基于RFID和红外线技术的变电站智能门禁系统

赵希洋 邹洪森 唐鑫 王思 吴昊

（国网宁夏电力公司检修公司）

基于RFID和红外线技术的变电站智能门禁系统

赵希洋 邹洪森 唐鑫 王思 吴昊

（国网宁夏电力公司检修公司）

针对变电站作业人员在进出小室时违反安全规定的情况，提出了将RFID技术和红外线技术结合起来建立门禁系统，并详细介绍了该门禁系统的基本原理和架构，对提高变电站安全生产管理水平有一定的积极作用。

RFID ；红外线格栅；门禁

0 引言

随着经济发展对电力需求的不断增加，各省市电网公司所建设、运维的变电站越来越多，对变电站一、二次设备的维护和维修工作也大量增加。为了保障作业人员的人身安全，电力行业规定进出作业区域的人员必须正确佩戴安全帽、穿绝缘鞋。继电保护在小室相对室外生产区域封闭，各类作业人员潜意识中认为在小室内工作会比较安全，从而导致忘记穿戴安全帽、绝缘鞋等劳动保护用品。同时，运维人员也无法时刻监控作业人员的行为，上述原因导致人身伤害事故发生的几率大大增加。现有的门禁系统主要采用人脸识别、指纹识别、软件跳码等技术，只能判断人员有无权限进出，而无法判别人员进出小室时是否穿戴安全帽、绝缘鞋，而视频门禁装置需要消耗运维监盘人员大量精力，亦无法满足电力行业对安全生产日趋严格的要求。

1 基本原理

1.1 RFID技术原理

RFID（ Radio Frequency Idntification，射频识别）技术是一种无线识别技术，即通过无线电信号读取相关数据，达到识别特定目标的目的。一套完整的RFID系统由阅读器、电子标签和应用软件三部分组成。基本工作原理：阅读器发出的射频信号形成某一电磁场，电子标签进入电磁场后凭借感应电流所获得的能量，发送出存储在芯片中的信息（被动式标签），或由电子标签主动发送某一频率的信号（主动式标签），阅读器读取信息并按特定规则解码后，送至应用软件进行数据处理。

RFID技术具有识别速度快、能够同时识别多个标签、数据容量大、有效识别距离可达30m以上、使用寿命长等优点，已广泛应用于食品安全、电子溯源、产品防伪等多个领域。

1.2 红外线格栅技术原理

红外线格栅一侧安装有若干个红外发射管，另一侧同样排列着红外接收管，每一个红外发射管都对应有一个相应的红外接收管，并处在同一条直线上。当红外发射管、红外接收管之间没有障碍物时，红外发射管发出的光信号能顺利到达红外接收管。红外接收管接收到调制信号后，相应的内部电路输出低电平；而在有障碍物的情况下，红外发射管发出的光信号不能顺利到达红外接收管，这时该红外接收管接收不到调制信号，相应的内部电路输出为高电平。当格栅中没有物体通过时，所有红外发射管发出的调制信号（光信号）都能顺利到达另一侧的相应红外接收管，从而使内部电路全部输出低电平。这样，通过对内部电路状态进行分析就可以检测到物体存在与否的信息。

2 智能门禁系统基本结构与原理

2.1 基本功能

1）实时不间断监测判别作业人员的进出方向，并记录人员姓名、出入时间等。

2）判别作业人员是否穿戴安全帽、绝缘鞋，若人员未穿戴，则立即使用声音、闪光等信号提醒该人员。

3）及时将判别结果上传后台，特别是人员未穿戴安全帽、绝缘鞋时，提示控制室监盘人员通过视频、广播系统采取有效措施。

2.2 技术方案分析比较

（1）结合现有门禁装置和RFID技术的监测方案

利用RFID阅读器读取安全帽、绝缘鞋上的电子标签，结合现有门禁系统判别有无人员进出继电保护小室。当人员通过门禁系统时，RFID阅读器根据能否读取到信息，来判断该人员是否穿戴安全帽、绝缘鞋。

