淺析單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的應(yīng)用

張芯茹，李 蕊，文玉堂

（甘肅省計(jì)量研究院，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

隨著當(dāng)今社會(huì)的快速發(fā)展，人們對電能資源的需求也日益增多，電能的計(jì)量關(guān)乎著民生大計(jì)。電能表作為不可或缺的電能計(jì)量裝置及經(jīng)濟(jì)結(jié)算的依據(jù)，關(guān)乎著各行各業(yè)的切身利益。傳統(tǒng)的人工電能表檢定模式效率較低，計(jì)量成本較高，人為和地域因素影響較大，已經(jīng)滿足不了目前電能表實(shí)際的需求[1]，需要不斷降低成本，提高效率，來滿足日益增長的電能計(jì)量要求。所以，使用具有自動(dòng)化、無人化、智能化等特點(diǎn)的電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)成為必然趨勢，對該系統(tǒng)的應(yīng)用分析也變得尤為重要。

文章以鄭州某廠家生產(chǎn)的單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)為研究對象，主要對能批量進(jìn)行單相智能電能表的流水線形式的全自動(dòng)檢定需要的軟硬件構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)電能表從自動(dòng)上料、自動(dòng)耐壓、檢定和自動(dòng)分揀、下料等全過程自動(dòng)化的運(yùn)作流程，以及在使用過程中優(yōu)劣方面進(jìn)行分析。

2 單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)構(gòu)成

圖1為甘肅省計(jì)量研究院新區(qū)檢測基地建成實(shí)驗(yàn)室中的單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)。文章以該系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹了單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成。

圖1 單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)

該檢定系統(tǒng)以模塊化設(shè)計(jì)為前提來搭建硬件系統(tǒng)，按照《電子式交流電能表》（JJG 596—2012）檢定規(guī)程[2]完成所有檢定項(xiàng)目；主要由上料單元、輸送單元、圖像識別單元、接拆線單元、直觀和通電檢查單元、自動(dòng)耐壓試驗(yàn)單元、多功能檢定單元、自動(dòng)插卡單元、編程單元、自動(dòng)封表單元、貼標(biāo)單元和下料單元等部分組成[3]。

該系統(tǒng)主標(biāo)準(zhǔn)器由單相電能表檢定裝置及單相電能表耐壓試驗(yàn)裝置、交流耐電壓測試儀、電氣設(shè)備耐壓測試儀、單相標(biāo)準(zhǔn)電能表和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘模塊組成[4]。

該檢定系統(tǒng)軟件采用平臺(tái)化設(shè)計(jì)，主要由檢定輸送、檢定控制和檢定系統(tǒng)管理三部分組成。與生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)采用外部接口連接，與控制和檢定軟件通過內(nèi)部接口連接[5]。本系統(tǒng)利用PLC控制器來實(shí)現(xiàn)線體輸送裝置之間的通信，構(gòu)建了輸送管理模塊，以完成對相關(guān)機(jī)械裝置的監(jiān)控，例如拆堆垛機(jī)、擋停等；檢定控制模塊監(jiān)控待檢表的檢定參數(shù)、流程等，同時(shí)對電能表施加密鑰下裝操作；檢定管理模塊主要對已知檢定任務(wù)的工作流程、裝置運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，若監(jiān)控狀態(tài)出現(xiàn)異常，通過外部接口和內(nèi)部接口上載數(shù)據(jù)，并處理異常警告。三部分均通過獨(dú)立頁面進(jìn)行控制，互不影響，方便操作與監(jiān)控，功能整合性好。

3 單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)運(yùn)作流程

圖2為單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的工作流程圖。

圖2 單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)流程圖

首先電能表到貨入庫，入庫完成后計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)依據(jù)檢定計(jì)劃制定檢定任務(wù)，然后向倉儲(chǔ)系統(tǒng)校驗(yàn)檢定任務(wù)，確定待檢定設(shè)備數(shù)量，確認(rèn)無誤后制定檢定任務(wù)，將檢定任務(wù)下發(fā)至流水線或檢定臺(tái)，自動(dòng)化流水線接收到檢定任務(wù)，根據(jù)檢定任務(wù)向計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)申請待檢設(shè)備。

由計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)生成檢定出庫任務(wù)下發(fā)倉儲(chǔ)系統(tǒng)，倉儲(chǔ)完成設(shè)備出庫后，上傳出庫明細(xì)信息至計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)，經(jīng)計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)至流水線，上料處條碼槍獲取上料資產(chǎn)信息，獲取成功后根據(jù)任務(wù)信息核對表箱要去的線體，核對后放行至拆垛機(jī)拆垛，將一垛表（6箱）拆成單箱到上料機(jī)器人進(jìn)行抓表，上料機(jī)器人通過機(jī)械抓手將單箱表內(nèi)的表抓取放至空托盤處進(jìn)行綁定，將表?xiàng)l碼、電子條碼與空托盤進(jìn)行綁定，綁定時(shí)會(huì)將表?xiàng)l碼與電子條碼進(jìn)行比對，比對成功后放行，比對不成功需人工確認(rèn)手動(dòng)放行，并直接判定為不合格。

