李 野 曹國瑞 石衛(wèi)平
(天津市電力公司 電力科學(xué)研究院計(jì)量中心,中國 天津 300320)
長期以來,天津電力公司公司系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的手工方式開展電能計(jì)量器具的檢定工作,工作效率低,運(yùn)營成本高,且檢定質(zhì)量與工作人員的技術(shù)水平密切相關(guān),難以保證檢定標(biāo)準(zhǔn)和檢定結(jié)果的高度一致,難以滿足公司用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)和智能電能表快速推廣應(yīng)用的更高要求。
天津單、三相電能表檢定系統(tǒng)是以CPU卡表自動化檢測功能為特色的全自動流水線式檢定系統(tǒng)。以實(shí)現(xiàn)電能表檢定的“一指令啟動”的自動化程度為目標(biāo),兼顧生產(chǎn)效益最大化,采用分布式模塊化的設(shè)計(jì)思路,保持可持續(xù)擴(kuò)展性。能夠?qū)崿F(xiàn)從控制系統(tǒng)下達(dá)檢定任務(wù)指令后,電能表由立體庫出庫到生產(chǎn)線、輸送、身份識別、定位、接線、試驗(yàn)、分揀、貼標(biāo)簽、裝箱、回庫等全過程的全自動化作業(yè)。實(shí)現(xiàn)各試驗(yàn)項(xiàng)目的自動完成,檢定過程符合規(guī)程要求,檢定裝置各項(xiàng)指標(biāo)滿足檢定工作需要,生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)具備足夠的安全性。實(shí)現(xiàn)“整體式授權(quán)、自動化檢定、智能化倉儲、物流化配送”的省級計(jì)量中心建設(shè)目標(biāo),通過推廣應(yīng)用自動化檢定系統(tǒng)和智能倉儲技術(shù),提高計(jì)量檢定質(zhì)量、工作效率和管理水平,提升公司計(jì)量的透明度和公信力,確保準(zhǔn)確公正計(jì)量,塑造公司系統(tǒng)良好的服務(wù)形象。
自動化檢定系統(tǒng)和智能化倉儲系統(tǒng)是近年來隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展而興起的新興技術(shù),將自動化、信息化和人工智能等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到常規(guī)的計(jì)量檢定和倉儲作業(yè)中,能夠有效替代人工檢定過程中的各個環(huán)節(jié),準(zhǔn)確判定檢定結(jié)果,消除人為和地域因素引起的檢定質(zhì)量差異,可以有效提高檢定工作質(zhì)量效率和計(jì)量管理水平,代表了計(jì)量檢定技術(shù)的發(fā)展趨勢,是省級計(jì)量中心建設(shè)的重要組成部分。
本文對國家電網(wǎng)公司進(jìn)行電能表自動化檢定系統(tǒng)建設(shè)的情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。從建設(shè)進(jìn)度的角度統(tǒng)計(jì),目前各省級計(jì)量中心建設(shè)進(jìn)度分為已經(jīng)投運(yùn)、正在建設(shè)、計(jì)劃建設(shè)、選址規(guī)劃四種。(運(yùn)行階段主要指完成自動化設(shè)備安裝調(diào)試,正在開展集中檢定業(yè)務(wù)的階段;建設(shè)階段主要指目前完成自動化設(shè)備采購,正在進(jìn)行安裝調(diào)試的階段;計(jì)劃階段主要指目前完成初步設(shè)計(jì),正在開展設(shè)備或準(zhǔn)備開展設(shè)備采購的階段;規(guī)劃階段主要指目前正在進(jìn)行選址,尚未開展或準(zhǔn)備開展初步設(shè)計(jì)的階段)。
處于運(yùn)行階段的單位有:河南、青海;
處于建設(shè)階段的單位有:冀北、山東、天津、重慶、浙江;
下表統(tǒng)計(jì)了在運(yùn)(在建)單、三相電能表流水線基本情況,從處于運(yùn)行階段的單位運(yùn)行效果來看,由于自動化檢定系統(tǒng)包含諸多檢定功能單元,如果節(jié)拍設(shè)計(jì)不當(dāng),將導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不流暢、輸送效率低,檢定能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
表1 在運(yùn)(在建)單相電能表自動化檢定系統(tǒng)基本情況
表2 在運(yùn)(在建)三相電能表自動化檢定系統(tǒng)基本情況
