新一代智能電能表自動化檢定流水線系統設計

國網湖北省電力有限公司營銷服務中心（計量中心） 倪胡旋 丁雋潔 王 媛 劉岑岑 李 艷

隨著能源互聯網的高速發展，電力技術日新月異，IR46國際建議對計量的準確性和穩定性方面也提出了更高的要求。借鑒國外高端表計設計理念，結合國內實際情況，研發出來的新一代智能電能表既能滿足智能電網要求又能符合IR46標準，實現了計量芯和管理芯獨立運行，兼容和支持各種通信資源。在市場調研部門對此方面的深入研究中發現，電力產業為了實現檢定集中、物流配送的一體化流程，將新技術引進到電能表檢定工作中，提高檢定效率，滿足市場需求。因此，本文將設計一個符合新一代電能表的流水線檢定系統，并希望通過此次研究，進一步增強電能表檢定工作的自動化與智能化。

1 硬件設計

為了實現本文系統的規范化設計，在開展相關研究前，對系統硬件結構進行描述，如圖1所示。

圖1 本文系統硬件結構

根據上述圖1中表述的信息，下述將以電能表接駁表位、氣壓拆接線裝置為例，對系統硬件結構展開進一步的設計。

1.1 電能表接駁表位

電能表接駁表位是檢定流水線系統的主要構成硬件，此硬件結構主要由底部支撐結構、具有活動性的導向板、接線柱、通信設備、脈沖結構、輔助接線結構等構成。其中具有活動性的導向板在系統中可以起到輔助接線孔一次成功連接的作用。接線柱以異型弧面結構為主，增大了與結構孔面直接接觸面積，契合接觸后將與系統通信電路之間建立運行交互通道，此過程中，要求接線接觸時間應當控制在10.0min內，并且接觸后溫度不能超過30.0℃。在此基礎上，在接線柱的后側增設一個接觸式測溫儀，使用溫度測量裝置實時獲取前端溫度信息，當接線獲取的溫度值超出其設定值后，調試單元將自動切斷供電回路，以避免電能表運行出現電路回流的問題。

1.2 氣壓拆接線裝置

在完成上述設計的基礎上，對氣壓接線與拆線裝置結構進行描述，此裝置主要由底部支撐結構、固定夾具、中間件、氣缸、電磁控制閥等構成。在此裝置投入使用后，電能表可以利用氣缸的壓力，完成對60.0位電能表的一次連接。在完成檢定工作后，同樣利用氣缸的推力，對其連接進行分離。

2 軟件設計

2.1 設定智能電能表小電流點測量誤差范圍

為完成新一代智能電能表的流水線設計工作，需要對新舊兩代智能表進行差別分析和針對性研究，使新系統設計成果能達到檢定要求。本文根據針對智能電能表的強制性技術法規的IR46的要求，將電能表按照等級劃分為A、B、C、D四種等級的電能表，根據誤差限值的區別，可對應目前市面上的2.0級、1.0級、0.5s級、0.2s級。區別于常規的安裝式電能表型式中負載電流特征點的表達方式，本設計要采用IR46要求的最小電流（Imin）、最大電流（Imax）、起動電流（Ist）與轉折電流（Itr）進行描述。其中轉折電流的實際值由標準表制造商設定，當系統電路的負載電流值大于或等于轉折電流值時，對應的準確度等級的最大允許誤差應當在最小誤差限值范圍內，與現行標準為0.1Ib（In）相似。

為了滿足系統軟件運行需求，在測量智能電能表小電流點時，需要按照最新文件標準，設置試驗點，并選擇起動試驗方法，將測量的最終結果控制在[Ist，Imin]范圍內，但現有的單相檢定臺體僅能夠將Imin控制在50.0mA左右，無法達到測量小電流點時的準確度要求。因此，要實現對檢定誤差的有效控制，需要對系統現有的檢定臺體進行升級與改造，通過升級標準表的方式，提高標準表檢定量程，將控制輸出的Imin在20.0mA范圍內。

