电能表自动加封系统的开发及应用

何健华　谭振豪

摘要：目前电能表自动检定流水线已在国内部分省市供电局投入使用，封印加封作为计量检定的后续工序，必将以实现自动化过程为目标。文章从当前自动加封系统发展的状况，分析各种不同加封方法的利弊，通过实践经验，简述自动加封系统的流程、机械结构和软件实现，提出一套可行的设计方案。

关键词：自动加封；系统结构；电能表

中图分类号：TM933 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）20-0040-03

1 背景

随着各电网公司大力推动电网智能化、自动化、信息化建设，大量智能电能表已标准化推广应用，部分供电局已经建设电能表计量自动检定流水线。自动检定流水线已实现了电能表的自动检定，但在封印的加封及信息录入等工序仍需要手工操作，按省级电网公司每年100万只电能表的检定量，每天不少于3000只，平均8秒钟要加封一只电能表，按每只电能表加封2个封印另加信息录入，至少需要8个人7个小时不停地工作。封印加封的人员劳动强度大、工作效率低，成为制约实现电能表计量检定全过程自动化的瓶颈，因此电能表自动加封系统的开发成为必然的趋势。

2 系统实现的前提和目标

标准化是自动化实现的前提，自动加封系统也不例外，不同的加封方式对电能表相关的外形要求并不相同。设计开发的初期首先要了解清楚用户使用的是哪一个（或哪几个）标准的电能表，设计的自动加封系统是否都适合这些标准，这是关键；其次要了解自动封印使用的安全性和加封效率是否达到用户的要求。根据以上两方面选择不同的加封方式进行设计开发。

自动化生产的目标，一般指连续生产的能力、效率和成功率三个方面。对于自动加封系统，应付用户偶尔加班的情况，连续生产能力应设计在48小时以上；考虑生产量偶然加大和检修时间，效率根据日平均产量计算另加20%的裕度；成功率应能达到99%以上，才能保证减少人员干预连续生产的要求。

3 适合于自动加封的电能表

自动加封系统对电能表的外形及加封位置周围的结构有一定的要求，为适应当前自动检定流水线的要求，各电网公司对电能表的外形都有标准规范，如国网的Q_GDW355-2009《单相智能电能表型式规范》。外形的标准化，使得自动加封系统能依照一种（或多种）规范进行机械结构的设计，不同厂家的电能表能进行准确定位、传送和加封。另外，不同的自动加封方式对加封位置周围的结构有一定的要求，当前的电能表型式规范多是针对自动检定流水线制定，并没涵盖自动加封的技术要求，因此并非所有符合型式规范的电能表都能适合于自动加封系统，系统设计初期应向用户明确加封位置周围结构的要求，采购合适的电能表进行生产。

4 自动加封的方式和特点

自动加封系统的功能包括封印加封、电能表条码与封印条码识别、绑定及录入等。当前已知的自动加封方式有穿线式、卡扣式、锁止式和压嵌式四种，以下逐一介绍：

4.1 穿线式加封

如传统的手工加封方式，用封线穿过电能表加封孔，再通过封印把封线两端锁紧实现加封。因穿线加封动作复杂，设计及零件加工要求较高，因此机械结构复杂。封印与普通的塑料封印相仿，可以选择一维、二维条码或RFID电子标签，另带用户特定的编码，防窃电性能最为可靠。技术上对电能表的穿线孔、封印螺丝孔有要求。

4.2 卡扣式加封

封印做成带卡扣的方式，通过卡扣卡紧电能表穿线耳的外侧（或内侧）进行封装。加封动作简单，但加封的完整性不易检查和观察，条码区域较小不容易预安装，对条码的选择有一定的限制。加封的安全性不高，卡扣被单独破坏后不易察觉。技术上对电能表穿线耳外形、穿线孔位置尺寸有要求。

4.3 锁止式加封

用锁销穿过电能表穿线孔把封印与封印耳锁在一起。加封动作简单，加封完整性容易检查，条码区域较小不容易预安装，对条码的选择有一定的限制。加封安全性较高，锁销不易被单独破坏。技术上对电能表穿线耳外形、穿线孔位置尺寸有要求。

4.4 压嵌式加封

先把金属底座放入电能表穿线耳内用螺丝坚固，再把塑料封盖压入金属底座，通过金属底座的倒扣把上塑料封盖扣紧完成封装。为防撬塑料上盖嵌入穿线耳上端平面，区域很小无法预装条码，可以用激光打印的方法把二维DM码标刻在塑料封盖上。加封动作简单，加封完整性容易检查，防撬性能高，但封印不难仿造进行激光打印，安全性一般。技术上对电能表的穿线耳内孔形状尺寸有要求。

