提高檢定流水線接駁率的電能表輔助端子設(shè)計(jì)

洪巧文，張荔鵑，何 洪，，王 姣，張瓊海（．國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院，福建廈門36000；．福建省能源服務(wù)有限公司，福建廈門36000）

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提高檢定流水線接駁率的電能表輔助端子設(shè)計(jì)

洪巧文1，張荔鵑1，何 洪1，2，王 姣1，張瓊海2
（1．國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院，福建廈門361000；2．福建省能源服務(wù)有限公司，福建廈門361000）

摘要：為了提高電能表自動(dòng)化檢定流水線接駁率（即接線成功率），保證流水線檢定合格率，緩解人工

檢定裝置不合格表計(jì)復(fù)檢壓力，提出了一種電能表輔助端子尺寸規(guī)格的改造設(shè)計(jì)。流水線檢定裝置與傳統(tǒng)檢定裝置最大區(qū)別在于流水線具有自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)，不適合逐一檢查、調(diào)整表針接駁情況，必然存在因線體抖動(dòng)或硬件偏移等影響電能表接線端子準(zhǔn)確接駁的問(wèn)題，尤其針對(duì)口徑不到3. 5 mm的電能表輔助端子，更是要求接駁機(jī)構(gòu)應(yīng)具有較高的定位精度。從改進(jìn)電能表輔助端子規(guī)格尺寸出發(fā)，提出了在輔助端子U型槽設(shè)計(jì)半徑為R1的圓倒角并嚴(yán)格規(guī)范金屬孔等尺寸要求，有效增強(qiáng)輔助端子的容錯(cuò)能力，提高了線體的接駁率。

關(guān)鍵詞：檢定流水線；接駁率；電能表；輔助端子

0 引言

隨著智能電網(wǎng)的大力推進(jìn)，智能電能表將大量應(yīng)用，隨之帶來(lái)表計(jì)檢定量的驟然倍增。采用傳統(tǒng)的電能表檢定裝置不管有多少個(gè)檢定表位都是單機(jī)設(shè)備，需要人工掛、摘表，人為接線，倉(cāng)儲(chǔ)、搬運(yùn)、檢定、數(shù)據(jù)處理、出入庫(kù)、配送管理等多個(gè)環(huán)節(jié)也均需大量人力資源。傳統(tǒng)人工檢定模式消耗了大量的人力、物力和財(cái)力，且檢定效率低，無(wú)法滿足新形勢(shì)下市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的用表需求。此外，電能表計(jì)量準(zhǔn)確與否還直接關(guān)系到電力企業(yè)與用戶之間的切身利益。而人工檢定模式易受到檢定員技能水平、設(shè)備狀態(tài)及職業(yè)素養(yǎng)等因素影響表計(jì)的檢定結(jié)果。故探索電能表新型檢定模式勢(shì)在必行［1－3］。

因此，智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)及自動(dòng)化檢定流水線應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)化檢定流水線將自動(dòng)化、信息化和人工智能等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到常規(guī)的計(jì)量檢定作業(yè)中，通過(guò)在傳統(tǒng)檢定裝置的基礎(chǔ)上增加輸送線、機(jī)械手、自動(dòng)接拆線、照相及識(shí)別等自動(dòng)化裝置，高效完成國(guó)家規(guī)程規(guī)定的各個(gè)檢定項(xiàng)目，可準(zhǔn)確判定檢定結(jié)果，消除人為和地域因素引起的檢定質(zhì)量差異，有效提高檢定工作質(zhì)量和效率［4］。自動(dòng)化流水線檢定裝置與傳統(tǒng)檢定裝置最大區(qū)別在于流水線具有自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)（包括了頂升氣缸或托盤定位架、壓接氣缸及表座表針等硬件部分，在PLC電控指令下，通過(guò)頂升氣缸或托盤定位架將載有電能表的托盤托起固定，再控制壓接氣缸推動(dòng)表座，使表針（電壓電流端子、輔助端子）接入表計(jì)端子孔內(nèi)，與孔內(nèi)金屬內(nèi)壁及金屬螺絲有效接觸，確保接線測(cè)試及后續(xù)試驗(yàn)順利進(jìn)行。檢定流水線的接駁機(jī)構(gòu)有別于人工檢定裝置，不適合逐一檢查、調(diào)整表針接駁情況，且至少存在以下幾方面問(wèn)題嚴(yán)重影響了線體的接駁率：一是因托盤輸送鏈板運(yùn)行、擋停動(dòng)作及托盤撞擊，不可避免使自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)存在抖動(dòng)現(xiàn)象；二是自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)與托盤配合面的雜物或磨損也會(huì)造成托盤托起定位偏差；三是表針易磨損致針頭磨平或者表針輕微變形，致使表針頂在電能表端子孔外，無(wú)法有效接觸金屬內(nèi)壁及螺絲。

