基于電能信息采集的通訊模塊檢測系統(tǒng)的設計

彭龍　黨三磊　趙炳輝　姚智聰

摘要：針對通訊模塊檢定效率不高的技術問題，提出了通訊模塊自動化柔性檢定系統(tǒng)的設計方案，對系統(tǒng)的整體架構、工作過程以及工作效果進行了深入研究和設計。文章引用互聯(lián)網、云數據、物聯(lián)網與大數據分析技術，增加了檢定線體的承載容量，提高了線體的兼容性，檢測數據穩(wěn)定、可靠，實現(xiàn)了檢定過程的智能化、信息化、自動化和標準化。通過試運行，對性能指標進行了分析和比對，文中設計的方案檢定效率明顯，適用于大規(guī)模的通訊模塊檢測，具有較好的實用價值和推廣價值。

關鍵詞：通訊模塊;自動化;柔性;動態(tài)視覺;圖像采集;多級定位

中圖分類號：TM933? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：B? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1001-1390（2019）00-0000-00

0 引 言

用電信息采集系統(tǒng)涉及到千家萬戶的電費結算[1]，近年來，隨著電力用戶信息采集系統(tǒng)功能應用不斷完善、電能信息采集技術的快速發(fā)展和廣泛應用，智能電能表越來越多地成為智能電網獲取電量信息的重要原始信息節(jié)點，是建設和發(fā)展堅強智能電網、實現(xiàn)電能信息采集自動化和智能化的基礎[2]。

目前，傳統(tǒng)的人工檢測模式遠遠滿足不了市場需求，生產效率低下。因此，就需要自動化智能檢定的方式實現(xiàn)通訊模塊的外觀和功能等綜合檢定，使得減少對場地、人員、物資等的需求，降低生產成本。

1 系統(tǒng)總體方案設計

通訊模塊檢測系統(tǒng)是由立體倉庫、倉儲接駁單元、射頻識別單元、周轉箱、上料工裝、下料工裝、自動化上料單元、自動化下料單元、周轉箱輸送線、對接裝置、柔性輸送線、外觀檢測單元、圖像采集單元、自動化分揀單元等部分組成的復雜自動化系統(tǒng)，如圖1所示。本方案運用模塊化設計思路，采用先進集成化檢定理念，將互聯(lián)網、云數據、物聯(lián)網與大數據分析應用于自動化檢定流水線，實現(xiàn)檢定過程的智能化、信息化、自動化、標準化[12-14]。

在本設計方案中，通常可進行的檢測項目有模塊外觀檢測和模塊功能檢測。任務開始時，根據系統(tǒng)管理平臺下達的檢定任務，立體倉庫系統(tǒng)將待檢模塊通過周轉箱移載的方式出庫并被輸送至倉儲接駁單元，周轉箱輸送線將承載待檢模塊的周轉箱送至上料工裝，射頻識別單元對待檢模塊信息進行掃描、識別和驗證。識別成功的周轉箱通過周轉箱輸送線進行后續(xù)操作，識別失敗的周轉箱則通過人工干預處理。

2 系統(tǒng)工作過程

在本設計方案中，上料單元和下料單元均采用自動化機器人完成，其采用機械手將通訊模塊從周轉箱取出并移至柔性輸送線的工件組件（例如托盤）上，使用柔性輸送線上的射頻識別單元再次對待檢模塊進行RFID射頻識別，實現(xiàn)不同階段的待檢模塊與工件托盤的信息綁定，有利于對待檢模塊進行信息管理，便于用戶在不同工序按需進行實時信息查詢、分發(fā)、共享、匹配和追蹤溯源，確保待檢模塊信息的一致性。如果信息綁定成功，則進行下一步工序，如果信息綁定不成功，則通過人工干預處理。

在對通訊模塊進行外觀檢測時，在外觀檢測處設置有圖像采集單元，外觀檢測工位處的輸送線護欄為透明護欄，圖像采集單元通過連續(xù)拍照進行視頻識別，當有被檢模塊通過時，通過視頻識別軟件動態(tài)識別被檢模塊條碼、印刷字符圖案、模塊外形尺寸等，動態(tài)計算出模塊插針正位度數據，進行模塊結構外觀檢測，檢測數據上傳本地服務器，也可以上傳云端服務器，實現(xiàn)云端數據永久性存儲，不易丟失，下文將進一步說明。

