单相自动化检定线之自动接拆线装置的研究

鲁观娜 丁恒春 杨东升 徐占河 吕言国 孙志杰 杨晓波 周丽霞

(国网冀北电力公司电力科学研究院，北京 102208)

单相自动化检定线之自动接拆线装置的研究

鲁观娜 丁恒春 杨东升 徐占河 吕言国 孙志杰 杨晓波 周丽霞

(国网冀北电力公司电力科学研究院，北京 102208)

单相电能表在完成组装后都需要将电能表与接线器进行可靠的对接，完成检测。针对目前人工对接方式效率低下、费时费力、不能满足自动化生产需求的缺点，为了满足自动化单相表检定线的工作需求，提高自动化水平，设计了一种曲回式自动接线装置，并在底部设计一套顶升定位装置，完成电能表的顶升定位。同时，每套压接装置含有四套滑动架，每套滑动架上安装一只由气缸推动的推表手指，使电能表压接可靠。研究表明，该系统显著地提高了单相自动化检定线的工作效率，节省了人工成本，为自动化技术在接拆线装置应用打下了夯实的技术基础。

曲回式 顶升定位 自动化接拆线 检定线 气缸 压接

0 引言

随着社会的不断发展，电能消费成为人们生活中不可或缺的一部分，而电能表的精度直接影响电能计量水平。为了平衡电网公司与居民之间的利益，减少电能表的计量误差带来的利益冲突，国内众多电能制造厂家纷纷投入大量的科研，以提高电能表的计量精度[1-2]。但另一方面，由于传统的电能表检定装置需要人工上表和挂表，无法达成挂表、检定、拆表等各个环节的并行处理，其检定效率低、管理不规范、电能表信息存储和处理滞后成为制约电力公司提高效益、实现电能表全生命周期全自动化管理的瓶颈。

全自动电能表检定系统可成功解决大批量电能表的效率低下问题，实现电能表自动化上下表、接拆线、检定、分拣、物流输送等作业，并且能够解决与传统生产线的兼容性问题。其中，单相自动化检定的自动接拆线装置直接影响流水线的检测效率以及检测成功率[3-5]。

为解决上述问题，设计了一种曲回式自动接线装置。通过单相自动化检定的自动接拆线装置的推广应用，提高接拆线过程中电能表与插线器对接的可靠性，同时消除人工接拆线效率低下等问题，将大大增强国网公司系统计量工作的管控力和影响力，进一步提高计量的准确度、公信力，确保计量准确公正，塑造企业良好的服务形象。

1 装置功能及技术特点

1.1 装置功能描述

自动接拆线装置作为检定系统中独立的常用模块，面向通电外观检查、耐压实验、功耗测试、编程启动、检定前插拔卡、多功能检定和检定后插拔卡等工作单元，对被检电能表的电压端子、电流端子、辅助端子(校验脉冲、多功能脉冲、通信口等)进行可靠压接。各个功能模块的功能简述如下：工件托盘，承载电能表的载体；接线驱动机构，推表压接；拆线机构，表计复位与表托插针分离；升降定位机构，工件托盘定位及脱离皮带面；表托插针机构，检定设备(工作单元)的电缆接口。

1.2 技术特点

自动接拆线装置的主要技术特点体现在以下四个方面：稳定性和均匀性、安全性和可靠性、传统兼容性、异常标志及时性。

1) 稳定性和均匀性：每个表位电能表的接线均采用独立的、速度可调的、压力可控制的气动驱动。因此，具有压合速度平稳、压力分布均匀的特点。

2) 安全性和可靠性：表托插针机构隶属于检定装置，检定装置在每个表位电能表的每相电流回路都配置接触式测温仪(温度检测元件的绝对误差不大于±1 K，测温范围20～100 ℃)，在电能表压接过程中，若出现异常(如电流端子温度超过设定温度)，则检定装置可及时短接该表电流，保护设备和电能表不受到损伤，因此，具有良好的安全性和可靠性。

3) 传统兼容性：每个表托插针的电缆线均采用固定(无运动无扭折)连接方式，沿用此传统方式不仅可确保检定设备线路稳固性，而且还具备人工电能表检定和人工装置计量检定等操作模式的兼容性。

4) 异常标志及时性：当电能表压接检测异常时，单元会通过信息管理系统对该表进行标志(作异常表处理)，在后续工作单元屏蔽该表的任何操作。

2 自动接拆线装置技术研究

目前，单相电能表在完成组装之后，为了检测其各项性能指标，需要进行检定，以提高单相电能表的合格率。检定之前，需要电能表与插线器进行可靠对接，这也是整个检定装置的核心步骤、核心技术。而如果通过人工接拆线的方式将电能表与插线器进行对接，一次只能对接一只电能表，且因为插线器的测试端子有弹性，费时费力而且效率很低，不能满足自动化生产的需求。为了解决大批量的自动化单相表检定线的工作需求，本文设计了一种曲回式自动接拆线装置，能够有效解决对接瓶颈问题。