構(gòu)成自動化檢定系統(tǒng)主要組成部分的自動化設(shè)備和檢定裝置,均為相對成熟的產(chǎn)品,但為適應(yīng)電能計(jì)量器具檢定的特殊性,設(shè)計(jì)和開發(fā)了較多的非標(biāo)產(chǎn)品:如編程鍵觸發(fā)機(jī)構(gòu)、自動封印機(jī)構(gòu)等。由于運(yùn)行時間不長和設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn),其運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性均存在一定問題。
本文針對目前智能電能表自動化流水線檢測技術(shù)研究和實(shí)際應(yīng)用的不足,以天津單項(xiàng)電能表自動化流水線檢測項(xiàng)目為依托,針對電能表檢定檢測開展的技術(shù)研究及工程應(yīng)用工作,按“天津市電力公司計(jì)量中心單、三相電能表自動化檢定系統(tǒng)招標(biāo)技術(shù)規(guī)范書”設(shè)計(jì)制造。按照相關(guān)的國家和行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合天津市電力公司計(jì)量中心的實(shí)際使用需要、建設(shè)目標(biāo)、場地條件、系統(tǒng)規(guī)劃需求等各方面設(shè)計(jì)依據(jù),基于國際先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)而提出的自動化檢定系統(tǒng)方案,該方案能夠與計(jì)量中心的立庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫對接,完成全自動的接表、上料、輸送、接線、檢定、分檢、裝箱、送出等一系列全自動操作,并完成與計(jì)量中心的信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對接,形成完整的、統(tǒng)一的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)方案是基于計(jì)量中心的基建條件而設(shè)計(jì)的,它依據(jù)場地特點(diǎn),合理布局,做到充分利用、方便操控、方便維護(hù)、可伸縮、可擴(kuò)展。具體從電能表上下料、耐壓試驗(yàn)、功耗測試、外觀和標(biāo)志檢查、準(zhǔn)確度檢定和多功能試驗(yàn)六個環(huán)節(jié)進(jìn)行開展研究和實(shí)驗(yàn)工作,從生產(chǎn)信息調(diào)度平臺出發(fā),將項(xiàng)目劃分為14個子項(xiàng),提出了基于智能電能表自動化流水線檢定技術(shù)為核心的一整套研發(fā)理論體系和技術(shù)方案,并開發(fā)了14個與此相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)。項(xiàng)目覆蓋電能表檢定檢測的全過程,滿足國家電網(wǎng)公司電能表檢測規(guī)范及電能表檢測標(biāo)準(zhǔn)。檢定系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)充分考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性、實(shí)用性、完整性、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性,以及系統(tǒng)的拓展性。項(xiàng)目做到計(jì)量業(yè)務(wù)流程運(yùn)轉(zhuǎn)順暢,模塊化設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、拓展性好、工藝美觀、維護(hù)方便、工作環(huán)境友好、低噪低耗、節(jié)能環(huán)保,實(shí)現(xiàn)與倉儲系統(tǒng)無縫連接,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體建設(shè)規(guī)模為單班運(yùn)行日檢定能力不低于2880只單相電能表、年檢定不少于72萬只單相電能表;280只三相電能表、年檢定不少于7.2萬只三相電能表的檢定。系統(tǒng)在研究實(shí)現(xiàn)過程中,重點(diǎn)需要考慮以下關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)研究與開發(fā)。
