CN108694423A

CN108694423A - 一种基于nfc技术的智能变电站二次回路中光缆信息完全表达的系统

Info

Publication number: CN108694423A
Application number: CN201810440137.7A
Authority: CN
Inventors: 王清柱; 韩韧; 蒋挺; 张东平
Original assignee: TONGHUA POWER SUPPLY COMPANY STATE GRID JILIN ELECTRIC POWER Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: TONGHUA POWER SUPPLY COMPANY STATE GRID JILIN ELECTRIC POWER Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2018-10-23

Abstract

本发明提供一种基于NFC技术的智能变电站二次回路中光缆信息完全表达的系统。包括NFC电子标签管理系统、NFC电子标签的掌上读写设备及NFC电子标签。NFC电子标签管理系统安装在PC端或服务器，实现智能变电站的光缆回路及IED设备虚回路的数据入库，并批量生成该数据的NFC电子标签扇区内容，形成全站信息的电子标签标识文件，并能够灵活修改。NFC电子标签的掌上读写设备实现将电子标签标识文件写入与悬挂位置相对应NFC电子标签内。同时通过掌上终端扫描对应标签，以矢量图形的方式显示该悬挂位置的光缆或虚回路信息。亦可通过全站导航浏览的方式进行信息查询。软件可使用数据读写专用的APK或微信公众号。本发明极大地简化了操作流程，降低了出错几率，完成了对设备的实时监控及措施反馈。

Description

一种基于NFC技术的智能变电站二次回路中光缆信息完全表达的系统

技术领域

本发明属于电力系统智能变电站光缆及虚回路非接触式信息识别技术领域。即基于NFC技术的智能变电站二次回路中光缆信息完全表达的系统。

背景技术

在现有技术中，NFC（Near Field Communication）是一种非接触感应和识别技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输来交换数据，在以13.56MHz频率运行于20厘米的距离内。在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。

智能变电站使用机打标签进行光缆和设备的标识标注，但是相较于传统变电站的巨大信息量增加使得标签的打印信息不能满足运行或维护的需求。需要一种能够表达光缆或设备全部信息量的标签系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于NFC技术的智能变电站二次回路中光缆信息完全表达的系统，软硬件系统使得智能变电站现场悬挂的纸质标签能够表达光缆及其传输内容的全部信息。

本发明的技术解决方案为：一种基于NFC技术的智能变电站二次回路中光缆信息完全表达的系统，其特征在于：包括NFC电子标签管理系统、NFC电子标签的掌上读写设备及NFC电子标签；NFC电子标签管理系统安装在PC或服务器，一种是通过智能变电站设计软件的数据库将全站光缆或虚回路信息按照数据库表的方式批量导入至NFC电子标签数据库，另一种是通过手动输入全站光缆数据及导入ICD或SCD模型文件再进行手动调整，完成工程基础数据的录入，进一步批量生成对应工程数据的NFC扇区内容，形成全站信息的电子标签标识文件，并可灵活修改；NFC电子标签的掌上读写设备包括电子标签显示软件APK或微信公众号，以及NFC标签读写装置，电子标签显示软件APK用于提供电子标签信息的写入或读取接口，以矢量图形方式显示信息内容并可导航或者针对性浏览，NFC标签读写装置用于提供NFC电子标签的读取或写入的硬件支撑，集成于掌上电脑或智能手机；显示输出采用矢量图形方式，它在表达相同信息量下文件体积小，可随意缩放不降低图形分辨率。

1.通过NFC电子标签管理系统批量导入或手动配置变电站光缆及IED设备模型文件的信息内容，并将信息逐条与唯一NFC电子标签ID进行关联，生成关联文件及标签格式文件，可手动调整。

