基于RFID技术的铁路电力设备巡检平台设计

基于RFID技术的铁路电力设备巡检平台设计

张莹

中国铁路设计集团有限公司  天津市空港经济区 300308

摘要：本文旨在设计一种基于RFID技术的铁路电力设备巡检平台，以提高巡检效率和准确性。该平台结合了RFID技术和信息化管理系统，利用RFID标签对铁路电力设备进行标识和管理。在巡检过程中，巡检人员只需使用手持设备扫描RFID标签，即可获取设备的基本信息和巡检点信息，并实时上传至后台管理系统。后台管理系统对数据进行存储、分析和处理，生成巡检报告和统计分析结果，为电力设备的维护和管理提供有效的支持。通过该平台，可以实现对电力设备的快速定位、故障预警和实时监控，提高设备巡检的效率和准确性，减少人工巡检的工作量，提升铁路电力设备的安全性和可靠性。本设计具有可行性和实用性，在实际应用中具有广阔的推广价值。

关键词：RFID技术；铁路；电力设备；巡检平台

引言

随着铁路电力设备的规模不断扩大和复杂性的增加，保障电力设备的正常运行和安全性变得尤为重要。传统的人工巡检方式存在着效率低、准确性不高等问题，无法满足快速定位、故障预警和实时监控的需求。为了提升铁路电力设备巡检的效率和准确性，基于RFID（Radio Frequency Identification）技术的铁路电力设备巡检平台应运而生。

一、铁路电力设备巡检系统的整体结构

本论文所设计的铁路电气设备巡检系统，包括 PC端， PDA, RFID电子标签，巡检管理信息系统，发卡/读卡，服务器，网关等。

在进行常规的设备巡检工作以前，应该首先根据铁路局内既有线管理办法对电力设备进行全面的分类，为各种设备发放一个独特的标识 RFID电子标签，在该标签中要书写出设备的履历以及安装后运维信息等内容。因为，在铁路的线路上，或者是在铁路的站点上，这些设备都是非常地零散，而且在这些零散的地方，还没有任何的铁路内网的接入点。因此，收集到的设备信息，首先要被保存在 PDA中，然后，由移动公共网（Wi-Fi/4 G/5 G）与铁路外网服务器之间进行数据的传递，最后，再经过一个隔离网闸，将一个安全的数据传递到铁路内网。

二、PDA手持终端设计

掌上电脑实现了电子标签的读取和写入、数据的储存和设备之间的通信。它包括两部分，一部分是核心板，另一部分是功能板，核心是 MCU主控芯片及各 FPC柔性功能板接口，而功能板则是由 RFID模块、蓝牙模块、电源模块、 TF卡槽等构成。

4 dBi四臂螺旋式圆偏振（75）是一种可用于超高频射频识别的通用型远场天线，具有体积小、增益高、驻波低、对称性好、轴比小等优点。它可以很容易地用于超高频无线射频识别手机等的终端。

三、RFID电子标签的设计

1.特性选择

轨道交通动力支承装置多位于户外，沿程作业条件复杂、严酷，对贴标作业强度有很高的需求。因为金属媒质容易反射电磁波，从而影响到标识的辨识，而且电源装置大多是金属壳体，所以在选取标识时，应选用符合类0.类1. EPCUHFGen2, ISO/IEC18000-6 B,ISO18000-6C通信协定的防金属标识；可以通过粘贴，螺丝，抱环等方法将其紧贴于被辨识的装置。

为了确保运行巡检人员的人身安全，并与电气设备的放电安全距离相联系，对工作频率为860~960 MHz （UHF超高频）的远距离无源大容量 RFID电子标签进行了选择。

2.标签硬件组成

射频识别标签主要由天线，控制器，编码器，时钟和内存等部件构成，内存的特性直接影响到器件的编码和读出速率。

就拿 AlienH3这款比较常见的标签存储芯片来说：其 T标签记忆体（Tag Memory）被分为保留（Reserved）、电子产品代码（EPC）、标签识别号（TID）和用户（User）4个独立的存储区块（Block）。

