智能电能表自动化流水线生产系统的设计与实现分析

柏永林

摘 要： 近年来，随着我国电网改造不断推广，逐步落实一户一表，对于智能电能表的需求量大幅增加，为有效满足智能电网改造需求，并且保障智能电能表的质量，有必要设计自动化流水线生产系统，完成智能电能表自动化的生产和检定，以此替代人工操作，降低失误，提升效率。本文主要研究智能电能表自动化流水线生产系统的设计与实现。

关键词： 生产系统;自动化;智能电能表;流水线

【中图分类号】TM72     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）07-0157-02

当前对于智能电能表的需求量增加，传统人工生产方式已经难以满足实际需求，因此实现智能电能表自动化生产是必然的趋势。设计智能电能表自动化流水线生产系统不仅可以显著提升生产效率，同时也能解放人力，降低人力成本，减少人为失误，对于提升智能电能表生产质量具有重要作用。

1 智能电能表自动化流水线生产系统的设计思路

智能电能表自动化流水线生产系统的设计思路可以总结为三点：一是系统的专业化程度高，系统单相以及三相流水线必须要满足规定的单相以及三相智能电能表检定规程，明确在每一个检定环节需要完成多个检定项目。二是系统的抗干扰性能以及持续运转性能必须良好，系统运行时，待生产、检定电能表按照顺序排列，依次完成各个生产、检定环节。三是系统必须要具备较高的实用性以及可靠性，系统运行过程中无故障运行时间长，生产、检定标准要保持统一，确保生产、检定质量。此外，系统要低噪音、低能耗，以达到节能降耗的目的。整体而言，系统设计采用独立组网的形式，利用自动化控制技术、信息技术以及智能技术等现代技术手段完成自动传输、接拆线以及检定等工作。

2 智能电能表自动化流水线生产系统构成

智能电能表自动化流水线生产系统主要分为三部分，分别是管理、传输以及执行层，其中管理层主要是负责整个系统的管理与控制，接收生产计划，上报检定结果;传输层主要是在系统运行过程中负责定位以及输送;执行层顾名思义主要是负责生产、检定环节，其有多个功能单元构成，负责执行管理層的指令，对智能电能表进行自动化生产、检定以及分拣。

3 智能电能表自动化流水线生产系统的设计与实现

3.1 总体设计

本文实现的智能电能表自动化流水线生产系统按照模块化进行设计。各功能单元不仅能独立运行，也可以集中控制。智能电能表自动化流水线生产系统组成示意图如图1所示。

模块化设计的自动化功能单元包括：A码（表内生产码）绑定单元、分拣单元、视觉识别单元、耐压测试单元、调试单元、复检单元、功能测试单元（红外、拉合闸和载波测试）、装铭牌单元、参数设置单元、参数回抄单元、打翻盖和端盖螺丝单元、铅封装配单元、激光刻码单元、贴合格证单元、侧条贴单元、封箱单元、打包单元。生产系统管理软件、输送控制软件、功能单元控制软件构成了自动化生产系统管理平台软件部分，实现智能电能表自动化流水线生产。

3.2 软件设计

3.2.1 系统软件构成

本系统软件主要包括管理软件、功能单元控制软件以及输送控制软件，其中管理软件主要是生产任务管理，协调输送系统以及功能单元控制系统，输送控制软件主要是控制系统输送模块完成智能电能表的定位以及输送，根据系统指令将智能电能表输送至指定位置。功能单元控制软件主要是控制系统单元装置对智能电能表进行生产和检定。

3.2.2 接口设计

系统软件接口设计分为外部接口与内部接口，外部接口主要是满足与生产调度平台的交互，比如从生产平台获取检定信息、读取作业任务以及上报检定结果等;内部接口包括输送系统与功能单元在输送、生产、检定过程中的各种状态和数据信息交互，主要是实现智能电能表自动化流水线生产系统各部分之间良好运行。

各功能单元终端、输送控制终端、流水线生产系统服务器、自动化流水线管理平台终端通过以太网方式进行信息交互，采用的是SOAP、Socket通信等方式，其中数据通信使用的是XML格式，系统内部使用的是Socket通信，与生产调度平台之间采用的是SOAP通信。设计基本符合安全性、兼容性、可拓展性以及共享性的要求，系统内部使用统一接口，支持与生产调度系统连接[1]。