（2）采用图像识别技术的监测方案

利用高清摄像设备对进出人员进行图像采集，并在专用软件中进行图像识别，判别作业人员是否穿戴安全帽、绝缘鞋。

（3）基于RFID技术和红外光栅探测器的监测方案

当人体阻挡红外线时，红外线接收器输出电压发生变化，判断该门处有人员进出；RFID天线读取到预置于安全帽、绝缘鞋上的电子标签的信息，控制模块将两种数据进行比较，判断进出小室的人员是否穿戴安全帽、绝缘鞋。三种技术方案对比分析如下表所示。

表 三种技术方案分析比较

综合上述分析，基于RFID技术和红外光栅探测器的监测方案开发难度小，能够有效地实现所需功能。

2.3 基于RFID技术和红外光栅探测器的智能门禁系统

本监测系统采用两组红外光栅探测器判别人员进出小室的方向和进入小室的人员数目；采用安全帽、绝缘鞋上粘贴RFID标签配合RFID读卡器的方式判别进入小室的工作人员是否穿戴安全帽、绝缘鞋；采用光纤或无线通信技术把监测到的违章信息传送到后台系统。整个监测系统如图1所示。

图1 智能门禁系统结构框图

如图1所示，当有工作人员进入小室时，数据处理模块根据一段时间内红外光栅探测器被遮挡的次数记录进入人员的数目；当进入人员经过RFID读卡区域时，RFID读卡器会读取安全帽上的RFID标签并上传给数据处理模块，数据处理模块根据记录进入人员的数目和读到的RFID标签数目判断是否穿戴安全帽、绝缘鞋。如果判断出该作业人员未穿戴安全帽、绝缘鞋，现场装置发出声音、闪光提示作业人员检查自己的劳动防护用具，同时上传违章信息至后台。监盘人员可根据系统违章信息记录，利用视频监控系统、广播系统，采取有效处理措施。针对作业人员靠近但未经过小室门口的情况，即该装置只检测到RFID标签但未遮挡红外光栅探测器时，装置则不会发出任何信号。

2.4 智能门禁系统工作流程

实际工作时，红外格栅传感器根据红外线被阻挡的次数记录进出人员数量，一次阻挡默认为一人进出；RFID读卡器读取识别不同的预置电子标签，其中安全帽、绝缘鞋上的电子标签内置不同的信息；红外格栅传感器和RFID读卡器分别将检测到的信息发送至数据处理模块，该模块比较单位时间内进出人员数量和检测到的电子标签数量，若数量一致，系统判断进出人员穿戴了安全帽、绝缘鞋。否则，判定有人未穿戴安全帽、绝缘鞋，进而向后台传送此次违反安全规定的信息，具体流程如图2所示。

图2 智能门禁系统逻辑流程图

3 应用效果

基于RFID和红外线技术的变电站智能门禁系统在国网宁夏电力公司银川东±660kV换流站进行了实际安装、使用，产生如下使用效果：

1）系统自动记录了人员进出继电保护小室的信息，如人员身份、出入时间等；

2）系统能准确识别人员是否穿戴安全帽、绝缘鞋，对违规人员及时发出提醒，保障了作业人员的安全；

3）系统的自动化程度高，使运维监盘人员能专注电网、生产设备等关键设备。

4 结束语

基于RFID和红外线技术的变电站智能门禁系统结构简单，易于安装使用，准确率高，运行稳定。该系统能够满足日趋严格的安全生产管理要求，并可提高运维人员对现场作业人员的行为管控程度，特别适合于变电站、发电厂等电力生产场所。

[1]何滔. RFID在智能门禁系统中的设计[J].电子技术与软件工程,2013(10):74-75.

[2]刘新跃. 基于RFID的智能门禁系统设计[J].成都大学学报(自然科学版),2012(3):261-263.

[3]孟伟冬,阮水清,周旋.RFID和ETC技术在门禁系统中的应用[J].计算机时代, 2013(2) :32-33.

2017-06-09）