李 霖，張 紅，荊 臻，王 莉，馬 俊

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院，濟南 250003）

拆回智能電能表復(fù)核分揀機器人研制

李 霖，張 紅，荊 臻，王 莉，馬 俊

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學研究院，濟南 250003）

隨著智能電網(wǎng)的高速發(fā)展，因換裝、拆除、故障等原因，拆回智能電能表數(shù)量巨大。現(xiàn)有的復(fù)核分揀方式無法滿足高效率、高質(zhì)量的要求。研制一種拆回智能電能表復(fù)核分揀機器人。采用定位銷及分類凹槽式雙托盤設(shè)計，實現(xiàn)不同規(guī)格的電能表自動加電、批量復(fù)核分揀，提高復(fù)核分揀效率；采用灰度分割提取算法，實現(xiàn)需量數(shù)據(jù)的自動識別和快速提取，確保數(shù)據(jù)完整、準確；設(shè)計一種電能表示數(shù)、資產(chǎn)信息與營銷系統(tǒng)的需量數(shù)據(jù)自動甄別模型，實現(xiàn)與營銷系統(tǒng)的自動比對復(fù)核、異常電能表的鎖定及分揀；設(shè)計一種可監(jiān)管、可追溯的復(fù)核分揀管理模式，建立電能表歷史圖像庫，使電量具有“永遠”、“快捷”的可追溯性，有效避免電量糾紛的發(fā)生，實現(xiàn)監(jiān)管便捷。

復(fù)核；分揀；自動加電；表碼識別

0 引言

計量計費基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確，是供電公司準確回收電費與客戶建立互信的保障。開展拆回智能電能表復(fù)核工作，將有效保證計量計費基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準確、可靠、可復(fù)現(xiàn)，為日后的電量糾紛、歷史電量追溯提供可視化的監(jiān)管手段［1］。目前，在拆回智能電能表處理方面尚未形成行之有效的管理手段，導(dǎo)致拆回智能電能表報廢率較高，資源浪費嚴重。開展拆回智能電能表分揀工作，初步區(qū)分為待檢定、待處理和不可利舊電能表，可有效避免運行狀態(tài)良好的智能電能表被直接報廢，提升電能表故障鑒定的效率和準確度，進而提高拆回智能電能表利舊率，實現(xiàn)了對拆回表計的信息化閉環(huán)管理。拆回智能電能表利舊是計量資產(chǎn)全壽命周期管理的重要內(nèi)容，可實現(xiàn)計量資產(chǎn)壽命最大化，為公司節(jié)省大量投資成本。

隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，各級供電公司所轄范圍內(nèi)的智能電能表運行數(shù)量快速增長。目前，國網(wǎng)山東省電力公司現(xiàn)有電力客戶3 900余萬戶，運行智能電能表4 000余萬只，因換裝、拆除、故障等原因拆回智能電能表數(shù)量巨大。資產(chǎn)管理人員采用人工方式對拆回智能電能表逐一復(fù)核分揀，無法達到高效率、高質(zhì)量的要求。為緩解拆回智能電能表數(shù)量與復(fù)核分揀效率及質(zhì)量之間的矛盾，研制一種拆回智能電能表復(fù)核分揀機器人。

1 工作流程

拆回智能電能表復(fù)核分揀機器人可同時對4只電能表進行復(fù)核分揀，利用基于灰度分割提取法對拆回電表圖像中的表碼示數(shù)進行自動識別，并提取各種電量參數(shù)，確保電能表示數(shù)復(fù)核真實、準確。通過對電能表條形碼識別、表碼識別、RS485通訊測試等過程判定記錄，建立判別模型，將拆回電能表自動分揀為待檢定、待處理、不可利舊3種狀態(tài)。流程如圖1所示。

圖1 工作流程

2 工作原理

拆回智能電能表復(fù)核分揀機器人主要由控制部分、機械部分和傳感部分組成，其外觀及工作原理如圖2所示。

圖2 智能電能表復(fù)核分揀機器人實物及原理

2.1 控制部分

控制部分用于對機械部分發(fā)出工作指令，完成特定工作，包括上位機控制系統(tǒng)與下位機控制器。其中上位機控制系統(tǒng)主要為電腦，下位機控制器為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）。