2.利用标签打印机批量打印制作标签并粘贴NFC电子标签本体，在变电站对应位置悬挂NFC电子标签；

3.将标签关联文件读入掌上读写设备，通过掌上读写设备对NFC电子标签进行逐条信息写入并完成信息校对工作。

4.使用掌上读写设备(移动终端或手机)对NFC标签进行近距离扫描，通过掌上读写设备内置软件APK或微信公众号软件，调取该NFC电子标签内的存储信息或数据库信息，可图形化显示该标签内容或采用导航浏览方式显示全站信息内容。标签数据库既可设置于远端服务器亦可内置于掌上读写设备。

本发明的优点是：

1.利用标签数据库技术可表达光缆或IED设备的完全信息内容，而不局限于普通标签表面所打印的基础信息。

2. NFC标签有着信息安全性高、存储量适中、寿命长、耐高温及反复擦写等优点，并且对扫描环境亮度无要求。操作人员可以很安全便捷地进行信息写入和读取。

3. 掌上读写设备能够高分辨率显示变电站光缆和IED设备信息。可选择单一标签扫描或导航浏览方式进行信息查询，免除运行、检修时需要大量查图核图的工作量。极大地简化操作流程，降低出错几率，完成对设备的实时监控及措施反馈。

下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明系统简图。

图2是光缆标签格式简图。

图3是纤芯标签格式简图。

图4是数据库管理系统框架。

图5是光纤端口和虚回路关联流程图。

图6是NFC电子标签解析显示系统流程图。

图7是NFC电子标签管理及检索显示系统。

具体实施方式

参见图1，主要零部件名称为： 10－NFC电子标签，20－NFC电子标签管理系统，21－光缆及IED信息配置或导入模块，22－标签生成及打印模块，23－NFC电子标签数据库，30－NFC电子标签掌上读写系统，31－智能掌上设备(含NFC标签读写硬件)，32－标签显示及数据读写接口模块。

如图1所示，一种基于NFC技术的智能变电站二次回路中光缆信息完全表达的系统，包括NFC电子标签管理系统20、NFC电子标签的掌上读写设备30及NFC电子标签10。

NFC电子标签10采用无源电子标签，具有安全性高、存储量适中、寿命长、耐高温及反复擦写等优点，且对扫描环境亮度无要求，采用ISO14443A通讯协议。操作人员可以很安全便捷地进行信息写入和读取。一般来说，这类主流标签有16个扇区，我们可对扇区进行人为规划存储的内容。扇区0写入关联信息的ID特征码；扇区1写入场站名称、间隔名称、制造厂家等内容；扇区2-扇区15写入屏柜名称、始点设备、终点设备、光缆编号、始点端口、终点端口、纤芯序号等具体工程内容；每个扇区都有两套独立的密钥，确保数据写入和读取的安全。

NFC电子标签管理系统20包括光缆及IED信息配置或导入模块21、标签生成及打印模块22及NFC电子标签数据库23。

光缆及IED信息配置或导入模块21可将智能变电站全站光缆及IED设备的模型文件批量导入或者手动配置到NFC电子标签数据库23，在NFC电子标签管理系统20中即可进行所有数据的增删改操作，并可对生成的变电站矢量图形进行预览。细分则有IED设备配置、屏柜配置、光缆连接配置、模型导入导出、虚端子关联等功能。

进一步，标签生成及打印模块22在全站信息配置完成后自动生成全站NFC电子标签的打印格式文件和NFC电子标签关联信息文件。通过安装标签打印机驱动批量打印电子标签。

NFC电子标签数据库23用于存储具体工程的光纤物理回路及虚回路数据，采用关系型数据库，且每个独立工程设置一个库结构和数据。支持针对工程的数据导入导出。

NFC电子标签的掌上读写设备30包括智能掌上设备(含NFC标签读写硬件)31和标签显示及数据读写接口模块32及NFC电子标签数据库23(非必须)。

智能掌上设备(含NFC标签读写硬件)31实现对电子标签扫描解析的硬件功能，除具备安卓/IOS操作系统支撑外还需要硬件支持NFC功能。通过底层接口与标签显示及数据读写接口模块32通讯，使用智能掌上设备(含NFC标签读写硬件)31切换到调试模式时可对电子标签依次信息写入。

