趙炳輝 姚智聰 彭龍 葉天豪

摘要：針對(duì)電能計(jì)量自動(dòng)化檢定流水線存在的問(wèn)題，提出了研發(fā)一種新型電能表封印自動(dòng)刻碼設(shè)備系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、主要功能以及核心技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中有效提高了電能表自動(dòng)化檢定流水線的可適應(yīng)性、準(zhǔn)確性和工作效率。

關(guān)鍵詞：新型電能表封印;計(jì)量自動(dòng)化檢定;自動(dòng)刻碼;設(shè)計(jì);應(yīng)用

0 ? ?引言

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司計(jì)量中心擁有五線一庫(kù)，承擔(dān)著廣東省電能計(jì)量設(shè)備的統(tǒng)一授權(quán)、集中檢定、集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一配送工作，是確保整個(gè)廣東省電能計(jì)量檢定工作穩(wěn)定開(kāi)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如何提高電能計(jì)量檢定裝置的工作效率和正確率，是計(jì)量檢定中心一直致力研究的方向。

1 ? ?項(xiàng)目背景

目前廣東電網(wǎng)公司省級(jí)計(jì)量檢定中心自動(dòng)化檢定流水線雕刻單元刻碼成功率為99.9%，按照單相表年檢定能力828萬(wàn)只計(jì)算，將有8 280只封印雕刻不清晰、不成功。為保證電能表的檢定效率，根據(jù)生產(chǎn)需要，需單獨(dú)配置一臺(tái)電能表自動(dòng)刻碼裝置，快速、批量解決刻碼不成功問(wèn)題。但是當(dāng)前計(jì)量中心沒(méi)有單獨(dú)的電能表自動(dòng)刻碼裝置，為保障電能表檢定工作的正常開(kāi)展，解決電能表因刻碼不成功影響檢定效率的問(wèn)題，需設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套電能表封印自動(dòng)刻碼設(shè)備系統(tǒng)。

2 ? ?項(xiàng)目實(shí)施

2.1 ? ?項(xiàng)目技術(shù)方案

基于上述問(wèn)題，本文提出了研發(fā)一種新型電能表封印自動(dòng)刻碼設(shè)備。如圖1所示，系統(tǒng)主要由工控機(jī)、激光刻碼機(jī)、標(biāo)簽打印機(jī)、條碼掃描槍、PLC、粉塵煙霧凈化器裝置、送料機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)和下料機(jī)構(gòu)組成。其中工控機(jī)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行通信，工控機(jī)與標(biāo)簽打印機(jī)、激光刻碼機(jī)、PLC、條碼掃描槍通過(guò)設(shè)備內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接通信，PLC通過(guò)I/O與其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行通信并實(shí)現(xiàn)控制。設(shè)備系統(tǒng)能夠按照設(shè)計(jì)控制要求進(jìn)行協(xié)調(diào)動(dòng)作，并將電能表的信息自動(dòng)掃描錄入管理系統(tǒng)，同時(shí)管理系統(tǒng)可與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新和管理自動(dòng)化。

2.2 ? ?項(xiàng)目實(shí)施

2.2.1 ? ?整體實(shí)施

新型電能表封印自動(dòng)刻碼設(shè)備系統(tǒng)的核心設(shè)備如圖2所示，各模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能分別為：

（1）激光刻碼機(jī)：實(shí)現(xiàn)電能表封印的刻碼作業(yè)。

（2）粉塵煙霧凈化器裝置：配合激光刻碼機(jī)，凈化封印刻碼過(guò)程中的粉塵、煙霧、異味等。

（3）掃描槍：便攜式無(wú)線掃描槍，讀取電能表及封印上的一、二維碼及條碼信息。

（4）標(biāo)簽打印機(jī)：實(shí)現(xiàn)在空白標(biāo)簽上清晰打印日期、批次號(hào)、二維碼等信息。

（5）封印供料振動(dòng)盤(pán)：采用偏心振動(dòng)的方式將封印按照要求的形狀和順序進(jìn)行排列。

（6）機(jī)械機(jī)構(gòu)裝置：配合振動(dòng)盤(pán)及激光刻碼機(jī)對(duì)封印進(jìn)行打碼定位、出料等。

（7）電能表周轉(zhuǎn)箱托架：配合現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的AGV小車(chē)及電能表周轉(zhuǎn)箱使用的專用電能表周轉(zhuǎn)箱托架。

