拆回電能表底數(shù)自動拍照裝置的研究與應(yīng)用

戰(zhàn)麒羽

（國網(wǎng)吉林省電力有限公司吉林供電公司，吉林 吉林 132001）

0 引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，居民生活水平大幅提升，民眾的經(jīng)濟法律意識不斷增強，用戶對電力服務(wù)質(zhì)量的要求也越來越高，電能表使用量逐年增加。國網(wǎng)吉林電力優(yōu)化優(yōu)質(zhì)服務(wù)舉措，“陽光業(yè)擴、一戶一策”等服務(wù)方案陸續(xù)實施，同時伴隨著客戶服務(wù)的敏感性的提升，用戶申校數(shù)量逐年遞增，同時為有效監(jiān)控表計裝拆時體外循環(huán)等過程，根據(jù)《國家電網(wǎng)有限公司2019 年電力營銷管理專項審計工作方案》，要求拆回電能表須進(jìn)行拆回底數(shù)拍照存檔，此項舉措有效保留電能表拆回時刻底數(shù)，為業(yè)擴、服務(wù)等提供有效數(shù)據(jù)支撐。本文將介紹拆回電能表底數(shù)自動拍照裝置的研究與應(yīng)用，著重探討以電能表裝置的基本結(jié)構(gòu)、性能、原理等特點，設(shè)計兼容的、輕型的一體化分揀裝置，提升裝置應(yīng)用范圍和工作效率，為減少人力和降低經(jīng)濟損失提供必要的支持，并且保障計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和拆回電能表是否存在欠壓、電能表示數(shù)錯誤等異常進(jìn)行記錄并存檔。此外，本文還將介紹電能表底數(shù)自動拍照裝置在智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，以及其在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展方面的作用和價值。通過本文的研究和分析，期望能夠進(jìn)一步推動電能表回收和處理技術(shù)的發(fā)展，為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。

1 拆回電能表底數(shù)拍照留存中的問題

隨著智能電能表的全面應(yīng)用，最早一批使用的智能電能表隨著使用時間的增長，雖不到電能表的使用年限，但也面臨著不同問題的影響。預(yù)計吉林地區(qū)2023 年預(yù)計更換電能表約10.5 萬只。所以拆回電能表底數(shù)拍照留存工作中，不僅要面對如此大的電能表分揀壓力，還要面對員工操作水平參差、拆回電能表表底數(shù)拍照存檔步驟復(fù)雜、拆回電能表品質(zhì)不一等問題，這些都嚴(yán)重影響拆回電能表的分揀存檔工作的效率。

如何縮短拆回電能表底數(shù)拍照存檔時長、提升工作質(zhì)效，就成為亟待解決的問題。為積極響應(yīng)公司號召，盡快適應(yīng)電價市場化改革步伐，合理應(yīng)對大批量計量采集設(shè)備更換工作任務(wù)，縮短拆回電能表底數(shù)拍照存檔用時是此研究的主要目的。

2 拆回電能表底數(shù)自動拍照裝置的研究內(nèi)容及設(shè)計

本方案主要為縮短拆回電能表表底數(shù)拍照存檔時間的分揀裝置，本項目是開發(fā)一款體積小、簡易操作、兼容多類型電能表分揀裝置。裝置主要的功能能夠按照電能表類型為電池欠壓的拆回電能表提供電源功能，能夠利用特制攝像頭實現(xiàn)拆回電能表條形碼識別、底數(shù)拍照等功能，能夠利用軟件程序?qū)⒉鸹仉娔鼙砀黜椀讛?shù)照片進(jìn)行分類存檔功能。

2.1 拆回電能表底數(shù)自動拍照裝置的總體設(shè)計

為了保證設(shè)計的高效性，以達(dá)到有效提高拆回電能表效率的目的，有針對性的提高舊智能電能表的質(zhì)量鑒別。整個設(shè)計分為供電模塊、安全模塊、支撐模塊、電動推壓模塊、攝像頭模塊、軟控模塊、人機交互組成。如圖1 所示。

圖1 裝置設(shè)計圖

2.2 兼容多類型電能表使用及自動化的設(shè)計

整個裝置需求供電有AC 220 V、AC 100 V、DC 24 V、DC 12 V。依據(jù)上述需求主要分為2 部分：第1 部分，選用隔離變壓器控制輸出和保護(hù)裝置，AC-AC：220 V 轉(zhuǎn)100 V（功率25 W），220 V 轉(zhuǎn)220 V（功率25 W）；第2 部分，選用開關(guān)電源ACDC：220 V 轉(zhuǎn)24 V[1-2]。

如圖2 所示，推壓模塊、滑軌、微型電動推桿、單刀雙擲開關(guān)組成電動推壓裝置。推壓模塊是依據(jù)電能表的表尾尺寸，分析各類型電能表的供電的工作原理為：100、220 V 等不同電勢的交流電進(jìn)入對應(yīng)電能表的計量模塊和開關(guān)電源后，前者用于用電計量，后者給電能表提供直流電。根據(jù)以上條件得出“只需一組中性線、火線的2 根撞針可以提供電源，喚醒電能表屏幕”。實施人員在國家電網(wǎng)各類電能表標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的差別以及電能表的工作原理的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計出組合式供電撞針。設(shè)計的供電撞針共3 組，無論三相三線、三相四線（直接式）、三相四線（互感式）、單相表都可供電。同時配合電機驅(qū)動設(shè)計，滿足自動上電的需求。推壓裝置設(shè)計為20 N 的推壓力，DC 12 V 用電；滑軌安裝在推壓裝置下方減少摩擦力，并且滑軌可以使推壓裝置精準(zhǔn)定位不會偏移；整個裝置固定在電能表臺座上進(jìn)行定位。

