基于NFC的电力智能巡检系统

占永红+吴丽莎+李芳+王淋漓+张凯

摘 要 本文介绍了NFC技术，以及基于NFC技术开发电力智能巡检系统的设计方案和业务流程，采用开放式结构设计和模块化功能设计原则，实现集NFC标签登记、数据采集、内容录入、NFC巡检数据实时上传、记录管理、查询统计以及报表分析等于一体的智能化管理系统。节省了电力日常巡检的成本，也提高了巡检的工作效率。

【关键词】NFC技术 电力巡检 设计方案 业务流程

1 概述

1.1 现状分析

长期以来，电力行业设备或设施巡检方式主要以人工巡检为主，其他方法为辅，故障、缺陷、隐患等安全信息上报一般通过纸质文档或者打电话方式上报，巡检记录也主要通过手工方式来管理，即以手工填表、手工统计为主，在实际巡检工作中很容易受到气候条件（如大雪、大雨等极端天气）、环境因素（巡检点地处偏远或交通不便）、巡检工作人员责任心等多方面因素的影响，导致实际的巡检质量无法保证，也容易导致巡检过程中极易出现漏记漏统或弄虚作假的情况。同时，对反映运行状态和设备设施可能存在隐患或缺陷等的信息得不到及时反馈，隐患或缺陷不能及时发现，处理不及时，可能引发严重的电力安全事故。另外，利用传统的巡检管理方法难以有效监督巡检人员，巡检时玩忽职守现象时有发生。目前随着科学技术的进步与发展，智能化、自动化的巡检方式也随之发展起来，电子巡检系统正在逐步取代过去传统人工巡检的方式。

目前的常见的自动化巡检系统手持终端通常采用GPS智能手机或者巡检棒，巡检过程管理通过GPS定位或者巡检棒扫描RFID标签实现，但GPS定位易受气候及设备运行环境影响，在雨天等恶劣气候及室内无法准确定位，而巡检棒无法实现巡检数据的现场录入及远程实时上传数据，两种手持终端及系统在使用中均存在某些缺陷。基于NFC智能手机的巡检系统很好的克服了上述缺点，将巡检人员定位和现场数据录入完美的结合在一起，同时还能根据NFC标签信息由手持终端导入相应设备的信息，以满足同一单位不同巡检岗位对不同设备或设施信息录入的差异性，使数据录入界面简洁明了，同时也能满足多个巡检人员使用同一个终端，不仅可节省成本，也提高了工作效率。

NFC智能巡检系统可以提高巡检工作的标准化、智能化、科学化。一方面提高巡检的工作效率，有效的避免漏检、漏巡等问题的发生，从而降低事故率，保证电力设备的安全稳定的运行，另一方面，通过智能巡检系统可以使巡检工作自动化，提高管理效率和巡检的效率以及准确性，减少在巡检过程中的各方面的损耗，确保巡检的工作质量。

巡检系统主要应用在电力无人值守变电站巡检、电力的变电和配网设备巡检、系统机房设备巡检、消防设施巡检等几种场景。巡检系统目前市场上主要有如下四种技术方案：

1.1.1 巡更棒

采用巡更棒+巡更点的方式，保安人手一个巡更棒，记录保存在巡更棒里，定时导入记录到电脑。缺点是不能实时更新数据，并且由于需要另外购买巡更棒而增加了成本。

1.1.2 手機+GPS

采用手机定位功能，实现到点的巡更巡检功能。优点是可以直接使用手机而不用另外购买设备。缺点是GPS能定位到地点，针对大楼内部、变电站这种同一范围内很多设施的场所不适合使用。

1.1.3 手机或者PDA+二维码

采用手机二维码方案，可以减少投资，缺点是二维码容易复制、损坏，而导致巡检管理的漏洞较多。

1.1.4 专用PDA+RFID

本方案避免了手机+二维码的弊端，缺点是需要另外增加专用PDA的投资。

采用手机NFC的技术方案，可以完全避免以上方案的缺点。不但能够实时联网，NFC标签避免二维码容易损坏和可以复制的缺点，而且使用手机降低了另外购买设备的成本浪费。并且能够降低巡检人员的劳动强度，在一定程度上减少管理上带来的问题。