（8）工控機(jī)：實(shí)現(xiàn)設(shè)備與生產(chǎn)管理系統(tǒng)信息對(duì)接，控制設(shè)備執(zhí)行操作。

（9）管理系統(tǒng)：與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，控制設(shè)備進(jìn)行二維碼刻碼的雕刻和合格證標(biāo)簽打印;管理系統(tǒng)與計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、更新、管理自動(dòng)化。

2.2.2 ? ?項(xiàng)目技術(shù)核心

新型電能表封印自動(dòng)化刻碼設(shè)備核心技術(shù)具體表現(xiàn)在：

（1）自動(dòng)刻碼機(jī)構(gòu)。

自動(dòng)化刻碼機(jī)構(gòu)主要包括封印供料振動(dòng)盤(pán)、機(jī)械機(jī)構(gòu)裝置，如圖3所示。封印供料振動(dòng)盤(pán)采用偏心振動(dòng)的方式將封印按照要求的形狀和順序進(jìn)行排列，并依次運(yùn)送到送料口，封印送料機(jī)構(gòu)檢測(cè)到封印后由吸料動(dòng)作氣缸帶動(dòng)彈性吸料盤(pán)將封印從封印送料振動(dòng)盤(pán)吸起;直線運(yùn)動(dòng)模組帶動(dòng)吸料動(dòng)氣缸吸料盤(pán)上的封印，送至封印定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行激光刻碼;完成刻碼后，直線運(yùn)動(dòng)模組帶動(dòng)吸料動(dòng)氣缸吸料盤(pán)上的封印，送至封印卸料槽。封印送料機(jī)構(gòu)又重復(fù)上述動(dòng)作進(jìn)行下一個(gè)封印定位。

為了精準(zhǔn)定位封印進(jìn)行激光刻碼，封印定位機(jī)構(gòu)的微動(dòng)調(diào)節(jié)平臺(tái)能適配激光雕刻機(jī)的X軸送料方向的微調(diào)，當(dāng)封印經(jīng)過(guò)導(dǎo)向件1和導(dǎo)向件2導(dǎo)正方向后進(jìn)行激光刻碼;完成刻碼后，頂起氣缸頂針略微頂起封印，避免卡料，以便送料機(jī)構(gòu)上的吸盤(pán)帶走封印。

（2）激光刻碼及煙塵凈化。

新型電能表封印自動(dòng)刻碼設(shè)備系統(tǒng)中的激光刻碼機(jī)采用的是靜止工位刻碼作業(yè)。當(dāng)傳感器檢測(cè)到封印定位機(jī)構(gòu)將封印傳送到位后，系統(tǒng)軟件將輸出信號(hào)或PLC輸出脈沖信號(hào)激發(fā)激光刻碼機(jī)，同時(shí)激光刻碼機(jī)與工控機(jī)中的生產(chǎn)管理系統(tǒng)交互信息來(lái)獲取電能表封印相對(duì)應(yīng)的二維碼，設(shè)備系統(tǒng)控制激光刻碼機(jī)以進(jìn)行電能表封印刻碼作業(yè)。在完成激光刻碼后，還需將加封的電能表上傳到系統(tǒng)平臺(tái)。

電能表封印在進(jìn)行激光刻碼的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生粉塵、煙霧或異味，為確保封印刻碼的質(zhì)量和操作間的空氣清潔度，本系統(tǒng)中的粉塵煙霧凈化器裝置在激光刻碼的同時(shí)啟用，采用空氣抽取的方式抽取過(guò)濾激光刻碼過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵、煙霧，起到凈化作業(yè)環(huán)境的作用。

（3）自動(dòng)刻碼設(shè)備控制系統(tǒng)。

新型電能表封印自動(dòng)刻碼設(shè)備的控制系統(tǒng)包括對(duì)下的PLC控制系統(tǒng)和對(duì)上的數(shù)據(jù)交互總控系統(tǒng)。

