單、三相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

李 野 曹國(guó)瑞 石衛(wèi)平

(天津市電力公司 電力科學(xué)研究院計(jì)量中心，中國(guó) 天津 300320)

0 引言

長(zhǎng)期以來，天津電力公司公司系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的手工方式開展電能計(jì)量器具的檢定工作，工作效率低，運(yùn)營(yíng)成本高，且檢定質(zhì)量與工作人員的技術(shù)水平密切相關(guān)，難以保證檢定標(biāo)準(zhǔn)和檢定結(jié)果的高度一致，難以滿足公司用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)和智能電能表快速推廣應(yīng)用的更高要求。

天津單、三相電能表檢定系統(tǒng)是以CPU卡表自動(dòng)化檢測(cè)功能為特色的全自動(dòng)流水線式檢定系統(tǒng)。以實(shí)現(xiàn)電能表檢定的“一指令啟動(dòng)”的自動(dòng)化程度為目標(biāo)，兼顧生產(chǎn)效益最大化，采用分布式模塊化的設(shè)計(jì)思路，保持可持續(xù)擴(kuò)展性。能夠?qū)崿F(xiàn)從控制系統(tǒng)下達(dá)檢定任務(wù)指令后，電能表由立體庫(kù)出庫(kù)到生產(chǎn)線、輸送、身份識(shí)別、定位、接線、試驗(yàn)、分揀、貼標(biāo)簽、裝箱、回庫(kù)等全過程的全自動(dòng)化作業(yè)。實(shí)現(xiàn)各試驗(yàn)項(xiàng)目的自動(dòng)完成，檢定過程符合規(guī)程要求，檢定裝置各項(xiàng)指標(biāo)滿足檢定工作需要，生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)具備足夠的安全性。實(shí)現(xiàn)“整體式授權(quán)、自動(dòng)化檢定、智能化倉(cāng)儲(chǔ)、物流化配送”的省級(jí)計(jì)量中心建設(shè)目標(biāo)，通過推廣應(yīng)用自動(dòng)化檢定系統(tǒng)和智能倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，提高計(jì)量檢定質(zhì)量、工作效率和管理水平，提升公司計(jì)量的透明度和公信力，確保準(zhǔn)確公正計(jì)量，塑造公司系統(tǒng)良好的服務(wù)形象。

自動(dòng)化檢定系統(tǒng)和智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)是近年來隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展而興起的新興技術(shù)，將自動(dòng)化、信息化和人工智能等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到常規(guī)的計(jì)量檢定和倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)中，能夠有效替代人工檢定過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確判定檢定結(jié)果，消除人為和地域因素引起的檢定質(zhì)量差異，可以有效提高檢定工作質(zhì)量效率和計(jì)量管理水平，代表了計(jì)量檢定技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，是省級(jí)計(jì)量中心建設(shè)的重要組成部分。

1 單、三相電能表自動(dòng)化檢定現(xiàn)狀分析

本文對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司進(jìn)行電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)建設(shè)的情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。從建設(shè)進(jìn)度的角度統(tǒng)計(jì)，目前各省級(jí)計(jì)量中心建設(shè)進(jìn)度分為已經(jīng)投運(yùn)、正在建設(shè)、計(jì)劃建設(shè)、選址規(guī)劃四種。（運(yùn)行階段主要指完成自動(dòng)化設(shè)備安裝調(diào)試，正在開展集中檢定業(yè)務(wù)的階段；建設(shè)階段主要指目前完成自動(dòng)化設(shè)備采購(gòu)，正在進(jìn)行安裝調(diào)試的階段；計(jì)劃階段主要指目前完成初步設(shè)計(jì)，正在開展設(shè)備或準(zhǔn)備開展設(shè)備采購(gòu)的階段；規(guī)劃階段主要指目前正在進(jìn)行選址，尚未開展或準(zhǔn)備開展初步設(shè)計(jì)的階段）。

處于運(yùn)行階段的單位有：河南、青海；

處于建設(shè)階段的單位有：冀北、山東、天津、重慶、浙江；

下表統(tǒng)計(jì)了在運(yùn)（在建）單、三相電能表流水線基本情況，從處于運(yùn)行階段的單位運(yùn)行效果來看，由于自動(dòng)化檢定系統(tǒng)包含諸多檢定功能單元，如果節(jié)拍設(shè)計(jì)不當(dāng)，將導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不流暢、輸送效率低，檢定能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

