电力两票系统硬件防护装置的设计

电力两票系统硬件防护装置的设计

0rfid技术在电力系统中的应用,对于两票系统的设计从整体上提出了新的思路。在两票两个只能看到的电子表是指操作表格和工作表。这是确保能源安全运行的重要手段之一。安全生产对于电力系统的重要性是不言而喻的,能否确保电网安全,在执行两票之前实现“五防”是关键所在。传统的两票系统中的“五防”缺少相应的技术措施来保障,基本上是依靠电力系统内作业人员的工作经验和责任心等人为的主观因素来保证,缺少相应的技术装备手段保证。在客观条件上,电力系统具有设备种类繁多、操作项目繁杂、工作地点分布广泛、工作条件不一的特点,从而导致人为的错误操作,恶性事故屡有发生,给生产和人们生活造成巨大危害,其社会影响、经济损失是难以计算的。因此,为弥补传统的两票系统的不足,提出采用RFID技术完善两票系统。RFID具有以下特点:a.RFID的远距离和非接触识别无须耗费人力,可实现系统自动化和保证安全作业;b.RFID写入的时间短,可识别运动物体和多个带标签的物体,有动态识别和操作快捷的特点;c.射频卡可在油渍、灰尘污染等环境下使用,适用于恶劣的电力系统环境;d.数据存取有密码保护、代码唯一、无法复制,使系统的安全性更高。基于RFID的功能特点,两票系统引入RFID技术作为硬件设备支持。1居民身份证管理系统为了防止对电力设备操作中的疏漏,系统首先为每台设备配置1个无源ID卡标签,它就是设备的电子身份证,身份证内容包括设备属性,如设备名称、存放地点、是否带负荷等。类似于为居民身份证中有标识人的名字、住所及婚否的状态。有了这个电子身份证,操作人员可在清楚了解设备位置及带电状态的情况下对设备进行无误的操作。硬件防护装置是一种适合于手持操作的手操机阅读器,其工作原理和其它的阅读器、读头完全一样。它设有读卡组件、验电组件、CPU、LCD显示屏,有声、光报警信号功能,网络通信USB接口、比较电路、外扩RAM,有自检功能。系统软件部分主要由操作票系统功能模块和工作票系统功能模块组成。系统采用主流的B/S结构,实现数据共享和设备状态检验的协同作业。系统结构如图1所示。2系统硬件设计2.1手动操作功能2.1.1射频id识别标签核对目标设备是否为操作票中需要操作的设备。通过给操作设备配备射频ID识别标签,可以防止错误分、合断路器,防止误入带电间隔,在误操作前报警起到防护作用。2.1.2验电功能手操器中设有感应式验电装置,能给需要操作的设备验电,可有效的防止带负荷拉、合隔离开关,防止带电挂地线,防止带地线合断路器。2.1.3检查票的内容功能在两票软件系统数据库中,将操作票内容输入手操器中,能用数字代表操作票内容,再通过手操器在操作前核对。2.1.4具有管理功能现场工作完成后,可与主计算机进行数据交换。读取硬件设备记录的内容,将数据保存到计算机两票系统的数据库,以便管理和查询。2.2手工操作器的频率选择和电磁干扰的抑制2.2.1其它类型系统频率选择是一个关键问题,既要适应应用需求,还要考虑各国对无线电频段使用和发射功率的规定。RFID系统可以按照工作频率分为低频(LF)系统、高频(HF)系统、超高频(UHF)系统、微波(μWF)系统等,其识别距离、读写特性、标签尺寸、防碰撞性能、传播性能等多方面均有较大差别。从电力系统设备要求看,13.56MHz频率形式的标签工作时间短,工作距离长,应用范围广,采用的标准原型是ISO/IEC15693,已经收入到ISO/IEC18000-3中,这个频点的应用已经非常成熟。因此,根据应用的工艺特点、作业条件、环境要求等,选择高频(HF)系统。2.2.2屏蔽打造的小口局电磁兼容性(EMC)是电子产品的另一个关键问题,常常是制约中国电子产品出口的一个原因。首先采用的是HF系统,其次手操器所处环境都是电力设备,所以对电磁干扰(EMI)的抑制有很大的必要性。在高频电场下,采用薄层金属作为外壳或内衬材料可达到良好的屏蔽效果。设计屏蔽罩的困难在于制造过程中不可避免会产生孔隙,而且设备运行过程中还会需要用到这些孔隙,如面板连线、通风口等。在屏蔽设计中对与电路工作频率波长有关的沟槽长度作仔细考虑是很有好处的。通常RF发射频率越高,衰减越严重,因为它的波长越短。知道了屏蔽罩内RF辐射的频率及强度,就可计算出屏蔽罩的最大允许缝隙和沟槽。例如对1GHz频率来讲,若需要衰减20dB,则缝隙应小于15mm(150mm的1/10);需要衰减26dB时,缝隙应小于7.5mm(15mm的1/2以上);需要衰减32dB时,缝隙应小于3.75mm(7.5mm的1/2以上)。