李 野 曹國瑞 石衛(wèi)平

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

0 引言

長期以來，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量器具的檢定工作，工作效率低，運營成本高，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卡表自動化檢測功能為特色的全自動流水線式檢定系統(tǒng)。以實現(xiàn)電能表檢定的“一指令啟動”的自動化程度為目標(biāo)，兼顧生產(chǎn)效益最大化，采用分布式模塊化的設(shè)計思路，保持可持續(xù)擴展性。能夠?qū)崿F(xiàn)從控制系統(tǒng)下達檢定任務(wù)指令后，電能表由立體庫出庫到生產(chǎn)線、輸送、身份識別、定位、接線、試驗、分揀、貼標(biāo)簽、裝箱、回庫等全過程的全自動化作業(yè)。實現(xiàn)各試驗項目的自動完成，檢定過程符合規(guī)程要求，檢定裝置各項指標(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。實現(xiàn)“整體式授權(quán)、自動化檢定、智能化倉儲、物流化配送”的省級計量中心建設(shè)目標(biāo)，通過推廣應(yīng)用自動化檢定系統(tǒng)和智能倉儲技術(shù)，提高計量檢定質(zhì)量、工作效率和管理水平，提升公司計量的透明度和公信力，確保準(zhǔn)確公正計量，塑造公司系統(tǒng)良好的服務(wù)形象。

自動化檢定系統(tǒng)和智能化倉儲系統(tǒng)是近年來隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展而興起的新興技術(shù)，將自動化、信息化和人工智能等先進技術(shù)應(yīng)用到常規(guī)的計量檢定和倉儲作業(yè)中，能夠有效替代人工檢定過程中的各個環(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)量效率和計量管理水平，代表了計量檢定技術(shù)的發(fā)展趨勢，是省級計量中心建設(shè)的重要組成部分。

1 單、三相電能表自動化檢定現(xiàn)狀分析

本文對國家電網(wǎng)公司進行電能表自動化檢定系統(tǒng)建設(shè)的情況進行了統(tǒng)計分析。從建設(shè)進度的角度統(tǒng)計，目前各省級計量中心建設(shè)進度分為已經(jīng)投運、正在建設(shè)、計劃建設(shè)、選址規(guī)劃四種。（運行階段主要指完成自動化設(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化設(shè)備采購，正在進行安裝調(diào)試的階段；計劃階段主要指目前完成初步設(shè)計，正在開展設(shè)備或準(zhǔn)備開展設(shè)備采購的階段；規(guī)劃階段主要指目前正在進行選址，尚未開展或準(zhǔn)備開展初步設(shè)計的階段）。

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

表1 在運（在建）單相電能表自動化檢定系統(tǒng)基本情況

表2 在運（在建）三相電能表自動化檢定系統(tǒng)基本情況

構(gòu)成自動化檢定系統(tǒng)主要組成部分的自動化設(shè)備和檢定裝置,均為相對成熟的產(chǎn)品，但為適應(yīng)電能計量器具檢定的特殊性，設(shè)計和開發(fā)了較多的非標(biāo)產(chǎn)品：如編程鍵觸發(fā)機構(gòu)、自動封印機構(gòu)等。由于運行時間不長和設(shè)計不夠嚴謹，其運行穩(wěn)定性和可靠性均存在一定問題。

2 天津電能表自動化檢定系統(tǒng)

本文針對目前智能電能表自動化流水線檢測技術(shù)研究和實際應(yīng)用的不足，以天津單項電能表自動化流水線檢測項目為依托，針對電能表檢定檢測開展的技術(shù)研究及工程應(yīng)用工作，按“天津市電力公司計量中心單、三相電能表自動化檢定系統(tǒng)招標(biāo)技術(shù)規(guī)范書”設(shè)計制造。按照相關(guān)的國家和行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合天津市電力公司計量中心的實際使用需要、建設(shè)目標(biāo)、場地條件、系統(tǒng)規(guī)劃需求等各方面設(shè)計依據(jù)，基于國際先進的產(chǎn)品和技術(shù)而提出的自動化檢定系統(tǒng)方案，該方案能夠與計量中心的立庫系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接，完成全自動的接表、上料、輸送、接線、檢定、分檢、裝箱、送出等一系列全自動操作，并完成與計量中心的信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)對接，形成完整的、統(tǒng)一的系統(tǒng)。設(shè)計方案是基于計量中心的基建條件而設(shè)計的，它依據(jù)場地特點，合理布局，做到充分利用、方便操控、方便維護、可伸縮、可擴展。具體從電能表上下料、耐壓試驗、功耗測試、外觀和標(biāo)志檢查、準(zhǔn)確度檢定和多功能試驗六個環(huán)節(jié)進行開展研究和實驗工作，從生產(chǎn)信息調(diào)度平臺出發(fā)，將項目劃分為14個子項，提出了基于智能電能表自動化流水線檢定技術(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個與此相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)。項目覆蓋電能表檢定檢測的全過程，滿足國家電網(wǎng)公司電能表檢測規(guī)范及電能表檢測標(biāo)準(zhǔn)。檢定系統(tǒng)整體設(shè)計充分考慮系統(tǒng)的先進性、實用性、完整性、可靠性、安全性和經(jīng)濟性，以及系統(tǒng)的拓展性。項目做到計量業(yè)務(wù)流程運轉(zhuǎn)順暢，模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、拓展性好、工藝美觀、維護方便、工作環(huán)境友好、低噪低耗、節(jié)能環(huán)保，實現(xiàn)與倉儲系統(tǒng)無縫連接，實現(xiàn)系統(tǒng)總體建設(shè)規(guī)模為單班運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)在研究實現(xiàn)過程中，重點需要考慮以下關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)研究與開發(fā)。