上位機控制系統(tǒng)作為機器人設(shè)計的控制核心與數(shù)據(jù)處理中心，通過網(wǎng)口通信驅(qū)動視覺識別裝置識別待檢測電能表，獲取電能表資產(chǎn)標示編碼，通過數(shù)據(jù)編碼向電力營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)請求該電能表檢測的基本條件信息；而后，上位機控制系統(tǒng)通過對電力營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)分解與分析，控制外圍設(shè)備的協(xié)同運作，構(gòu)建合理的電能表工作狀態(tài)。該過程主要由上位機控制系統(tǒng)下發(fā)指令給下位機，完成加電切換和電能表自管理運行并接受外圍設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)信息，將處理后的數(shù)據(jù)自動上傳數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)。

2.2 機械部分

拆回智能電能表復(fù)核分揀機器人在機械結(jié)構(gòu)方面具有很多突破性設(shè)計，主要包括托盤系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、視覺識別系統(tǒng)（含翻轉(zhuǎn)門）、加電系統(tǒng)4個部分。

本裝置有2個電能表托盤，每個電能表托盤上有4個電能表放置位，可以同時對4個電能表進行信息采集；另外，對托盤的每個電能表放置位進行了獨創(chuàng)性設(shè)計，使每個表位可以任意放置不同規(guī)格電能表（三相直接接入式電能表、三相經(jīng)互感器式接入式電能表或單相電能表）。

傳動系統(tǒng)帶動托盤移動實現(xiàn)電能表在裝置內(nèi)位置的變化，即2個托盤在設(shè)備內(nèi)實現(xiàn)水平方向和垂直方向移動，從而完成2個托盤上的電能表交替進入工作倉處理。

因為需要對電能表圖像信息進行采集識別，所以視覺識別系統(tǒng)十分重要。由于光線會從電能表出入口進入裝置內(nèi)部，破壞內(nèi)部光線條件，為了給裝置提供一個穩(wěn)定的光源環(huán)境，設(shè)置翻轉(zhuǎn)門機構(gòu)，在電能表加電進行圖像采集時，利用翻轉(zhuǎn)門將電能表出入口遮擋住，當需要電能表出入時，翻轉(zhuǎn)門收起。

本裝置每個電能表放置位可以放置不同類型的電能表，當托盤運動到加電位時，需要由加電機構(gòu)為電能表加電，此裝置通過2套運動機構(gòu)實現(xiàn)了不同規(guī)格的單、三相智能電能表的自動加電。

2.3 傳感部分

下位機控制系統(tǒng)通過多個電磁傳感器控制模塊進行氣動執(zhí)行件狀態(tài)控制，并通過與伺服機構(gòu)的合理配合，實現(xiàn)電能表復(fù)核分揀的自動管理，如：裝置狀態(tài)的初始化、異常掉電恢復(fù)、電壓加電狀態(tài)自動切換以及2組電能表托盤位置的交互管理。

3 功能介紹

全新設(shè)計、自動復(fù)核、智能分揀。將機器人概念引入拆回智能電能表復(fù)核分揀工作，打破傳統(tǒng)的人工或半自動復(fù)核分揀模式，實現(xiàn)復(fù)核分揀工作全自動、準確、高效運作；創(chuàng)新性地將機器人觸覺技術(shù)、機器人視覺技術(shù)、圖像識別技術(shù)、云存儲技術(shù)［2-4］等引入到智能電能表復(fù)核分揀中，具備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特點，可實現(xiàn)高度智能復(fù)核分揀。該裝置填補了智能電能表復(fù)核分揀領(lǐng)域智能化、自動化的技術(shù)空白。

精準定位、自動加電、批量核揀。裝置中智能電能表裝載托盤采用獨特的定位銷及分類凹槽設(shè)計，適用于多種規(guī)格的電能表，并可使電能表定位更加準確；每個托盤為4表位設(shè)計，可同時放置4只不同規(guī)格的智能電能表，如圖3所示。采用雙托盤交替開展智能電能表復(fù)核分揀，從而簡化復(fù)核分揀工序，提高效率；裝置可自動獲取營銷系統(tǒng)中智能電能表的電壓參數(shù)等屬性信息，通過控制相應(yīng)繼電器動作，準確實現(xiàn)探針對不同規(guī)格智能電能表自動加電，有效避免人工加電操作造成的人力、時間等浪費。

圖3 電能表托盤

數(shù)據(jù)完善、過程可控、監(jiān)管便捷。首次采用基于自適應(yīng)的表碼示數(shù)灰度分割提取算法，實現(xiàn)智能電能表示數(shù)的總、尖、峰、平、谷需量數(shù)據(jù)的自動識別和快速提取，確保數(shù)據(jù)全面、準確、可靠［5］；設(shè)計一種智能電能表示數(shù)、資產(chǎn)信息與營銷系統(tǒng)的需量數(shù)據(jù)自動甄別模型，自動將采集到的智能電能表信息與營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)錄入數(shù)據(jù)進行比對，實現(xiàn)智能電能表信息的復(fù)核和異常智能電能表的鎖定及分揀，如圖4所示；設(shè)計一種可監(jiān)管、可追溯的復(fù)核分揀管理模式，采用基于光纖專網(wǎng)的獨立網(wǎng)絡(luò)作為傳輸通道，建立終端服務(wù)器電能表歷史圖像庫，使電量具有“永遠”、“快捷”的可追溯性，有效避免電量糾紛的發(fā)生，實現(xiàn)監(jiān)管便捷。

