何健華　譚振豪

摘要：目前電能表自動(dòng)檢定流水線已在國內(nèi)部分省市供電局投入使用，封印加封作為計(jì)量檢定的后續(xù)工序，必將以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化過程為目標(biāo)。文章從當(dāng)前自動(dòng)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，簡述自動(dòng)加封系統(tǒng)的流程、機(jī)械結(jié)構(gòu)和軟件實(shí)現(xiàn)，提出一套可行的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)加封；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；電能表

中圖分類號(hào)：TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）20-0040-03

1 背景

隨著各電網(wǎng)公司大力推動(dòng)電網(wǎng)智能化、自動(dòng)化、信息化建設(shè)，大量智能電能表已標(biāo)準(zhǔn)化推廣應(yīng)用，部分供電局已經(jīng)建設(shè)電能表計(jì)量自動(dòng)檢定流水線。自動(dòng)檢定流水線已實(shí)現(xiàn)了電能表的自動(dòng)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(jí)電網(wǎng)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(gè)封印另加信息錄入，至少需要8個(gè)人7個(gè)小時(shí)不停地工作。封印加封的人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低，成為制約實(shí)現(xiàn)電能表計(jì)量檢定全過程自動(dòng)化的瓶頸，因此電能表自動(dòng)加封系統(tǒng)的開發(fā)成為必然的趨勢(shì)。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提和目標(biāo)

標(biāo)準(zhǔn)化是自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的前提，自動(dòng)加封系統(tǒng)也不例外，不同的加封方式對(duì)電能表相關(guān)的外形要求并不相同。設(shè)計(jì)開發(fā)的初期首先要了解清楚用戶使用的是哪一個(gè)（或哪幾個(gè)）標(biāo)準(zhǔn)的電能表，設(shè)計(jì)的自動(dòng)加封系統(tǒng)是否都適合這些標(biāo)準(zhǔn)，這是關(guān)鍵；其次要了解自動(dòng)封印使用的安全性和加封效率是否達(dá)到用戶的要求。根據(jù)以上兩方面選擇不同的加封方式進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。

自動(dòng)化生產(chǎn)的目標(biāo)，一般指連續(xù)生產(chǎn)的能力、效率和成功率三個(gè)方面。對(duì)于自動(dòng)加封系統(tǒng)，應(yīng)付用戶偶爾加班的情況，連續(xù)生產(chǎn)能力應(yīng)設(shè)計(jì)在48小時(shí)以上；考慮生產(chǎn)量偶然加大和檢修時(shí)間，效率根據(jù)日平均產(chǎn)量計(jì)算另加20%的裕度；成功率應(yīng)能達(dá)到99%以上，才能保證減少人員干預(yù)連續(xù)生產(chǎn)的要求。

3 適合于自動(dòng)加封的電能表

自動(dòng)加封系統(tǒng)對(duì)電能表的外形及加封位置周圍的結(jié)構(gòu)有一定的要求，為適應(yīng)當(dāng)前自動(dòng)檢定流水線的要求，各電網(wǎng)公司對(duì)電能表的外形都有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如國網(wǎng)的Q_GDW355-2009《單相智能電能表型式規(guī)范》。外形的標(biāo)準(zhǔn)化，使得自動(dòng)加封系統(tǒng)能依照一種（或多種）規(guī)范進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不同廠家的電能表能進(jìn)行準(zhǔn)確定位、傳送和加封。另外，不同的自動(dòng)加封方式對(duì)加封位置周圍的結(jié)構(gòu)有一定的要求，當(dāng)前的電能表型式規(guī)范多是針對(duì)自動(dòng)檢定流水線制定，并沒涵蓋自動(dòng)加封的技術(shù)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(dòng)加封系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期應(yīng)向用戶明確加封位置周圍結(jié)構(gòu)的要求，采購合適的電能表進(jìn)行生產(chǎn)。

4 自動(dòng)加封的方式和特點(diǎn)

自動(dòng)加封系統(tǒng)的功能包括封印加封、電能表?xiàng)l碼與封印條碼識(shí)別、綁定及錄入等。當(dāng)前已知的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)加封。因穿線加封動(dòng)作復(fù)雜，設(shè)計(jì)及零件加工要求較高，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)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(biāo)簽，另帶用戶特定的編碼，防竊電性能最為可靠。技術(shù)上對(duì)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(cè)（或內(nèi)側(cè)）進(jìn)行封裝。加封動(dòng)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(yù)安裝，對(duì)條碼的選擇有一定的限制。加封的安全性不高，卡扣被單獨(dú)破壞后不易察覺。技術(shù)上對(duì)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(dòng)作簡單，加封完整性容易檢查，條碼區(qū)域較小不容易預(yù)安裝，對(duì)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(dú)破壞。技術(shù)上對(duì)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(nèi)用螺絲堅(jiān)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(yù)裝條碼，可以用激光打印的方法把二維DM碼標(biāo)刻在塑料封蓋上。加封動(dòng)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(jìn)行激光打印，安全性一般。技術(shù)上對(duì)電能表的穿線耳內(nèi)孔形狀尺寸有要求。