PLC控制系統(tǒng)以PLC控制器為核心，采用自動(dòng)化控制技術(shù)，在上料機(jī)構(gòu)、激光刻碼、下料機(jī)構(gòu)的每個(gè)工位均設(shè)置了傳感器，對(duì)進(jìn)入該工位的電能表封印進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)PLC控制器發(fā)出控制指令，對(duì)封印的上料、定位、抓取、刻碼、下料進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)控制，且可設(shè)定速度。

對(duì)上的數(shù)據(jù)交互總控系統(tǒng)包括了設(shè)備管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)電能表數(shù)據(jù)信息的收集和處理，協(xié)調(diào)掃描槍、PLC控制系統(tǒng)、激光刻碼機(jī)、標(biāo)簽打印機(jī)的整體運(yùn)行。設(shè)備管理系統(tǒng)通過(guò)掃描槍讀取電能表?xiàng)l碼信息，與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交互來(lái)判斷其合法性。若電能表合格，則進(jìn)行信息綁定，并由PLC系統(tǒng)控制對(duì)電能表進(jìn)行刻碼作業(yè)。若電能表不合格，則需經(jīng)人工調(diào)整處理后再次進(jìn)入流程。經(jīng)過(guò)人工調(diào)整處理后仍無(wú)法合格的，則需進(jìn)入不合格品處理程序。

總控系統(tǒng)主要完成電能表信息采集、電能表封印編碼的合法性和唯一性判斷、電能表和封印編碼的綁定等重要功能，是電能表封印自動(dòng)刻碼設(shè)備系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.3 ? ?系統(tǒng)工作流程

（1）首先是AGV小車(chē)將已抽檢/復(fù)檢的電能表運(yùn)輸至待處理電表位置;

（2）人工掃描合格品與不合格品周轉(zhuǎn)箱編碼，在設(shè)備系統(tǒng)上確認(rèn);

（3）人工拿起掃描槍掃描電能表的條碼信息;

（4）設(shè)備管理系統(tǒng)將電表?xiàng)l碼信息發(fā)送至生產(chǎn)管理系統(tǒng)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)反饋此電能表是否合格的信息給設(shè)備系統(tǒng);

（5）若不合格則設(shè)備系統(tǒng)顯示不合格，由人工將此電能表擺放至不合格電能表周轉(zhuǎn)箱上;

（6）若合格則生產(chǎn)管理系統(tǒng)將一個(gè)封印編碼發(fā)送至設(shè)備系統(tǒng)上，設(shè)備系統(tǒng)控制刻碼機(jī)在封印上標(biāo)刻編碼，并送至指定位置，控制標(biāo)簽打印機(jī)打印一個(gè)合格證;

（7）人工將封印加封在此電表上，粘貼好合格證，并將此合格的電能表擺放至合格電能表周轉(zhuǎn)箱上;

（8）重復(fù)上述（3）～（7）操作，直到待處理的電能表處理完畢;

（9）設(shè)備系統(tǒng)通知AGV小車(chē)將合格與不合格的電能表按指定路線運(yùn)送至指定位置上。

3 ? ?項(xiàng)目效益分析

新型電能表自動(dòng)刻碼設(shè)備系統(tǒng)在保障電能表檢定工作正常開(kāi)展的同時(shí)，可以快速、批量地消除刻碼不合格品，解決了自動(dòng)化檢定流水線不能單獨(dú)及時(shí)處理封印雕刻不合格品以及人工處理封印信息工作煩瑣、效率低、容易出錯(cuò)等問(wèn)題，有效提高了電能表的檢定效率。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

新型電能表封印自動(dòng)刻碼設(shè)備系統(tǒng)總體采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于系統(tǒng)的維護(hù)。該新系統(tǒng)的投入使用，可有效提高電能表檢定工作效率、質(zhì)量，也有利于省級(jí)計(jì)量中心加強(qiáng)對(duì)計(jì)量設(shè)備的集中管理和檢定數(shù)據(jù)管理，大大推動(dòng)了電能計(jì)量管理的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

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收稿日期：2020-07-23

作者簡(jiǎn)介：趙炳輝（1992—），男，河南新野人，工程師，從事計(jì)量自動(dòng)化檢定相關(guān)技術(shù)工作。