一種電能表封印自動刻碼設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與使用

趙炳輝 姚智聰 彭龍 葉天豪

摘要：針對電能計(jì)量自動化檢定流水線存在的問題，提出了研發(fā)一種新型電能表封印自動刻碼設(shè)備系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、主要功能以及核心技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中有效提高了電能表自動化檢定流水線的可適應(yīng)性、準(zhǔn)確性和工作效率。

關(guān)鍵詞：新型電能表封印;計(jì)量自動化檢定;自動刻碼;設(shè)計(jì);應(yīng)用

0 ? ?引言

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司計(jì)量中心擁有五線一庫，承擔(dān)著廣東省電能計(jì)量設(shè)備的統(tǒng)一授權(quán)、集中檢定、集中存儲、統(tǒng)一配送工作，是確保整個廣東省電能計(jì)量檢定工作穩(wěn)定開展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如何提高電能計(jì)量檢定裝置的工作效率和正確率，是計(jì)量檢定中心一直致力研究的方向。

1 ? ?項(xiàng)目背景

目前廣東電網(wǎng)公司省級計(jì)量檢定中心自動化檢定流水線雕刻單元刻碼成功率為99.9%，按照單相表年檢定能力828萬只計(jì)算，將有8 280只封印雕刻不清晰、不成功。為保證電能表的檢定效率，根據(jù)生產(chǎn)需要，需單獨(dú)配置一臺電能表自動刻碼裝置，快速、批量解決刻碼不成功問題。但是當(dāng)前計(jì)量中心沒有單獨(dú)的電能表自動刻碼裝置，為保障電能表檢定工作的正常開展，解決電能表因刻碼不成功影響檢定效率的問題，需設(shè)計(jì)開發(fā)一套電能表封印自動刻碼設(shè)備系統(tǒng)。

2 ? ?項(xiàng)目實(shí)施

2.1 ? ?項(xiàng)目技術(shù)方案

基于上述問題，本文提出了研發(fā)一種新型電能表封印自動刻碼設(shè)備。如圖1所示，系統(tǒng)主要由工控機(jī)、激光刻碼機(jī)、標(biāo)簽打印機(jī)、條碼掃描槍、PLC、粉塵煙霧凈化器裝置、送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)和下料機(jī)構(gòu)組成。其中工控機(jī)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)通過局域網(wǎng)進(jìn)行通信，工控機(jī)與標(biāo)簽打印機(jī)、激光刻碼機(jī)、PLC、條碼掃描槍通過設(shè)備內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接通信，PLC通過I/O與其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行通信并實(shí)現(xiàn)控制。設(shè)備系統(tǒng)能夠按照設(shè)計(jì)控制要求進(jìn)行協(xié)調(diào)動作，并將電能表的信息自動掃描錄入管理系統(tǒng)，同時管理系統(tǒng)可與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新和管理自動化。

2.2 ? ?項(xiàng)目實(shí)施

2.2.1 ? ?整體實(shí)施

新型電能表封印自動刻碼設(shè)備系統(tǒng)的核心設(shè)備如圖2所示，各模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能分別為：

