“允許操作,完成讀取操作設備ID卡”提示。檢驗目標設備是否帶電,若帶電,有“設備有電,不可以操作”提示,同時有聲、光報警信號;若不帶電,則有“設備不帶電,可以操作”提示。結果通過USB接口輸入主計算機兩票系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。工作流程如圖3所示。3軟件設計3.1web層的組成系統(tǒng)軟件采用主流的B/S結構,它的最大優(yōu)點可以在任何環(huán)境下操作而不需安裝任何專門的軟件,客戶端零維護。系統(tǒng)軟件架構如圖4所示。在客戶層中,客戶可通過瀏覽器訪問Web層的JSP(JavaServerPages)文件產(chǎn)生的靜態(tài)HTML或動態(tài)HTML頁面。Web層由Jsp、Servlet和Java處理單元(JavaBeans)組件構成,存在于Web服務器中,在這層中,包含對邏輯層中企業(yè)Java處理單元(EnterpriseJavaBeans,EJB)的調(diào)用。邏輯層按業(yè)務劃分,每項業(yè)務作為1個獨立的邏輯單元,由EJB實現(xiàn)。EJB根據(jù)客戶請求,通過EJB容器訪問后臺數(shù)據(jù)庫服務器,并根據(jù)客戶的要求進行后臺計算,所有計算的過程都對客戶層屏蔽。邏輯層位于應用服務器中,應用服務器中的EJB容器負責調(diào)用EJB。邏輯層和Web層合在一起,構成了分布式應用的中間層。數(shù)據(jù)層由數(shù)據(jù)終端傳入數(shù)據(jù),并按照一定形式保存在數(shù)據(jù)庫中,數(shù)據(jù)層是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎。3.2軟件功能系統(tǒng)軟件部分由操作票系統(tǒng)功能模塊和工作票系統(tǒng)功能模塊組成。系統(tǒng)軟件功能模塊如圖5所示。4rfid技術在其他領域的應