為了有效解決上述問(wèn)題，本文從改善電能表端子孔方面入手，通過(guò)改進(jìn)電能表輔助端子規(guī)格尺寸，即在輔助端子U型槽設(shè)計(jì)半徑為R1的圓倒角并嚴(yán)格規(guī)范金屬孔等尺寸要求。該設(shè)計(jì)能夠有效增強(qiáng)輔助端口的容錯(cuò)能力，提高線體的接駁率。

1 檢定流水線接駁現(xiàn)狀

結(jié)合國(guó)網(wǎng)企標(biāo)所規(guī)定的電能表端子結(jié)構(gòu)及尺寸，以及檢定流水線自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)等設(shè)備特點(diǎn)，從“電能表端子規(guī)范要求”和“檢定流水線接駁問(wèn)題”兩方面著手分析，歸納總結(jié)電能表自動(dòng)化檢定流水線的接駁現(xiàn)狀。

1. 1 電能表端子規(guī)范要求

根據(jù)國(guó)網(wǎng)企業(yè)型式規(guī)范要求，電能表的端子座結(jié)構(gòu)及尺寸應(yīng)符合國(guó)網(wǎng)企標(biāo)Q／GDW 1355?2013中“附錄A．5：電能表接線端子尺寸簡(jiǎn)圖”的規(guī)定，即圖1～2所示［5］。圖1規(guī)范了電能表電壓、電流及輔助端子關(guān)于數(shù)量、口徑大小、位置分布及結(jié)構(gòu)等尺寸方面的基本要求。圖1中，端子口能否與自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)的表針精準(zhǔn)對(duì)接的關(guān)鍵尺寸包括：各端子口的縱向高度（即電壓、電流端子13 mm；輔助端子31. 5 mm）、橫向間距兩方面。一旦尺寸存在偏差，將對(duì)自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)的定位產(chǎn)生影響，導(dǎo)致接線失敗。為確保表針順利壓接，Q／GDW 1355?2013還對(duì)電能表電壓、電流端子接線孔外口要求采用倒角設(shè)計(jì)并規(guī)范了倒角要求，見(jiàn)圖2。然而，該電能表型式規(guī)范僅規(guī)定了輔助端子塑料外孔的U型口徑（3. 5 mm），沒(méi)有對(duì)輔助端子的尺寸規(guī)格做出細(xì)化要求。