圖4 自動復(fù)核效果

4 應(yīng)用效果

2015年10月，智能電能表復(fù)核分揀機器人在所選試點應(yīng)用。截至2016年3月底，復(fù)核分揀拆回智能電能表共計8 852只，拆回電能表復(fù)核率、復(fù)核完整率及復(fù)核準確率均達到100%，快速處理客戶換表后電量質(zhì)疑29起，避免電量糾紛；分揀判定待檢定865只，待處理98只，不可利舊7 889只。應(yīng)用前后拆回智能電能表利舊情況統(tǒng)計如表1所示?？芍嘀悄茈娔鼙砝f率由6.52%提高至10.91%，單相智能電能表利舊率由4.17%提高至8.65%，反饋良好。

表1 拆回智能電能表利舊情況統(tǒng)計表

5 結(jié)語

拆回智能電能表復(fù)核分揀機器人，根本解決了傳統(tǒng)退庫智能電能表管理工作效率低、復(fù)核分揀質(zhì)量差等問題，實現(xiàn)了拆回智能電能表的全自動復(fù)核分揀，推動了“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)在營銷服務(wù)中的推廣應(yīng)用，確保計量計費基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準確、可靠，進一步提高供電公司優(yōu)質(zhì)服務(wù)管理水平。做到可視化圖形管理和可追溯監(jiān)督管理，有效提高拆回智能電能表利舊率，節(jié)約電能表新購?fù)顿Y成本，減少電子垃圾對環(huán)境造成污染，進一步提升了電能計量精益化管理水平。拆回智能電能表復(fù)核分揀機器人可與現(xiàn)有營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)充分兼容，操作簡單，可進行進一步推廣。

［1］謝烽，顧杲，壽麗萍，等.利用智能處理分揀線，提高拆回電能表信息復(fù)核效率［J］.科技展望，2014（19）：3-4，6.

［2］龔愛平.基于嵌入式機器視覺的信息采集與處理技術(shù)研究［D］.杭州：浙江大學，2013.

［3］孫明霞，荊慧，袁弘，等.基于圖像識別的居民用電信息采集系統(tǒng)設(shè)計［J］.山東電力技術(shù)，2013（6）：57-60.

［4］傅穎勛，羅圣美，舒繼武.安全云存儲系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)綜述［J］.計算機研究與發(fā)展，2013，50（1）：136-145.

［5］李靜，楊以涵，于文斌，等.電能計量系統(tǒng)發(fā)展綜述［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（11）：130-134.

The Development of the Smart Meter Checking and Sorting Robot

LI Lin，ZHANG Hong，JING Zhen，WANG Li，MA Jun
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

With the rapid development of the smart grid，the number of the secondhand smart meter is huge because of the replacement，removal and fault.The existing method of rechecking and sorting can not meet requirements of high efficiency and high quality.Therefore，a kind of smart meter rechecking and sorting robot is developed.In order to improve the efficiency of sorting and rechecking，the double tray is designed uniquely with the positioning pin and the classification groove，to accomplish different specifications of the smart meter automatic power on and batch sorting.The automatic identification and rapid extraction of the smart meter’s data are realized by the segmentation algorithm，to ensure the integrity and accuracy of data.An automatic screening model of demand data of marketing system is designed，to realize the automatic comparison and check with the marketing system，the locking and sorting of the abnormal electric energy meter.A regulatory and traceability management model of rechecking and sorting is designed to avoid consumption disputes，and to achieve the convenience of regulatory.Through establishing history image library of the smart meter，the power has a“forever”and“fast”traceability.

rechecking；sorting；automatic power on；table code recognition

TM933

：A

：1007－9904（2017）04－0026－04

2016-11-09

李 霖（1986），女，從事電能計量及控制工作；

張 紅（1970），女，高級工程師，從事電能標準技術(shù)研究工作；

荊 臻（1981），女，高級工程師，從事電能計量及控制工作；

王 莉（1970），女，高級工程師，從事電能標準技術(shù)研究工作；

馬 ?。?988），女，從事電能標準技術(shù)研究工作。