低壓計量箱自動化檢測系統(tǒng)研究與設(shè)計

摘" 要：通過介紹低壓計量箱對國網(wǎng)公司的重要性，設(shè)計低壓計量箱自動化檢測系統(tǒng)設(shè)計方案，分別介紹輸送接駁單元、外殼靜載能力試驗檢測模塊、沖擊載荷試驗檢測模塊、計量箱綜合試驗檢測模塊和樣條切割模塊，之后對檢測系統(tǒng)的試驗規(guī)程、硬件設(shè)計進行系統(tǒng)介紹。最后，驗證檢測系統(tǒng)方案的有效性和先進性。

關(guān)鍵詞：低壓計量箱；自動化檢測；檢測系統(tǒng)；系統(tǒng)研究；設(shè)計

中圖分類號：TP29" " " " 文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）11-0119-05

Abstract： Through the introduction of the importance of low voltage metering box of the State Grid Company， the design scheme of automatic testing system for low-voltage metering box is designed. the conveying connection unit， shell static load capacity test module， impact load test module， metering box comprehensive test module and spline cutting module are introduced respectively， and the test rules and hardware design of the detection system are introduced systematically. Finally， the effectiveness and advanced nature of the detection system are verified.

Keywords： low voltage metering box; automatic detection; detection system; systematic research; design

低壓計量箱是國家電網(wǎng)公司的窗口形象，是智能電能表、采集終端和斷路器等計量設(shè)備和關(guān)鍵元件的第一層防護。進行低壓計量箱運行狀態(tài)評價技術(shù)研究，形成針對低壓計量箱的綜合運行狀態(tài)評價方案，為進一步分析低壓計量箱故障機理，試驗項目和保證電能計量準(zhǔn)確可靠打下基礎(chǔ)[1-5]。研究對完善低壓計量箱的質(zhì)量管控，提高低壓計量箱運行管理水平具有指導(dǎo)意義。本文針對低壓計量箱自動化檢測系統(tǒng)項目進行了相關(guān)研究。

1" 自動化檢測系統(tǒng)設(shè)計方案

低壓計量箱的自動化檢測系統(tǒng)項目包括外殼靜載能力、沖擊載荷、綜合性能、樣條切割和樣條試驗5大檢測項目（表1）。

2" 輸送接駁單元

待檢計量箱由人工通過搬運小車運在倉儲區(qū)域搬運到檢測區(qū)域后，可在搬運小車上完成計量箱的掃碼和信息錄入工作；完成信息錄入后，再由人工將待檢計量箱搬運到AGV小車上，完成檢測前的準(zhǔn)備工作。

接駁單元即一套計量箱搬運傳輸系統(tǒng)，主要功能是自動實現(xiàn)計量箱的接收、輸送、單個表箱移至檢測工位（各檢測工位設(shè)有相應(yīng)的緩沖位置）、箱體轉(zhuǎn)移至下料位、下料傳輸?shù)忍幚恚嚓P(guān)信息應(yīng)及時上傳。

AGV輸送單元是由2部分組成，一部分是AGV小車主體，用于輸送和精確定位；另外一部分是傳送機構(gòu)，用于適應(yīng)不同尺寸規(guī)格的待檢計量箱。

其中，AGV輸送單元的傳送機構(gòu)主要由3部分組成，分別是輥筒線體、伸縮夾具和擴展模組，如圖1所示。

輥筒線體作為待檢計量箱的承載平臺，用于和主線體進行對接，且具有傳送動力，配合待檢表箱進行橫向移動；伸縮夾具是由2套電動模組組成，可進行縱向移動，對放置在輥筒線體上的計量箱進行定位并夾緊，保證計量箱在輸送時的穩(wěn)定性；擴展模組可進行橫向移動，用于擴寬承載平臺的有效承載面積，保證多表位計量箱的可適應(yīng)性。

AGV小車轉(zhuǎn)運流程：檢測工作人員將待檢樣品放入相應(yīng)計量箱，給搬運調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出檢測開始信號。

1）接收到信號，搬運調(diào)度系統(tǒng)呼叫AGV小車前往起始位置料架處。

2）AGV小車到達起始位置上料平臺，與平臺對接，平臺自動將裝載待檢測樣品的計量箱傳送至AGV小車上，自動前往相應(yīng)的實驗室檢測工作臺、放置位。

3）AGV小車到達相應(yīng)的實驗室檢測工作臺料架放置位與料架分離，AGV小車由搬運調(diào)度系統(tǒng)控制完成下一任務(wù)。

4）計量箱樣品檢測完畢后，智能管控軟件發(fā)布調(diào)度信息，通知AGV小車將其料架取出輸送到下一實驗室檢測工作臺料架放置位或輸送到倉庫對應(yīng)的卸料位，完成后AGV小車自動執(zhí)行下一步指令，進入下一個循環(huán)。