綁定處綁定完畢放行后，電能表隨托盤輸送至耐壓試驗(yàn)單元進(jìn)行耐壓檢測（耐壓檢測為一次檢測），表進(jìn)滿倉后頂升升起、壓接氣缸前進(jìn)，對輔助端子、電壓電流端子進(jìn)行準(zhǔn)確對接并接通電源進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)結(jié)束后檢定結(jié)論自動(dòng)更新到數(shù)據(jù)庫。

耐壓試驗(yàn)完畢后，電表隨托盤輸送至外觀檢測單元，表進(jìn)滿倉后頂升升起、壓接氣缸前進(jìn)，對輔助端子、電壓電流端子進(jìn)行準(zhǔn)確對接并接通電源進(jìn)行外觀檢測，外觀檢測結(jié)束后拍攝照片存至本地電腦，檢定結(jié)存更新到數(shù)據(jù)庫，外觀不合格會(huì)回流3次減少誤檢率。

外觀檢測完畢后，電表隨托盤輸送至多功能檢定單元，表進(jìn)滿倉后頂升升起、壓接氣缸前進(jìn)，對輔助端子、電壓電流端子進(jìn)行準(zhǔn)確對接并接通電源進(jìn)行多功能檢定試驗(yàn)，多功能檢定單元試驗(yàn)完畢發(fā)退表后更新檢定結(jié)論及檢定數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫，并等待分配出倉，檢定不合格會(huì)回流3次減少誤檢率。

多功能檢定單元檢定完畢分配出倉后，電能表隨托盤輸送至分揀機(jī)器人處進(jìn)行分揀，需要回流的表分揀至回流臺(tái)，回流臺(tái)存夠6支表后重新放至空托盤進(jìn)行綁定重新檢測并記回流次數(shù)一次，耐壓不合格的存至耐壓不合格臺(tái)，耐壓不合格臺(tái)存夠12支后進(jìn)行耐壓不合格裝箱。

電能表分揀完畢后進(jìn)行二次綁定，二次綁定將電表與單托盤進(jìn)行綁定，并將電表綁定的托盤號更新到數(shù)據(jù)庫。

二次綁定完成后合格電表到鉛封單元進(jìn)行鉛封，在電表的右耳及編程處各按壓一個(gè)完好的鉛封，如鉛封按壓失敗報(bào)警需人工處理；鉛封按壓成功后電能表跟隨托盤輸送至鉛封信息綁定單元，通過兩個(gè)條碼槍將右耳及編程處鉛封上的二維碼信息掃出，并將鉛封信息更新至數(shù)據(jù)庫。

鉛封信息綁定完成后，電能表跟隨托盤輸送至貼標(biāo)單元進(jìn)行貼標(biāo)，本地貼標(biāo)程序自動(dòng)生成標(biāo)簽信息，傳送給貼標(biāo)機(jī)，貼標(biāo)機(jī)將標(biāo)簽信息打印在標(biāo)簽各對應(yīng)位置上，粘貼在表頭的側(cè)面，通過條碼槍對標(biāo)簽信息進(jìn)行驗(yàn)證，在數(shù)據(jù)庫更新貼標(biāo)信息數(shù)據(jù)。

合格表貼標(biāo)完成后隨托盤輸送至下料機(jī)器人處進(jìn)行裝箱，下料機(jī)器人處存夠3塊表時(shí)，機(jī)器人抓手將表從托盤上抓取放入周轉(zhuǎn)箱內(nèi)，周轉(zhuǎn)箱內(nèi)表存夠12塊時(shí)將箱子放行，箱子放行完成后面空箱輸送至下料機(jī)器人處，機(jī)器人繼續(xù)抓表。

下料機(jī)器人抓取滿箱放行后，輸送至下料射頻門處進(jìn)行組箱，下料射頻門核對電能表的數(shù)據(jù)是否一致，核對無誤后將表計(jì)關(guān)系與周轉(zhuǎn)箱綁定到一起，并更新到本地?cái)?shù)據(jù)庫。

組箱成功后合格表輸送至合格碼垛機(jī)進(jìn)行碼垛，不合格表輸送至不合格碼垛機(jī)進(jìn)行碼垛，耐壓不合格表輸送至耐壓不合格碼垛機(jī)進(jìn)行碼垛，通過升降機(jī)對周轉(zhuǎn)箱進(jìn)行逐層碼垛，當(dāng)碼垛層數(shù)達(dá)到六層時(shí)為一垛，驗(yàn)證6箱表計(jì)檢定數(shù)據(jù)結(jié)論是否一致，如果一致進(jìn)行組垛，并將組垛信息更新到本地?cái)?shù)據(jù)庫，如果不一致進(jìn)行報(bào)警提示，人工查看組垛不成功原因進(jìn)行處理。

