چکیده
با توجه به تعداد زیاد قفلهای تجهیزات برق، محیط عملیاتی پیچیده و دشواری مدیریت بهرهبرداری و نگهداری، استفاده از قفلهای هوشمند این امکان را فراهم میکند که یک کلید هوشمند برای بازکردن همه قفلها به کار رود و در نتیجه بهرهوری کار بهطور چشمگیری افزایش یابد. این روش همچنین میتواند از سرقت قفلهای کابینت جلوگیری کند و حفاظت از داراییهای برق را تا حد زیادی افزایش دهد. مدیران نیز بر فرایند بازکردن قفل کنترل دارند و بدین ترتیب مفهوم «اینترنت + مدیریت قفل» تحقق مییابد. در کنار افزایش بهرهوری، ایمنی داراییهای برق نیز به شکل محسوسی بهبود پیدا میکند.
کلیدواژهها: قفلهای هوشمند، اینترنت، کنترل از راه دور، مدیریت متمرکز
فرمت ارجاع ACM
Jie Liu، Xianshun Guo، Guangliang Chen، Zhengchao Zhang، Zheng Wang و Xingwei Chen. 2022. پژوهش درباره کاربرد قفلهای هوشمند در حوزه برق. در پنجمین کنفرانس بینالمللی فناوریهای اطلاعات و مهندسی برق (ICITEE 2022)، ۴ تا ۶ نوامبر ۲۰۲۲، چانگشا، چین. ACM، نیویورک، آمریکا، ۶ صفحه. شناسه DOI: 10.1145/3582935.3582963
۱. تحلیل ضرورت
با توسعه هوشمندسازی و اطلاعاتیشدن شبکه برق، تعداد تجهیزات حوزه برق روزبهروز بیشتر شده و پوشش توزیع نیز گستردهتر میشود. روش سنتی مدیریت قفل، یعنی «یک تجهیز، یک قفل و یک کلید»، بهتدریج دیگر پاسخگوی نیازهای روبهرشد واقعی نیست، بهرهوری را کاهش میدهد و اصلاح قفلهای سنتی و شیوههای مدیریت آنها ضروری است. مهمترین مشکلات عبارتاند از:
- کاهش بهرهوری: کار در حوزه برق تجهیزات فراوان و محدوده کاری وسیعی دارد و محیط کار نیز اغلب در فضای باز است. اگر به علت استفاده از کلید نادرست یا تعویض قفل امکان بازکردن قفل وجود نداشته باشد، کار متوقف میشود و بهرهوری کاهش مییابد. در شرایط اضطراری نیز احتمال ایجاد زیانهای اقتصادی و امنیتی قابل توجه وجود دارد.
- دشواری مدیریت داراییها: تعداد و تنوع زیاد کلیدها مدیریت آنها را دشوار میکند، ثبت کاربران کلید کامل نیست، سابقهای از استفاده از کلید وجود ندارد و نمیتوان بر اساس سوابق، منشأ عملیات را برای تضمین ایمنی تجهیزات و محیط عملیاتی ردیابی کرد. مدل سنتی مدیریت قفل نیز ناکارآمد است و اختصاص نیروی انسانی ویژه برای آن زمان و انرژی زیادی میگیرد، در حالی که اثربخشی مدیریت پایین و هزینه نسبتاً زیاد است. همچنین به دلیل نیازهای کاری، افراد زیادی کلید در اختیار دارند و مسیرهای غیررسمی برای دستیابی به کلید وجود دارد که حفاظت از داراییهای برق را تضعیف میکند.
- ریسکهای امنیتی: مدیریت اطلاعاتی بهطور گسترده به کار گرفته نشده و مشخص نیست محیط تجهیز یا کابینت در وضعیت قفلشده قرار دارد یا خیر. مشکلات مربوط به ایمنی عملکرد تجهیزات برق گاهی فقط پس از وقوع حادثه آشکار میشود. کیفیت قفلهای کابینت نیز یکنواخت نیست؛ این قفلها ممکن است زنگ بزنند یا گیر کنند و عملکرد ضدسرقت قفلهای سنتی نیز بالا نیست.
با توجه به مشکلات بالا، بهکارگیری قفلهای هوشمند در حوزه برق اهمیت زیادی دارد و میتواند جامعیت و سهولت مدیریت داراییهای برق و بهرهوری کار را بهبود دهد. همزمان، با پیشرفت فناوری و افزایش بهرهوری تولید، هزینه جایگزینی قفلهای هوشمند بهطور قابل توجهی کاهش یافته و استفاده گسترده از آنها در صنعت برق اساساً به مرحله بلوغ رسیده است.
۲. طراحی سامانه قفل هوشمند
۲.۱ طراحی معماری
سامانه قفل هوشمند بر اساس نیاز واقعی میتواند در دو نوع مستقر شود: حالت استقرار با کنترل متمرکز و حالت استقرار تکسایتی.
