電能表自動加封系統(tǒng)的開發(fā)及應用

何健華　譚振豪

摘要：目前電能表自動檢定流水線已在國內部分省市供電局投入使用，封印加封作為計量檢定的后續(xù)工序，必將以實現(xiàn)自動化過程為目標。文章從當前自動加封系統(tǒng)發(fā)展的狀況，分析各種不同加封方法的利弊，通過實踐經驗，簡述自動加封系統(tǒng)的流程、機械結構和軟件實現(xiàn)，提出一套可行的設計方案。

關鍵詞：自動加封；系統(tǒng)結構；電能表

中圖分類號：TM933 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）20-0040-03

1 背景

隨著各電網公司大力推動電網智能化、自動化、信息化建設，大量智能電能表已標準化推廣應用，部分供電局已經建設電能表計量自動檢定流水線。自動檢定流水線已實現(xiàn)了電能表的自動檢定，但在封印的加封及信息錄入等工序仍需要手工操作，按省級電網公司每年100萬只電能表的檢定量，每天不少于3000只，平均8秒鐘要加封一只電能表，按每只電能表加封2個封印另加信息錄入，至少需要8個人7個小時不停地工作。封印加封的人員勞動強度大、工作效率低，成為制約實現(xiàn)電能表計量檢定全過程自動化的瓶頸，因此電能表自動加封系統(tǒng)的開發(fā)成為必然的趨勢。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)的前提和目標

標準化是自動化實現(xiàn)的前提，自動加封系統(tǒng)也不例外，不同的加封方式對電能表相關的外形要求并不相同。設計開發(fā)的初期首先要了解清楚用戶使用的是哪一個（或哪幾個）標準的電能表，設計的自動加封系統(tǒng)是否都適合這些標準，這是關鍵；其次要了解自動封印使用的安全性和加封效率是否達到用戶的要求。根據以上兩方面選擇不同的加封方式進行設計開發(fā)。

自動化生產的目標，一般指連續(xù)生產的能力、效率和成功率三個方面。對于自動加封系統(tǒng)，應付用戶偶爾加班的情況，連續(xù)生產能力應設計在48小時以上；考慮生產量偶然加大和檢修時間，效率根據日平均產量計算另加20%的裕度；成功率應能達到99%以上，才能保證減少人員干預連續(xù)生產的要求。

3 適合于自動加封的電能表

自動加封系統(tǒng)對電能表的外形及加封位置周圍的結構有一定的要求，為適應當前自動檢定流水線的要求，各電網公司對電能表的外形都有標準規(guī)范，如國網的Q_GDW355-2009《單相智能電能表型式規(guī)范》。外形的標準化，使得自動加封系統(tǒng)能依照一種（或多種）規(guī)范進行機械結構的設計，不同廠家的電能表能進行準確定位、傳送和加封。另外，不同的自動加封方式對加封位置周圍的結構有一定的要求，當前的電能表型式規(guī)范多是針對自動檢定流水線制定，并沒涵蓋自動加封的技術要求，因此并非所有符合型式規(guī)范的電能表都能適合于自動加封系統(tǒng)，系統(tǒng)設計初期應向用戶明確加封位置周圍結構的要求，采購合適的電能表進行生產。

4 自動加封的方式和特點

自動加封系統(tǒng)的功能包括封印加封、電能表條碼與封印條碼識別、綁定及錄入等。當前已知的自動加封方式有穿線式、卡扣式、鎖止式和壓嵌式四種，以下逐一介紹：

4.1 穿線式加封

如傳統(tǒng)的手工加封方式，用封線穿過電能表加封孔，再通過封印把封線兩端鎖緊實現(xiàn)加封。因穿線加封動作復雜，設計及零件加工要求較高，因此機械結構復雜。封印與普通的塑料封印相仿，可以選擇一維、二維條碼或RFID電子標簽，另帶用戶特定的編碼，防竊電性能最為可靠。技術上對電能表的穿線孔、封印螺絲孔有要求。

4.2 卡扣式加封

封印做成帶卡扣的方式，通過卡扣卡緊電能表穿線耳的外側（或內側）進行封裝。加封動作簡單，但加封的完整性不易檢查和觀察，條碼區(qū)域較小不容易預安裝，對條碼的選擇有一定的限制。加封的安全性不高，卡扣被單獨破壞后不易察覺。技術上對電能表穿線耳外形、穿線孔位置尺寸有要求。

4.3 鎖止式加封

用鎖銷穿過電能表穿線孔把封印與封印耳鎖在一起。加封動作簡單，加封完整性容易檢查，條碼區(qū)域較小不容易預安裝，對條碼的選擇有一定的限制。加封安全性較高，鎖銷不易被單獨破壞。技術上對電能表穿線耳外形、穿線孔位置尺寸有要求。

4.4 壓嵌式加封

先把金屬底座放入電能表穿線耳內用螺絲堅固，再把塑料封蓋壓入金屬底座，通過金屬底座的倒扣把上塑料封蓋扣緊完成封裝。為防撬塑料上蓋嵌入穿線耳上端平面，區(qū)域很小無法預裝條碼，可以用激光打印的方法把二維DM碼標刻在塑料封蓋上。加封動作簡單，加封完整性容易檢查，防撬性能高，但封印不難仿造進行激光打印，安全性一般。技術上對電能表的穿線耳內孔形狀尺寸有要求。

