電力計(jì)量用Ⅱ型采集器自動(dòng)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

趙媛

（國網(wǎng)山西省電力公司陽泉供電公司，山西 陽泉 045000）

一、關(guān)于電力計(jì)量原系統(tǒng)所存有的問題

（一）自動(dòng)檢測原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

變電站電力檢測系統(tǒng)是以西門子S5-PLC為核心的自動(dòng)計(jì)量檢測系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框架。電能表：系統(tǒng)中的基礎(chǔ)儀表。其功能是按用電量的固定單位通過電能表的無源節(jié)點(diǎn)發(fā)出一個(gè)（由系統(tǒng)供給的DC24V電源）脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)器：記錄儀表在系統(tǒng)中共有75塊，與電能表是一一對(duì)應(yīng)，接收電能表發(fā)出的DC24V脈沖信號(hào)，并進(jìn)行累計(jì)，轉(zhuǎn)換成4位BCD碼后，通過16位數(shù)據(jù)總線傳送給S5-PLC。S5-PLC：通過DC24V輸入模塊構(gòu)成多路16位數(shù)據(jù)總線，用DC24V輸出模塊作為計(jì)數(shù)器的片選信號(hào)，定時(shí)采集75塊計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)PLC-CPU處理后，通過HI網(wǎng)將電量數(shù)據(jù)發(fā)送給上位管理計(jì)算機(jī)（WS）。WS：上位管理計(jì)算機(jī)，對(duì)接收到的75路電量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、累計(jì)和打印，并對(duì)各電力用戶進(jìn)行調(diào)度、預(yù)測和分析等。

（二）自動(dòng)檢測系統(tǒng)所存在的問題

變電站S5-PLC計(jì)量系統(tǒng)經(jīng)過幾年的運(yùn)行，暴露出一些問題。經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)人員的觀察和研究，這些問題集中反應(yīng)在計(jì)數(shù)器和電能表上。

1.系統(tǒng)中計(jì)數(shù)器所存在的問題。機(jī)械計(jì)數(shù)：這種計(jì)數(shù)器，內(nèi)部是通過凹凸齒輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)行累計(jì)數(shù)據(jù)。在運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常發(fā)生卡輪和觸點(diǎn)接觸不可靠等現(xiàn)象，使系統(tǒng)累計(jì)的數(shù)據(jù)與電能表的實(shí)際計(jì)量值不一致。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：計(jì)數(shù)器在設(shè)計(jì)上不夠合理，其接收DC24V脈沖信號(hào)，卻要通過機(jī)械齒輪計(jì)數(shù)，再經(jīng)微電路轉(zhuǎn)換成BCD碼，原理上是從“電”到，“機(jī)”再到“電”，的過程，造成設(shè)備可靠性不高，數(shù)據(jù)累計(jì)誤差大。設(shè)備維護(hù)：設(shè)備故障率高，檢修量大，現(xiàn)場維修人員投入的人力物力不少，收效不大；且進(jìn)口設(shè)備備件價(jià)格昂貴，占用大量資金。

2.電能表問題?，F(xiàn)場技術(shù)人員通過高速記錄儀觀測到，部分電能表通過無源節(jié)點(diǎn)輸出的DC24V脈沖信號(hào)不穩(wěn)定，出現(xiàn)衰減、有上波無下波和無波形等現(xiàn)象，雖然這些現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率不高，同樣影響了計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.計(jì)量系統(tǒng)擴(kuò)容問題。隨著用電負(fù)荷的逐漸擴(kuò)大，變電站的開關(guān)數(shù)量不斷增加，自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)已不能滿足自動(dòng)計(jì)量的要求，部分電能表的計(jì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)需要人工進(jìn)行。因此，要求計(jì)量系統(tǒng)的容量從75點(diǎn)增加到100點(diǎn)。由于上述的3條原因，變電所自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的改造勢在必行，但如何改造，怎樣改造，給技術(shù)人員提出了一個(gè)新課題。