保留区域：用来储存一个失活密码和一个存取密码，这个区的容量通常是64位。

TID区域：是一个世界上独一无二的 ID代码，用于存放不能改变的标签代码。这个区域的容量通常是96位。

EPC区域：一个产品的电子代码，用于识别一个特定的物体；主要储存资料的地方，是设备预设读出的地方，可以重复写入，读出速度快。在不使用存取密码和非激活密码的情况下，该密码中的数据可以被任意修改。现在市场上大多数的贴纸产品，这个区域的大小都是128位，也就是16位的字符或者文字。

User区域：使用者资料区，储存使用者自订资料，这个地区的读写率和辨识距离都比 EPC区要低。现在市场上大多数的贴纸产品，这个面积是512位，也就是32个字。

3.设备标签编码设计

中国国铁集团现有18个铁路局（北京局，沈阳局，哈尔滨局）和其他企业，每个铁路局至少有2到8个供电区段，而大部分铁路局只有3个供电区段。为配合国家铁路集团日后与各地铁路部门进行资料整合，需要对电子标识码进行整体规划。

在考虑国铁集团各路局数据整合工作的情况下，对于设备标签编码的设计，建议采用以下方案：

（1）层级编码。为了适应国铁集团下各路局和供电段的数据整合，可以采用层级编码的方式设计设备标签编码。层级编码将设备标签划分为不同的层级，例如路局级、供电段级和设备级，以实现编码的统筹规划。

（2）路局编码。为每个路局分配唯一的编码，以便在整合过程中能够准确标识和管理不同路局的数据。可以使用数字或字母进行编码，长度根据路局数量来确定，以确保唯一性和可读性。

（3）供电段编码。对于每个路局下的供电段，也分配唯一的编码。考虑到大多数路局的供电段数量为3个，可以使用数字1、2、3来表示。对于供电段数量较多的路局，可以使用扩展编码，例如使用4、5、6等数字来表示额外的供电段。

（4）设备编码。在供电段级别下，为每个设备分配唯一的编码。可以使用数字、字母或符号的组合，确保编码的唯一性和可读性。可以根据设备类型、位置等因素来设计设备编码，以便快速识别设备信息。

通过以上层级编码的设计，可以实现对不同路局、供电段和设备的唯一标识和管理。同时，为了确保编码的扩展性和灵活性，可以预留一定的编码空间，以便将来路局数量增加或供电段数量变动时能够进行调整和扩展。

四、数据传输网络设计

为了确保内网的安全性，在与公共网的信息交换中，采用了一种“隔离网闸”的方法。内部网络与外部网络的信息传递是由一个独立的网络开关完成的。

该隔离网闸包括两个开关、一台固态存储媒体和一台独立的逻辑控制装置。尽量保证通讯的安全性，否则就切断通讯。这种分离就像是实体分离，在两个不同的网络中，它可以完全掌控两个不同的网络。两个独立的内外网主机系统由一个隔离网闸来隔离，两个系统之间没有物理连接、逻辑连接和信息传递的协议，也没有根据协议来进行的信息交流，所以它们都是以数据文件的方式来进行无协议的摆渡。

隔离开关的功能就像是一个数据中转点，在任意时间点上都不能与内部网络和外部网络中的任意一端进行通信。每次数据的交换，隔离装置要经过三个步骤：接收，存储，转发。在内部网络中，如果有必要将数据传送到外部网络的时候，隔离网闸就会向内部网络的服务器发出一个非 TCP/IP协议的连接请求，把经过处理后的数据写到内部网络的网络上，在完成之后，网闸就会从内部网络的网络上切断与内部网络的联系，并向外部网络的服务器发出一个非 TCP/IP协议的连接请求，在构建了一个网络之后，将存储媒体中的数据传送到外部网络的服务器上。从外部网络到内部网络的资料传送是反向的。

结束语

本文将铁路电力设备巡检系统作为一个实例，根据企业的组织架构、管理运维特点、应用场景等因素，并综合当前的国际和国内的技术，来构建本系统的总体框架，从而为铁路的安全和有效发展提供必需的技术保证。

参考文献

[1]徐琦,王柳婧,金文龙,等.基于RFID技术的信息设备巡检系统和方法:CN202111142049.7[P].CN202111142049.7[2023-07-19].

[2]陈宗克,虞孙腊,黄志会.物联网+RFID技术的设备管理系统研究与应用研究[J].安防科技, 2021(14):1.