2.2 自動化檢定設備的網格化控制

本文設計的系統在實際運行中，由上料工作單元、下料工作單元、檢定信號傳輸單元、異常信號識別單元、通信控制單元等構成，為了實現新一代智能電能表自動化檢定工作的有序實施，需要協調多個工作單元的協同性工作內容。因此，需要在系統主控器的支撐下，對自動化檢定設備進行網格化控制。具體步驟如下：

第一步，將系統的主控程序軟件與PLC程序建立直接聯系窗口，確保流水線各個環節節拍正常、節奏穩定。在此過程中，線體的整體行為是由前端PLC進行控制，通過對整個檢定流程的循環，實現對流水線支線的分道控制、排隊出入倉。

其二步，建立流水線局域網，通過網絡通訊控制各個檢定單元工位軟件，將終端服務器作為檢定行為的控制單元，接受主控程序軟件發送的命令。

第三步，將本地保存的流水線檢定數據在下料單元進行箱表綁定，回庫射頻門進行數據完整性核驗，上傳到中間庫，由生產平臺進行檢定結果的最終審核，通過對自動化檢定設備進行網格化控制，確保流水線檢定工作的質量。

3 實驗論證分析

綜上所述，本文闡述了自動化檢定流水線的硬件設計和軟件設計，為進一步驗證該系統在實際應用中能否達到理論論述的應用性能，將本文設計的系統和傳統基于人工介入的系統引入到相同的實驗環境當中，完成如下對比實驗。

將計量中心作為實驗依托，流水線檢定設計表位為1200個，人工檢定臺設計表位為五臺48表位，現將1200只單相智能電能表分別在兩種系統中進行試運行檢定，將整個檢定過程按照檢定環節進行計時。為更加清晰地驗證兩種系統的應用效果，本文選擇將檢定效率作為實驗評價指標，記錄兩種系統在實際應用中對1200塊智能電能表的檢定環節耗時作為實驗數據。將記錄得到的實驗數據匯總如表1所示。

表1 兩種檢定系統實驗對比結果

從表1中得出的數據可以看出，在同樣的檢定需求條件下，本文設計的系統完成1200只單相智能電能表的檢定任務所產生的檢定耗時明顯小于傳統系統檢定耗時，針對同一批電能表的分段計時累計檢定時間節約高達336.3min，且自動化檢定流水線通過運用人工智能、圖像識別、光電定位等多項自動化控制技術使得電能表自動流轉于各個檢定環節，多個環節可以同時進行檢定工作，人工檢定臺只能一個一個臺體進行全流程檢定，上表、雕刻、下表環節需要人工將智能電能表進行流轉，無法縮短檢定時間，所以本文設計的系統具有更高的應用意義和價值。同時，在實驗過程中，由于傳統基于人工介入的系統在對電能表進行檢定時，需要消耗大量人力，因此在經濟方面用于人工的成本比例更高，另外，與傳統系統相比，本文系統當中配套的設施數量進一步降低，用房面積等方面的成本支出也比較低，檢定效率大幅度提升，在長期的檢定工作中，本文系統的經濟效益方面仍然占據很大優勢。因此，通過對比實驗證明，本文提出的系統在實際應用中檢定效率得到明顯提升。

結束語：本文從硬件與軟件兩個方面，對新一代智能電能表自動化檢定流水線系統展開了設計與研究。其中，系統的硬件結構包括電能表異型弧面結構的接駁表位、氣壓接線與拆線裝置等，在硬件設備的支撐下，拓展了智能電能表小電流點測量誤差范圍，結合自動化檢定設備進行網格化控制。完成系統理論設計后，通過對比實驗證明，相比傳統系統，本文設計的系統檢定效率高、人工成本低，在經濟效益方面占有很大的優勢。因此，可在后期的相關工作中，將設計的系統應用到工作實際，以發現系統在運行中的不足，實現對系統功能的進一步完善。