二、關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)用分析

（一）Ⅱ型采集器型式結(jié)構(gòu)優(yōu)化

Ⅱ型采集器尾部的軟導(dǎo)線姿態(tài)不固定、無支撐強(qiáng)度，在自動(dòng)檢測過程中，自動(dòng)上/下料和接拆線動(dòng)作都將受到軟導(dǎo)線不規(guī)則擺放位置的干擾，無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，進(jìn)而無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸送和自動(dòng)檢測工序。因此，首先需對(duì)Ⅱ型采集器的型式結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)Ⅱ型采集器的背板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，增加背板長度，設(shè)計(jì)繞線立柱和固定底座，將軟導(dǎo)線纏繞在繞線立柱上，female接插件固定在底座上。背板與延長段之間折口采用打孔與分隔縫結(jié)合的方式，以方便掰斷延長段部分，并保證斷口整齊。該設(shè)計(jì)方案僅改變Ⅱ型采集器的背板結(jié)構(gòu)，不改變內(nèi)部元器件布局，不影響電氣性能?，F(xiàn)場施工時(shí)，將背板延長段掰斷，并將female接插件連同軟導(dǎo)線從背板延長段上脫離，不影響現(xiàn)場裝接工作。female接插件和軟導(dǎo)線得到固定，自動(dòng)檢測過程中不受軟導(dǎo)線影響，有效提高了檢測成功率和可靠性。

（二）Ⅱ型采集器工裝板的設(shè)計(jì)

由于Ⅱ型采集器檢測量大、輸送速率要求高，設(shè)計(jì)了10表位的工裝板，由底層輸送結(jié)構(gòu)、中間過渡結(jié)構(gòu)和采集器固定板組成。在工裝板的底部設(shè)計(jì)了RFID卡片，通過RFID讀寫頭將Ⅱ型采集器條形碼與工裝板進(jìn)行綁定，輸送裝置將工裝板輸送到各裝置前便可讀取到RFID內(nèi)Ⅱ型采集器信息，與各裝置工位綁定并將信息存放于數(shù)據(jù)庫中。

（三）自動(dòng)上/下料裝置的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了Ⅱ型采集器自動(dòng)上/下料的專用機(jī)械裝置，并與檢測系統(tǒng)有機(jī)集成，主要由小型工業(yè)化機(jī)器人、夾具、固定底座等組成。為滿足上/下料節(jié)拍的要求，上/下料機(jī)器人夾具均設(shè)計(jì)了5只真空吸盤，每次可同時(shí)吸取5只Ⅱ型采集器。每只吸盤均設(shè)計(jì)了真空壓力傳感器，可顯示吸盤真空度，以監(jiān)控吸盤吸力是否正常。自動(dòng)上/下料裝置結(jié)構(gòu)相同。面對(duì)Ⅱ型采集器體積小、定位困難的難題，設(shè)計(jì)了中轉(zhuǎn)臺(tái)，進(jìn)行Ⅱ型采集器的姿態(tài)調(diào)整和精準(zhǔn)定位，中轉(zhuǎn)臺(tái)包括定位裝置和工位2個(gè)部分。上料時(shí)，上料機(jī)器人先從紙箱中吸?、蛐筒杉鞣胖玫街修D(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行定位，然后再從中轉(zhuǎn)臺(tái)上吸取放置到工裝板上；下料時(shí)，下料機(jī)器人先從工裝板上吸取Ⅱ型采集器放置到中轉(zhuǎn)臺(tái)上定位，再放置到紙箱中。考慮到Ⅱ型采集器存在底面安裝天線接頭的樣式，將中轉(zhuǎn)臺(tái)的支撐下托設(shè)計(jì)為“L”型，在提供可靠支撐的同時(shí)避開了天線接頭和折板。

（四）自動(dòng)接拆線裝置的設(shè)計(jì)

自動(dòng)接拆線裝置由壓接氣缸、壓接端子、導(dǎo)向定位滑塊等組成，設(shè)計(jì)為每個(gè)接線端子由1個(gè)氣缸帶動(dòng)，并用1個(gè)滑軌進(jìn)行導(dǎo)向。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是5個(gè)Ⅱ型采集器的接拆線相對(duì)獨(dú)立穩(wěn)定，可消除5個(gè)Ⅱ型采集器的位置誤差對(duì)自動(dòng)接拆線裝置的影響，并且在第一次壓接后通信不成功的情況下可進(jìn)行二次壓接，保證了自動(dòng)接拆線的成功率。

總結(jié)：新技術(shù)和新方案的應(yīng)用需要經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行來檢驗(yàn)其穩(wěn)定性。在電力計(jì)量用Ⅱ型采集器自動(dòng)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中多次消除了各類大小故障、缺陷，無論硬件還是軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性還需進(jìn)一步完善、優(yōu)化。