标签显示及数据读写接口模块32完成对NFC电子标签数据库23的读取，其次以矢量图形方式显示。该模块可以是独立的APK或者以微信公众号方式集成于微信软件。NFC电子标签数据库23可以在智能掌上设备(含NFC标签读写硬件)31本机安装，也可以设置于远端服务器，通过防火墙进行信息安全防护。标签显示及数据读写接口模块32支持单一标签扫描或导航浏览方式进行信息查询。

本发明将变电站信息数据化存储于数据库，再通过关联NFC电子标签10，使得信息指向数据库的任意一个节点，通过掌上终端将数据图形化展示，免除运行、检修时需要大量查图核图的工作量。极大地简化操作流程，降低出错几率，完成对设备的实时监控及措施反馈。

参见图2，是光缆标签格式简图。40－光缆编号，41－始端屏柜，42－光缆规格及备用芯，43－终端屏柜。

参见图3，是纤芯标签格式简图。50－光（尾）缆编号，51－起电装置及端口，52－纤芯编号，53－光缆规格，54－终点装置及端口。

参见图4、7，NFC智能光缆及纤芯电子标签系统一般分为标签数据库管理系统和标签检索显示系统两大模块，分别对应SCD信息源端PC和手持设备端(PAD、手机等)。

源端数据管理系统主要实现变电站的光纤物理回路及虚回路的数据录入及调整功能，同时集成数据条目和NFC电子标签的唯一关联功能，能够形成固定格式的标签内容数据库。

手持终端使用基于Android或iOS系统的应用程序，通过远程登录方式读取数据库数据。手持终端对数据库的查询方式有两种，一种是通过手动导航浏览在手持设备端进行整站屏柜、装置、光缆光纤的纤芯回路、虚回路的浏览；另一种方式可以通过手持终端对现场的NFC标签轻触读取，直接调用并自动生成、显示当前标签对应的光纤物理回路和虚回路矢量图。

2.1 标签数据库管理系统

数据库管理系统包括三部分：工程数据、源端数据库及管理软件。目前主要工作量集中在数据库源端管理系统，若在源端将变电站数据调整完毕，手持终端发出数据请求即可查询。

2.1.1全站二次回路及SCD文件的数据基础

标签数据库的数据基础源自设计单位的图纸设计数据。设计单位使用智能变电站设计软件完成全站的光纤物理回路及虚回路的设计工作，并形成光缆清册、光纤联系图、信息流图、组网图及虚端子表等图纸。那么站内的屏柜、装置、光缆尾缆、交换机及虚回路等信息储存在设计软件的数据库，可以进行调用，写入、重新组合新表等各种操作。

一般来说，NFC电子标签系统需要在设计软件的数据库基础上进行抽取和整理形成该工程数据库，这样操作调整的工作量会大幅降低。但并非所有工程都是通过设计软件实现，很多设计单位仍然采用手工制图的方式进行智能站的设计。为提高NFC智能标签的适用性，我们仍然以设计软件为抓手，取消设计软件的各种自动功能，譬如自动生成光缆编号、自动进行光缆的合并及留备用芯、占用交换机端口等等，全部采用手动录入，以确保和设计图纸及现场完全一致。这样既保证工具的灵活性同时提高软件界面的人机交互友好度，至少不需要对源端数据库的字段直接操作。

MySQL数据库以体积小、速度快且完全开源等优点适用于并发数较少的工具软件。而且全世界开发者持续对MySQL进行改良和深度挖掘，使得MySQL在版本上持续更新。

此外我们可以使用MySQL数据库的导出功能，将该工程涉及智能标签的表单整理导出后，可直接写入手持设备应用中的SQLite数据库内，SQLite数据库体积更加小巧且可以嵌入应用，也可以和MySQL数据库完美对接而不需要数据转换，是将来作为此类应用嵌入式数据库的理想选择。我们可以在一些特定的场合使用就地化的数据库，那么需要人工进行维护，以达到和数据中心的同步。