在對通訊模塊進行功能檢測時，在功能檢測工位設置對接裝置，對接裝置包含電氣對接座和對接機構，對接機構對被檢模塊的位置進行精確調整，然后與被檢模塊對接，對接時電氣對接座與被檢模塊各插針連接。功能檢測單元設置有功能試驗板，功能試驗板中設計有通信轉接電路、I/O檢測電路、程控可調電壓直流供電電源、功耗檢測電路、載波切相電路。在試驗時，通信轉接電路將被檢模塊的TXDRXD引腳通信信號轉接至系統(tǒng)配置的串口服務器上，再通過串口服務器連接至本地服務器，從而提供試驗時虛擬表抄讀數據通信。I/O檢測電路檢測被檢模塊各輸出引腳電平狀態(tài)，然后通過功能試驗板處理器上報給本地服務器，功能試驗板處理器受本地服務器控制輸出開關量狀態(tài)通過I/O檢測電路施加到被檢模塊輸入引腳上，在試驗的過程中實時檢測被測模塊輸出腳狀態(tài)及配合試驗過程控制被測模塊輸入腳狀態(tài)。程控可調電壓直流供電電源調整被檢模塊的直流供電電壓至規(guī)定值，以檢測被檢模塊在極限工作電壓下是否工作正常。功耗檢測電路實時測量被檢模塊的直流供電電流，在通信測試過程中記錄被檢模塊電流消耗曲線，然后分析出靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。載波切相電路用來在檢定三相STA模塊或CCO模塊時切換載波耦合相，用于對每相載波耦合電路都進行檢驗。指示燈檢測板在模塊通信過程中實時檢測被檢模塊指示燈亮起情況。

在本設計方案中，還能夠實現(xiàn)對功能模塊的抽檢試驗，在進行抽檢試驗時，柔性輸送線上除了設置有外觀檢測工位、功能檢測工位，還設置有絕緣檢測工位，通過其配置的程控工頻耐壓儀、程控絕緣電阻測試儀、測試位功能試驗板實現(xiàn)絕緣測試。在抽檢試驗時，除實現(xiàn)功能檢測的所有功能外，還配備有測試位獨立屏蔽罩、模塊間衰減器、載波耦合回路切換繼電器以及具備獨立屏蔽罩及模塊間衰減器的標準STA節(jié)點的CCO測試工裝，能夠按照Q/GDW11612.3中4.12.1中要求切換載波耦合路徑，完成互聯(lián)互通各項試驗 。

試驗項目完成后，檢測數據通過本地服務器或者云服務器上傳至系統(tǒng)管理平臺，自動分揀工位將合格模塊和不合格模塊進行智能分揀處理，檢測完畢的通訊模塊通過下料機械手從工件托盤抓取至周轉箱內，不合格通訊模塊被緩存。射頻識別單元將表箱與通訊模塊的信息再次進行識別和綁定，在碼垛機內進行碼垛，然后入庫，通訊模塊檢定信息上傳至系統(tǒng)管理平臺進行生產調度，通知倉儲系統(tǒng)完成入庫。

3 系統(tǒng)應用效果分析

將本文設計的通訊模設計系統(tǒng)與人工檢定臺、常規(guī)使用的單一并列自動流水線在年檢量等主要性能指標方面進行比對，具體比對數據如表1所示。

上述數據比對結果表明，本文設計的檢測系統(tǒng)承載量、年檢量、日檢量、系統(tǒng)檢測流量均至少提高了200%，系統(tǒng)節(jié)拍減少了一半，因此各項性能指標參數均有明顯改善。采用本設計方案，每年單條流水線的整體檢定數量可比常規(guī)的單條流水線檢定數量增加上萬塊模塊，檢定效率提高2倍以上，系統(tǒng)整體節(jié)拍優(yōu)化提高了2倍以上，比人工檢定臺的檢定效率提高了8倍以上。目前本系統(tǒng)已經在電力公司廣泛應用，應用布局圖如圖8所示。使用本系統(tǒng)設計的通訊模塊檢測系統(tǒng)能夠實現(xiàn)批量大規(guī)模通訊模塊的高精度檢測，極大地提高了產能。

4 結束語

本文詳細介紹了通訊模塊檢測系統(tǒng)的整體設計方案，通過采用柔性流水線設計的方式實現(xiàn)了不同型式、規(guī)格的通訊模塊的運轉，兼容性強，提高了線體檢測容量。通過采用動態(tài)視覺關鍵技術設計，實現(xiàn)了實時在線圖像數據采集，通過軟件算法實現(xiàn)合格模塊判斷，并實現(xiàn)了云端數據無線上傳，數據安全可靠。通過采用多級定位機構設計，大大提高了檢測數據的準確性。通過采用模塊化設計思路，提高了系統(tǒng)維護和運行的可靠性。本系統(tǒng)通過在電力企業(yè)運營，整體檢定效率提高80%以上，成本節(jié)約60%以上，經濟效益明顯。

參 考 文 獻

[1] 劉水， 趙震宇， 黃景立， 等. 用電信息采集仿真測試平臺的研究與實現(xiàn)[J]. 電測與儀表， 2015， 52（16A）：59-62.

[2] 甄昊涵， 沈華. 電能表現(xiàn)場檢驗數據挖掘研究[J]. 電子技術應用， 2017， 43（4）： 76-78， 82.