可采用合适的导电衬垫使缝隙大小限定在规定尺寸内,从而实现这种衰减效果。所以,系统采用薄层金属作为外壳或内衬材料加涂层泡沫衬垫,可在一定程度上抑制EMI,衬垫可做成多种形状,厚度大于0.5mm,也可以减少厚度,以满足UL燃烧及环境密封标准。2.3手工具的组成和原理手操器由RFID系统、LCD电路、网络通信接口、外扩RAM、验电装置、比较电路组成。手操器原理如图2所示。2.3.1有效控制并行接口接口电路采用间接控制方式。单片机通过I/0并行接口实现对液晶显示模块的控制,根据液晶显示模块的需要,并行接口需要1个8位的并行口和1个3位的并行口。P2口作为数据总线,P3中3位作为读、写及寄存器选择信号。由于并行接口只用于液晶显示模块,所以CE¯¯¯¯¯CE¯只接地即可。2.3.2dsr端“1”态电平采用光电隔离,以防干扰。当系统机有通信信息传至保护时,DSR端“1”态电平通过光电隔离连接CPU的INT0端申请串行中断服务,响应中断时接收系统机信息或向系统机传送保护信息。2.3.3射频标签信息录入根据ID卡寄存器的设定对发送缓存区中的数据进行调制,得到发送信号,并通过解读器芯片中2个引脚驱动天线以电磁波的形式发送出去。读数据时,信号通过天线匹配电路送入解读器,解读器再将信号送入微控制器进行数据处理。射频ID卡与解读器之间的天线耦合是电感耦合模式。射频标签信息的写入采用有线接触方式实现,一般称这种标签信息写入装置为编程器。这种接触式的射频标签信息写入方式通常具有多次改写的能力。标签在完成信息注入后,通常需将写入口密闭起来,以满足应用中对其防潮、防水、防污等要求。2.3.4存储电路比较采用串行E2PROM构成的存储电路具有简单明了的特点。利用24C16构成的存储电路,24C16内部具有2K字节电擦除电改写的存储器,其中SCL为串行操作的时钟线,SDA为串行数据线。通过命令控制,可在该线上写入或读出数据,其读写一位、一字节和一页均可由相应的子程序实现。2.3.5高压验电器的设计输入回路接收的微弱信号,经倍压整流、电压放大和滤波后,送至比较电路。比较电路的输出控制振荡电路,振荡电路的输出脉冲经功率放大后送至声、光报警器,报警器按一定的频率和波长发出蜂鸣和闪烁信号。输入回路所接收的信号能量由两部分组成,一部分由高电压在空间分布的电场提供的电场能,另一部分由高压漏电流所致,这两部分都与高电压的大小成正比。工频交流电的感知电流,成年男性平均为1.1mA,成年女性平均为0.7mA,当漏电流过大且通电时间较长时会危及人身安全,故高压验电器采用绝缘杆,以减小漏电流的分量。在以往的电路设计上,考虑到被测电场信号在空间的间距小,因而输入回路所接收的场能亦小,而比较电路需要在一定幅度的信号下才能正常工作,故在倍压整流电路后设置了一级电压放大电路,以期得到较大的信号分量。2.4usb接口输入电子线路,设立了“预操作设备错误”提示,并在其运行首先由系统机写入手操器操作票内容,然后核对目标设备ID卡,手操器提示“读取预操作设备ID卡”,核对结果不符,则在显示屏上有“预操作设备错误”提示,同时有声、光报警信号,核对无误,则有“允许操作,完成读取操作设备ID卡”提示。检验目标设备是否带电,若带电,有“设备有电,不可以操作”提示,同时有声、光报警信号;若不带电,则有“设备不带电,可以操作”提示。结果通过USB接口输入主计算机两票系统数据库。工作流程如图3所示。3软件设计3.1web层的组成系统软件采用主流的B/S结构,它的最大优点可以在任何环境下操作而不需安装任何专门的软件,客户端零维护。系统软件架构如图4所示。在客户层中,客户可通过浏览器访问Web层的JSP(JavaServerPages)文件产生的静态HTML或动态HTML页面。Web层由Jsp、Servlet和Java处理单元(JavaBeans)组件构成,存在于Web服务器中,在这层中,包含对逻辑层中企业Java处理单元(EnterpriseJavaBeans,EJB)的调用。逻辑层按业务划分,每项业务作为1个独立的逻辑单元,由EJB实现。EJB根据客户请求,通过EJB容器访问后台数据库服务器,并根据客户的要求进行后台计算,所有计算的过程都对客户层屏蔽。逻辑层位于应用服务器中,应用服务器中的EJB容器负责调用EJB。逻辑层和Web层合在一起,构成了分布式应用的中间层。数据层由数据终端传入数据,并按照一定形式保存在数据库中,数据层是整个系统的数据基础。3.2软件功能系统软件部分由操作票系统功能模块和工作票系统功能模块组成。系统软件功能模块如图5所示。4rfid技术在其他领域的应