以上四種加封方式各有優(yōu)缺點，根據用戶的不同需求，主要考慮系統(tǒng)價格、封印成本、封印安全性、加封效率等因素，選擇不同的加封方式。

每種加封方式在技術上對電能表標準化的要求并不一樣，達不到相應的技術要求會對加封成功率造成很大的影響，成功率達不到98%以上自動化生產的意義就不大了。電能表標準化推廣需要一個長期的過程，因此當前較適合于投入生產使用的自動加封系統(tǒng)推薦穿線式和壓嵌式。如果強調封印的安全性，生產量要求不高時可選用穿線式。壓嵌式優(yōu)點較多，只是封印必須用激光打碼，安全性適中，適合應用于低端用戶的計量電能表，是當前自動加封系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。

5 系統(tǒng)構成

系統(tǒng)由機械結構、電氣回路、氣動回路、PLC及上層軟件構成，以下著重介紹穿線式和壓嵌式加封系統(tǒng)的機械結構及軟件系統(tǒng)。

5.1 系統(tǒng)流程構建

圖1 系統(tǒng)流程圖

七大機構功能如下：

檢測機構：檢測流水線上的電能表是否為當前型號電能表，加封位置是否適合于加封。

加封機構：對通過檢測的電能表進行加封。

送料機構：為加封機構輸送封印及附件。

信息采集：讀取電能表（及封?。┑木幋a，通過編碼查找，從用戶的營銷系統(tǒng)數(shù)據庫提取相關信息。

激光打碼：對封印進行激光打印編碼或圖案。

貼標機構：把提取的相關信息打印到合格證上，并貼在電能表指定位置。

信息錄入：把封印激光打印的相關信息寫入用戶營銷系統(tǒng)數(shù)據庫，發(fā)送完成信號。

5.2 機械結構

根據系統(tǒng)流程和用戶現(xiàn)場環(huán)境，設計各部分機構的平面布局，盡可能地把各機構模塊化，以靈活適應各種不同的環(huán)境。以下是3×3（米）現(xiàn)場環(huán)境實例的設計，設計范圍包含通道。

5.3 軟件系統(tǒng)

包括上層的數(shù)據交互總控系統(tǒng)和下層的PLC控制

系統(tǒng)。

PLC控制系統(tǒng)通過輸入輸出單元、定位、運動控制單元等，根據系統(tǒng)流程對七大機構進行順序、過程及運動控制。

1.流水線；2.檢測機構；3.加封機構；4.送料機構；5.信息采集機構；6.激光打碼機構；7.信息錄入機構；8.貼標機構；9.不合格品處理區(qū)

圖2 機械結構圖

總控系統(tǒng)負責數(shù)據信息收集與運算處理，協(xié)調PLC控制系統(tǒng)、激光打碼設備和貼標設備的整體運行，通過讀取電能表（及封印）的編碼來判斷其合法性。對合法的編碼進行信息綁定，并向用戶的營銷系統(tǒng)進行信息交互；不合法的編碼給出提示，并通過PLC控制系統(tǒng)把電能表送至不合格區(qū)進行人工處理。

信息控制經各機構單元的判斷元件發(fā)送至PLC控制系統(tǒng)進行處理，不合格品經人工調整再次進入流程，無法人工調整的進入不合格品處理程序退回電能表生產商。

信息采集系統(tǒng)包括信息采集是否成功、電能表封印編碼是否合法、電能表是否已檢定電能表等判斷過程，封印編碼的合法性和唯一性、電能表和封印編碼的成功綁定是確保用戶計量管理系統(tǒng)安全性的重要保障，以下是信息處理程序的實現(xiàn)。

procedure TF_WinSock.CheckListTimer（Sender： TObject）；

var Msg2，MeterNumber，LockSerialNumber，LockNumber：

string；

begin

Memo1.Lines.Add（'電能表：' + USB_MeterNumber +' 封印：' + USB_LockSerialNumber）；

if （USB_LockSerialNumber =''） or （Trim（USB_MeterNumber） =''） then

begin

ClientSocket1.Socket.SendText（'R01NG'）；

end

else //-----讀取條碼及綁定

begin

if （pos（' '，USB_MeterNumber） > 0） or （Length（Trim（USB_MeterNumber）） =0） then

begin

Exit； Abort；

end；

MeterNumber ：= USB_MeterNumber；

if （Length（LockSerialNumber） < 14） then

begin

//Application.MessageBox，MB_IconInformation）；

Memo1.Lines.Add

CheckList.Enabled ：= false；

ClientSocket1.Socket.SendText（'R01NG'）； //-----條碼合法性判斷

Exit； Abort；

End

6 結語

本企業(yè)設計、試制并生產國內首臺穿線式自動加封系統(tǒng)，先后在江門市和珠海市計量中心得到實際應用，加封成功率達到99.5%。穿線式機構對電能表標準化要求較低，適合當前大多數(shù)未完全標準化的電能表，但保證成功率的情況下，加封效率很難做到10（秒/只）以內。為實現(xiàn)電能表自動加封系統(tǒng)高效率、低成本的目標，國家電網公司正對電能表加封位置進行標準化，當標準實現(xiàn)后，壓嵌式自動封印系統(tǒng)將成為新一代主流的自動封印系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 趙增隆，馬坤.電能表檢定中若干問題的探討[J].中國計量，2010.

[2] 林曉慶.電網企業(yè)計量自動化系統(tǒng)應用研究[J].電力信息化，2013.

[3] 李鵬.基于計量系統(tǒng)數(shù)據的圖形模塊在江門電網的應用[J].廣西電力，2012.

作者簡介：何健華（1972—），男，廣東江門人，江門市大光明電力設備廠有限公司機械工程師，研究方向：電力行業(yè)產品及工程；譚振豪（1981—），男，廣東江門人，江門市大光明電力設備廠有限公司機械工程師，研究方向：機械設計制造及自動化。