以上四種加封方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)用戶的不同需求，主要考慮系統(tǒng)價(jià)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(shù)上對(duì)電能表標(biāo)準(zhǔn)化的要求并不一樣，達(dá)不到相應(yīng)的技術(shù)要求會(huì)對(duì)加封成功率造成很大的影響，成功率達(dá)不到98%以上自動(dòng)化生產(chǎn)的意義就不大了。電能表標(biāo)準(zhǔn)化推廣需要一個(gè)長期的過程，因此當(dāng)前較適合于投入生產(chǎn)使用的自動(dòng)加封系統(tǒng)推薦穿線式和壓嵌式。如果強(qiáng)調(diào)封印的安全性，生產(chǎn)量要求不高時(shí)可選用穿線式。壓嵌式優(yōu)點(diǎn)較多，只是封印必須用激光打碼，安全性適中，適合應(yīng)用于低端用戶的計(jì)量電能表，是當(dāng)前自動(dòng)加封系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。

5 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣回路、氣動(dòng)回路、PLC及上層軟件構(gòu)成，以下著重介紹穿線式和壓嵌式加封系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及軟件系統(tǒng)。

5.1 系統(tǒng)流程構(gòu)建

圖1 系統(tǒng)流程圖

七大機(jī)構(gòu)功能如下：

檢測(cè)機(jī)構(gòu)：檢測(cè)流水線上的電能表是否為當(dāng)前型號(hào)電能表，加封位置是否適合于加封。

加封機(jī)構(gòu)：對(duì)通過檢測(cè)的電能表進(jìn)行加封。

送料機(jī)構(gòu)：為加封機(jī)構(gòu)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(jù)庫提取相關(guān)信息。

激光打碼：對(duì)封印進(jìn)行激光打印編碼或圖案。

貼標(biāo)機(jī)構(gòu)：把提取的相關(guān)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(guān)信息寫入用戶營銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，發(fā)送完成信號(hào)。

5.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)流程和用戶現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)各部分機(jī)構(gòu)的平面布局，盡可能地把各機(jī)構(gòu)模塊化，以靈活適應(yīng)各種不同的環(huán)境。以下是3×3（米）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境實(shí)例的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)范圍包含通道。

5.3 軟件系統(tǒng)

包括上層的數(shù)據(jù)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(yùn)動(dòng)控制單元等，根據(jù)系統(tǒng)流程對(duì)七大機(jī)構(gòu)進(jìn)行順序、過程及運(yùn)動(dòng)控制。

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

圖2 機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

總控系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息收集與運(yùn)算處理，協(xié)調(diào)PLC控制系統(tǒng)、激光打碼設(shè)備和貼標(biāo)設(shè)備的整體運(yùn)行，通過讀取電能表（及封?。┑木幋a來判斷其合法性。對(duì)合法的編碼進(jìn)行信息綁定，并向用戶的營銷系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行人工處理。

信息控制經(jīng)各機(jī)構(gòu)單元的判斷元件發(fā)送至PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，不合格品經(jīng)人工調(diào)整再次進(jìn)入流程，無法人工調(diào)整的進(jìn)入不合格品處理程序退回電能表生產(chǎn)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(jì)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(shí)現(xiàn)。

procedure TF_WinSock.CheckListTimer（Sender： TObject）；

var Msg2，MeterNumber，LockSerialNumber，LockNumber：

string；

begin

Memo1.Lines.Add（'電能表：' + USB_MeterNumber +' 封?。? + 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(jié)語

本企業(yè)設(shè)計(jì)、試制并生產(chǎn)國內(nèi)首臺(tái)穿線式自動(dòng)加封系統(tǒng)，先后在江門市和珠海市計(jì)量中心得到實(shí)際應(yīng)用，加封成功率達(dá)到99.5%。穿線式機(jī)構(gòu)對(duì)電能表標(biāo)準(zhǔn)化要求較低，適合當(dāng)前大多數(shù)未完全標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)。為實(shí)現(xiàn)電能表自動(dòng)加封系統(tǒng)高效率、低成本的目標(biāo)，國家電網(wǎng)公司正對(duì)電能表加封位置進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)后，壓嵌式自動(dòng)封印系統(tǒng)將成為新一代主流的自動(dòng)封印系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：何健華（1972—），男，廣東江門人，江門市大光明電力設(shè)備廠有限公司機(jī)械工程師，研究方向：電力行業(yè)產(chǎn)品及工程；譚振豪（1981—），男，廣東江門人，江門市大光明電力設(shè)備廠有限公司機(jī)械工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。