圖2 裝置內(nèi)部設(shè)計圖

2.3 應(yīng)用工業(yè)級攝像頭設(shè)計

追求性能穩(wěn)定可靠、易于安裝，可在較差的環(huán)境下長時間使用；工業(yè)攝像頭的快門時間非常短，可以高頻工作；工業(yè)攝像頭輸出的是原始數(shù)據(jù)（raw data），其光譜范圍也往往比較寬，比較適合進(jìn)行高質(zhì)量的圖像處理算法，普通攝像頭拍攝的圖片，其光譜范圍只適合人眼視覺，并且經(jīng)過了JPEG 壓縮，圖像質(zhì)量較差不利于分析處理[3]。

工業(yè)攝像頭的選型如圖3 所示。

圖3 工業(yè)攝像頭分析圖

選型的重要參數(shù)如下：

工作距離：指的是鏡頭的最下端到景物之間的距離。

視野范圍（FOV）：指的是鏡頭能看到的最大范圍，也就是鏡頭所能覆蓋的有效工作區(qū)域。

景深（DOF）：指的是縱深的范圍。在最小工作距離到最大工作距離之間的范圍稱為景深，景深內(nèi)的物體都可以清晰成像。

分辨率：攝像機每次采集圖像的像素點數(shù)（Pixels）。

根據(jù)上述，選定參數(shù)如下：

工作距離為350 mm（實際測試便于擺放電能表，且可以盡量降低工業(yè)攝像頭的像素要求）；

視野范圍為200 mm × 150 mm（主要依據(jù)三相電能表的長 × 寬，不含表尾，規(guī)格參數(shù)為：200 mm ×160 mm）；

景深為30 mm（主要依據(jù)：攝像頭的鏡頭到三相電能表顯示屏的距離為350 ± 5 mm；攝像頭的鏡頭到單相表顯示屏的距離為370 ± 5 mm）；

分辨率為600 萬像素，依據(jù)最小特征值0.3 mm ×0.3 mm 計算可知600 萬像素滿足使用要求。

2.4 實物展示及軟件功能使用流程設(shè)計

軟件部分使用步驟：首次使用，打開軟件自動進(jìn)行調(diào)焦距，曝光度等參數(shù)；再打開軟件選擇攝像頭并開啟（如遇無法打開，須檢查硬件連接是否完好），軟件自動識別條形碼，點擊拍照按鈕即可拍照存檔，如圖4 所示。

圖4 拆回電能表底數(shù)拍照工作流程

裝置實物設(shè)計如圖5 所示，考慮經(jīng)濟性、實用性，硬件部分實現(xiàn)體積小且輕型、簡單操作且智能化的特性；采用隔離式的220 V 與100 V 可切換供電方式；撞針式推壓設(shè)計使得裝置兼容單相、三相多類型電能表；提供隔離供電、漏電保護(hù)器的多重安全用電防護(hù)措施；選用CMOS 千兆網(wǎng)口工業(yè)面陣相機提供高質(zhì)量圖像輸出。軟件部分通過攝像頭SDK 解析獲取攝像頭的數(shù)據(jù)，選擇目標(biāo)攝像頭，通過OpenCV 對圖像進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過軟件算法校準(zhǔn)條形碼清晰度，再通過pyzbar 對1 個或者多個電能表上的條形碼進(jìn)行解析并自動選擇，輸出顯示到label 界面，用戶可以選擇保存圖像等數(shù)據(jù)到本地。

圖5 裝置實物設(shè)計圖

3 實驗結(jié)果

拆回電能表表底數(shù)拍照存檔各步驟時長如表1所示。較之前手工分揀、拍照，節(jié)省了大量時間，提高效率。

表1 新裝置實驗各步驟時長min

通過拆回電能表表底數(shù)自動拍照存檔裝置，能夠按照電能表類型為電池欠壓的拆回電能表提供電源，利用特制攝像頭實現(xiàn)拆回電能表條形碼識別、底數(shù)拍照等功能，利用軟件程序?qū)⒉鸹仉娔鼙砀黜椀讛?shù)照片進(jìn)行分類存檔，為優(yōu)質(zhì)服務(wù)、業(yè)擴報裝等業(yè)務(wù)提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)束語

該成果實施后，極大提升拆回電能表表底數(shù)拍照存檔工作效率及工作質(zhì)量，減少現(xiàn)場作業(yè)中底數(shù)拍照存檔環(huán)節(jié)，節(jié)約業(yè)擴報裝、資產(chǎn)管理的人力成本與時間成本，有效防止底數(shù)拍照存檔操作不當(dāng)帶來的安全隱患，更是做好計量資產(chǎn)管理最后一步，有效提升計量資產(chǎn)全壽命周期管理水平。