宋磊， 徐永進(jìn)， 魯然， 郭勵(lì)， 丁徐楠

(國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310014)

0 引 言

電能表是供電企業(yè)與發(fā)電企業(yè)、電力客戶進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量儀表，屬國家強(qiáng)制檢定的電能計(jì)量器具，依據(jù)國家計(jì)量法要求必須通過實(shí)驗(yàn)室檢定合格方可進(jìn)行安裝使用，確保計(jì)量準(zhǔn)確、可靠[1]。常規(guī)檢定模式為人工作業(yè)、工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、檢定水平不一、企業(yè)運(yùn)營成本高，難以達(dá)到精益化管理要求。浙江省電力公司計(jì)量全自動(dòng)生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)是國內(nèi)首套集智能倉儲(chǔ)、自動(dòng)檢定、統(tǒng)一配送為一體連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的綜合性計(jì)量全自動(dòng)生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電能計(jì)量器具的“統(tǒng)一檢定、集中配送”，極大地提高了電能計(jì)量器具的檢定效率，節(jié)約了人力成本[2]。

電能表檢定系統(tǒng)由電能表檢定輸送系統(tǒng)和電能表檢定裝置兩部分組成。其中，檢定輸送系統(tǒng)主要包括上料單元、輸送支線單元、自動(dòng)接拆線單元、圖像識(shí)別單元、自動(dòng)加封與打標(biāo)單元、下料裝箱單元、異常下料單元、空箱緩存單元等；檢定裝置主要包括耐壓檢定裝置和多功能檢定裝置。通過檢定輸送系統(tǒng)將各組成部分有機(jī)組合、緊密集成，實(shí)現(xiàn)電能表的上料、輸送、檢定、打標(biāo)、裝箱等檢定作業(yè)的全過程自動(dòng)化、智能化，以流水線的方式不間斷作業(yè)的自動(dòng)化檢定系統(tǒng)[3-4]。

2015年1月每日進(jìn)行報(bào)表統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，1月每日平均電能表檢定產(chǎn)量明顯低于其他月份，發(fā)現(xiàn)冬季電能表的日平均產(chǎn)量明顯低于其他季節(jié)。通過對(duì)影響自動(dòng)化檢定產(chǎn)量的原因進(jìn)行深入的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)電能表表面水霧和灰塵造成條形碼掃描異常和圖像比對(duì)失敗，從而影響了檢定效率。本文研制了一款除霧除塵裝置，來除去電能表表面的水霧和灰塵，從而提高了電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的工作效率。

1 表計(jì)除霧除塵裝置的系統(tǒng)組成及功能特點(diǎn)

1.1 表計(jì)除霧除塵裝置的系統(tǒng)組成

表計(jì)除霧除塵裝置主要由電加熱吹風(fēng)部分及擦拭滾筒部分兩部分組成。其中，電加熱吹風(fēng)部分由PTC陶瓷電加熱器、高溫風(fēng)扇、數(shù)字式溫度智能控制器及電加熱組成；擦拭滾筒部分由PVC海綿滾筒組成。裝置的原理如圖1所示。

圖1 表計(jì)除霧除塵裝置的原理圖

1.2 表計(jì)除霧除塵裝置的工作過程

除霧除塵裝置的具體工作步驟為：首先將除霧除塵裝置上電開啟，設(shè)定吹風(fēng)溫度，軟件中選擇“熱風(fēng)模式”和“不屏蔽”，此時(shí)裝置下方的擋停處于復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)帶有電能表的工裝板通過自動(dòng)化流水線流到該擋停處時(shí)，擋停將其擋住，此時(shí)傳感器便檢測(cè)到裝置下方有表計(jì)，除霧除塵裝置開始工作?？諝饨?jīng)過PTC加熱板加熱后由風(fēng)扇吹向出風(fēng)口，使得在出風(fēng)口下方的電能表表面的霧氣蒸發(fā)消失掉，表面灰塵被吹走。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的吹風(fēng)時(shí)間后，除霧除塵裝置停止吹風(fēng)，擋停松開，工裝板繼續(xù)向前流動(dòng)，經(jīng)過海綿滾筒的擦拭吸水后再次鞏固除霧除塵效果。當(dāng)工裝板流走時(shí)，擋停復(fù)位，準(zhǔn)備對(duì)下一塊工裝板上的電能表進(jìn)行相同的除霧除塵動(dòng)作。如此循環(huán)往復(fù)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表進(jìn)行快速、自動(dòng)的除霧除塵效果。裝置的工作流程如圖2所示。