حالت استقرار با کنترل متمرکز
در شکل ۱، طراحی معماری بر کاربرد سامانه کنترل قفل هوشمند در پست برق مبتنی است. سامانه پیشگیری و کنترل امنیتی هوشمند پست از یک مدل مدیریت مجوز پویا با چهار سطح استفاده میکند: لایه ایستگاه اصلی شرکت شهر، لایه ایستگاه تابع مرکز کنترل، لایه ایستگاه تابع انتهایی و لایه دستگاه اجرایی. این مدل مدیریت کارکنان و تجهیزات، مدیریت مجوزها، کنترل عملیات هر تجهیز و مدیریت تحلیل سوابق را فراهم میکند.
لایه ایستگاه اصلی شرکت شهر بهعنوان ایستگاه اصلی سطح اول، وظیفه مدیریت و پایش همه تجهیزات و کاربران را دارد و در صورت نیاز میتواند برای همه کاربران و عملیات تجهیزات مجوز صادر کند. لایه ایستگاه تابع مرکز کنترل بهعنوان ایستگاه اصلی سطح دوم، تجهیزات و کاربران همه ایستگاههای بهرهبرداری و نگهداری تحت پوشش خود را مدیریت و پایش میکند و میتواند عملیات کاربران و تجهیزات این حوزه را مجاز کند. لایه ایستگاه تابع انتهایی بهعنوان پست فرعی میتواند وضعیت همه تجهیزات همان ایستگاه را مشاهده و عملیات همه تجهیزات آن را مجاز کند. لایه دستگاه اجرایی نیز مسئول اجرای فرمان و ارسال وضعیت اجرا است.
حالت استقرار تکسایتی
طبق شکل ۲، این حالت برای یک پست برق یا نیروگاه منفرد مناسب است. اجزای آن شامل رایانه میزبان، کلید، پایه انتقال داده/شارژ و انواع قفلهاست. قفلها بر اساس شرایط محل قابل پیکربندی هستند و کلیدها میتوانند همه قفلها را شناسایی و باز کنند. سامانه مدیریت پسزمینه نیز در صورت نیاز میتواند به سایر سامانههای مدیریتی مستقر در پست متصل شود.
۲.۲ اجزای سختافزاری
بخش سختافزاری سامانه کنترل قفل هوشمند عمدتاً شامل دو گروه است: قفلهای هوشمند و کلیدهای هوشمند. با توجه به تنوع تجهیزات و دربهای موجود در پست و تفاوت مشخصات و مدلهای قفل، سامانه باید ساختار «سیلندر غیرفعال قفل + بدنه قفل» را در نظر بگیرد که اصلاح تجهیزات و کاهش هزینه را آسان میکند.
از طریق تراشه الکترونیکی داخلی، کلید دارای اثر انگشت برای تأمین برق و برقراری ارتباط از طریق حامل ترکیبی تماسی استفاده میشود. هنگامی که کلید به قفل برق میدهد و ارتباط برای شناسایی مجوز بهدرستی برقرار میشود، با چرخاندن کلید قفل باز شده و سابقه بازکردن قفل نیز ارسال میشود. به بیان دیگر، قفل در داخل خود قابلیت ثبت سابقه بازکردن دارد تا وضعیت باز و بسته بودن قفل هنگام کار بهطور دقیق ثبت شود. برای جلوگیری از ورود پشه، عنکبوت و موارد مشابه، محل ورود کلید قفل باید دارای وسیله آببندی اختصاصی باشد.
اطلاعیه حقنشر و مجوز: برای استفاده شخصی یا آموزشی و غیرتجاری از نسخه دیجیتال یا چاپی تمام یا بخشی از این اثر، بدون دریافت هزینه، اجازه داده میشود؛ مشروط بر اینکه این اطلاعیه و ارجاع کامل در نسخههای بازتولیدشده باقی بماند. حقوق مربوط به اجزایی از اثر که متعلق به اشخاص یا مالکان دیگری غیر از نویسندگان است باید رعایت شود. تهیه چکیده با ذکر منبع مجاز است. برای نسخهبرداری یا بازنشر خارج از این شرایط، از جمله انتشار روی سرور یا توزیع مجدد، کسب مجوز مشخص و در موارد لازم پرداخت هزینه ضروری است. درخواست مجوز باید به permissions@acm.org ارسال شود. اطلاعات انتشار: ICITEE 2022, November 04–06, 2022, Changsha, China؛ © 2022 Copyright held by the owner/author(s). Publication rights licensed to ACM. ISBN: 978-1-4503-9680-6/22/11. قیمت درجشده در اصل: $15.00. DOI: 10.1145/3582935.3582963.