基于椭圆曲线密码器的工件托盘储存系统

鲁观娜 杨东升 袁瑞铭 吕言国 刘 影 田海亭 钟 侃

(国网冀北电力公司电力科学研究院， 北京 102208)



基于椭圆曲线密码器的工件托盘储存系统

鲁观娜 杨东升 袁瑞铭 吕言国 刘 影 田海亭 钟 侃

(国网冀北电力公司电力科学研究院， 北京 102208)

传统的电力行业采集终端检测装置严重依赖人工上表和挂表，存在工作效率低下、人力成本过高、系统管理不便等问题。基于这一现状，结合椭圆曲线密码器，提出一种全新的智能全自动采集终端检测系统。该系统应用采集终端检测自动化作业的并行处理技术，成功地解决了效率低下等诸多问题，从而实现了在整体系统中执行多项目的流水线作业的目的。该系统可在电力行业大力推广。

电力行业 采集终端 自动检测 智能系统 并行处理椭圆器 曲线密码器 有限域乘法器 流水线作业

0 引言

随着科学技术的快速发展，传统的电力行业终端检测装置逐渐暴露出诸多问题，如采集效率低下、人员数量过多和管理过程不便等[1-3]。此外，这些检测系统还存在信息传输安全性、准确性和快速性等问题[2-5]。如果以上问题一直得不到妥善处理，电力行业的发展将会大大滞后，由此也带来诸如电力传输成本居高不下等现实问题，对我国的经济发展产生极大的不利影响。另一方面，以全自动检测技术为代表的新技术的大力发展，给电力行业的终端检测装置带来了发展的契机[3-7]。新的科学技术，将大大降低由传统检测装置带来的不利影响，对减少人员成本、提高检测精度和管理效率、增加电力行业的科技含量等有极大的帮助。设计有效的全自动检测装置也因此显得特别重要。

本文提出了一种全新的自动化终端检测线装置。该装置具备检测自动化、信息传输安全化和操作流水线自动化等功能。该系统将采用椭圆曲线密码器进行信号的加密和操作检测。此外，该系统也实现了对三种不同类型用电数据采集终端设备进行跟踪检测的平行处理自动化，即可以同时实现对这三种设备的检测处理，提高了生产效率。

1 椭圆曲线密码器的原理

1.1 椭圆曲线密码器

椭圆曲线密码器是一种应用前景广阔的公匙密码系统[4-10]。在目前的常规密码系统中，椭圆曲线密码器由于实现的复杂度相对比较小，因而具有广泛的应用潜力。本文所设计的检测器也将在此基础上建立。

椭圆曲线系统中最底层的运算就是基于有限域GF(2m)乘法器。有限域GF(2m)除法器是在乘法器的基础上进行推导而得。首先通过对加密系统最底层的有限域GF(2m)乘法器进行优化，达到低复杂度实现；接着在此基础上开发优化实现的有限域GF(2m)除法器；然后结合优化的加密系统算法，推出优化的加密系统结构；最后在测试平台上验证通过。椭圆曲线密码器设计流程如图1所示。

图1 椭圆曲线密码器设计流程图

1.2 在GF(2m)有限域上实现三项式的乘法器

在GF(2m)有限域上实现三项式的乘法器是椭圆曲线密码器的主要组成部分。它的实现过程主要如下：

C=ABmod f(x)

(1)

式中：C为输出；A、B为输入属于GF(2m)有限域。

A=Am-1xm-1+…+a1x+a0

(2)

B=bm-1xm-1+…+b1x+b0

(3)

C=cm-1xm-1+…+c1x+c0

(4)

则:

(5)

定义:

Aj=[Axjmod f(x)]

(6)

(7)

则：

(8)

因为：

xm=fm-1xm-1+…+f1x+1

(9)

(10)

(11)

(12)

则对于三项式，可以有:

(13)

基于上述过程，可以得到图2所示的三项式乘法器设计流程图。

图2 三项式乘法器设计流程图

1.3 在GF(2m)有限域上实现椭圆曲线密码器

基于三项式的乘法器，设计的椭圆曲线密码器结构如图3所示。它包括乘法器、加法器和平方器，当然还包括一个控制器和选择器以及存储单元。控制器负责整个系统的控制和协调，而存储单元负责系统的参数存储和调取。

图3 椭圆曲线密码器结构图

1.4 基于椭圆曲线密码器的检测系统

基于椭圆曲线密码器的检测系统如图4所示。系统控制单元给出调试的信号，被密码器接收到，然后托盘系统把检测到的信号反馈给密码器，密码器最终把检测得到的信号发给控制单元。