表1 在運(yùn)（在建）單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)基本情況

表2 在運(yùn)（在建）三相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)基本情況

構(gòu)成自動(dòng)化檢定系統(tǒng)主要組成部分的自動(dòng)化設(shè)備和檢定裝置,均為相對(duì)成熟的產(chǎn)品，但為適應(yīng)電能計(jì)量器具檢定的特殊性，設(shè)計(jì)和開發(fā)了較多的非標(biāo)產(chǎn)品：如編程鍵觸發(fā)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)封印機(jī)構(gòu)等。由于運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)和設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，其運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性均存在一定問題。

2 天津電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)

本文針對(duì)目前智能電能表自動(dòng)化流水線檢測(cè)技術(shù)研究和實(shí)際應(yīng)用的不足，以天津單項(xiàng)電能表自動(dòng)化流水線檢測(cè)項(xiàng)目為依托，針對(duì)電能表檢定檢測(cè)開展的技術(shù)研究及工程應(yīng)用工作，按“天津市電力公司計(jì)量中心單、三相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)招標(biāo)技術(shù)規(guī)范書”設(shè)計(jì)制造。按照相關(guān)的國(guó)家和行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合天津市電力公司計(jì)量中心的實(shí)際使用需要、建設(shè)目標(biāo)、場(chǎng)地條件、系統(tǒng)規(guī)劃需求等各方面設(shè)計(jì)依據(jù)，基于國(guó)際先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)而提出的自動(dòng)化檢定系統(tǒng)方案，該方案能夠與計(jì)量中心的立庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，完成全自動(dòng)的接表、上料、輸送、接線、檢定、分檢、裝箱、送出等一系列全自動(dòng)操作，并完成與計(jì)量中心的信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，形成完整的、統(tǒng)一的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)方案是基于計(jì)量中心的基建條件而設(shè)計(jì)的，它依據(jù)場(chǎng)地特點(diǎn)，合理布局，做到充分利用、方便操控、方便維護(hù)、可伸縮、可擴(kuò)展。具體從電能表上下料、耐壓試驗(yàn)、功耗測(cè)試、外觀和標(biāo)志檢查、準(zhǔn)確度檢定和多功能試驗(yàn)六個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行開展研究和實(shí)驗(yàn)工作，從生產(chǎn)信息調(diào)度平臺(tái)出發(fā)，將項(xiàng)目劃分為14個(gè)子項(xiàng)，提出了基于智能電能表自動(dòng)化流水線檢定技術(shù)為核心的一整套研發(fā)理論體系和技術(shù)方案，并開發(fā)了14個(gè)與此相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)。項(xiàng)目覆蓋電能表檢定檢測(cè)的全過程，滿足國(guó)家電網(wǎng)公司電能表檢測(cè)規(guī)范及電能表檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。檢定系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)充分考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性、實(shí)用性、完整性、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，以及系統(tǒng)的拓展性。項(xiàng)目做到計(jì)量業(yè)務(wù)流程運(yùn)轉(zhuǎn)順暢，模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、拓展性好、工藝美觀、維護(hù)方便、工作環(huán)境友好、低噪低耗、節(jié)能環(huán)保，實(shí)現(xiàn)與倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)無縫連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體建設(shè)規(guī)模為單班運(yùn)行日檢定能力不低于2880只單相電能表、年檢定不少于72萬只單相電能表；280只三相電能表、年檢定不少于7.2萬只三相電能表的檢定。系統(tǒng)在研究實(shí)現(xiàn)過程中，重點(diǎn)需要考慮以下關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)研究與開發(fā)。

2.1 自動(dòng)接線

檢定自動(dòng)接線是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢定處理最關(guān)鍵的技術(shù)，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢定的基本保障，本系統(tǒng)采用的是為智能電能表自動(dòng)化檢定專門設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)接線座，它采用鑲銀月牙型電壓、電流端子，大大降低了接觸電阻，每個(gè)端子4kg的接觸力，保證了在通過100A電流時(shí)不過載、不發(fā)熱；并且在檢定裝置的每一個(gè)表位都設(shè)置一個(gè)自動(dòng)接線檢測(cè)機(jī)構(gòu)，每當(dāng)裝置自動(dòng)接線完成、開始檢定前，都自動(dòng)進(jìn)行接線檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)電流接線檢測(cè)、過載自動(dòng)保護(hù)、費(fèi)控功能試驗(yàn)以及空表位電流自動(dòng)短路和電壓斷路等功能。如圖1所示：

圖1 定位接線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意

2.2 外觀檢測(cè)