2.1.2 光纤端口与信息流、虚端子的关联

智能变电站设计时，光纤分配结束后，设计单位会交付光缆清册、信息流图、光纤联系图、组网图以及虚端子表和SCD文件等相关文件，施工、运维等单位根据这些文件进行光缆敷设，并悬挂标签标识，表明光缆起始点及编号。设备厂家根据这些信息使用光缆，并熔接尾纤，用以连接装置。尾纤上通常会有设备厂家悬挂的标签标识。

变电站投运后，总包方会将SCD文件交由运检部门存档备案，该文件是该智能站的全站配置文件，包含了智能变电站的功能结构，标识一次设备以及它们的电气连接关系、描述了变电站内所有智能电子设备(IED)的实例配置和通信参数等信息。该文件为全站统一的数据源，所有表示虚回路连接关系的虚回路端子表必须由SCD文件生成。

由于传统的使用习惯，在面对光纤物理回路和虚回路缺乏关联关系的时候，调试、运维等工作都会面临很多困难，需要翻阅大量资料才能将虚回路和物理回路相对应，这个工作费时费力，且容易出错。信息流是智能变电站的主线，所有的光缆光纤包括虚回路全部是通过信息流串联在一起。所以我们根据现状分为三种情况来表述：

第一，若该智能站采用该厂家的设计软件进行设计。设计软件在产品研发时已考虑物理端口和信息流、虚端子的对应，所以导出的虚端子表中有一列是表征物理端口和虚端子的关联，直接实现关联关系。

第二，若该智能站所有ICD文件及系统集成按照国网公司的要求执行，那么是具备物理端口和虚端子的关联关系的，同样可以解决此类问题。

国网公司在《Q/GDW 11396-2012 IEC61850 工程继电保护应用模型》规定了GOOSE、SV 接收访问点物理端口关联：即采用在“ExtRef”元素“intAddr”属性中增加物理端口描述的方式，示例如下：

<ExtRef daName=“stVal” doName=“Pos” iedName=“IL2201A” ldInst=“RPIT”

lnClass=“XCBR” lnInst=“1” prefix=“Q0A” intAddr=“1-A:PIGO/GOINGGIO1.DPCSO1.stVal” />

可以看出描述内容是线路智能终端A给测控装置发送一个开关位置的双点信息，并且在接受侧标明了发送侧端口号“1-A”。在符合国网建模规范的ICD文件里，设备供应商已经在ICD文件中对物理端口做了声明，虚端子关联时只需要在接收侧设备Inputs中标明发送侧物理端口，这就为实现虚实回路完全对应提供了材料基础。通过这个关键节点可以实现虚实回路对应，甚至于可以判断回路属于组网或者点对点信息都有了实现可能。

第三，该智能站采用手工作图，也未采用第二种做法。基于这个现状，需要在使用数据库管理软件的手动关联功能，在虚端子连接录入时直接绑定光纤物理端口，即使在联调后期有改动也可以随时调整，确保SCD文件内容现场和设计图纸完全一致。具体关联对照流程图如图5所示。

总而言之，数据中心管理软件把小室、屏柜、装置、光缆光纤连接等配置在MySQL数据库中，在数据整理过程中即将光纤物理回路和虚回路完全对应地关联。随时可以查询，修改包括后期的手动调整。通过标签扫描即可获取对应信息，提升物理回路和虚回路的运行维护管控水平。

2.1.3 NFC电子标签的生成

在标签的选择上，目前有条形码、二维码、NFC(近距离无线通信)及RFID(射频标签)等方式可供使用。条形码所带信息少且容错机制较差；RFID成本较高且需要专用读写设备。二维码普通设备可读写，但所带信息量少，对环境亮度有要求且因对焦导致扫描速度偏慢，另外色牢度有待考量。NFC(近距离无线通信)体积小可折弯，所带信息容量大(可达32KB)。只需要靠近支持NFC的手机或终端即可显示信息内容，更适合变电站表达光缆光纤信息的场合使用。