3.2.3 系统监控设计

监控是智能电能表自动化流水线生产系统必不可少的子系统，其主要是负责监控设备运行状态，实时反馈系统运行的各项数据，并通过可视化设备显示[2]。此外，监控系统还具备评估系统运行性能的功能，一旦发现系统存在隐患或者出现故障，会及时报警，以便工作人员进行维护。

3.3 硬件设计

系统硬件设施主要包括输送单元、视觉识别单元、复检单元、其他功能单元，输送单元主要负责智能电能表的输送，视觉识别单元负责对外观进行检查，复检单元负责完成检定项目。

3.3.1 输送单元

输送单元需要负责智能电能表的输送，输送单元在设计上主要是采用光电传感器定位智能电能表位置，根据需要设置一些缓冲区，防止流水线故障时电能表流动不畅问题，同时系统以此为基础合理控制输送效率，将输送单元合理分为传输、缓冲以及工作等多个区段，确保系统流畅运行[3]。输送单元还具备制动以及限位的功能，可精确控制输送效率。此外，输送单元与仓储系统进行了对接，检定完成后可以进行智能分拣，输送至仓储系统。

3.3.2 视觉识别单元

系统采用CCD工业相机、图像处理软件以及专业光源，配合自动接线供电单元，触发智能电能表显示屏切换，采用图像识别系统，确保智能电能表外观完好才能进入下一个环节。

三表位视觉识别单元如图2所示：电能表进入该单元后，通过接插件机构自动对接电能表，三个表位各具有单独的摄像机，三个表位并行测试，通过与电能表进行RS485通信切换液晶屏显示，该单元具有自动保存不良品图像的功能，标识不良品以便汇总分析。

3.3.3 复检单元

在本设计中，可实现智能电能表自动进出、自动接线以及检定，各项检定项目完成后由计算机收集检定信息并及时反馈管理平台，便于工作人员及时了解检定結果，如果出现异常情况也可及时进行干预。检定单元各个检定环节相互独立运行，相互之间不干扰，可有效保障检定质量。

3.3.4 其他功能单元

在本设计中，可实现智能电能表自动进出、接线以及如调试、装铭牌、参数设置、参数回抄、打翻盖和端盖螺丝、铅封装配、激光刻码、贴合格证、侧条贴、封箱、打包等功能，各项生产、检定项目完成后由计算机收集检定信息并及时反馈管理平台，便于工作人员及时了解生产、检定结果，如果出现异常情况也可及时进行干预。各功能单元各个环节相互独立运行，相互之间不干扰，可有效保障生产、检定质量。

4 自动化流水线生产系统设计与应用

针对一家电能表生产企业的产能、节拍需求，设计实现了一条自动化流水线生产系统，产能要求：不低于600只/小时，节拍要求：单表节拍不高于6秒。现场照片如图3所示：

自动化流水线生产系统运行流程为：上表（人工）→A码绑定→视觉识别（自动）→耐压测试（自动）→调试（自动）→复检（自动）→功能测试（红外、拉合闸和载波测试）（自动）→装铭牌、端盖（人工）→参数设置（自动）→参数回抄（自动）→装电压挡板和尾盖（人工）→打翻盖、端盖螺丝（自动）→铅封装配（嵌入式铅封）（自动）→激光刻码（自动）→贴合格证、侧条贴（自动）→人工装箱—封箱（自动）→打包（自动）→堆垛（人工），实际运行证明产能和节拍均达到设计需求，具体自动化流水线生产工序、表位数、耗时、节拍、产能数据如表1所示。

结语：智能电能表自动化流水线生产系统不仅有效提升了智能电能表生产、检定效率，同时减少了70%左右的生产、检定人员，大幅降低了生产成本，并且生产、检定质量可靠性更高。

参考文献

[1] 曲井致，刘伟鹏，吴国瑞，等.基于半有源RFID电能表的自动化检定流水线及智能仓储系统[J].电测与仪表，2018，55（012）：104-107.

[2] 倪胡旋，丁隽洁，王雅兰.Research on a compatible metering tray of automated assembly line%自动化流水线的兼容式计量托盘的研究[J].电测与仪表，2016，053（0z1）：214-218.

[3] 黄炜，刘雳，潘晓曼，等.电能表自动化检定流水线耐压装置的研究与应用[J].江西电力，2018，042（002）：15-17.