智能電能表全性能試驗系統設計研究范文

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智能電能表全性能試驗檢測系統整體規劃

智能電能表和用電信息采集終端全性能試驗智能檢測系統是采用AGV小車、自動檢表機器人、集成功能檢定臺體和獨立電磁兼容試驗設備加上集中控制軟件組成智能檢測系統。智能檢測系統能實現被測樣品（包括單、三相電能表、用電信息采集終端）全性能試驗，包括樣品轉運，自動上下試驗臺，試驗結果判定，功能性能試驗結果判斷，最終輸出試驗結果。方案設計包括智能檢測系統的檢測流程設計、夾持轉運設備設計、固定治具設計、試驗室整體布局設計、智能檢測系統軟件架構設計。

智能檢測系統檢測流程設計

按照國網公司智能電能表質量管控要求，計量設備質量檢測分為到貨前全性能檢測、到貨后抽樣檢測、到貨后全檢驗收檢測，其中全性能檢測項目最多，多達五六十項，包括準確度要求試驗、功能要求試驗、電氣絕緣、電磁兼容試驗、費控安全試驗、氣候影響試驗、機械試驗等。計量設備測試樣品到達試驗室后，首先對測試樣品的信息進行登記，記錄批次測試樣品的數量、規格和型號等信息。進入試驗流程，試驗人員對測試樣品進行人工檢視，核對測試樣品的登記信息。檢視完成后，放置樣品至轉運周轉箱內，將周轉箱放至起始位置料架上，并給AGV啟動信號，使其進入自動測試流程。進入自動測試流程后，AGV小車從起始位置把料架舉起，運輸至對應的檢測室相應的放置位（由二次定位機構進行夾緊/導向定位機構二次定位，精確定位），完成后，由掛表機器人將所需測試樣品的中轉端子臺抓取放入對應的檢測定臺上，再將其所需檢測的樣品抓取放入測試臺；對測試樣品的基本精度進行測試。測試合格后記錄測試樣品的精度數據，根據測試樣品數量將測試樣品分為三組，一組留在三合一功能檢定臺上進行功能測試；一組由掛表機器人拆下，由AGV轉運至性能試驗臺，自動進行性能試驗；一組由掛表機器人拆下，放回周轉箱，由AGV運輸至起始位置料架處，組，抽取一臺封存樣品比對。例如測試樣品為10臺，首先進行基本精度測試，測試后，一組三臺繼續功能試驗，一組三臺進行性能試驗，一組三臺進行人工氣候影響和機械性能試驗，最后抽取一臺封存樣品比對。進入自動性能試驗狀態的樣品，由AGV小車輸送到各個檢測單元前料架存放位，（由二次定位機構進行夾緊/導向定位機構二次定位，精確定位），完成后，由掛表機器人將所需測試樣品的中轉端子臺抓取放入對應的檢測定臺；再由掛表機器人抓取所需測試樣品表放入對應的檢測工作臺使與其轉接端子插接好，通過氣動機構夾緊；接通好之后自動檢測，按預定試驗方案依次試驗，檢測合格后，掛表機器人將測試樣品從檢定臺上拆下，再放入料架周轉箱，再由AGV小車輸送到下一檢測單元；轉接端子由掛表機器人取出放入中轉臺相應轉接端子放置位。所有試驗通過后，系統生成測試報告，AGV小車將被測樣送回起始位置料架放置處，試驗流程結束。