圖2 表計(jì)除霧除塵裝置的工作流程圖

1.3 表計(jì)除霧除塵裝置的功能特點(diǎn)

除霧除塵裝置關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到除霧除塵的效果。在選用元器件時(shí)，既要考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用，便于設(shè)計(jì)安裝，又要能達(dá)到預(yù)期的效果。本文設(shè)計(jì)了一種兩級(jí)除塵系統(tǒng)，使除塵后冬季電能表的檢定效率能夠達(dá)到98%。

2 表計(jì)除霧除塵裝置的硬件設(shè)計(jì)

2.1 表計(jì)除霧除塵裝置的器件選型

表計(jì)除霧除塵裝置器件及材料的選擇直接關(guān)系到裝置的性能及除污除濕的效果。本文對(duì)加熱器件、吹風(fēng)風(fēng)扇、溫控設(shè)備、擦拭滾筒材料的選擇進(jìn)行了分析對(duì)比，并確定了最佳的方案。對(duì)比分析結(jié)果如表1～表4所示。

表1 加熱器件進(jìn)行方案試驗(yàn)分析

表2 吹風(fēng)風(fēng)扇方案試驗(yàn)分析

表3 擦拭滾筒材料方案試驗(yàn)分析

表4 溫控設(shè)備方案試驗(yàn)分析

2.2 表計(jì)除霧除塵裝置硬件方案的確定

通過對(duì)加熱器件、吹風(fēng)風(fēng)扇、溫控設(shè)備、擦拭滾筒材料選擇的分析對(duì)比，得出以下結(jié)論：

(1)采用PTC陶瓷加熱器進(jìn)行加熱方案安全高效。

(2)吹風(fēng)風(fēng)扇選用高溫風(fēng)扇，可滿足高溫環(huán)境的要求。

(3)采用數(shù)字式溫度智能控制器和熱電偶進(jìn)行溫度控制，準(zhǔn)確可靠。

(4)擦拭滾筒采用PVC海綿滾筒，吸水性強(qiáng)且耐高溫。

根據(jù)上述分析，確定計(jì)量全自動(dòng)生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)表計(jì)除霧除塵裝置的最佳方案為：研制自動(dòng)化檢定線除霧除塵裝置。其中，電加熱吹風(fēng)部分選用PTC陶瓷加熱器、高溫風(fēng)扇以及數(shù)字式溫度控制器和熱電偶。擦拭滾筒選用PVC海綿滾筒。

3 表計(jì)除霧除塵裝置的軟件設(shè)計(jì)

圖3 表計(jì)除霧除塵裝置的工作流程圖

根據(jù)需求，使用Java編寫代碼，每個(gè)單元功能設(shè)計(jì)成一個(gè)類，功能相似的單元重載于同一個(gè)父類中，減少了代碼行數(shù)，并使得單元具有多態(tài)與可重用等優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)部構(gòu)架上主界面主要分管各個(gè)功能模塊類的顯示和調(diào)用，使它能同時(shí)開啟多個(gè)線程，與PLC實(shí)時(shí)建立通信，快速響應(yīng)每個(gè)PLC的返回指令[5-6]。裝置的控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。

其中，上位機(jī)功能：

(1)采集可編程控制器的數(shù)據(jù)，并在監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行展示。

(2)執(zhí)行人員作業(yè)功能，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)定，如裝置上下電、啟動(dòng)與停止、工作模式選擇與裝置屏蔽等功能。