1.2 解决方案的实现

1.2.1 NFC技术原理

NFC（Near Field Communication的缩写），即近距离无线通讯技术，它是一种短距离的高频无线通信技术。允许电子设备之间进行非接触式的点对点数据传输交换数据。NFC基于无线电频率认证（RFID）技术。要求物理接触或很靠近（小于10cm）的情况下工作，由此获得安全性。

NFC的工作原理是，读取器（具有NFC功能的设备）产生无线电频率（RF）的正弦波，将能量传递给标签，然后再从标签中读取数据。NFC启动后，可持续产生正弦波信号，如果有标签处在正弦波产生的磁场扰动范围内，产生的磁场扰动范围内，该标签将由磁场扰动获得能量，产生原正弦波反频率或改变频率属性的波，读取器探测到这种改变，将可以判断出附近有标签。RFID在很近的距离通信通常被称为近配对系统，近配对系统的范围通常是小于10cm，这意味着标签必须挨近读取器或安装在读取器上。近距离靠近的好处是，标签的电池场可以发出很大的能量，该能量足以支持标签通信，而不需要内置电源，近配对系统也利于高度保密的场合。

1.2.2 系统功能概述

基于无线通信技术的无纸化、智能化的巡检手段，能提高巡检人员工作效率，杜绝巡检作假行为发生的基于NFC的智能手机巡检系统及巡检方法。本系统是通过以下技术方案来实现的：基于NFC的智能移动终端巡检系统，包括手持移动终端巡检系统（智能手机、IPAD、巡检专用电脑等）和Web后台管理中心，手持巡检系统包括手持巡检终端和被巡检设备标签，后台管理中心包括巡检数据处理系统和客户端，所述的巡检数据处理系统包括数据存储与处理单元、中央处理器、报警器和数据库；手持巡检终端通过移动互联网络与后台管理中心实时通信，存储和处理单元与中央处理器相连，中央处理器分别与报警器、数据库和客户端连接。手持巡检终端为NFC智能手机。移动互联网包括4G或WIFI。巡检人员每人带支持NFC的智能手机，智能手机上安装NFC智能巡检客户端。在每个巡更地点或者巡检设备上（例如变压器、机房设备、基站、消防设备等），放置适合的NFC标签。巡检人员按照巡检路线的设置，依次到每个地点进行巡检，并根据需求填写巡检的内容。

关于数据的上传，系统提供两种解决方案：

（1）电力系统等安全要求较高的场所：采用Wi-Fi方案，巡检记录存在手机上，在中心设置Wi-Fi路由器，定时把数据上传到平台。

（2）其它场所直接采用4G网络技术，实时上传即可。

1.3 系统价值分析

1.3.1 经济效益

在解决巡检问题的前提下，降低了系统投资，减少巡检的工作量并提高了巡检的准确性。

1.3.2 社会效益

系统为电力相关管理部门提供了直观的监管方式，加强巡检过程中的实时监管力度，防止漏检等情况发生。为广大人民群众生命财产安全提供了可靠的支持，树立了相关管理部门的良好形象。

2 系统功能

2.1 系统整体设计

本系统是以NFC标签技术和移动4G网络为基础，采用开放式和模块化功能设计原则，提供API接口协议，实现集NFC数据采集、巡检内容录入、数据实时上传、系统记录管理、故障分析等于一体的智能巡检系统。

NFC智能巡检系统由NFC标签、数据采集子系统和中心服务器子系统三大部分组成，如下：

2.1.1 NFC标签

不同的设备和场所采用不同形式的标签，以保证标签的可靠使用。

2.1.2 数据采集子系统

数据采集子系统由智能手机（带有NFC）以及NFC巡检客户端组成。系统人员采用手机号为账号，登录系统后，才能读取NFC标签。当现场巡检人员使用移动终端扫描NFC标签获取到设备信息并记录完巡检内容之后保存，该巡检点的巡检信息和巡检内容通过4G移动网络上传到网络数据库服务器。完成一个巡检点的全部巡检工作之后，移动巡检客户端会提示进入下一个巡检点进行巡检。