NFC(近距离无线通信)是目前比较成熟的一种非接触通讯方式，这种不需要复杂设置的技术已经被运用到越来越多的领域，其中包括文件传输、移动支付、安防领域等。NFC作为一种短距离的高频无线通信技术，可允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输(在十厘米内)交换数据。故可在NFC内置相对固定的一些基础信息或工艺文档等内容，通过轻触即可获取相关文档并在手持终端显示。

就光缆标签的选材来说，推荐选用抗压耐划，防火防潮、印字清晰且色牢度高的工程ABS塑料材质。如图2、3。

2.2手持设备端的NFC标签解析显示模块

目前主流的手持终端操作系统有Android安卓和IOS苹果这两种，IOS系统的APP需要在AppStore进行上架，稍微复杂且需要单独维护。可以先进行安卓APK的开发使用，将来则可以跨平台移植到IOS系统。

SVG作为一种开放式矢量图形格式，比普通JPEG图形格式体积小很多，却能够任意放大图形显示而不会牺牲图形质量，适合用于安卓或者苹果系统手持设备运算能力相对较弱且存储空间较小的应用场合。

故手持终端建议采用APK安装。当扫描NFC标签时，调用内置的变电站工程数据并以SVG图形格式进行显示，可以拖拽和缩放，包括单击或双击进入子画面。图6为智能标签解析显示系统流程图。

3.结论

NFC电子标签系统的总体思路是通过供电公司数据中心的源端数据管理系统以及手持设备端的解析显示系统实现光缆光纤及虚回路的可视化描述。其中数据管理系统的标签生成功能及工程数据由设计部门先行设计配置后移交施工单位调试并打印、悬挂标签。变电站投运后将最终的手持设备安装包移交给运行和检修部门进行资料归档并后期使用。

所有变电站设计数据来自同一数据库，且经过相关技术部门的逐条审核，户外工作的运检人员只需要打开软件进行具体NFC标签近距离扫描即可获得站内屏柜乃至每一根纤芯的具体细节，省却了大量查找图纸资料等工作量并降低出错概率，显著提高变电站的“可视化”水平，提升运行维护的效率。

在工程实施中，可以把过程层电缆接入的典型图纸，譬如开入开出及交流回路的CAD图人工转化为SVG图形内置于数据库的对应间隔，这样运检人员可以从最始端一直查询到虚端子关联回路，真正做到完整回路的查询。

利用NFC电子标签信息存储量大，可擦写及寿命长等特点，也可以为智能巡检等工作打下坚实的物质基础。

Claims

1.一种基于NFC技术的智能变电站二次回路中光缆信息完全表达的系统，其特征在于：包括NFC电子标签管理系统、NFC电子标签的掌上读写设备及NFC电子标签；NFC电子标签管理系统安装在PC或服务器，一种是通过智能变电站设计软件的数据库将全站光缆或虚回路信息按照数据库表的方式批量导入至NFC电子标签数据库，另一种是通过手动输入全站光缆数据及导入ICD或SCD模型文件再进行手动调整，完成工程基础数据的录入，进一步批量生成对应工程数据的NFC扇区内容，形成全站信息的电子标签标识文件，并可灵活修改；NFC电子标签的掌上读写设备包括电子标签显示软件APK或微信公众号，以及NFC标签读写装置，电子标签显示软件APK用于提供电子标签信息的写入或读取接口，以矢量图形方式显示信息内容并可导航或者针对性浏览，NFC标签读写装置用于提供NFC电子标签的读取或写入的硬件支撑，集成于掌上电脑或智能手机；显示输出采用矢量图形方式，它在表达相同信息量下文件体积小，可随意缩放不降低图形分辨率。