可編程控制器功能：

(1)采集除霧除塵設(shè)備狀態(tài)，并與上位機(jī)進(jìn)行交互，將設(shè)備運(yùn)行信息傳送至上位機(jī)。

(2)智能判斷流水線作業(yè)狀態(tài)，有選擇性進(jìn)行開停機(jī)。

(3)根據(jù)上位機(jī)的指示和要求，執(zhí)行相應(yīng)的邏輯控制。

4 表計(jì)除霧除塵裝置的整體調(diào)試及功能驗(yàn)證

4.1 表計(jì)除霧除塵裝置硬件方案的確定

圖4 除霧除塵裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

根據(jù)自動(dòng)化檢定流水線的作業(yè)特點(diǎn)，裝置安裝位置的選擇非常重要，因?yàn)榧纫惭b在條碼槍掃描之前，又不能干預(yù)自動(dòng)化檢定的正常節(jié)拍，還要與自動(dòng)化檢定線很好集成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察分析后，選擇安裝在耐壓倉前面的線體上。同時(shí)調(diào)整海綿滾筒的高度，使工裝板上的電能表能緊貼著海綿滾筒流過。在裝置的調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，如果工裝板上表計(jì)經(jīng)過除霧除塵裝置的時(shí)間過短的話，會(huì)導(dǎo)致水霧來不及去除干凈，影響除霧除塵的效果。為了解決這個(gè)問題，在吹風(fēng)口下方檢定線上增加工裝板擋停裝置，增加除霧除塵時(shí)間，從而達(dá)到了預(yù)期的效果。除霧除塵裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝圖如圖4所示。

4.2 表計(jì)除霧除塵裝置的功能驗(yàn)證

將帶灰塵的電能表放入冰柜冷藏室中，以此模擬冬季立庫環(huán)境。調(diào)節(jié)冰柜冷藏溫度，1 h后將電能表取出，放入五樓實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。3 min后電能表表面便出現(xiàn)一層水霧。將帶水霧和灰塵的電能表放到工裝板上，流到除霧除塵裝置下方。軟件開啟除霧除塵裝置，并選擇不同工作溫度分別進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表5、圖5所示。

調(diào)試結(jié)果：電能表表面的水霧和灰塵被除干凈，軟件可實(shí)現(xiàn)裝置的遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控。選定擋停時(shí)間為12 s，加熱溫度為40 ℃，便可滿足冬季嘉興地區(qū)電能表的除霧除塵工作。

表5 不同電能表表面溫度和加熱溫度下的除霧除塵時(shí)間

圖5 不同電能表表面溫度和加熱溫度下的除霧除塵時(shí)間圖

5 表計(jì)除霧除塵裝置總體效益分析

5.1 表計(jì)除霧除塵裝置安裝前后冬季電能表檢定效率比較

由圖6可以看出，裝置安裝前冬季檢定效率為82%，目標(biāo)值為98%，裝置安裝后冬季檢定效率為99.12%，實(shí)現(xiàn)并超過了預(yù)期目標(biāo)。

圖6 裝置安裝前后冬季電能表檢定效率比較圖

5.2 表計(jì)除霧除塵裝置安裝前后經(jīng)濟(jì)效益分析

該裝置實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化除霧除塵作業(yè)，無需人工操作，否則計(jì)量中心共11條電能表自動(dòng)化流水線需要安排11個(gè)人進(jìn)行人工除霧除塵工作。

按每個(gè)作業(yè)人員6 000元/月的人工成本計(jì)算，一年內(nèi)所需人工費(fèi)用為：11(人)×12(月)×6 000(元)=792 000元。

除霧除塵每套裝置的制作費(fèi)用為6 000元，11套除霧除塵裝置共計(jì)：11(套)×6 000(元)=66 000元。

因此，一年內(nèi)產(chǎn)生的實(shí)際效益為：792 000-66 000=726 000元。即一年內(nèi)產(chǎn)生的實(shí)際效益為72.6萬元。

6 結(jié)束語

根據(jù)電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)在電能表檢定中存在的問題，研制了一種表計(jì)除霧除塵裝置，對(duì)除霧除塵裝置的軟、硬件及器件的選型進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對(duì)除霧除塵裝置的除塵效果進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)的結(jié)果及測(cè)試數(shù)據(jù)證明：電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)加裝除霧除塵裝置后，不僅提高了電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的檢定效率，而且產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。