在檢定系統(tǒng)中設(shè)置視頻采集單元，包括自動(dòng)定位、接線、自動(dòng)升壓、自動(dòng)判定結(jié)果等，對(duì)電能表液晶顯示屏全顯工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)拍照與識(shí)別，采集電能表液晶顯示圖像信息并與標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行比較核對(duì)，判定有無不顯、缺段，自動(dòng)完成電能表液晶顯示檢測(cè)。外觀檢測(cè)配備工業(yè)智能相機(jī)，配合自動(dòng)接線加電單元，能夠?qū)㈦娔鼙碜詣?dòng)加電，工業(yè)相機(jī)自動(dòng)拍照，并進(jìn)行外觀和電氣性能檢測(cè)。

2.3 自動(dòng)封印

電能表編程開關(guān)蓋采用一種新型專利技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化封印，這種方法包括封印底座、封印蓋、封印螺釘；封印底座上設(shè)有與電能表封印位置機(jī)械相配合的孔，在電能表的編程開關(guān)封印位置，先放置封印底座，封印底座上有與智能電能表封印螺絲位置對(duì)應(yīng)的孔，并設(shè)置有與封印蓋對(duì)應(yīng)的鎖扣裝置，螺釘擰上后，可將封印底座固定，然后再扣上帶有彈性鎖扣的封印蓋，封印蓋蓋上后，罩住螺絲頭。如圖2所示：

圖2 封印的仿偽與加密示意圖

電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)由管理層、傳輸層、執(zhí)行層組成。管理層為檢定系統(tǒng)管理平臺(tái)，接受生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)下達(dá)的檢測(cè)計(jì)劃，對(duì)整個(gè)檢定系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，并將檢定結(jié)果、封印和裝箱信息上報(bào)生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)。傳輸層為輸送單元，完成電能表在檢定過程中的輸送和定位。執(zhí)行層由若干功能單元構(gòu)成，執(zhí)行檢定系統(tǒng)管理平臺(tái)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表的的全自動(dòng)檢定及自動(dòng)分揀。

檢定系統(tǒng)的硬件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由上料、輸送、接拆線、耐壓試驗(yàn)、功耗測(cè)試、準(zhǔn)確度檢定和多功能試驗(yàn)、插卡、編程、直觀和通電檢查、封印、貼標(biāo)、下料等單元組成；軟件部分主要由檢定系統(tǒng)管理軟件、檢定軟件、控制軟件等組成，構(gòu)成檢定系統(tǒng)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電能表檢定、檢測(cè)作業(yè)的全過程自動(dòng)化、智能化。檢定系統(tǒng)組成如圖3所示：

圖3 電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)組成示意圖

單相電能表自動(dòng)化檢定系設(shè)計(jì)有10組的檢定單元，每組檢定單元由60個(gè)檢定工位組成，共計(jì)600個(gè)檢定表位，年檢定能力可達(dá)72萬具，系統(tǒng)組成示意圖如圖4所示：

圖4 單相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)組成示意圖

三相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)中有10組的檢定單元，每組檢定單元由20個(gè)檢定工位構(gòu)成，共計(jì)200個(gè)檢定表位，設(shè)計(jì)年檢定量7.2萬具，系統(tǒng)組成示意圖如圖5所示：

圖5 三相電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)組成示意圖

系統(tǒng)在試運(yùn)行期問，我們對(duì)智能檢定模式與傳統(tǒng)檢定模式下的檢定裝置，進(jìn)行了電能表檢定工作程序的性能比對(duì)和效率分析。結(jié)果表明，采用智能檢定模式后，原來的人工作業(yè)方式均提升為智能化和自動(dòng)化作業(yè)方式，60表位一批的電能表檢定節(jié)省時(shí)間約92分鐘，單臺(tái)檢定裝置提高檢定效率150%，配套設(shè)施減少90%，減少檢定裝置70%，用房面積減少40%，人員使用減少90%，每年可節(jié)省成本約566萬元。隨著電能計(jì)量的再集約、再深化，規(guī)模效應(yīng)將更加顯著，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益將更加明顯，如表3所示：

表3 智能檢定模式與傳統(tǒng)檢定模式對(duì)比

3 電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)改進(jìn)

電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的主要組成部分是自動(dòng)化設(shè)備和檢定裝置，均為相對(duì)成熟的產(chǎn)品，為適應(yīng)電能表自動(dòng)化檢定的特殊性，設(shè)計(jì)和開發(fā)了較多的非標(biāo)產(chǎn)品，如編程鍵觸發(fā)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)封印機(jī)構(gòu)等，其運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性均存在一定問題。

