智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分析

柏永林

摘 要： 近年來，隨著我國(guó)電網(wǎng)改造不斷推廣，逐步落實(shí)一戶一表，對(duì)于智能電能表的需求量大幅增加，為有效滿足智能電網(wǎng)改造需求，并且保障智能電能表的質(zhì)量，有必要設(shè)計(jì)自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)，完成智能電能表自動(dòng)化的生產(chǎn)和檢定，以此替代人工操作，降低失誤，提升效率。本文主要研究智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 生產(chǎn)系統(tǒng);自動(dòng)化;智能電能表;流水線

【中圖分類號(hào)】TM72 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）07-0157-02

當(dāng)前對(duì)于智能電能表的需求量增加，傳統(tǒng)人工生產(chǎn)方式已經(jīng)難以滿足實(shí)際需求，因此實(shí)現(xiàn)智能電能表自動(dòng)化生產(chǎn)是必然的趨勢(shì)。設(shè)計(jì)智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)不僅可以顯著提升生產(chǎn)效率，同時(shí)也能解放人力，降低人力成本，減少人為失誤，對(duì)于提升智能電能表生產(chǎn)質(zhì)量具有重要作用。

1 智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路可以總結(jié)為三點(diǎn)：一是系統(tǒng)的專業(yè)化程度高，系統(tǒng)單相以及三相流水線必須要滿足規(guī)定的單相以及三相智能電能表檢定規(guī)程，明確在每一個(gè)檢定環(huán)節(jié)需要完成多個(gè)檢定項(xiàng)目。二是系統(tǒng)的抗干擾性能以及持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)性能必須良好，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，待生產(chǎn)、檢定電能表按照順序排列，依次完成各個(gè)生產(chǎn)、檢定環(huán)節(jié)。三是系統(tǒng)必須要具備較高的實(shí)用性以及可靠性，系統(tǒng)運(yùn)行過程中無故障運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)、檢定標(biāo)準(zhǔn)要保持統(tǒng)一，確保生產(chǎn)、檢定質(zhì)量。此外，系統(tǒng)要低噪音、低能耗，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。整體而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用獨(dú)立組網(wǎng)的形式，利用自動(dòng)化控制技術(shù)、信息技術(shù)以及智能技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)手段完成自動(dòng)傳輸、接拆線以及檢定等工作。

2 智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)成

智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)主要分為三部分，分別是管理、傳輸以及執(zhí)行層，其中管理層主要是負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理與控制，接收生產(chǎn)計(jì)劃，上報(bào)檢定結(jié)果;傳輸層主要是在系統(tǒng)運(yùn)行過程中負(fù)責(zé)定位以及輸送;執(zhí)行層顧名思義主要是負(fù)責(zé)生產(chǎn)、檢定環(huán)節(jié)，其有多個(gè)功能單元構(gòu)成，負(fù)責(zé)執(zhí)行管理層的指令，對(duì)智能電能表進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)、檢定以及分揀。

3 智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 總體設(shè)計(jì)

本文實(shí)現(xiàn)的智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)按照模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)。各功能單元不僅能獨(dú)立運(yùn)行，也可以集中控制。智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

模塊化設(shè)計(jì)的自動(dòng)化功能單元包括：A碼（表內(nèi)生產(chǎn)碼）綁定單元、分揀單元、視覺識(shí)別單元、耐壓測(cè)試單元、調(diào)試單元、復(fù)檢單元、功能測(cè)試單元（紅外、拉合閘和載波測(cè)試）、裝銘牌單元、參數(shù)設(shè)置單元、參數(shù)回抄單元、打翻蓋和端蓋螺絲單元、鉛封裝配單元、激光刻碼單元、貼合格證單元、側(cè)條貼單元、封箱單元、打包單元。生產(chǎn)系統(tǒng)管理軟件、輸送控制軟件、功能單元控制軟件構(gòu)成了自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件部分，實(shí)現(xiàn)智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 系統(tǒng)軟件構(gòu)成

本系統(tǒng)軟件主要包括管理軟件、功能單元控制軟件以及輸送控制軟件，其中管理軟件主要是生產(chǎn)任務(wù)管理，協(xié)調(diào)輸送系統(tǒng)以及功能單元控制系統(tǒng)，輸送控制軟件主要是控制系統(tǒng)輸送模塊完成智能電能表的定位以及輸送，根據(jù)系統(tǒng)指令將智能電能表輸送至指定位置。功能單元控制軟件主要是控制系統(tǒng)單元裝置對(duì)智能電能表進(jìn)行生產(chǎn)和檢定。

3.2.2 接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件接口設(shè)計(jì)分為外部接口與內(nèi)部接口，外部接口主要是滿足與生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)的交互，比如從生產(chǎn)平臺(tái)獲取檢定信息、讀取作業(yè)任務(wù)以及上報(bào)檢定結(jié)果等;內(nèi)部接口包括輸送系統(tǒng)與功能單元在輸送、生產(chǎn)、檢定過程中的各種狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息交互，主要是實(shí)現(xiàn)智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)各部分之間良好運(yùn)行。

各功能單元終端、輸送控制終端、流水線生產(chǎn)系統(tǒng)服務(wù)器、自動(dòng)化流水線管理平臺(tái)終端通過以太網(wǎng)方式進(jìn)行信息交互，采用的是SOAP、Socket通信等方式，其中數(shù)據(jù)通信使用的是XML格式，系統(tǒng)內(nèi)部使用的是Socket通信，與生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)之間采用的是SOAP通信。設(shè)計(jì)基本符合安全性、兼容性、可拓展性以及共享性的要求，系統(tǒng)內(nèi)部使用統(tǒng)一接口，支持與生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)連接[1]。

3.2.3 系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計(jì)