智能檢測系統夾持轉運設備設計

智能電能表智能檢測系統夾持轉運方式采用AGV小車輸送方式是；通過AGV小車將待檢設備（電表）從倉庫搬運到檢測單元，通過機器人將待檢設備（電表）從AGV小車抓取到檢定臺體上。AGV小車轉運方式靈活，可以運動軌跡更改方便，對場地要求相對較低。考慮到全性能試驗項目多，試驗流程靈活多變，同時兼顧人工操作需要，AGV小車加掛表機器人方式更適合全性能試驗智能檢測系統。夾持轉運設備用于被測樣品的抓取和轉運，由AGV小車、掛表機器人、料架周轉箱、轉接端子等組成。掛表機器人掛表機器人采用獨立式移動機器人，可在預設導軌上移動，將測試樣品掛放在試驗臺體上。掛表機器人采用PLC作為控制核心，完成對伺服系統、條碼掃描器、相機、多功能抓手等機構的控制?？刂破骶邆湟蕴W接口和Profibus－DP接口，通過通訊處理器實現與調度控制系統的連接，與調度控制系統通信采用工業無線以太網，接收調度控制系統發出的作業命令，返回命令的執行情況和機器人狀態等。1）掛表機器人主要由機器人和氣爪組成；2）齒條固定安裝在地面，齒輪安裝在機器人底座上，通過齒輪齒條傳動，采用機器視覺糾正動作誤差，但定位精度相對較低。機器人本體可以在不同檢測工位之間移動，從而實現電表在不同檢測工位之間流轉；3）機器人載重20kg；4）控制臂通過氣爪抓取電表，氣爪抓取電表時，抓取電表側面，將端子面留出。電控系統使用PLC通過總線將工作站的機器人、夾具等設備聯成一個完整的系統、通過總線聯機器人工作站觸摸屏。由機器人自身的協調控制系統實現。每套夾具選用總線閥島控制夾具氣缸動作和收集夾具的工件檢測信息，通過總線與PLC相聯。夾具與PLC的連接設計成快插拔方式，能進行熱拔插，實現夾具的快速切換。

轉接治具

固定治具有兩個作用，一是夾持固定樣品，便于掛表機器人拿取，周轉運輸中方便定位；二是轉換不同樣品的接線為統一方式排布，便于實現樣品自動接線。根據自動化檢測系統的測試要求，被測樣品需要進行電磁兼容試驗和功能、性能試驗。固定治具分兩個部分，一個部分是試驗臺體上的通用接線端子，滿足三相電壓和三相電流的所有接線需要；第二個部分是根據國網單、三相電表的外形尺寸設計的專用定位治具，不同規格型號的樣品配備不同的專用定位治具。專用定位治具選擇適合電磁兼容試驗的材質（如：PC、PBT等），降低輔助設施對電磁兼容試驗結果的影響。試驗開始前，測試人員將測試電表裝入專用定位治具，再將專用定位治具放在料架上的相應固定位置進行流轉，試驗結束后，再由測試人員將測試電表從專用定位治具中取出。轉接端子工作過程如下：首先，機器人將轉接測試端子臺從轉接測試端子中轉臺上取出放置到檢測工作臺面相應位置，通過定位銷定位，然后機器人再將專用定位治具與電表整體抓取放置到檢測工作臺面相應位置，通過定位銷定位，在相關傳感器檢測到位后，通用測試端子臺以及專用定位治具下方的氣缸開始動作，將通測試端子臺與待測試電表頂出，從兩端向中間的轉接端子臺靠攏，而中間的轉接測試端子臺固定不動，使得測試端子與探針接觸，從而實現待測電表與檢測設備之間的線路連接。在相關檢測動作結束后，兩側氣缸反向動作，再次將通用測試端子以及專用定位治具與轉接測試端子分離，隨后機器人再將轉接測試端子臺放回原位，再根據檢測結果是否合格抓取專用定位治具放入合格或者不合格料架中。《Q/GDW1356－2013》《Q/GDW1355－2013》《Q/GDW1375.1－2013》《Q/GDW1375.2》規范要求，專變終端集中器的外形尺寸最大（長260mm，寬180mm），強電端子10個，弱電端子18個，通用轉接端子需要覆蓋以上要求。通用端子另一端根據不同使用項目連接試驗導線。通用測試端子臺設置有強電端子接口12個，弱點端子接口18個，以滿足客戶不同產品型號的需求，強電端子與弱點端子可拆卸分離。轉接測試端子臺共有兩側，其中一側接通用測試端子，另一側接測試電表。不同型號電表，轉接端子臺接電表一側的接線端子尺寸數量不同，但接通用測試端子臺一側均設置有強電端子接口12個，弱點端子接口18個，以便于與通用測試端子一一對接。