碼垛成功后出碼垛機(jī)，上傳檢定明細(xì)及結(jié)果；由計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)生成入庫任務(wù)，下發(fā)倉儲(chǔ)系統(tǒng)，由倉儲(chǔ)系統(tǒng)完成入庫任務(wù)；數(shù)據(jù)上傳成功后，垛表通過輥筒線體輸送至與立庫倉儲(chǔ)接駁處，在接駁處由立庫驗(yàn)證垛計(jì)信息，驗(yàn)證無誤后輸送至立庫倉儲(chǔ)線體入庫。

4 單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)應(yīng)用分析

4.1 應(yīng)用優(yōu)勢

本自動(dòng)化檢定系統(tǒng)從自動(dòng)完成倉儲(chǔ)系統(tǒng)出庫，到將待檢表的周轉(zhuǎn)箱輸送到接料位，之后進(jìn)行檢定、上載數(shù)據(jù)、入庫等自動(dòng)化處理，大大減輕了檢定人員在常規(guī)檢定中拆箱、架表、運(yùn)行檢定系統(tǒng)再取表裝箱的任務(wù)量，節(jié)約了大量檢定時(shí)消耗的時(shí)間，提高了電能表檢定工作的效率，據(jù)統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)化檢定系統(tǒng)2人完成的檢定任務(wù)需要常規(guī)檢定裝置25人來完成，按照人均工作效率來計(jì)算，自動(dòng)化檢定系統(tǒng)提高了12.5倍。

在自動(dòng)化檢定過程中，自動(dòng)上料、自動(dòng)耐壓、檢定和自動(dòng)分揀、下料等全過程自動(dòng)化，全部檢定流程由生產(chǎn)調(diào)度人員負(fù)責(zé)，減少了中間的交接環(huán)節(jié)，保證了檢定的質(zhì)量和檢定過程的標(biāo)準(zhǔn)化。

通過現(xiàn)場應(yīng)用，減少了人為誤差和系統(tǒng)誤差，提高了檢定穩(wěn)定度和能力，自動(dòng)化檢定系統(tǒng)能完全滿足單相電能表現(xiàn)場使用的需要。

4.2 有待改進(jìn)方面

本自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的自動(dòng)作業(yè)對于待檢智能電表的外形尺寸要求較為嚴(yán)格，不同廠家的外形模具存在一定差異，在制造工藝上也有偏差，據(jù)統(tǒng)計(jì)外形尺寸偏差最大達(dá)2 mm；另外，型式規(guī)范中沒有明確規(guī)定電表表蓋螺絲和編程封螺絲的位置，各廠家差異較大，給綁定、自動(dòng)封表和貼標(biāo)帶來了技術(shù)難度。一方面，可在后期對流水線優(yōu)化改進(jìn)，提高對外形尺寸的適應(yīng)能力；另一方面，國家可以對智能電表型式規(guī)范進(jìn)行進(jìn)一步修訂，以細(xì)化表的相關(guān)尺寸，規(guī)范各廠家的制表工藝。

常規(guī)檢定裝置中最為耗時(shí)的是在起動(dòng)試驗(yàn)和潛動(dòng)試驗(yàn)環(huán)節(jié)，本自動(dòng)化檢定系統(tǒng)也不例外，應(yīng)對檢定處理系統(tǒng)控制模塊進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用研究，減少起動(dòng)試驗(yàn)和潛動(dòng)試驗(yàn)時(shí)間，以便更進(jìn)一步縮短整個(gè)檢定過程時(shí)間。

隨著本自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的應(yīng)用，會(huì)有很多外部因素影響自動(dòng)化檢定的成功與否，例如：表?xiàng)l碼印刷不規(guī)范使得讀碼失敗；智能電表液晶版面沒有統(tǒng)一型式，需要在系統(tǒng)中根據(jù)每個(gè)廠家制作不同的模板，給前期檢定準(zhǔn)備工作增加負(fù)擔(dān)；表計(jì)載波模塊裝配不到位，導(dǎo)致編程開關(guān)蓋不能自然合攏；表編程開關(guān)蓋裝配不規(guī)范，開啟失敗，按鍵作用力不等，會(huì)卡鍵，導(dǎo)致按鍵失?。徊煌瑥S家表插卡卡槽深度、阻力不一，易造成插卡不到位；不同載波模塊性能不一，載波模塊通信成功率也會(huì)下降；周轉(zhuǎn)箱的變形容易造成機(jī)械手故障保護(hù)等。

結(jié)合以上種種因素，在之后的檢定過程中應(yīng)對相關(guān)問題進(jìn)行歸納總結(jié)，更深一步研究分析，有效降低系統(tǒng)運(yùn)行過程中各類外部因素對檢定工作的影響；同時(shí)，提高檢定人員的檢定技能，對能避免或者能解決的問題及時(shí)進(jìn)行處理，以便提高智能電表自動(dòng)化檢定水平。