（1）激光刻碼機(jī)：實(shí)現(xiàn)電能表封印的刻碼作業(yè)。

（2）粉塵煙霧凈化器裝置：配合激光刻碼機(jī)，凈化封印刻碼過程中的粉塵、煙霧、異味等。

（3）掃描槍：便攜式無線掃描槍，讀取電能表及封印上的一、二維碼及條碼信息。

（4）標(biāo)簽打印機(jī)：實(shí)現(xiàn)在空白標(biāo)簽上清晰打印日期、批次號、二維碼等信息。

（5）封印供料振動盤：采用偏心振動的方式將封印按照要求的形狀和順序進(jìn)行排列。

（6）機(jī)械機(jī)構(gòu)裝置：配合振動盤及激光刻碼機(jī)對封印進(jìn)行打碼定位、出料等。

（7）電能表周轉(zhuǎn)箱托架：配合現(xiàn)場現(xiàn)有的AGV小車及電能表周轉(zhuǎn)箱使用的專用電能表周轉(zhuǎn)箱托架。

（8）工控機(jī)：實(shí)現(xiàn)設(shè)備與生產(chǎn)管理系統(tǒng)信息對接，控制設(shè)備執(zhí)行操作。

（9）管理系統(tǒng)：與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，控制設(shè)備進(jìn)行二維碼刻碼的雕刻和合格證標(biāo)簽打印;管理系統(tǒng)與計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、更新、管理自動化。

2.2.2 ? ?項(xiàng)目技術(shù)核心

新型電能表封印自動化刻碼設(shè)備核心技術(shù)具體表現(xiàn)在：

（1）自動刻碼機(jī)構(gòu)。

自動化刻碼機(jī)構(gòu)主要包括封印供料振動盤、機(jī)械機(jī)構(gòu)裝置，如圖3所示。封印供料振動盤采用偏心振動的方式將封印按照要求的形狀和順序進(jìn)行排列，并依次運(yùn)送到送料口，封印送料機(jī)構(gòu)檢測到封印后由吸料動作氣缸帶動彈性吸料盤將封印從封印送料振動盤吸起;直線運(yùn)動模組帶動吸料動氣缸吸料盤上的封印，送至封印定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行激光刻碼;完成刻碼后，直線運(yùn)動模組帶動吸料動氣缸吸料盤上的封印，送至封印卸料槽。封印送料機(jī)構(gòu)又重復(fù)上述動作進(jìn)行下一個封印定位。

為了精準(zhǔn)定位封印進(jìn)行激光刻碼，封印定位機(jī)構(gòu)的微動調(diào)節(jié)平臺能適配激光雕刻機(jī)的X軸送料方向的微調(diào)，當(dāng)封印經(jīng)過導(dǎo)向件1和導(dǎo)向件2導(dǎo)正方向后進(jìn)行激光刻碼;完成刻碼后，頂起氣缸頂針略微頂起封印，避免卡料，以便送料機(jī)構(gòu)上的吸盤帶走封印。

（2）激光刻碼及煙塵凈化。

新型電能表封印自動刻碼設(shè)備系統(tǒng)中的激光刻碼機(jī)采用的是靜止工位刻碼作業(yè)。當(dāng)傳感器檢測到封印定位機(jī)構(gòu)將封印傳送到位后，系統(tǒng)軟件將輸出信號或PLC輸出脈沖信號激發(fā)激光刻碼機(jī)，同時激光刻碼機(jī)與工控機(jī)中的生產(chǎn)管理系統(tǒng)交互信息來獲取電能表封印相對應(yīng)的二維碼，設(shè)備系統(tǒng)控制激光刻碼機(jī)以進(jìn)行電能表封印刻碼作業(yè)。在完成激光刻碼后，還需將加封的電能表上傳到系統(tǒng)平臺。

電能表封印在進(jìn)行激光刻碼的過程中會產(chǎn)生粉塵、煙霧或異味，為確保封印刻碼的質(zhì)量和操作間的空氣清潔度，本系統(tǒng)中的粉塵煙霧凈化器裝置在激光刻碼的同時啟用，采用空氣抽取的方式抽取過濾激光刻碼過程中產(chǎn)生的粉塵、煙霧，起到凈化作業(yè)環(huán)境的作用。

（3）自動刻碼設(shè)備控制系統(tǒng)。

新型電能表封印自動刻碼設(shè)備的控制系統(tǒng)包括對下的PLC控制系統(tǒng)和對上的數(shù)據(jù)交互總控系統(tǒng)。

PLC控制系統(tǒng)以PLC控制器為核心，采用自動化控制技術(shù)，在上料機(jī)構(gòu)、激光刻碼、下料機(jī)構(gòu)的每個工位均設(shè)置了傳感器，對進(jìn)入該工位的電能表封印進(jìn)行檢測，通過PLC控制器發(fā)出控制指令，對封印的上料、定位、抓取、刻碼、下料進(jìn)行精確的運(yùn)動控制，且可設(shè)定速度。