檢定自動接線是實(shí)現(xiàn)自動化檢定處理最關(guān)鍵的技術(shù),它是實(shí)現(xiàn)自動檢定的基本保障,本系統(tǒng)采用的是為智能電能表自動化檢定專門設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)接線座,它采用鑲銀月牙型電壓、電流端子,大大降低了接觸電阻,每個端子4kg的接觸力,保證了在通過100A電流時不過載、不發(fā)熱;并且在檢定裝置的每一個表位都設(shè)置一個自動接線檢測機(jī)構(gòu),每當(dāng)裝置自動接線完成、開始檢定前,都自動進(jìn)行接線檢測,能夠?qū)崿F(xiàn)電流接線檢測、過載自動保護(hù)、費(fèi)控功能試驗(yàn)以及空表位電流自動短路和電壓斷路等功能。如圖1所示:
圖1 定位接線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意
在檢定系統(tǒng)中設(shè)置視頻采集單元,包括自動定位、接線、自動升壓、自動判定結(jié)果等,對電能表液晶顯示屏全顯工作狀態(tài)進(jìn)行自動拍照與識別,采集電能表液晶顯示圖像信息并與標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行比較核對,判定有無不顯、缺段,自動完成電能表液晶顯示檢測。外觀檢測配備工業(yè)智能相機(jī),配合自動接線加電單元,能夠?qū)㈦娔鼙碜詣蛹与姡I(yè)相機(jī)自動拍照,并進(jìn)行外觀和電氣性能檢測。
電能表編程開關(guān)蓋采用一種新型專利技術(shù)進(jìn)行自動化封印,這種方法包括封印底座、封印蓋、封印螺釘;封印底座上設(shè)有與電能表封印位置機(jī)械相配合的孔,在電能表的編程開關(guān)封印位置,先放置封印底座,封印底座上有與智能電能表封印螺絲位置對應(yīng)的孔,并設(shè)置有與封印蓋對應(yīng)的鎖扣裝置,螺釘擰上后,可將封印底座固定,然后再扣上帶有彈性鎖扣的封印蓋,封印蓋蓋上后,罩住螺絲頭。如圖2所示:
圖2 封印的仿偽與加密示意圖
電能表自動化檢定系統(tǒng)由管理層、傳輸層、執(zhí)行層組成。管理層為檢定系統(tǒng)管理平臺,接受生產(chǎn)調(diào)度平臺下達(dá)的檢測計(jì)劃,對整個檢定系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制,并將檢定結(jié)果、封印和裝箱信息上報(bào)生產(chǎn)調(diào)度平臺。傳輸層為輸送單元,完成電能表在檢定過程中的輸送和定位。執(zhí)行層由若干功能單元構(gòu)成,執(zhí)行檢定系統(tǒng)管理平臺指令,實(shí)現(xiàn)對電能表的的全自動檢定及自動分揀。
檢定系統(tǒng)的硬件部分采用模塊化設(shè)計(jì),主要由上料、輸送、接拆線、耐壓試驗(yàn)、功耗測試、準(zhǔn)確度檢定和多功能試驗(yàn)、插卡、編程、直觀和通電檢查、封印、貼標(biāo)、下料等單元組成;軟件部分主要由檢定系統(tǒng)管理軟件、檢定軟件、控制軟件等組成,構(gòu)成檢定系統(tǒng)管理平臺,實(shí)現(xiàn)電能表檢定、檢測作業(yè)的全過程自動化、智能化。檢定系統(tǒng)組成如圖3所示:
圖3 電能表自動化檢定系統(tǒng)組成示意圖
單相電能表自動化檢定系設(shè)計(jì)有10組的檢定單元,每組檢定單元由60個檢定工位組成,共計(jì)600個檢定表位,年檢定能力可達(dá)72萬具,系統(tǒng)組成示意圖如圖4所示:
圖4 單相電能表自動化檢定系統(tǒng)組成示意圖
三相電能表自動化檢定系統(tǒng)中有10組的檢定單元,每組檢定單元由20個檢定工位構(gòu)成,共計(jì)200個檢定表位,設(shè)計(jì)年檢定量7.2萬具,系統(tǒng)組成示意圖如圖5所示:
圖5 三相電能表自動化檢定系統(tǒng)組成示意圖
系統(tǒng)在試運(yùn)行期問,我們對智能檢定模式與傳統(tǒng)檢定模式下的檢定裝置,進(jìn)行了電能表檢定工作程序的性能比對和效率分析。結(jié)果表明,采用智能檢定模式后,原來的人工作業(yè)方式均提升為智能化和自動化作業(yè)方式,60表位一批的電能表檢定節(jié)省時間約92分鐘,單臺檢定裝置提高檢定效率150%,配套設(shè)施減少90%,減少檢定裝置70%,用房面積減少40%,人員使用減少90%,每年可節(jié)省成本約566萬元。隨著電能計(jì)量的再集約、再深化,規(guī)模效應(yīng)將更加顯著,產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益將更加明顯,如表3所示:
表3 智能檢定模式與傳統(tǒng)檢定模式對比
電能表自動化檢定系統(tǒng)的主要組成部分是自動化設(shè)備和檢定裝置,均為相對成熟的產(chǎn)品,為適應(yīng)電能表自動化檢定的特殊性,設(shè)計(jì)和開發(fā)了較多的非標(biāo)產(chǎn)品,如編程鍵觸發(fā)機(jī)構(gòu)、自動封印機(jī)構(gòu)等,其運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性均存在一定問題。
