一種電能表封印自動刻碼設備系統的設計與使用

趙炳輝 姚智聰 彭龍 葉天豪

摘要：針對電能計量自動化檢定流水線存在的問題，提出了研發一種新型電能表封印自動刻碼設備系統，并對該系統的基本結構、主要功能以及核心技術進行了詳細介紹。該系統在實際應用中有效提高了電能表自動化檢定流水線的可適應性、準確性和工作效率。

關鍵詞：新型電能表封印;計量自動化檢定;自動刻碼;設計;應用

0 ? ?引言

廣東電網有限責任公司計量中心擁有五線一庫，承擔著廣東省電能計量設備的統一授權、集中檢定、集中存儲、統一配送工作，是確保整個廣東省電能計量檢定工作穩定開展的關鍵環節。如何提高電能計量檢定裝置的工作效率和正確率，是計量檢定中心一直致力研究的方向。

1 ? ?項目背景

目前廣東電網公司省級計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，根據生產需要，需單獨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。但是當前計量中心沒有單獨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，需設計開發一套電能表封印自動刻碼設備系統。

2 ? ?項目實施

2.1 ? ?項目技術方案

基于上述問題，本文提出了研發一種新型電能表封印自動刻碼設備。如圖1所示，系統主要由工控機、激光刻碼機、標簽打印機、條碼掃描槍、PLC、粉塵煙霧凈化器裝置、送料機構、定位機構和下料機構組成。其中工控機與生產管理系統通過局域網進行通信，工控機與標簽打印機、激光刻碼機、PLC、條碼掃描槍通過設備內部網絡連接通信，PLC通過I/O與其他執行機構進行通信并實現控制。設備系統能夠按照設計控制要求進行協調動作，并將電能表的信息自動掃描錄入管理系統，同時管理系統可與生產管理系統進行數據連接，實現數據更新和管理自動化。

2.2 ? ?項目實施

2.2.1 ? ?整體實施

新型電能表封印自動刻碼設備系統的核心設備如圖2所示，各模塊主要實現的功能分別為：

（1）激光刻碼機：實現電能表封印的刻碼作業。

（2）粉塵煙霧凈化器裝置：配合激光刻碼機，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）標簽打印機：實現在空白標簽上清晰打印日期、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行排列。

（6）機械機構裝置：配合振動盤及激光刻碼機對封印進行打碼定位、出料等。

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

（8）工控機：實現設備與生產管理系統信息對接，控制設備執行操作。

（9）管理系統：與生產管理系統進行數據對接，控制設備進行二維碼刻碼的雕刻和合格證標簽打印;管理系統與計量系統進行數據連接，實現數據上傳、更新、管理自動化。

2.2.2 ? ?項目技術核心

新型電能表封印自動化刻碼設備核心技術具體表現在：

（1）自動刻碼機構。

自動化刻碼機構主要包括封印供料振動盤、機械機構裝置，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行排列，并依次運送到送料口，封印送料機構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;直線運動模組帶動吸料動氣缸吸料盤上的封印，送至封印定位機構進行激光刻碼;完成刻碼后，直線運動模組帶動吸料動氣缸吸料盤上的封印，送至封印卸料槽。封印送料機構又重復上述動作進行下一個封印定位。

為了精準定位封印進行激光刻碼，封印定位機構的微動調節平臺能適配激光雕刻機的X軸送料方向的微調，當封印經過導向件1和導向件2導正方向后進行激光刻碼;完成刻碼后，頂起氣缸頂針略微頂起封印，避免卡料，以便送料機構上的吸盤帶走封印。

（2）激光刻碼及煙塵凈化。

新型電能表封印自動刻碼設備系統中的激光刻碼機采用的是靜止工位刻碼作業。當傳感器檢測到封印定位機構將封印傳送到位后，系統軟件將輸出信號或PLC輸出脈沖信號激發激光刻碼機，同時激光刻碼機與工控機中的生產管理系統交互信息來獲取電能表封印相對應的二維碼，設備系統控制激光刻碼機以進行電能表封印刻碼作業。在完成激光刻碼后，還需將加封的電能表上傳到系統平臺。

電能表封印在進行激光刻碼的過程中會產生粉塵、煙霧或異味，為確保封印刻碼的質量和操作間的空氣清潔度，本系統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生的粉塵、煙霧，起到凈化作業環境的作用。

（3）自動刻碼設備控制系統。

新型電能表封印自動刻碼設備的控制系統包括對下的PLC控制系統和對上的數據交互總控系統。

PLC控制系統以PLC控制器為核心，采用自動化控制技術，在上料機構、激光刻碼、下料機構的每個工位均設置了傳感器，對進入該工位的電能表封印進行檢測，通過PLC控制器發出控制指令，對封印的上料、定位、抓取、刻碼、下料進行精確的運動控制，且可設定速度。

對上的數據交互總控系統包括了設備管理系統和生產管理系統，負責對電能表數據信息的收集和處理，協調掃描槍、PLC控制系統、激光刻碼機、標簽打印機的整體運行。設備管理系統通過掃描槍讀取電能表條碼信息，與生產管理系統進行信息交互來判斷其合法性。若電能表合格，則進行信息綁定，并由PLC系統控制對電能表進行刻碼作業。若電能表不合格，則需經人工調整處理后再次進入流程。經過人工調整處理后仍無法合格的，則需進入不合格品處理程序。

總控系統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備系統的關鍵環節。

2.3 ? ?系統工作流程

（1）首先是AGV小車將已抽檢/復檢的電能表運輸至待處理電表位置;

（2）人工掃描合格品與不合格品周轉箱編碼，在設備系統上確認;

（3）人工拿起掃描槍掃描電能表的條碼信息;

（4）設備管理系統將電表條碼信息發送至生產管理系統，生產管理系統反饋此電能表是否合格的信息給設備系統;

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

（6）若合格則生產管理系統將一個封印編碼發送至設備系統上，設備系統控制刻碼機在封印上標刻編碼，并送至指定位置，控制標簽打印機打印一個合格證;

（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箱上;

（8）重復上述（3）～（7）操作，直到待處理的電能表處理完畢;

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

3 ? ?項目效益分析

新型電能表自動刻碼設備系統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 ? ?結語

新型電能表封印自動刻碼設備系統總體采用模塊化設計，結構簡單，有利于系統的維護。該新系統的投入使用，可有效提高電能表檢定工作效率、質量，也有利于省級計量中心加強對計量設備的集中管理和檢定數據管理，大大推動了電能計量管理的標準化進程。

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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，從事計量自動化檢定相關技術工作。