5）所有試驗項目結(jié)束后，裝載機器人將待檢樣品從檢測臺取出，放置到對應(yīng)料架計量箱中，發(fā)送信號通知AGV小車轉(zhuǎn)運。

主線體主要由輥筒線體和橫移機構(gòu)2部分組成。

輥筒線體作為待檢計量箱的承載和輸送平臺，進行待檢計量箱的橫向輸送，完成與檢測設(shè)備的自動對接；橫移機構(gòu)是由2套電動模組組成伸縮夾具，可進行縱向移動，對放置在主線體上的計量箱進行二次定位并夾緊，保證計量箱在進入檢測設(shè)備中的方向一致性；再由橫移模組進行計量箱的橫向拖動，進入檢測工位。

3" 計量箱檢測裝置

3.1" 外殼靜載能力試驗檢測模塊

3.1.1" 試驗項目

按照Q/GDW 11008—2013《低壓計量箱技術(shù)規(guī)范》的要求，完成低壓計量箱機械性能試驗檢測。

用一個60 mm×60 mm×5 mm的角鐵制作的可水平旋轉(zhuǎn)的框架，其框架臂兩端垂直部位為100 mm。被測低壓計量箱要牢牢地固定在基座上，而框架緊扣其上，使框臂兩端與被測低壓計量箱的頂部和壁部相接觸；在水平旋轉(zhuǎn)的框架兩端施加2×1 000 N的扭力；成套設(shè)備的門要關(guān)閉，時間為30 s。

3.1.2" 硬件結(jié)構(gòu)

低壓計量箱外靜載能力試驗?zāi)K主要是用鋁型材、電動模組、氣缸和機械零件組成，主要完成計量箱的外殼剛度試驗、側(cè)壁靜載力試驗和耐扭力試驗，采用自動識別、自動壓接的方式進行試驗，計量箱檢測時采用橫向方式測試。

低壓計量箱外靜載能力試驗?zāi)K結(jié)構(gòu)主要由2大功能單元組成，一是表箱夾緊固定機構(gòu)，用于各種類計量箱的固定夾緊；二是試驗檢測機構(gòu)，配合夾緊機構(gòu)完成計量箱的各種試驗，如圖2所示。

表箱夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)主要由橫、縱兩向機構(gòu)組成，橫向機構(gòu)下表面內(nèi)嵌于輥筒線滾軸之下，不妨礙計量箱在輥筒線上輸送；計量箱到位后，橫向機構(gòu)先進行左右移動，以適應(yīng)不同尺寸寬度計量箱，待橫向機構(gòu)到位后，垂直方向模組機構(gòu)進行夾持，將計量箱夾緊抬起，使計量箱與輥筒線體脫離。計量箱脫離輥筒線體后，縱向夾緊機構(gòu)前伸夾持住計量箱尾部，使計量箱由3點進行夾持，保證計量箱測試的穩(wěn)定性。

外殼剛度試驗是用一個60 mm×60 mm×5 mm的角鐵制作框架結(jié)構(gòu)，框架可左右移動，然后角鐵作用與待檢計量箱頂部，上下電缸同時施力，通過電缸頂部的壓力傳感器檢測實時輸出的力值，用于計量箱的耐扭力試驗。

側(cè)壁靜載力試驗是作用于直徑為10 mm的圓形表面上施加60 N的力值，施力機構(gòu)由短行程電缸和壓力傳感器組成，左右兩側(cè)各有一個施加力值機構(gòu)，可作用于計量箱兩側(cè)同時施加。

外殼剛度試驗是對待檢計量箱底面和側(cè)面分別施加500 N的載荷，施加模具為寬度100 mm的板狀結(jié)構(gòu)，試驗夾具分別位于計量箱的底側(cè)和右側(cè)，可同時進行力值的施加。

3.2" 沖擊載荷試驗檢測模塊

3.2.1" 試驗項目

按照Q/GDW 11008—2013《低壓計量箱技術(shù)規(guī)范》的要求，完成低壓計量箱載荷試驗檢測。

3.2.2" 硬件結(jié)構(gòu)