圖1　電能表接線端子尺寸簡(jiǎn)圖Ⅰ

圖2　電能表接線端子尺寸簡(jiǎn)圖Ⅱ

1. 2 檢定流水線接駁問(wèn)題

電能表檢定流水線的自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)主要包括了頂升氣缸或托盤定位架、壓接氣缸及表座表針等硬件部分。下面以福建單相自動(dòng)化檢定流水線為例，分析檢定流水線為何會(huì)出現(xiàn)接線失敗及所造成的影響。首先，因單表位托盤無(wú)緊鎖或卡扣機(jī)構(gòu)，必然使表計(jì)與托盤之間存在間隙，經(jīng)測(cè)量該間隙值最大可達(dá)3 mm；第二，當(dāng)托盤經(jīng)鏈板輸送線送至檢定單元內(nèi)，存在因擋停開(kāi)關(guān)位置微移或托盤邊緣磨損而造成托盤定位偏差；第三，壓接機(jī)構(gòu)上的表針輕微變形及托盤定位架與托盤配合面存在雜物或磨損等現(xiàn)象，也將影響壓接氣缸動(dòng)作時(shí)接駁未能準(zhǔn)確到位；第四，線體托盤輸送鏈板運(yùn)行、擋停動(dòng)作及撞擊，也不可避免造成自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)的抖動(dòng)；最后，電能表輔助端子塑料口徑僅為3. 5 mm且表針針頭直徑約1. 5 mm，若針頭再被壓扁或磨平，其針頭尺寸更大，對(duì)定位要求更高。因此，檢定流水線自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)容易發(fā)生表針頂在電能表端子U型槽外邊緣上，無(wú)法有效接觸金屬內(nèi)壁及金屬螺絲，引起接線不良的現(xiàn)象［6］。

檢定流水線的接線不良問(wèn)題降低了線體的接駁率，也在線體檢定合格率、不合格表計(jì)復(fù)檢以及設(shè)備損傷等幾方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

（1）線體檢定合格率：經(jīng)線體不合格結(jié)論分析表明，接線失敗在不合格表計(jì)數(shù)量中的占比排在前列，若線體接線不良未改善，將使檢定合格率深受影響。

（2）不合格表計(jì)復(fù)檢：接線不良導(dǎo)致過(guò)多的不合格表計(jì)，使得上人工檢定裝置做不合格復(fù)檢的壓力增大，影響批次檢定效率。

（3）設(shè)備損傷方面：包括了表座表針易彎曲、電能表外殼受損傷以及自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)變形等，給線體維護(hù)保養(yǎng)增加工作量。

2 電能表輔助端子改進(jìn)

為了改善檢定流水線的接線不良問(wèn)題，提高線體接駁率，根據(jù)前面關(guān)于引起接線偏差的若干因素知，可從技術(shù)突破和制度管理兩個(gè)層面上采取相應(yīng)措施。一是技術(shù)突破層面包括：改造單表位托盤，使之具有卡扣定位功能，同時(shí)在線體上下料機(jī)器人區(qū)域增加卡扣的啟／鎖機(jī)構(gòu)，并提高自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)壓接時(shí)的定位精度。二是制度管理層面包括：加強(qiáng)對(duì)檢定流水線的日常巡視及檢查力度，及時(shí)校正偏移的接駁機(jī)構(gòu)并更換變形、受損的表針；嚴(yán)格把控所購(gòu)置表針的質(zhì)量等。然而，線體定位精度技術(shù)上的突破并非易事，且目前也無(wú)卡扣定位功能的單表位托盤，需重新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)再與檢定流水線磨合，存在周期長(zhǎng)、對(duì)線體改動(dòng)大的問(wèn)題。在加強(qiáng)表針日常巡視及其質(zhì)量把關(guān)上，表針技術(shù)指標(biāo)合格與否和表針輕微變形也是不易判別的，若頻繁更換表針則會(huì)降低表針利用率、增加運(yùn)維成本。

為此，本文在不斷健全檢定流水線運(yùn)維巡視制度，在不必對(duì)線體做較大改動(dòng)并保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的前提下，重點(diǎn)從改進(jìn)電能表輔助端子的規(guī)格尺寸出發(fā)，提出了在輔助端子U型槽做半徑為R1的圓倒角并嚴(yán)格規(guī)范金屬孔等尺寸要求的結(jié)構(gòu)改動(dòng)設(shè)計(jì)，如圖3所示。

圖3　電能表輔助端子改進(jìn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

本設(shè)計(jì)特點(diǎn)之一是在國(guó)網(wǎng)企標(biāo)Q／GDW 1355?2013型式規(guī)范基礎(chǔ)上，對(duì)電能表輔助端子口圓心高度（即31. 5 mm）限定允許偏差值±δ mm（即圖3左側(cè)端子座尺寸全圖中31. 5 mm± 0. 3 mm）。該允許偏差值±δ mm的執(zhí)行，能夠保證不同廠家電能表輔助端子的縱向高度不會(huì)有較大偏差。