周轉箱中轉設備

被測樣品在轉入測試前，放入周轉箱（周轉箱內帶仿形固定定位塊），存入周轉箱運輸料架。周轉箱中轉設備分三部分，測試前樣品暫存區，測試中樣品暫存區和測試后樣品暫存區。測試前樣品暫存區由柜式周轉箱儲存架和堆垛機械手組成。機械手負責將周轉箱按先入后出的堆疊順序碼垛周轉箱，并將周轉箱放入起始料架放置位，通知AGV取走料架及周轉箱。測試中樣品暫存料架位和上、下料（電表）料架位均布置在掛表機器人旁，，每個料架上有上下兩層供周轉箱存放的位置，暫存試驗中的樣品周轉箱。測試樣品以周轉箱為單位，箱中所有樣品當前測試完成后進行下一項測試。測試后樣品暫存區分上下兩個區，上面一層存放測試通過的合格樣品；下面一層存放測試未通過的樣品，由兩組柜式周轉箱儲存架組成。周轉箱放置表的數量為6個，電表在箱內端子朝向周轉箱長邊，按照體積最大的用電信息采集終端的外形尺寸設計（長260mm，寬180mm），按此設計每層周轉箱的尺寸為長770mm，寬680mm，高600mm。

智能檢測系統控制軟件設計

控制軟件功能設計

控制軟件支持對電磁兼容設備、AGV小車、機器人的遠程控制，同時對控制設備的實時狀態進行監控。對電磁兼容設備通過GPIB接口或網絡接口，完成設備的遠程控制，自動設置試驗參數、試驗步驟，對預定測試程序的所有測試參數進行快速控制，使測試過程變得非常簡單，并確保每一測試步驟都能夠正確無誤地進行。對AGV小車實現運行控制，路徑規劃，支持自動任務下發，可自動派發運輸任務，支持手工指派任務，指定特定運輸任務到目的地。控制軟件架構設計控制軟件系統在邏輯方面分為采集層、通信層以及主站層三個層次。其中主站層有分為前置采集層、數據交換層、業務處理層、綜合應用層。

試驗流程

轉運試驗流程

AGV的搬運任務：a）電表從倉庫搬運至試驗室停靠點；b）空料箱從一個料架緩存位轉運至另一個料架（上、下料電表）取放位；c）電表從試驗室搬運至倉庫。具體工作流程如下所述。。1）試驗工作人員將待測樣品放入相應周轉箱，給搬運調度系統發出試驗開始信號；2）接收到信號，搬運調度系統呼叫AGV將前往起始位置料架處；3）AGV到達起始位置料架，將裝滿待檢測電表的周轉箱料架舉升，自動前往相應的實驗室檢測工作臺處料架放置位；4）AGV到達相應的實驗室檢測工作臺處料架放置位與料架分離；AGV由轉運調度系統控制下一任務；5）待機器人將周轉箱內的電表全部試驗完畢，系統調度信息，通知AGV將其料架取出輸送到下一實驗室檢測工作臺處料架放置位或輸送到倉庫對應的卸料位；完成后AGV自動執行下一步指令，進入下一個循環。機器人轉運流程機器人搬運任務：a）從中轉臺取對應所需檢測電表的轉接端子放入檢測工作臺；周轉箱中的電表從其周轉箱內搬運到檢測工作臺使其與轉接端子連接；及放回原處；b）測試電表在不同檢測工位之間搬運；c）測試電表從檢測工作臺搬運至對應料架周轉箱，以及轉接端子取下放回中轉臺對應存放位；具體工作流程如下所述。1）AGV系統向機器人發出已有（料架）周轉箱到達的信號；2）機器人將根據數據庫系統（前其掃碼/人工錄入運輸電表相關信息）中及AGV系統，調用相應的程序，將中轉臺上的相應所需檢測電表的轉接端子取放置到試驗臺上；再將相應電表從周轉箱內取出，放入檢測工作臺，通過氣缸夾緊定（前部接觸部件采用非金屬材料制作），完成之后給檢測設備啟動信號；3）單項試驗檢測結束后，機器人將測試電表從試驗臺取下，依據試驗結果做如下處理：如果檢測出不合格產品，機器人將其放回到其料架周轉箱不合格放置位內；如果檢測結果合格，機器人將其抓取移動位置至下一項試驗臺，進行下一步檢測或放回周轉箱內由AGV輸送至下一個檢測室對應料架放置位；再將轉接端子取走放入中轉臺對應放置位；4）試驗項目結束后，機器人將測試電表從試驗臺取出，放置到對應料架周轉箱中，發送信號通知AGV來取。

作者：劉繼彥 郭亮 宋燕霞 趙曉燕 單位：國網山東泰安供電公司