新一代智能電能表自動化檢定流水線系統(tǒng)設計

國網(wǎng)湖北省電力有限公司營銷服務中心（計量中心） 倪胡旋 丁雋潔 王 媛 劉岑岑 李 艷

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，電力技術(shù)日新月異，IR46國際建議對計量的準確性和穩(wěn)定性方面也提出了更高的要求。借鑒國外高端表計設計理念，結(jié)合國內(nèi)實際情況，研發(fā)出來的新一代智能電能表既能滿足智能電網(wǎng)要求又能符合IR46標準，實現(xiàn)了計量芯和管理芯獨立運行，兼容和支持各種通信資源。在市場調(diào)研部門對此方面的深入研究中發(fā)現(xiàn)，電力產(chǎn)業(yè)為了實現(xiàn)檢定集中、物流配送的一體化流程，將新技術(shù)引進到電能表檢定工作中，提高檢定效率，滿足市場需求。因此，本文將設計一個符合新一代電能表的流水線檢定系統(tǒng)，并希望通過此次研究，進一步增強電能表檢定工作的自動化與智能化。

1 硬件設計

為了實現(xiàn)本文系統(tǒng)的規(guī)范化設計，在開展相關(guān)研究前，對系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)進行描述，如圖1所示。

圖1 本文系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述圖1中表述的信息，下述將以電能表接駁表位、氣壓拆接線裝置為例，對系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)展開進一步的設計。

1.1 電能表接駁表位

電能表接駁表位是檢定流水線系統(tǒng)的主要構(gòu)成硬件，此硬件結(jié)構(gòu)主要由底部支撐結(jié)構(gòu)、具有活動性的導向板、接線柱、通信設備、脈沖結(jié)構(gòu)、輔助接線結(jié)構(gòu)等構(gòu)成。其中具有活動性的導向板在系統(tǒng)中可以起到輔助接線孔一次成功連接的作用。接線柱以異型弧面結(jié)構(gòu)為主，增大了與結(jié)構(gòu)孔面直接接觸面積，契合接觸后將與系統(tǒng)通信電路之間建立運行交互通道，此過程中，要求接線接觸時間應當控制在10.0min內(nèi)，并且接觸后溫度不能超過30.0℃。在此基礎上，在接線柱的后側(cè)增設一個接觸式測溫儀，使用溫度測量裝置實時獲取前端溫度信息，當接線獲取的溫度值超出其設定值后，調(diào)試單元將自動切斷供電回路，以避免電能表運行出現(xiàn)電路回流的問題。

1.2 氣壓拆接線裝置

在完成上述設計的基礎上，對氣壓接線與拆線裝置結(jié)構(gòu)進行描述，此裝置主要由底部支撐結(jié)構(gòu)、固定夾具、中間件、氣缸、電磁控制閥等構(gòu)成。在此裝置投入使用后，電能表可以利用氣缸的壓力，完成對60.0位電能表的一次連接。在完成檢定工作后，同樣利用氣缸的推力，對其連接進行分離。

2 軟件設計

2.1 設定智能電能表小電流點測量誤差范圍

為完成新一代智能電能表的流水線設計工作，需要對新舊兩代智能表進行差別分析和針對性研究，使新系統(tǒng)設計成果能達到檢定要求。本文根據(jù)針對智能電能表的強制性技術(shù)法規(guī)的IR46的要求，將電能表按照等級劃分為A、B、C、D四種等級的電能表，根據(jù)誤差限值的區(qū)別，可對應目前市面上的2.0級、1.0級、0.5s級、0.2s級。區(qū)別于常規(guī)的安裝式電能表型式中負載電流特征點的表達方式，本設計要采用IR46要求的最小電流（Imin）、最大電流（Imax）、起動電流（Ist）與轉(zhuǎn)折電流（Itr）進行描述。其中轉(zhuǎn)折電流的實際值由標準表制造商設定，當系統(tǒng)電路的負載電流值大于或等于轉(zhuǎn)折電流值時，對應的準確度等級的最大允許誤差應當在最小誤差限值范圍內(nèi)，與現(xiàn)行標準為0.1Ib（In）相似。

為了滿足系統(tǒng)軟件運行需求，在測量智能電能表小電流點時，需要按照最新文件標準，設置試驗點，并選擇起動試驗方法，將測量的最終結(jié)果控制在[Ist，Imin]范圍內(nèi)，但現(xiàn)有的單相檢定臺體僅能夠?qū)min控制在50.0mA左右，無法達到測量小電流點時的準確度要求。因此，要實現(xiàn)對檢定誤差的有效控制，需要對系統(tǒng)現(xiàn)有的檢定臺體進行升級與改造，通過升級標準表的方式，提高標準表檢定量程，將控制輸出的Imin在20.0mA范圍內(nèi)。