本設(shè)計(jì)特點(diǎn)之二是在電能表輔助端子U型槽做半徑為R1的圓倒角，如圖3輔助端子局部俯視圖與3D效果圖。在U型槽內(nèi)徑不小于3. 5 mm的內(nèi)側(cè)菱邊處，做半徑為R1的圓倒角。圓倒角的作用在于：當(dāng)表針輕微受損偏移、自動(dòng)接駁機(jī)構(gòu)因雜物或磨損以及線體設(shè)備運(yùn)行抖動(dòng)引起壓接時(shí)表針針頭頂在電能表輔助端子U型槽口邊緣，能夠自動(dòng)順著圓倒角弧度滑入金屬孔內(nèi)壁與金屬螺絲之間。如此一來(lái)，圓倒角半徑R1越大，其容錯(cuò)性就越強(qiáng)。然而，由于受到了U型槽口底部厚度大小限制（即不大于31. 5＋0. 3－28. 8－3. 5／2 ＝1. 25 mm），且考慮表針針頭直徑約1. 5 mm，故R1大小設(shè)定為1 mm±0. 2 mm。

本設(shè)計(jì)特點(diǎn)之三是嚴(yán)格規(guī)范了輔助端子金屬孔尺寸要求，如圖3輔助端子局部剖面圖。首先要求金屬銅孔圓心與U型槽同心；第二，金屬孔應(yīng)做不低于0. 2 mm的倒角；第三，金屬孔的內(nèi)徑尺寸精度要求正偏差（即3. 0 mm＋0. 2 mm），且接線孔內(nèi)飛邊應(yīng)去除干凈。

理論上，設(shè)計(jì)特點(diǎn)一保證了輔助端子口縱向高度與表針偏差不超過(guò)±0. 3 mm；設(shè)計(jì)特點(diǎn)二確保表針針頭只要超過(guò)一半頂在R1的圓倒角表面上，定能順著圓倒角弧度滑入端子口內(nèi)，即表針定位范圍偏差增加了2 mm±0. 4 mm，使直徑僅約1. 5 mm表針輕微變形的冗余量增大；此外，設(shè)計(jì)特點(diǎn)三的目的在于避免表針滑入U(xiǎn)型槽內(nèi)壁后，卡在金屬孔邊緣上，不能和金屬孔內(nèi)壁與金屬螺絲有效接觸。因此，經(jīng)過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)后的電能表輔助端子具有更強(qiáng)的容錯(cuò)能力，能有效減少檢定流水線的接線不良現(xiàn)象，提高線體的接駁率。

3 實(shí)際測(cè)試

以福建單相自動(dòng)化檢定流水線為例，對(duì)電能表輔助端子改造設(shè)計(jì)前后的檢定流水線接駁率進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。該檢定流水線能夠通過(guò)“接線測(cè)試”試驗(yàn)判斷檢定單元各個(gè)表位的RS485、時(shí)鐘及脈沖共3組輔助端子口的壓接情況。在12個(gè)檢定單元中任選一單元進(jìn)行測(cè)試，取改造設(shè)計(jì)前后的同一廠家電能表各96只（一個(gè)檢定單元有96個(gè)表位）放入檢定單元空托盤內(nèi)。在分別檢查并更換檢定單元內(nèi)各表座表針折斷、變形等損傷情況之后，通過(guò)電控及檢定軟件反復(fù)地進(jìn)行壓接和“接線測(cè)試”試驗(yàn)操作，對(duì)改造設(shè)計(jì)前后的表計(jì)各進(jìn)行不少于100次的壓接測(cè)試，記錄測(cè)試結(jié)果并填入表1。