針對(duì)天津電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)編程鍵觸發(fā)機(jī)構(gòu)及自動(dòng)封印機(jī)構(gòu)存在的穩(wěn)定性和可靠性較差的實(shí)際問題，在保證單相電能表安全的前提下，我們提出了增加單相電能表編程開關(guān)無效狀態(tài)。增加單相電能表編程開關(guān)無效狀態(tài)后，編程開關(guān)狀態(tài)分兩種，即編程開關(guān)有效狀態(tài)和編程開關(guān)無效狀態(tài)。編程開關(guān)有效狀態(tài)：按壓編程按鈕，可進(jìn)入允許編程狀態(tài)或無法編程狀態(tài)，此時(shí)編程功能應(yīng)完全符合國(guó)網(wǎng)要求；編程開關(guān)無效狀態(tài)：?jiǎn)蜗嚯娔鼙硎冀K處于編程允許狀態(tài)（無自動(dòng)退出時(shí)間限制），此時(shí)編程開關(guān)符號(hào)閃爍，無論是否按壓編程按鈕，均不會(huì)退出允許編程狀態(tài)。如表4所示：

表4 電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的改進(jìn)

從表中可以看出增加電能表編程開關(guān)無效狀態(tài)，自動(dòng)化檢定系統(tǒng)無需對(duì)電能表進(jìn)行松編程按鈕蓋螺絲、翻編程按鈕蓋、按編程按鈕、緊編程按鈕蓋螺絲、松編程按鈕蓋螺絲、送翻編程按鈕蓋封印下座、送翻編程按鈕蓋封印下蓋等機(jī)械動(dòng)作,直接解決了編程鍵觸發(fā)機(jī)構(gòu)和自動(dòng)封印機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性的問題，同時(shí)也降低了自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的建設(shè)成本。

4 小結(jié)

采用自動(dòng)化檢定系統(tǒng)和智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，能夠消除人為和地域因素引起的檢定質(zhì)量差異，有效提高檢定、配送工作效率和計(jì)量管理水平，實(shí)現(xiàn)省級(jí)計(jì)量檢定整體授權(quán)，增強(qiáng)公司系統(tǒng)計(jì)量工作的管控力和影響力，是公司“五大”體系建設(shè)的必然要求。但由于自動(dòng)化檢定系統(tǒng)和智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)涉及基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理、客戶服務(wù)等多項(xiàng)內(nèi)容，覆蓋范圍廣，建設(shè)投資大，技術(shù)含量高，為了規(guī)避建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，提出以下建議：

4.1 科學(xué)規(guī)劃，穩(wěn)妥推進(jìn)

省級(jí)計(jì)量中心在建設(shè)自動(dòng)化檢定系統(tǒng)和智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，要提高風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，科學(xué)規(guī)劃建設(shè)方案和推進(jìn)計(jì)劃，積極穩(wěn)妥推進(jìn)建設(shè)。建設(shè)初期自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的檢定能力占全部檢定量的比例不宜過大，應(yīng)配置不少于20%常規(guī)檢定能力。

4.2 強(qiáng)化評(píng)估，完善標(biāo)準(zhǔn)

組織專家組對(duì)現(xiàn)已投運(yùn)和正在建設(shè)的自動(dòng)化檢定系統(tǒng)和智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行全面評(píng)估，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，盡快修訂完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)，組織開展新建系統(tǒng)初設(shè)方案評(píng)審優(yōu)化工作。

4.3 嚴(yán)格驗(yàn)收，確保質(zhì)量

邀請(qǐng)系統(tǒng)內(nèi)外技術(shù)專家成立驗(yàn)收專家組，依據(jù)國(guó)家相關(guān)檢定規(guī)程和公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，編制詳細(xì)、全面的驗(yàn)收方案，對(duì)施工質(zhì)量、制造工藝、建設(shè)過程管理等環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格檢查，建設(shè)精品工程。

4.4 優(yōu)化管理，高效運(yùn)行

加強(qiáng)運(yùn)維管理，建立完善的運(yùn)行人員定崗及培訓(xùn)體系，實(shí)行持證上崗制度，定期開展技術(shù)培訓(xùn)，不斷提高員工的技術(shù)水平。建立并實(shí)施完善的質(zhì)量監(jiān)督體系和運(yùn)行維護(hù)體系，確保設(shè)備安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。

4.5 加強(qiáng)溝通，整體授權(quán)

應(yīng)積極主動(dòng)與技術(shù)監(jiān)督部門進(jìn)行溝通，以獲得技術(shù)監(jiān)督部門的理解與支持，爭(zhēng)取自動(dòng)化檢定系統(tǒng)能夠盡快通過計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核及授權(quán)，確保合法開展計(jì)量檢定工作。

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