低壓計量箱沖擊載荷試驗?zāi)K主要是由用鋁型材、電動模組、氣缸和機械零件組成，主要完成計量箱的耐鋼球試驗和耐鋼制角狀物試驗，計量箱檢測時采用豎直方式測試。

低壓計量箱沖擊載荷試驗?zāi)K結(jié)構(gòu)主要由2大功能單元組成，一是表箱旋轉(zhuǎn)固定機構(gòu)，用于各種類計量箱的固定夾緊；二是試驗檢測機構(gòu)，配合夾緊機構(gòu)完成計量箱的各種試驗，如圖3所示。

計量箱尾部延伸至夾緊部位后，由模組前伸使其夾爪夾住待檢計量箱尾部，固定計量箱，然后翻轉(zhuǎn)機構(gòu)沿順時針方向施加軸向力，使待檢計量箱由水平方向放置變?yōu)榇怪狈较颍阌阡撉蚝弯撝平菭钗锏臎_擊試驗。

沖擊載荷試驗是將質(zhì)量為5 kg的鋼球或鋼質(zhì)角狀物提升到0.2 m的高度時再使其落下，模塊通過半棘齒輪控制鋼球或角狀物的上升高度后自由釋放；承載鋼球和角狀物的結(jié)構(gòu)可前后左右上下升降，適應(yīng)于不同高度的計量箱，且結(jié)構(gòu)可順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)180°，可作用于計量箱的4個側(cè)面。

3.3" 計量箱綜合試驗檢測模塊

按照Q/GDW 11008—2013《低壓計量箱技術(shù)規(guī)范》的要求，完成低壓計量箱箱門試驗、鉸鏈?zhǔn)接嬃肯溟T載荷試驗、計量箱標(biāo)識試驗檢測。

3.3.1" 試驗項目

根據(jù)GB/T 25293—2010《電工電子設(shè)備機柜 機械門鎖》標(biāo)準(zhǔn)定制包含鎖栓扭應(yīng)力裝置（1～20 N·m），軸向靜拉力裝置（小于等于5 N）和大于等于50次的門鎖操作壽命和鑰匙操作壽命試驗機（大于等于50次操作，頻率0～10次/min，可設(shè)置調(diào)節(jié)。智能控制，定制夾具方便裝夾各類樣品）。

3.3.2" 硬件結(jié)構(gòu)

低壓計量箱綜合試驗?zāi)K結(jié)構(gòu)主要由2大功能單元組成，一是表箱旋轉(zhuǎn)固定機構(gòu)，用于各種類計量箱的固定夾緊和翻轉(zhuǎn)；二是試驗檢測機構(gòu)，配合夾緊機構(gòu)完成計量箱的各種試驗，如圖4所示。

計量箱由輥筒線體橫向進入翻轉(zhuǎn)平臺（平臺起始狀態(tài)為水平），由翻轉(zhuǎn)平臺兩側(cè)模組左右夾緊計量箱側(cè)面（空出開門的位置），使計量箱緊貼翻轉(zhuǎn)平臺固定住，然后翻轉(zhuǎn)平臺通過翻轉(zhuǎn)機構(gòu)沿逆時針方向施加軸向力，使待檢計量箱和翻轉(zhuǎn)平臺由水平方向放置變?yōu)榇怪狈较颍阌谶M行箱門試驗和計量箱標(biāo)識試驗等。表箱旋轉(zhuǎn)固定機構(gòu)，通過輥筒線體和限位夾緊件實現(xiàn)計量箱的上位和固定，工作平臺之間互動連接且設(shè)有翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)將工作平臺從水平拉動至豎直，使得計量箱到達進行檢驗所需的位置，整個過程自動化程度高，大大提高檢測效率。

箱門試驗是對計量箱門進行開合50次，開合機構(gòu)由吸盤和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組成。吸盤由人工固定至計量箱門上，然后旋轉(zhuǎn)機構(gòu)通過金屬連桿上的吸盤帶動計量箱門進行箱門試驗，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)控制箱門開至極限位置后再關(guān)閉箱門，完成一次試驗。

箱門試驗檢測機構(gòu)通過支架上的滑軌、定位孔及旋轉(zhuǎn)件，使得作用于計量箱上的吸盤在水平位置、豎直高度和傾斜角度3個自由度，能夠靈活地改變在計量箱上檢測的位置，裝置的適應(yīng)性高，操作難度低。