表1　輔助端子改造設(shè)計(jì)前后的接線比對(duì)Ⅰ

如表1所示，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)改造設(shè)計(jì)前后的電能表分別進(jìn)行了9 600頻次的表位壓接測(cè)試（即9 600 ×3頻次的RS485、時(shí)鐘及脈沖接線測(cè)試），算得所測(cè)試的接駁率并加以對(duì)比，結(jié)果表明經(jīng)改造設(shè)計(jì)后的電能表輔助端子的接駁效率提升了1. 07個(gè)百分點(diǎn)。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證電能表輔助端子做R1圓倒角并嚴(yán)格規(guī)范金屬孔等尺寸的改造設(shè)計(jì)能有效提高線體的接駁率。本文還從單相自動(dòng)化檢定流水線的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)分別導(dǎo)出在2014年上半年和2015年上半年某期間且線體檢定數(shù)量相當(dāng)（取大于10萬(wàn)只的檢定量）的RS485、時(shí)鐘及脈沖“接線測(cè)試”試驗(yàn)情況進(jìn)行匯總對(duì)比，見(jiàn)表2。其中，2014年上半年所檢定的是改造設(shè)計(jì)前的表款，而2015年上半年所檢定的是改造設(shè)計(jì)后的表款。由表2可知，經(jīng)檢定流水線大批量的接線實(shí)踐結(jié)果表明：對(duì)電能表輔助端子規(guī)格尺寸的改造設(shè)計(jì)大幅地降低了RS485、時(shí)鐘及脈沖的接線失敗次數(shù)，提高檢定流水線的接駁率。

表2　輔助端子改造設(shè)計(jì)前后的接線比對(duì)Ⅱ

4 結(jié)論

本文研究了電能表檢定流水線的接線不良問(wèn)題，提出了在電能表輔助端子U型槽做半徑為R1的圓倒角并嚴(yán)格規(guī)范金屬孔等尺寸要求的結(jié)構(gòu)改動(dòng)設(shè)計(jì)。從理論和實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了該改進(jìn)設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了輔助端子的容錯(cuò)能力，保證表針能順利滑入金屬孔內(nèi)壁與金屬螺絲之間形成有效接觸；而且，該設(shè)計(jì)避免了對(duì)線體做較大改動(dòng)，也無(wú)需頻繁更換輕微變形的表針，減少日常巡視和運(yùn)維工作量并節(jié)約運(yùn)維成本。通過(guò)將輔助端子尺寸的小改動(dòng)納入到對(duì)電能表的招標(biāo)細(xì)化要求中，嚴(yán)格規(guī)范廠家生產(chǎn)更能適應(yīng)于流水線檢定的規(guī)格一致的電能表，既能保證線體的檢定合格率，減少人工檢定裝置不合格表計(jì)復(fù)檢壓力，也降低了表針、電能表等設(shè)備受損傷的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)互利共贏。

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Design of an Electric Energy Meter Auxiliary Terminal for Improving Verification Line Connection Rate

HONG Qiaowen1，ZHANG Lijuan1，HE Hong1，2，WANG Jiao1，ZHANG Qionghai2
（1．State Grid Fujian Electric Power Research Institute，Xiamen 361000，China；2．Fujian Electric Power Service Co．，Ltd．，Xiamen 361000，China）

Abstract：In order to improve commission rate of the electric energy meter automatic verification line connection （i．e．connection success rate），guarantee the qualified rate and alleviate the failed meter verification pressure of artificial device，a scheme of design for reconstructing terminals in size with the assistant of an electric energy meter is put forward in this paper．The feeder who has the automatic verification component，which is the biggest differ?ence lies between the line verification device and the traditional verification device in line，is not suitable for chec?king and adjusting the needle’s connection one by one．So，due to the problems of line jittering or hardware shift?ing，the connection of the meter becomes the issue to be settled．Especially for the auxiliary meter terminal with its diameter less than 3. 5mm，it is required that the feeder should have a higher accuracy．In this paper，basing on the improving sizes of meter’s auxiliary terminal，a radius R1 chamfering of U groove in auxiliary terminal is de?signed，and strict regulation for the sizes of metal hole is drawn up．The design effectively enhances fault tolerance of auxiliary terminal and increases the connection rate of line．

Keywords：verification line；connection rate；electric energy meter；auxiliary terminal

作者簡(jiǎn)介：洪巧文（1987－），男，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)量科學(xué)與技術(shù)、電氣自動(dòng)化與控制，E?mail：hqw1005＠126. com。

收稿日期：2015－11－05。

中圖分類號(hào)：TB971

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10. 3969／j. issn. 1672-0792. 2016. 01. 015