基于NB—IoT技术的配电站房智能锁研究与应用

何明 赵欢 张斌 李思尧 袁帅 谢路 周海

摘 要：随着城市规模的扩大，电网设备规模也越来越大。在电网需要减员增效的大背景下，通过有源的门锁进行维护无疑会给运维班组带来巨大的维护工作量。实现智能门锁无源化，能够最大限度支持现有低压柜、环网柜，同时不增加基层班组人员工作负担。

关键词：智能锁；无源化；配电网

中图分类号：TP27；TP391 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）04-0157-03

Research and Application of Intelligent Lock in Distribution Station Based on

NB-IoT Technology

HE Ming1，ZHAO Huan1，ZHANG Bin1，LI Siyao1，YUAN Shuai1，XIE Lu2，ZHOU Hai2

（1. Shenzhen Power Supply Bureau Co.，Ltd. Luohu Power Supply Bureau，Shenzhen 518000，China；

2.Shenzhen Comtop Information Technology Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China）

Abstract：With the expansion of city scale，the scale of power grid equipment is also growing. Under the background of power network need to reduce staff and increase efficiency，maintenance through active door locks will undoubtedly bring huge maintenance workload to operation and maintenance teams. Implementing passivity of the intelligent door lock，it can maximize the support of low-voltage cabinet and ring network cabinet，without increasing the workload of grass-roots team members.

Keywords：intelligent lock；passivity；distribution network

0 引 言

當前配电房及开关柜都有各自的锁具和钥匙。这些钥匙数量庞大且种类繁多，这使得配电房及开关柜开锁和钥匙管理成为一大难题，开锁时往往需要很长时间才能找到对应的钥匙，这使得工作人员的工作效率大大降低。另外，开锁没有任何记录，也无法监控什么时间由谁开过锁，做过什么操作。

研究和开发基于NB-IoT技术的配电房智能锁，通过一把授权钥匙或授权移动APP就可以打开所有配电房及开关柜锁具，简化钥匙管理程序，解决配电房及开关柜钥匙管理难题。基于NB-IoT技术的配电房智能锁便于操作，同时其还可以实现人员出入权限管理及开锁记录管理，使配电房及开关柜成为实用、安全、可靠的钥匙管理工具。

1 现状及需求

1.1 现存问题

环网柜为无源设备，无法提供电源，所以几乎没有可以对其进行管控的监控设备。城域网环网柜分布广泛，箱体被损坏、迁移，管理人员不能及时获知柜体状态。同时其数量大，且呈现出不断增长的趋势，对大量柜体钥匙进行人工管理存在较多的困难。

施工、巡检人员频繁更换，在开箱人员和时间管理方面存在较多问题。由于监管困难，大多数柜体的门禁遭到破坏，或门锁常年处于开启状态。环网柜电缆易遭路人随意损坏，造成人员、财产损失。

1.2 研究现状

（1）智能门锁技术国内外研究现状：目前国内智能锁具在电网中的应用集中在有源锁具，其应用中主要存在以下问题：第一，锁具需装配电池，虽然电池能够支撑智能锁在五年内无需电源维护，但在运维后期，随着电网规模的逐渐扩大，进行电池更换会给维护人员带来巨大的工作量；第二，安装智能锁具需对原有柜门进行改造，且安装困难，存在一定的破坏性，不易推广。

（2）国内技术方向、技术水平和关键技术：国内研究状况与国外类似。

（3）监控功能国内外研究现状：目前智能锁具状态监控主要集中在远程监控锁具状态及远程授权。由于其需要电源支撑，因此GPS模块耗电量大，很容易造成锁具电池容量不够，需要经常更换电池。

1.3 需求分析

基于上述对深圳供电局有限公司配电网站房管控存在问题的分析，建设一套智能化配电站房锁控系统，为深圳供电局有限公司配电网日常运维工作开展提供信息化支撑，革新传统的管理模式和作业模式，使配电网运维管理更加规范化和高效化十分必要。具体需求如下。

（1）智能门锁。安装本系统后，可以使用智能钥匙开门。系统通过网络对智能钥匙进行授权，门锁通过串口触点通信进行数据交换，判断钥匙开锁权限，实现给特定门锁开门。同时在智能钥匙处于断电状态时，其支持外置充电及自发电功能。门锁应当能够在无电源环境下工作，无需电源接入即可实现权限控制。

（2）监测功能。智能钥匙在开锁时，应当能够记录开锁的时间、开锁的位置、开锁的钥匙信息等开锁信息。后端系统能够实时监控所有开锁信息。监控人员能够基于开锁记录检索当前开锁人是否具备相关作业权限。如发现其不具备相关资质或权限，可及时联系作业人员，防止意外发生。后端监控人员能够基于开锁记录信息判断电网柜体所在坐标位置是否准确，可基于开锁位置信息更新柜体坐标信息，保障台账信息准确。