整个装置的底部设有一套顶升定位装置，其作用是：一旦输送线上装载有四只电能表的工件托盘运行到上方且被挡停待命的情况下，顶升动作，装置上各有两只定位销轴和等高柱，能够平稳顶起工件托盘并进行有效可靠的定位。该顶升定位装置上同时含有四套气缸推动装置，在顶升过程中，推表手指穿过工件托盘上的槽型空隙，从相应电能表的尾部伸出，利用下方的压接气缸，将对应的电能表往两侧推送，各自到达相应的插接器，进行可靠的对接过程。同时，为了使电能表能够可靠地压接，每套压接装置含有四套固定在两块固定板之间的滑动架，每套滑动架上装有一只由气缸推动的推表手指，因此能更好地进行平稳的电表平移动作。

2.1 顶升定位装置

本自动化检定线的自动接拆线装置中核心部件之一就是顶升定位装置。顶升定位装置的准确性直接影响电能表压接的成功率，因此，顶升定位装置的设计需要有足够的定位精度。同时，为了能够解决自动化检定线大批量检定的效率问题，每套顶升装置同时载有四只电能表。要使这四只电能表能够全部有效可靠的压接，需要对顶升装置采取一定的改进措施。

顶升定位装置安装在整个自动接拆线装置的底部。当上道的电能表随同工件托盘传输到工件单元时，首先，由设置在该工件单元的挡停器将工件托盘立即限位。然后，通过升降气缸的上升，将导柱插入工件托盘的导套进行正确的定位，同时，将工件托盘抬起脱离输送皮带，使电能表端子与表托插针等高。最后通过各压接气缸水平推表，将表托插针插入电能表的端子中。该装置的主要创新设计点体现在以下几个方面。

1) 可控气缸驱动升降机构：为能够与传统检定流水线兼容，同时又能保证稳定可靠的压接，每个表位电能表的接线均采用独立的、速度可调的、压力可控的气动驱动升降装置。因此，具有压合速度平稳、压力分布均匀等特点。

2) 定位销轴和等高柱：电能表端子与表托插针有效可靠的压接需要高精度的定位。本系统采用高精度的定位销轴和等高柱并用的设计方式。等高柱可以保证四只电能表处于同一水平面上，可以消除装置本身不等高带来的误差。定位销轴进一步保证定位的精确度，提高压接的可靠性。

综上所述，整个顶升定位装置包含一套可控气缸驱动升降机构、两个定位销轴和两个等高柱。当输送线上装载有四只电能表的工件托盘运行到上方且被挡停待命时，可控气缸驱动升降发出顶升动作。与此同时，装置上的等高柱和定位销轴发挥其作用，使其能够平稳地顶起工件托盘的同时，还能将电能表与托盘插针有效可靠定位。

2.2 曲回式自动接拆线装置

曲回式自动接拆线装置拥有四套气缸推动装置，在顶升过程中，推表手指穿过工件托盘上的槽型空隙，从相应的电能表的尾部伸出，利用下方的压接气缸，将相应的电能表往两侧推送，各自到达相应的插线器，进行可靠的对接。该自动接拆线装置利用底部的推表气缸，通过推表手指，曲回至工件托盘的上方，推动电能表，故称之为曲回式自动接拆线装置。

曲回式自动接拆线不仅能够完全自动完成电能表与托盘插针的有效可靠性压接，实现大批量电能表的自动化检定；而且，电能表压接不到位或者其他原因导致压接不成功。该装置的气缸推动装置可以单独进行二次压接，大大提高了压接的可靠性，同时避免了压接成功的电能表由于二次压接反而不成功的可能，这极大提高了电能表检定的效率。

3 装置的工作流程

装置的工作流程主要分为自动顶升定位、曲回式自动接线、工件性能测试、曲回式自动拆线四个步骤。

3.1 顶升定位过程

当传感器检测到有电能表随同工件托盘传输到工件单元时，首先，抬起挡停限位托盘，将工件托盘立即限位。然后，导正托盘准确定位后，通过升降气缸的上升，使抬起的托盘与表托齐平。整个过程通过自动升降定位装置及其辅助装置完成。

3.2 曲回式自动接线

顶升定位过程完成后，通过独立可控气缸推动装置将单相表托盘往两侧推送，各自到达相应的插线器，进行可靠对接。对接完成后，对工件单元接触性能进行检查，接触良好，则可进行功能检测。接触不好，对其进行二次压接，再次进行接触性能检测，接触良好，则进入下一步；接触仍不正常，则通过信息管理系统对该表进行标志。