對上的數(shù)據(jù)交互總控系統(tǒng)包括了設(shè)備管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對電能表數(shù)據(jù)信息的收集和處理，協(xié)調(diào)掃描槍、PLC控制系統(tǒng)、激光刻碼機(jī)、標(biāo)簽打印機(jī)的整體運(yùn)行。設(shè)備管理系統(tǒng)通過掃描槍讀取電能表?xiàng)l碼信息，與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交互來判斷其合法性。若電能表合格，則進(jìn)行信息綁定，并由PLC系統(tǒng)控制對電能表進(jìn)行刻碼作業(yè)。若電能表不合格，則需經(jīng)人工調(diào)整處理后再次進(jìn)入流程。經(jīng)過人工調(diào)整處理后仍無法合格的，則需進(jìn)入不合格品處理程序。

總控系統(tǒng)主要完成電能表信息采集、電能表封印編碼的合法性和唯一性判斷、電能表和封印編碼的綁定等重要功能，是電能表封印自動刻碼設(shè)備系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.3 ? ?系統(tǒng)工作流程

（1）首先是AGV小車將已抽檢/復(fù)檢的電能表運(yùn)輸至待處理電表位置;

（2）人工掃描合格品與不合格品周轉(zhuǎn)箱編碼，在設(shè)備系統(tǒng)上確認(rèn);

（3）人工拿起掃描槍掃描電能表的條碼信息;

（4）設(shè)備管理系統(tǒng)將電表?xiàng)l碼信息發(fā)送至生產(chǎn)管理系統(tǒng)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)反饋此電能表是否合格的信息給設(shè)備系統(tǒng);

（5）若不合格則設(shè)備系統(tǒng)顯示不合格，由人工將此電能表擺放至不合格電能表周轉(zhuǎn)箱上;

（6）若合格則生產(chǎn)管理系統(tǒng)將一個封印編碼發(fā)送至設(shè)備系統(tǒng)上，設(shè)備系統(tǒng)控制刻碼機(jī)在封印上標(biāo)刻編碼，并送至指定位置，控制標(biāo)簽打印機(jī)打印一個合格證;

（7）人工將封印加封在此電表上，粘貼好合格證，并將此合格的電能表擺放至合格電能表周轉(zhuǎn)箱上;

（8）重復(fù)上述（3）～（7）操作，直到待處理的電能表處理完畢;

（9）設(shè)備系統(tǒng)通知AGV小車將合格與不合格的電能表按指定路線運(yùn)送至指定位置上。

3 ? ?項(xiàng)目效益分析

新型電能表自動刻碼設(shè)備系統(tǒng)在保障電能表檢定工作正常開展的同時，可以快速、批量地消除刻碼不合格品，解決了自動化檢定流水線不能單獨(dú)及時處理封印雕刻不合格品以及人工處理封印信息工作煩瑣、效率低、容易出錯等問題，有效提高了電能表的檢定效率。

4 ? ?結(jié)語

新型電能表封印自動刻碼設(shè)備系統(tǒng)總體采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，有利于系統(tǒng)的維護(hù)。該新系統(tǒng)的投入使用，可有效提高電能表檢定工作效率、質(zhì)量，也有利于省級計(jì)量中心加強(qiáng)對計(jì)量設(shè)備的集中管理和檢定數(shù)據(jù)管理，大大推動了電能計(jì)量管理的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

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收稿日期：2020-07-23

作者簡介：趙炳輝（1992—），男，河南新野人，工程師，從事計(jì)量自動化檢定相關(guān)技術(shù)工作。