（3）手机APP功能。运维人员在手机上安装本系统的APP后，可以在APP上查看箱体的具体位置，方便查找并导航，同时其还可与智能钥匙结合，将站房信息写入锁具，实现将锁具与站房绑定及开锁权限控制。

2 总体思路

基于NFC、蓝牙等无线通信技术，实现无源电子挂锁。通过有源电子钥匙实现人与钥匙的唯一匹配，利用NB-IoT技术实现钥匙与后端系统通信，通过对人员的权限管理，配置门锁打开权限，实现配电网中开关柜、环网柜、配电房钥匙的智能化管理。具体应用架构如图1所示。

3 系统功能设计

3.1 系统后台

系统后台提供监控、管理与统计功能，可以实现智能化信息监控，实时掌握人员及门锁位置信息，并提供完备的信息管理功能，基于运维数据实现数据统计为员工绩效、供应商评价提供依据。其具体功能如下。

（1）统计部分：人员开锁统计、钥匙开锁统计、门锁记录统计、厂家型号统计等，其可以实现各个业务数据的统计，为分析决策提供支撑。

人员开锁统计：用于统计作业人员的开锁记录，并进行排名，通常开锁记录较多的人员表示其工作量较大，在系统应用中较为积极主动。

钥匙开锁统计：通常系统也用于辅助统计作业人员开锁记录，并用以说明各钥匙的应用情况，进而判断钥匙的利用率。

门锁记录统计：用于统计各个门锁的开锁记录排名，若某站房访问次数较多，则标明该站房运维量较大，且经常运维检修，需要重点关注该站房。

厂家型号统计：用于统计各个厂家、型号的挂锁数量及应用情况，为后续采购提供决策参考。

（2）基础数据管理部分：人员管理、钥匙管理、门锁管理、设备台账管理，以实现各个业务实体的日常管理，保障系统正常运维。

人员管理：系统对电网运维人员信息提供增删改查功能及账号密码维护功能，方便系统登录及开锁认证。

钥匙管理：管理当前局内所有钥匙，数据由厂家提供，并提供导入功能。

门锁管理：管理当前局内所有门锁，数据由厂家提供，并提供导入功能。

设备台账管理：管理当前局内所有站房、环网柜信息及定位信息，便于查找。

（3）业务应用部分：人员钥匙管理、钥匙权限管理、设备门锁管理、图形化监控等，系统记录各个业务实体间的关系，实现对智能锁的监控。

人员钥匙管理：用于分配人员与钥匙间的关系，保障一人一把或者多把钥匙，钥匙与人员信息绑定，不能共享。

钥匙权限管理：用于配置钥匙使其能够打开挂锁信息，实现人员与挂锁间接关联。

设备门锁管理：用于配置站房、环网柜与挂锁间的关系，标识该站房挂了哪一把锁。

图形化监控：通过热力图的方式，展示最近一段时间内，开锁较为频繁的区域，便于重点关注该区域的用电及电网运维情况。

3.2 移动应用与智能钥匙

移动应用通过基于NB-IoT技术的智能钥匙实现与管理平台实时连接，利用信息系统将作业人员与智能钥匙一一绑定，结合配电网环网柜、配电房台账实现远程开锁授权。移动终端则包含人员钥匙管理、语音设备导航、开锁记录查看、周边信息提醒等功能。智能钥匙与移动终端通过蓝牙连接，实现装锁，将智能锁与站房进行关联。图2展示了应用的整个通信过程。

人员钥匙管理：同步后台人员钥匙模块中的数据，终端保持APP中权限数据最新。

语音设备导航：结合语音识别技术，实现智能化语音控制，并结合外部导航软件实现设备导航。

开锁记录查看：用于查看当前用户所有的开锁记录，根据时间倒序排列。

周边信息提醒：用于提醒用户周边存在站房或柜体。

装锁：智能挂锁管控APP针对站房发起装锁，并通过蓝牙连接自身钥匙。连接成功后，智能掛锁管控APP向钥匙发送装锁指令（指令中包含挂锁的唯一标识），钥匙接收到指令后，灯光开始闪烁。此时将钥匙插入挂锁中，钥匙通过串口将指令发送给挂锁，挂锁接收指令并将唯一标识写入门锁的存储器中。

4 结 论

基于NB-IoT技术的智能门锁的应用，丰富了配电网台账运维管理系统的功能，完善了检验管理的传统手段，使配电箱门锁等设备系统更加安全，使原本普通挂锁很容易锈蚀或受损等各种问题迎刃而解，配电箱门锁的开关形式也更加简便，可以有效地监督运行工作人员的日常工作效率，实际性地提高运行系统的管理水准。

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作者简介：何明（1988-），男，汉族，高级工程师，研究生，研究方向：配电中压设备管理、专责。