監(jiān)控是智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)必不可少的子系統(tǒng)，其主要是負(fù)責(zé)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并通過可視化設(shè)備顯示[2]。此外，監(jiān)控系統(tǒng)還具備評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)行性能的功能，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在隱患或者出現(xiàn)故障，會(huì)及時(shí)報(bào)警，以便工作人員進(jìn)行維護(hù)。

3.3 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)施主要包括輸送單元、視覺識(shí)別單元、復(fù)檢單元、其他功能單元，輸送單元主要負(fù)責(zé)智能電能表的輸送，視覺識(shí)別單元負(fù)責(zé)對(duì)外觀進(jìn)行檢查，復(fù)檢單元負(fù)責(zé)完成檢定項(xiàng)目。

3.3.1 輸送單元

輸送單元需要負(fù)責(zé)智能電能表的輸送，輸送單元在設(shè)計(jì)上主要是采用光電傳感器定位智能電能表位置，根據(jù)需要設(shè)置一些緩沖區(qū)，防止流水線故障時(shí)電能表流動(dòng)不暢問題，同時(shí)系統(tǒng)以此為基礎(chǔ)合理控制輸送效率，將輸送單元合理分為傳輸、緩沖以及工作等多個(gè)區(qū)段，確保系統(tǒng)流暢運(yùn)行[3]。輸送單元還具備制動(dòng)以及限位的功能，可精確控制輸送效率。此外，輸送單元與倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)接，檢定完成后可以進(jìn)行智能分揀，輸送至倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。

3.3.2 視覺識(shí)別單元

系統(tǒng)采用CCD工業(yè)相機(jī)、圖像處理軟件以及專業(yè)光源，配合自動(dòng)接線供電單元，觸發(fā)智能電能表顯示屏切換，采用圖像識(shí)別系統(tǒng)，確保智能電能表外觀完好才能進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)。

三表位視覺識(shí)別單元如圖2所示：電能表進(jìn)入該單元后，通過接插件機(jī)構(gòu)自動(dòng)對(duì)接電能表，三個(gè)表位各具有單獨(dú)的攝像機(jī)，三個(gè)表位并行測(cè)試，通過與電能表進(jìn)行RS485通信切換液晶屏顯示，該單元具有自動(dòng)保存不良品圖像的功能，標(biāo)識(shí)不良品以便匯總分析。

3.3.3 復(fù)檢單元

在本設(shè)計(jì)中，可實(shí)現(xiàn)智能電能表自動(dòng)進(jìn)出、自動(dòng)接線以及檢定，各項(xiàng)檢定項(xiàng)目完成后由計(jì)算機(jī)收集檢定信息并及時(shí)反饋管理平臺(tái)，便于工作人員及時(shí)了解檢定結(jié)果，如果出現(xiàn)異常情況也可及時(shí)進(jìn)行干預(yù)。檢定單元各個(gè)檢定環(huán)節(jié)相互獨(dú)立運(yùn)行，相互之間不干擾，可有效保障檢定質(zhì)量。

3.3.4 其他功能單元

在本設(shè)計(jì)中，可實(shí)現(xiàn)智能電能表自動(dòng)進(jìn)出、接線以及如調(diào)試、裝銘牌、參數(shù)設(shè)置、參數(shù)回抄、打翻蓋和端蓋螺絲、鉛封裝配、激光刻碼、貼合格證、側(cè)條貼、封箱、打包等功能，各項(xiàng)生產(chǎn)、檢定項(xiàng)目完成后由計(jì)算機(jī)收集檢定信息并及時(shí)反饋管理平臺(tái)，便于工作人員及時(shí)了解生產(chǎn)、檢定結(jié)果，如果出現(xiàn)異常情況也可及時(shí)進(jìn)行干預(yù)。各功能單元各個(gè)環(huán)節(jié)相互獨(dú)立運(yùn)行，相互之間不干擾，可有效保障生產(chǎn)、檢定質(zhì)量。

4 自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

針對(duì)一家電能表生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能、節(jié)拍需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一條自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)，產(chǎn)能要求：不低于600只/小時(shí)，節(jié)拍要求：?jiǎn)伪砉?jié)拍不高于6秒?，F(xiàn)場(chǎng)照片如圖3所示：

自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行流程為：上表（人工）→A碼綁定→視覺識(shí)別（自動(dòng)）→耐壓測(cè)試（自動(dòng)）→調(diào)試（自動(dòng)）→復(fù)檢（自動(dòng)）→功能測(cè)試（紅外、拉合閘和載波測(cè)試）（自動(dòng)）→裝銘牌、端蓋（人工）→參數(shù)設(shè)置（自動(dòng)）→參數(shù)回抄（自動(dòng)）→裝電壓擋板和尾蓋（人工）→打翻蓋、端蓋螺絲（自動(dòng)）→鉛封裝配（嵌入式鉛封）（自動(dòng)）→激光刻碼（自動(dòng)）→貼合格證、側(cè)條貼（自動(dòng)）→人工裝箱—封箱（自動(dòng)）→打包（自動(dòng)）→堆垛（人工），實(shí)際運(yùn)行證明產(chǎn)能和節(jié)拍均達(dá)到設(shè)計(jì)需求，具體自動(dòng)化流水線生產(chǎn)工序、表位數(shù)、耗時(shí)、節(jié)拍、產(chǎn)能數(shù)據(jù)如表1所示。

結(jié)語(yǔ)：智能電能表自動(dòng)化流水線生產(chǎn)系統(tǒng)不僅有效提升了智能電能表生產(chǎn)、檢定效率，同時(shí)減少了70%左右的生產(chǎn)、檢定人員，大幅降低了生產(chǎn)成本，并且生產(chǎn)、檢定質(zhì)量可靠性更高。

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