針對天津電能表自動化檢定系統(tǒng)編程鍵觸發(fā)機(jī)構(gòu)及自動封印機(jī)構(gòu)存在的穩(wěn)定性和可靠性較差的實(shí)際問題,在保證單相電能表安全的前提下,我們提出了增加單相電能表編程開關(guān)無效狀態(tài)。增加單相電能表編程開關(guān)無效狀態(tài)后,編程開關(guān)狀態(tài)分兩種,即編程開關(guān)有效狀態(tài)和編程開關(guān)無效狀態(tài)。編程開關(guān)有效狀態(tài):按壓編程按鈕,可進(jìn)入允許編程狀態(tài)或無法編程狀態(tài),此時編程功能應(yīng)完全符合國網(wǎng)要求;編程開關(guān)無效狀態(tài):單相電能表始終處于編程允許狀態(tài)(無自動退出時間限制),此時編程開關(guān)符號閃爍,無論是否按壓編程按鈕,均不會退出允許編程狀態(tài)。如表4所示:
表4 電能表自動化檢定系統(tǒng)的改進(jìn)
從表中可以看出增加電能表編程開關(guān)無效狀態(tài),自動化檢定系統(tǒng)無需對電能表進(jìn)行松編程按鈕蓋螺絲、翻編程按鈕蓋、按編程按鈕、緊編程按鈕蓋螺絲、松編程按鈕蓋螺絲、送翻編程按鈕蓋封印下座、送翻編程按鈕蓋封印下蓋等機(jī)械動作,直接解決了編程鍵觸發(fā)機(jī)構(gòu)和自動封印機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性的問題,同時也降低了自動化檢定系統(tǒng)的建設(shè)成本。
采用自動化檢定系統(tǒng)和智能化倉儲系統(tǒng),能夠消除人為和地域因素引起的檢定質(zhì)量差異,有效提高檢定、配送工作效率和計(jì)量管理水平,實(shí)現(xiàn)省級計(jì)量檢定整體授權(quán),增強(qiáng)公司系統(tǒng)計(jì)量工作的管控力和影響力,是公司“五大”體系建設(shè)的必然要求。但由于自動化檢定系統(tǒng)和智能化倉儲系統(tǒng)涉及基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營管理、客戶服務(wù)等多項(xiàng)內(nèi)容,覆蓋范圍廣,建設(shè)投資大,技術(shù)含量高,為了規(guī)避建設(shè)風(fēng)險(xiǎn),提出以下建議:
省級計(jì)量中心在建設(shè)自動化檢定系統(tǒng)和智能化倉儲系統(tǒng)時,要提高風(fēng)險(xiǎn)意識,科學(xué)規(guī)劃建設(shè)方案和推進(jìn)計(jì)劃,積極穩(wěn)妥推進(jìn)建設(shè)。建設(shè)初期自動化檢定系統(tǒng)的檢定能力占全部檢定量的比例不宜過大,應(yīng)配置不少于20%常規(guī)檢定能力。
組織專家組對現(xiàn)已投運(yùn)和正在建設(shè)的自動化檢定系統(tǒng)和智能化倉儲系統(tǒng)進(jìn)行全面評估,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),盡快修訂完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn),組織開展新建系統(tǒng)初設(shè)方案評審優(yōu)化工作。
邀請系統(tǒng)內(nèi)外技術(shù)專家成立驗(yàn)收專家組,依據(jù)國家相關(guān)檢定規(guī)程和公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),編制詳細(xì)、全面的驗(yàn)收方案,對施工質(zhì)量、制造工藝、建設(shè)過程管理等環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格檢查,建設(shè)精品工程。
加強(qiáng)運(yùn)維管理,建立完善的運(yùn)行人員定崗及培訓(xùn)體系,實(shí)行持證上崗制度,定期開展技術(shù)培訓(xùn),不斷提高員工的技術(shù)水平。建立并實(shí)施完善的質(zhì)量監(jiān)督體系和運(yùn)行維護(hù)體系,確保設(shè)備安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。
應(yīng)積極主動與技術(shù)監(jiān)督部門進(jìn)行溝通,以獲得技術(shù)監(jiān)督部門的理解與支持,爭取自動化檢定系統(tǒng)能夠盡快通過計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核及授權(quán),確保合法開展計(jì)量檢定工作。
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