箱門載荷試驗是針對開啟的計量箱門沿鉸鏈方向施加垂直向下的作用力，驗證鉸鏈的可靠性，工裝結(jié)構(gòu)作用于開啟箱門的中間位置，施加相應(yīng)的力值，力值由電動模組和壓力傳感器共同作用。

計量箱標(biāo)識結(jié)構(gòu)和門載荷結(jié)構(gòu)可通過聯(lián)動氣缸進行切換，進行標(biāo)識試驗時進行氣缸動作，使計量箱標(biāo)識結(jié)構(gòu)向下旋轉(zhuǎn)于計量箱垂直位置，人工更換試驗結(jié)構(gòu)上的海綿（蘸有汽油味乙烷溶劑），通過圖像識別計量箱標(biāo)識位置，進行自動摩擦標(biāo)識，完成標(biāo)識試驗檢測。支架采用三維滑軌，將計量箱標(biāo)識機構(gòu)和門載荷機構(gòu)安裝于三維滑軌上，能夠靈活調(diào)整計量箱標(biāo)識機構(gòu)和門載荷機構(gòu)在空間上的位置，且利用聯(lián)動氣缸切換計量箱標(biāo)識機構(gòu)和門載荷機構(gòu)，提高了裝置的自動化程度，降低操作難度，減小誤差。

3.4" 樣條切割模塊

按照Q/GDW 11008—2013《低壓計量箱技術(shù)規(guī)范》的要求，從非金屬計量箱外殼切取代表性樣品，尺寸宜為10 mm×80 mm，完成低壓計量箱試壓試驗檢測。

硬件結(jié)構(gòu)。樣條試驗采用物理切割的方式，計量箱由主線體輸送至切割單元后，輥筒線體上兩側(cè)夾緊機構(gòu)將計量箱固定，防止切割過程中出現(xiàn)偏移；由人工控制上位機進行切割選點，通過定位激光頭確定需要切割的部位，之后由切割銑刀進行樣條切割，切割完成后人工取出樣條進行測試，如圖5所示。

計量箱樣條切割裝置，包括機架和料架，機架支撐臺的中部掏空有矩形豁口，兩側(cè)分別安裝直線滑軌和線性滑臺，支撐臺上設(shè)置有2根支柱和1根橫梁組成的龍門架，2根支柱分別滑動連接在直線滑軌和線性滑臺上，橫梁上設(shè)置有切割頭；料架設(shè)置在支撐臺的矩形豁口中，為由支架和動力輥組成的傳送裝置，動力輥的上部兩側(cè)設(shè)置有擋板，擋板的后端安裝有夾緊裝置，擋板的末端垂直固定有擋塊，料架的中心前半部分位置的底部安裝有電箱推出機構(gòu)，料架的中心后半部分位置的底部安裝有電箱下推機構(gòu)。機架的上方固定安裝有機罩，機罩為有機玻璃材質(zhì)的矩形箱體。橫梁上設(shè)有滑臺，滑臺的滑動塊固定連接切割頭，切割頭的刀頭可上下滑動。

計量箱樣條切割裝置安裝在產(chǎn)線中，可以自動對每個批次的抽樣產(chǎn)品進行樣條切割，計量箱可以穩(wěn)定地固定在其中，切割頭可以精確地切割出需要的尺寸，切割完成后手動取出樣條送檢，計量箱通過設(shè)置的推出機構(gòu)推離本裝置。

4" 結(jié)論

計量箱自動化檢測裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對計量箱試驗項目的檢測，通過檢測，能夠?qū)τ嬃肯涞馁|(zhì)量進行檢測。

本文研究低壓計量箱智能檢測裝置，提出計量箱檢測方法，建立自適應(yīng)流水線檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)信息化，可全面提高檢測服務(wù)效率，嚴格把關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量，提高檢測的公平公正性，保障供貨一致性，進一步提升計量箱的管理水平。

參考文獻：

[1] 韋景康，袁建峰，王鵬，等.戶外低壓計量箱的“五防”改進[J].設(shè)備管理與改造，2018（3）：68-69.

[2] 楊振.電能計量中常見問題探究[J].電力科技，2016（5）：182.

[3] 程瑛穎，楊華瀟，肖冀，等.電能計量裝置運行誤差分析及狀態(tài)評價方法研究[J].電工電能新技術(shù)，2014，33（5）：76-80.

[4] 盧健豪.電能計量裝置狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2017.

[5] 陳會，孫浩，吳潔.分析外界環(huán)境對電能計量裝置精準(zhǔn)度的影響[J].通訊世界，2016（3）：187-188.