以上四种加封方式各有优缺点，根据用户的不同需求，主要考虑系统价格、封印成本、封印安全性、加封效率等因素，选择不同的加封方式。

每种加封方式在技术上对电能表标准化的要求并不一样，达不到相应的技术要求会对加封成功率造成很大的影响，成功率达不到98%以上自动化生产的意义就不大了。电能表标准化推广需要一个长期的过程，因此当前较适合于投入生产使用的自动加封系统推荐穿线式和压嵌式。如果强调封印的安全性，生产量要求不高时可选用穿线式。压嵌式优点较多，只是封印必须用激光打码，安全性适中，适合应用于低端用户的计量电能表，是当前自动加封系统发展的主要方向。

5 系统构成

系统由机械结构、电气回路、气动回路、PLC及上层软件构成，以下着重介绍穿线式和压嵌式加封系统的机械结构及软件系统。

5.1 系统流程构建

图1 系统流程图

七大机构功能如下：

检测机构：检测流水线上的电能表是否为当前型号电能表，加封位置是否适合于加封。

加封机构：对通过检测的电能表进行加封。

送料机构：为加封机构输送封印及附件。

信息采集：读取电能表（及封印）的编码，通过编码查找，从用户的营销系统数据库提取相关信息。

激光打码：对封印进行激光打印编码或图案。

贴标机构：把提取的相关信息打印到合格证上，并贴在电能表指定位置。

信息录入：把封印激光打印的相关信息写入用户营销系统数据库，发送完成信号。

5.2 机械结构

根据系统流程和用户现场环境，设计各部分机构的平面布局，尽可能地把各机构模块化，以灵活适应各种不同的环境。以下是3×3（米）现场环境实例的设计，设计范围包含通道。

5.3 软件系统

包括上层的数据交互总控系统和下层的PLC控制

系统。

PLC控制系统通过输入输出单元、定位、运动控制单元等，根据系统流程对七大机构进行顺序、过程及运动控制。

1.流水线；2.检测机构；3.加封机构；4.送料机构；5.信息采集机构；6.激光打码机构；7.信息录入机构；8.贴标机构；9.不合格品处理区

图2 机械结构图

总控系统负责数据信息收集与运算处理，协调PLC控制系统、激光打码设备和贴标设备的整体运行，通过读取电能表（及封印）的编码来判断其合法性。对合法的编码进行信息绑定，并向用户的营销系统进行信息交互；不合法的编码给出提示，并通过PLC控制系统把电能表送至不合格区进行人工处理。

信息控制经各机构单元的判断元件发送至PLC控制系统进行处理，不合格品经人工调整再次进入流程，无法人工调整的进入不合格品处理程序退回电能表生产商。

信息采集系统包括信息采集是否成功、电能表封印编码是否合法、电能表是否已检定电能表等判断过程，封印编码的合法性和唯一性、电能表和封印编码的成功绑定是确保用户计量管理系统安全性的重要保障，以下是信息处理程序的实现。

procedure TF_WinSock.CheckListTimer（Sender： TObject）；

var Msg2，MeterNumber，LockSerialNumber，LockNumber：

string；

begin

Memo1.Lines.Add（'电能表：' + USB_MeterNumber +' 封印：' + USB_LockSerialNumber）；

if （USB_LockSerialNumber =''） or （Trim（USB_MeterNumber） =''） then

begin

ClientSocket1.Socket.SendText（'R01NG'）；

end

else //-----读取条码及绑定

begin

if （pos（' '，USB_MeterNumber） > 0） or （Length（Trim（USB_MeterNumber）） =0） then

begin

Exit； Abort；

end；

MeterNumber ：= USB_MeterNumber；

if （Length（LockSerialNumber） < 14） then

begin

//Application.MessageBox，MB_IconInformation）；

Memo1.Lines.Add

CheckList.Enabled ：= false；

ClientSocket1.Socket.SendText（'R01NG'）； //-----条码合法性判断

Exit； Abort；

End

6 结语

本企业设计、试制并生产国内首台穿线式自动加封系统，先后在江门市和珠海市计量中心得到实际应用，加封成功率达到99.5%。穿线式机构对电能表标准化要求较低，适合当前大多数未完全标准化的电能表，但保证成功率的情况下，加封效率很难做到10（秒/只）以内。为实现电能表自动加封系统高效率、低成本的目标，国家电网公司正对电能表加封位置进行标准化，当标准实现后，压嵌式自动封印系统将成为新一代主流的自动封印系统。

参考文献

[1] 赵增隆，马坤.电能表检定中若干问题的探讨[J].中国计量，2010.

[2] 林晓庆.电网企业计量自动化系统应用研究[J].电力信息化，2013.

[3] 李鹏.基于计量系统数据的图形模块在江门电网的应用[J].广西电力，2012.

作者简介：何健华（1972—），男，广东江门人，江门市大光明电力设备厂有限公司机械工程师，研究方向：电力行业产品及工程；谭振豪（1981—），男，广东江门人，江门市大光明电力设备厂有限公司机械工程师，研究方向：机械设计制造及自动化。