图4 基于椭圆曲线密码器的检测系统

2 系统功能模块及主要技术指标

2.1 系统功能模块

系统的主要功能模块包括：仓储接驳模块、上下料模块、自动耐压和拆接线模块、功耗检测和外观检测模块等。

①仓储接驳模块。该模块主要根据控制系统给出的指令，然后再通过一系列的运行操作，把那些需要检查的货物移出仓库。

②上下料模块。该模块将实现大部分工作的全自动操作，主要由带有自动识别装置对待检测的货物进行识别。

③自动耐压和接拆线模块。该模块所实现的功能主要包括实现对货物进行校对定位。该模块包括了大量的精密仪器，可以实现对系统的测试。

④功耗检测和外观检测模块。该模块的主要功能是实现对货物的精密检测，包括功耗和外观方面的精细检测。其主要目的是防止货物出现各类不合格品和外观上的纰漏。

2.2 主要技术指标

系统主要技术指标如下。

①辊道总输送面高度：1 000 mm。

②仓储接驳模块总输送速度：8 m/min。

③系统总输送模块输送速度：8～16 m/min。

④托盘总存储层数：6层。

⑤总功率≤60 kW。

⑥总供气流量<1.5 m3/min。

⑦总供气压力≥0.5 MPa。

3 托盘及其存储系统

传统的检测系统在对三种不同类型的终端进行检测时，需要采用三种不同的检测工具。为了提高检测系统的使用效率，本文采用垂直检测的方法，从而使得检测达到了可以同时对三种不同类型的终端进行检测的效果。

3.1 托盘兼容性的创新性设计

本文设计了一种兼容性很强的托盘，该托盘的设计有别于传统的托盘，即具有很强的兼容性。此外，在外形和尺寸等方面都进行了兼容性设计。

检测系统的两侧都已经安装了兼容性极强的设备，这些设备将使得所设计的检测系统极具兼容性。另外，这些设备的安装也使得该检测系统可以兼容许多产品。由于设计采用了先进的通用对接，这些对接装置使得多个托盘和检测线可以一起运行。这些运行的检测线就使得三种不同种类的货物得以同时被检测到。这些检测所得的货物就具有比较强的兼容性。

整个系统的总统设计包含了许多优点，比如：需要的资源减少；资源所需用的面积大幅下降；维护更加便利。

3.2 托盘存储系统

通常情况下，托盘存储系统的利用率不高。本文设计的托盘存储系统采用了高位处理的方法，因此大幅提高了存储空间的利用率。

3.2.1 整体流程

存储系统整体流程如图5所示。该系统不仅实现了对三种不同物品的检测效果，也大大提高了生产效率。

图5 存储系统整体流程图

3.2.2 技术特征

该设计最大的技术特点是实现了对不同物品检测效果的最大化。由于采用了先进的强兼容性装备，这些设备的利用率得以大大提高。该设计的主要技术参数如下：存储托盘的最大容量为60块每层，每一层的缓存层数是6，运送速度是10 m/min。

4 整体工作流程

本系统的工作流程如下。

①系统接到命令，通过仪器把物品运送到专门的区域进行检测作业。

②对运送到的物品进行检测。这些检测包括外观和功耗检测。检测重点是确认这些物品都可以在一定的范围和次序内进行检测，并得到最终结果。

③系统对已经运送到达的物品系统进行缓存处理，进而进行精准定位和精确检测，同时确定处于闲置状态的物品。

④对已经检测好的物品，系统进行自动运送操作。

⑤自动定位装置对已经进行过检测的物品进行精确定位。

⑥设备把终端和托盘送到自动检测模块。这些模块将在自动化作业的程度下进行。

⑦对系统的自动检测设备进行自动识别服务。

⑧实现对所有产品的检测。

5 系统的应用

本设计中的自动检测系统可以实现对所有设备的综合检测。该自动检测系统可被广泛地使用在各类电网系统中。

本系统的年工作设计期限为250天，日运作设计期限为7 h。整个检测系统的检测规模如下：本期的建设规模是自动检测120只表，后期的建设规模将可以同时检测240只表。

6 检测系统的效益

6.1 经济效益

初步估计，本检测系统在正式运作以后，每年将可以对数万只用电设备进行检测。该系统采用自动化流水线作业，将大大减少成本开支。

6.2 社会效益

①整个流程都是由机器完成的，错误几率大大减少，极大地提高了整个系统管理的精确性。

②劳动生产率大大改进，人工成本费用大大减低。

③本系统提高了服务水平，使用户满意度提高。

7 结束语

本文提出了一种全新的基于椭圆曲线密码器的采集终端检测系统。该系统兼具自动检测效能和安全性能，并且从系统的底层部分进行开发。在成功设计了底层的有限域乘法器后，进行整个系统的设计，从而成功实现了多个物品的检测，而且该系统的效率也大大提高。由于该系统的社会效益和经济效益显著，值得大力推广到各个行业。

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Workpiece Pallet Storage System Based on ECC Device

The traditional collection terminal detection devices in power industry mainly rely on manual laboring, exist the problems of very low detection efficiency, too high labor costs,and inconvenient system management.For this situation, a novel smart automatic collection terminal detection system is proposed based on advanced elliptic curve cryptography(ECC) devices.The system applies the parallel processing technology for automation tasks of collection terminal detection; it resolves various problems causing low efficiency and achieves operation of assembly line for multiple projects in whole system.The system can be extended in power grid industry.

Power industry Collection terminal Automatic detection Intelligent system Parallel processing elliptical device Curve cryptographic device Finite field multiplier Assembly line operaton

鲁观娜(1981—)，女，2010年毕业于华北电力大学电力自动化专业，获硕士学位，高级工程师；主要从事电能计量、自动化检测方向的研究。

TH7;TP27

A

10.16086/j.cnki.issn 1000-0380.201611011

修改稿收到日期： 2016-05-11。