2.2 自動化檢定設備的網(wǎng)格化控制

本文設計的系統(tǒng)在實際運行中，由上料工作單元、下料工作單元、檢定信號傳輸單元、異常信號識別單元、通信控制單元等構(gòu)成，為了實現(xiàn)新一代智能電能表自動化檢定工作的有序?qū)嵤?，需要協(xié)調(diào)多個工作單元的協(xié)同性工作內(nèi)容。因此，需要在系統(tǒng)主控器的支撐下，對自動化檢定設備進行網(wǎng)格化控制。具體步驟如下：

第一步，將系統(tǒng)的主控程序軟件與PLC程序建立直接聯(lián)系窗口，確保流水線各個環(huán)節(jié)節(jié)拍正常、節(jié)奏穩(wěn)定。在此過程中，線體的整體行為是由前端PLC進行控制，通過對整個檢定流程的循環(huán)，實現(xiàn)對流水線支線的分道控制、排隊出入倉。

其二步，建立流水線局域網(wǎng)，通過網(wǎng)絡通訊控制各個檢定單元工位軟件，將終端服務器作為檢定行為的控制單元，接受主控程序軟件發(fā)送的命令。

第三步，將本地保存的流水線檢定數(shù)據(jù)在下料單元進行箱表綁定，回庫射頻門進行數(shù)據(jù)完整性核驗，上傳到中間庫，由生產(chǎn)平臺進行檢定結(jié)果的最終審核，通過對自動化檢定設備進行網(wǎng)格化控制，確保流水線檢定工作的質(zhì)量。

3 實驗論證分析

綜上所述，本文闡述了自動化檢定流水線的硬件設計和軟件設計，為進一步驗證該系統(tǒng)在實際應用中能否達到理論論述的應用性能，將本文設計的系統(tǒng)和傳統(tǒng)基于人工介入的系統(tǒng)引入到相同的實驗環(huán)境當中，完成如下對比實驗。

將計量中心作為實驗依托，流水線檢定設計表位為1200個，人工檢定臺設計表位為五臺48表位，現(xiàn)將1200只單相智能電能表分別在兩種系統(tǒng)中進行試運行檢定，將整個檢定過程按照檢定環(huán)節(jié)進行計時。為更加清晰地驗證兩種系統(tǒng)的應用效果，本文選擇將檢定效率作為實驗評價指標，記錄兩種系統(tǒng)在實際應用中對1200塊智能電能表的檢定環(huán)節(jié)耗時作為實驗數(shù)據(jù)。將記錄得到的實驗數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表1 兩種檢定系統(tǒng)實驗對比結(jié)果

從表1中得出的數(shù)據(jù)可以看出，在同樣的檢定需求條件下，本文設計的系統(tǒng)完成1200只單相智能電能表的檢定任務所產(chǎn)生的檢定耗時明顯小于傳統(tǒng)系統(tǒng)檢定耗時，針對同一批電能表的分段計時累計檢定時間節(jié)約高達336.3min，且自動化檢定流水線通過運用人工智能、圖像識別、光電定位等多項自動化控制技術(shù)使得電能表自動流轉(zhuǎn)于各個檢定環(huán)節(jié)，多個環(huán)節(jié)可以同時進行檢定工作，人工檢定臺只能一個一個臺體進行全流程檢定，上表、雕刻、下表環(huán)節(jié)需要人工將智能電能表進行流轉(zhuǎn)，無法縮短檢定時間，所以本文設計的系統(tǒng)具有更高的應用意義和價值。同時，在實驗過程中，由于傳統(tǒng)基于人工介入的系統(tǒng)在對電能表進行檢定時，需要消耗大量人力，因此在經(jīng)濟方面用于人工的成本比例更高，另外，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，本文系統(tǒng)當中配套的設施數(shù)量進一步降低，用房面積等方面的成本支出也比較低，檢定效率大幅度提升，在長期的檢定工作中，本文系統(tǒng)的經(jīng)濟效益方面仍然占據(jù)很大優(yōu)勢。因此，通過對比實驗證明，本文提出的系統(tǒng)在實際應用中檢定效率得到明顯提升。

結(jié)束語：本文從硬件與軟件兩個方面，對新一代智能電能表自動化檢定流水線系統(tǒng)展開了設計與研究。其中，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)包括電能表異型弧面結(jié)構(gòu)的接駁表位、氣壓接線與拆線裝置等，在硬件設備的支撐下，拓展了智能電能表小電流點測量誤差范圍，結(jié)合自動化檢定設備進行網(wǎng)格化控制。完成系統(tǒng)理論設計后，通過對比實驗證明，相比傳統(tǒng)系統(tǒng)，本文設計的系統(tǒng)檢定效率高、人工成本低，在經(jīng)濟效益方面占有很大的優(yōu)勢。因此，可在后期的相關(guān)工作中，將設計的系統(tǒng)應用到工作實際，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在運行中的不足，實現(xiàn)對系統(tǒng)功能的進一步完善。