2.1.3 中心服务器子系统

中心服务器子系统由通信服务器、数据库服务器以及WEB服务器组成，实现数据的接收、存储、分析以及用户管理、报表分析等功能。中心服务器子系统

2.2 数据采集子系统功能

2.2.1 NFC读取功能

巡检人员采用手机号为账号，登录系统后，直接读取NFC标签。

2.2.2 设备巡检记录功能

巡检人员可以根据不同的需求，填写设备实际情况，是否故障、故障内容等，上传至中心。

2.2.3 巡检提示功能

巡视提示功能通过建立巡检路线表，实现对新建工作起到一个提示、复核、监督的作用。巡视信息提示功能，对每个需要巡检点的巡检路线以及巡视内容都进行了详细的标注，巡检操作人员可以根据巡检系统的自动提示按预设的巡检路线完成巡检工作。移动端与网络巡检数据库服务器进行实时通讯，可以批量下载巡检路线和巡检点工作内容，同时反映巡检点对应設备的工作状态。

2.3 中心服务器子系统

中心服务器子系统采用Web结构，后台使用Java开发，并应用多项开源技术，包含相应的开源的应用服务器、开源消息中间件和开源数据库软件。巡检后台管理系统部署在应用服务器中。该系统可实现对巡检系统基础数据的管理包括巡检人员的管理，如增减巡检人员、巡检人员权限分配、巡检点基本信息设置、巡检点工作内容设置、相关巡检记录查询等功能以及对应的数据查询和统计报表的功能。用户可以通过互联网访问Web页面，登录后台后可远程实现对后台管理系统的操作。为了提高巡检系统后台管理系统的安全性，在访问Web后台管理页面时，用户必须要通过用户身份认证，输入正确的用户名和密码才能进入系统。系统功能简介如下：

（1）按指定条件（巡检线路、巡检点、巡检班次、巡检结果、巡检日期和时间等）浏览查询数据。

（2）按指定条件（巡检线路、巡检点、巡检班次、巡检结果、巡检日期和时间等）打印相关的数据统计报表；对巡检工作人员巡检情况进行查询、汇总、打印巡检记录统计报告。

（3）对巡检班组、巡检班次、巡检时间、巡检人员等情况进行管理，如：修改、添加、删除等，权限设置与管理。

（4）对NFC标签编号、地点、时间等进行设置和调整。

（5）历史记录管理、巡检报表管理。

（6）故障分析功能。

（7）提供设备基础数据导入导出API接口。

2.4 系统业务流程

基于NFC的电力智能巡检系统将具有唯一ID号的NFC标签安装在需要巡检的巡检点或需要巡检的设备上。巡检人员按照系统提示的巡检路线来到巡检点和需巡检的设备。巡检人员手持巡检工作手机与巡检点的NFC标签卡进行扫描并通信，通过4G网络从网络数据库中查询到巡检信息并在手机上立即显示出该巡检点对应的设备巡检内容，巡检人员可对设备工作状态进行检查，在移动端录入巡检结果并将巡检结果上传至网络服务器。这时系统界面上就会有相应巡视点设备工作状态的显示。

3 效益分析

基于NFC技术的电力智能巡检系统，利用NFC技术以及智能手机移动端对设备工作状态进行巡检。系统能够极大地提高了巡检质量。规范了统一的巡检标准，彻底消除了巡检跳项、漏项、标准不一、责任不明等问题，符合巡检人员实际工作的需要；加强了运行巡检工作的过程控制与监督，加快了运行管理手段的信息化进程，进一步促进了巡检工作管理的规范化；减轻了巡视人员的工作负担，提高了工作效率，为设备安全运行打下了坚实的基础，并为进一步实现“巡检智能化、管理规范化”开辟了一条新的途径。

作者简介

占永红（1971-），男，安徽省安庆市人。大学专科学历。现为国网安庆供电公司信通公司工程师（中级），研究方向为智能电网、智能变电站新技术新设备理论研究。

作者单位

国网安庆供电公司信通公司 安徽省安庆市 246000