3.3 工件性能测试

工件性能检测包括通电外观检查、耐压实验、功耗测试、编程启动、检定前插拔卡、多功能检定和检定后插拔卡等，这里不做详细说明。

3.4 曲回式自动拆线

曲回式自动拆线过程是曲回式接线过程的逆过程。首先，通过独立可控气缸推动端子拆线。拆线完毕后，降下工件托盘至皮带面，然后将其退出导销。最后，降下挡停，释放托盘。

具体工作流程如图1所示。

图1 装置工作流程框图Fig.1 Working process of the device

4 装置的应用

整个装置的检定过程达到完全自动化处理效果，正常运行时无需人工操作(除了出现异常情况时，信息系统反馈报警时需要人工排除故障)，能够真正地实现自动化检定的要求。通过实际的运行测试，该曲回式自动接拆线装置达到了预期的效果，极大地提高了检定的效率和可靠性。

从效率上来考虑，本装置的实际运行参数如表1所示，从表1可得出，单组接(拆为逆向作业)线的工序0.014 min/4只，即0.21 s/只，这相当于人工接拆线效率的十几倍;“接线”与“拆线”的合计工序时间为2×0.014=0.028 min。此项工序时间均可应用于“通电外观检查、耐压实验、功耗测试、编程启动、检定前插拔卡、多功能检定和检定后插拔卡”等工作单元中的接拆线工序时间计算。

从可靠性上考虑，每只电能表的电流、电压端子动作压力均≤60 N，每只电能表的辅助端子动作压力≤10 N。每只表位电能表所有接线柱一次性接线成功率达到99.7%，其中电流接线柱100 A电流10 min，温升为30 ℃。因此，该装置具有很高的安全性保障，同时也具有很强的可靠性。

表1 本装置的实际运行参数

5 装置的实施效益分析

5.1 经济效益

该曲回式自动接拆线装置系统正式投入运行后，通过性能对比与技术性分析，以每年平均有200万只单相电能表完成检定，采用本自动接拆线装置，人员可减少95%，单表平均处理时间节约十几倍，每年至少可节约资金约100万元。同时，随着人工工资的上涨、技术的再深化改造，本系统产生的经济效益将更加显著。

5.2 社会效益

本装置的投入运行显著地提高了单相表检定的准确度和效率水平，避免了人工接拆线产生的效率低下以及检定时产生的电击风险，真正做到了全自动化检定，社会效益显著。通过本系统的实施，可在以下几方面取得明显的效益。

1) 本装置全过程采用高度自动化技术替代人工操作，有利于减少人工操作环节错误的发生，提高检定的准确性、有效性。

2) 提高自动化水平后，有助于提高劳动生产率，节省人工成本。

3) 为电力公司增加了特色服务项目，同时提高了公司优质服务水平。

6 结束语

本装置成功实现了单相电能表的自动化接拆线检定，并且能够和传统的检定系统兼容。与目前国内一般电力企业在单相表检定方面主要采用人工方式相比，通过曲回式自动接拆线、智能警报反馈，实用性强，投运效果突出，社会效益十分显著。

[1] 王曼,韩剑,孔凡胜,等.母排式电流互感器误差校验的自动接拆线装置[J].自动化博览,2011(8):102-103.

[2] 郭宝利,陈伟斌,李哲,等.一种用于低压电流互感器自动化检定系统的自动穿排机构设计[J].自动化与仪器仪表,2013(1):71-73.

[3] 罗志坤,王伟能.智能电能表的检定和配送[J].大众用电,2013(5):20-21.

[4] 邓泽官,马晓奇,曹祖亮.低压电流互感器自动化检定系统的研究与应用[J].电测与仪表,2013(9):95-99.

[5] 王艺,袁天奇,肖江文.电能表自动检定流水线的控制系统设计[C]//第三十一届中国控制会议论文集D卷.中国系统工程学会,2012:5.

Study on the Automatic Connecting and Disconnecting Device in Single Phase Automatic Calibration Line

After assembling, the single phase energy meters need to be reliably connected with the junction box to complete calibration. At present, the manual conjunction mode cannot meet the demands for automatic production because of its low efficiency and consuming effort. In order to satisfy the operation requirement for automatic single phase energy meter calibration line, and enhance the automation level, the curved back style automatic wiring device is designed; and a set of lifting and positioning device is designed at the bottom. In addition, each crimping apparatus comprises four sliding frames, and a cylinder driven finger for pushing meter is installed on each sliding frame, to make the energy meter being connected reliably. The research indicates that the system significantly enhances the working efficiency of the automatic calibration line for single phase meter, and saves the labor cost, this lay a solid technical foundation for automation technology applying in wiring connection and disconnection devices.

Curved back style Lifting and positioning Automatic connecting and disconnecting Calibration line Air cylinder Pressed connection

鲁观娜(1981-)，女，2007年毕业于华北电力大学热能工程专业，获硕士学位，高级工程师；主要从事电能计量、自动化检测的研究。

TH6

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201509020

修改稿收到日期：2015-01-16。