2.1 自動接線

檢定自動接線是實現(xiàn)自動化檢定處理最關(guān)鍵的技術(shù)，它是實現(xiàn)自動檢定的基本保障，本系統(tǒng)采用的是為智能電能表自動化檢定專門設(shè)計的標(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，每個端子4kg的接觸力，保證了在通過100A電流時不過載、不發(fā)熱；并且在檢定裝置的每一個表位都設(shè)置一個自動接線檢測機構(gòu)，每當(dāng)裝置自動接線完成、開始檢定前，都自動進行接線檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)電流接線檢測、過載自動保護、費控功能試驗以及空表位電流自動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

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

2.3 自動封印

電能表編程開關(guān)蓋采用一種新型專利技術(shù)進行自動化封印，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應(yīng)的孔，并設(shè)置有與封印蓋對應(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，接受生產(chǎn)調(diào)度平臺下達的檢測計劃，對整個檢定系統(tǒng)進行管理和控制，并將檢定結(jié)果、封印和裝箱信息上報生產(chǎn)調(diào)度平臺。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)管理平臺指令，實現(xiàn)對電能表的的全自動檢定及自動分揀。

檢定系統(tǒng)的硬件部分采用模塊化設(shè)計，主要由上料、輸送、接拆線、耐壓試驗、功耗測試、準(zhǔn)確度檢定和多功能試驗、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，實現(xiàn)電能表檢定、檢測作業(yè)的全過程自動化、智能化。檢定系統(tǒng)組成如圖3所示：

圖3 電能表自動化檢定系統(tǒng)組成示意圖

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

圖4 單相電能表自動化檢定系統(tǒng)組成示意圖

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

圖5 三相電能表自動化檢定系統(tǒng)組成示意圖

系統(tǒng)在試運行期問，我們對智能檢定模式與傳統(tǒng)檢定模式下的檢定裝置，進行了電能表檢定工作程序的性能比對和效率分析。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化作業(yè)方式，60表位一批的電能表檢定節(jié)省時間約92分鐘，單臺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)檢定模式對比

3 電能表自動化檢定系統(tǒng)改進

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

針對天津電能表自動化檢定系統(tǒng)編程鍵觸發(fā)機構(gòu)及自動封印機構(gòu)存在的穩(wěn)定性和可靠性較差的實際問題，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，可進入允許編程狀態(tài)或無法編程狀態(tài)，此時編程功能應(yīng)完全符合國網(wǎng)要求；編程開關(guān)無效狀態(tài)：單相電能表始終處于編程允許狀態(tài)（無自動退出時間限制），此時編程開關(guān)符號閃爍，無論是否按壓編程按鈕，均不會退出允許編程狀態(tài)。如表4所示：

表4 電能表自動化檢定系統(tǒng)的改進

從表中可以看出增加電能表編程開關(guān)無效狀態(tài)，自動化檢定系統(tǒng)無需對電能表進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械動作,直接解決了編程鍵觸發(fā)機構(gòu)和自動封印機構(gòu)運行穩(wěn)定性和可靠性的問題，同時也降低了自動化檢定系統(tǒng)的建設(shè)成本。

4 小結(jié)

采用自動化檢定系統(tǒng)和智能化倉儲系統(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、配送工作效率和計量管理水平，實現(xiàn)省級計量檢定整體授權(quán)，增強公司系統(tǒng)計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。但由于自動化檢定系統(tǒng)和智能化倉儲系統(tǒng)涉及基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)運行、經(jīng)營管理、客戶服務(wù)等多項內(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，提出以下建議：

4.1 科學(xué)規(guī)劃，穩(wěn)妥推進

省級計量中心在建設(shè)自動化檢定系統(tǒng)和智能化倉儲系統(tǒng)時，要提高風(fēng)險意識，科學(xué)規(guī)劃建設(shè)方案和推進計劃，積極穩(wěn)妥推進建設(shè)。建設(shè)初期自動化檢定系統(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 強化評估，完善標(biāo)準(zhǔn)

組織專家組對現(xiàn)已投運和正在建設(shè)的自動化檢定系統(tǒng)和智能化倉儲系統(tǒng)進行全面評估，總結(jié)經(jīng)驗，盡快修訂完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、驗收標(biāo)準(zhǔn)及運行管理標(biāo)準(zhǔn)，組織開展新建系統(tǒng)初設(shè)方案評審優(yōu)化工作。

4.3 嚴格驗收，確保質(zhì)量

邀請系統(tǒng)內(nèi)外技術(shù)專家成立驗收專家組，依據(jù)國家相關(guān)檢定規(guī)程和公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、驗收標(biāo)準(zhǔn)，編制詳細、全面的驗收方案，對施工質(zhì)量、制造工藝、建設(shè)過程管理等環(huán)節(jié)進行嚴格檢查，建設(shè)精品工程。

4.4 優(yōu)化管理，高效運行

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

4.5 加強溝通，整體授權(quán)

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

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