劉含露 朱文波 林綠浩

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司咸寧供電公司 湖北省咸寧市 437100）

對于拆回電能表的分揀工作，目前主要依靠基層人員人工手動來實現(xiàn)，人工通電、手動讀取并抄錄止碼信息、查看存儲或計量故障等信息并進行分揀結(jié)果記錄。人工手動拆回電能表的分揀方式存在錯檢誤檢率無法保障、效率低、分揀環(huán)境雜亂無章等問題。針對人工分揀存在的問題，本文提出一種自動智能化分揀方式，采取分揀裝置自動通電、電能表智能檢測、檢測結(jié)果智能記錄等流程，實現(xiàn)拆回電能表能夠高效、準(zhǔn)確、可靠的分揀工作。

1 硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示，掃碼槍實現(xiàn)電能表信息讀取以及錄入。數(shù)字功放系統(tǒng)提供待檢電能表電源，并與電能表進行交互完成電能表基本功能檢測。通過載波測試系統(tǒng)完成電能表載波通信功能的檢測，紅外抄表系統(tǒng)完成電能表紅外通信功能的檢測。圖像識別系統(tǒng)通過拍攝完成電能表止碼錄碼、外觀等檢測。從各個不同的維度完成電能表的檢測分揀工作，最終輸出電能表分揀結(jié)果。

1.2 數(shù)字功放系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)字功放系統(tǒng)主要針對拆回電能表基本功能進行檢測，包括電壓電流量程、日計時誤差、計量誤差等[1]。數(shù)字功放系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2 所示。

1.2.1 功率源系統(tǒng)設(shè)計

功率源系統(tǒng)主要輸出全量程電壓電流，實現(xiàn)電能表基本功能檢測，其工作流程：當(dāng)上位機下發(fā)輸出電壓電流命令后，信號源進過內(nèi)部處理輸出，提供一個sin 波給功率源系統(tǒng)，功率源系統(tǒng)中的前置PWM 電壓、電流放大電路板內(nèi)部的三角波發(fā)生電路產(chǎn)均生一個三角波，sin 波以及三角波兩種波形比較產(chǎn)生一個PWM 波，此PWM 波通過功率源內(nèi)部電路處理分成4 路PWM 波，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)電路以及濾波放大電路產(chǎn)生sin 波，再進過升壓器或者升流器輸出電壓電流[2]。不同檔位的電壓電流輸出配合饋網(wǎng)系統(tǒng)通過升壓器以及升流器來進行控制輸出，其輸出精度受標(biāo)準(zhǔn)表以及補償電路控制，準(zhǔn)確度等級不低于0.1 級[3]。

1.2.2 饋網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

饋網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計主要為了電能表供電切擋的實現(xiàn)，兼容全量程輸出。CUP 控制單元采用PIC 系列單片機，控制電壓電流的切擋功能，電壓、電流均采用隔離光耦驅(qū)動MOS 管，進而控制繼電器的開閉切換，實現(xiàn)切擋。

1.2.3 信號源設(shè)計

信號源主要為功率源系統(tǒng)提供一個sin 波，與其內(nèi)部發(fā)生的三角波進行對比產(chǎn)生PWM 波，最終實現(xiàn)功率輸出。信號源工作原理主要是通過單片機XC6SLX45-2FGG484I 控制DAC8812ICPWR 芯片完成DAC 輸出，經(jīng)過波形表換實現(xiàn)sin 波的輸出。需要注意的是在DAC 輸出時需要提供兩個DAC 電壓基準(zhǔn)。

1.2.4 時鐘源設(shè)計

時鐘源系統(tǒng)提供輸出500K 信號，用于檢測電能表日計時誤差。系統(tǒng)電源由總電源220V 提供，經(jīng)過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換實現(xiàn)直流供電15V，經(jīng)過幾路DC-DC 電源電路分別給不同的芯片電路提供供電。系統(tǒng)內(nèi)部使用晶體振蕩器，輸出標(biāo)準(zhǔn)的5VTTL 電平，晶振頻率準(zhǔn)確度＜±30ppb/25℃，通過雙四位十進制計數(shù)器的應(yīng)用保證準(zhǔn)確性，通過雙MOS 控制電路，實現(xiàn)500K 信號的輸出，通過與表位單元系統(tǒng)連接，經(jīng)過串口服務(wù)器傳輸，最后通過RJ45 接口由交換機與上位機軟件系統(tǒng)進行交互，實現(xiàn)功能。

1.2.5 標(biāo)準(zhǔn)表設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)表系統(tǒng)主要實現(xiàn)計量誤差功能檢測、電能表供電功能檢測。供電主要由LTM4622Y 電源芯片以及幾路DC-DC 電路實現(xiàn)，內(nèi)部通過XC6SLX45 型號的FPGA、MX25L12835FM2I-10G 的數(shù)據(jù)存儲FLASH、電壓回路A/D 轉(zhuǎn)換電路、電壓回路A/D 轉(zhuǎn)換電路、CT補償電路提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流、計量信息，用于檢測拆回電能表的供電以及計量誤差等信息。

1.2.6 通信單元設(shè)計

硬件系統(tǒng)交互主要通過CAN 總線通信或者RS-485 通信，分別為CAN 通信電路以及485 通信電路。

1.3 載波測試系統(tǒng)設(shè)計

1.3.1 寬帶載波測試工裝設(shè)計

寬帶載波測試工裝主要針對安裝HPLC 載波模塊的電能表進行通信功能檢測，實現(xiàn)互聯(lián)互通，通過上行通過RS232 串口與交換機進行連接，下行直接連接待測電能表取電端子，其工作硬件原理框圖如圖3 所示。

通過載波芯片TC9202 TCS091.+TCS091 對于信號的處理實現(xiàn)信號的發(fā)送與接收功能。載波芯片TC9202 TCS091.+TCS091 接口為串行UART 口，而交換機接口為RS-232、RS-485 標(biāo)準(zhǔn)串口通信接口，故中間需要RS-232 接口電路，通過SP3232EEN-L/TR 芯片實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。

具體工作原理為：當(dāng)上位機發(fā)出通信功能檢測命令時，交換機通過RJ45 接口完成命令的轉(zhuǎn)發(fā)通信，經(jīng)由232 接口電路完成電平轉(zhuǎn)換到載波芯片端口為TTL電平信號，載波芯片完成D/A信號處理，通過發(fā)送電路使用發(fā)送PA 放大芯片進行信號放大、載波耦合電路耦合到電能表接線端子，與電能表進行交互，讀取相應(yīng)的抄讀數(shù)據(jù)，抄讀信結(jié)果通過接收濾波電路濾除異頻干擾信號，保留同頻信號，將信號傳輸?shù)捷d波芯片TC9202 TCS091.+ TCS091，載波芯片實現(xiàn)A/D 信號處理，仍通過232 接口電路實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，通過交換機最終反饋給上位機軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)測試功能。

1.3.2 窄帶載波測試工裝設(shè)計

窄帶載波測試工裝，檢測對象為安裝窄帶載波模塊的電能表，其硬件原理參考寬帶載波測試工裝設(shè)計。

使用載波芯片TCS081F 實現(xiàn)載波信號的發(fā)送接收處理，接收信號時，耦合信號經(jīng)過濾波接收電路后，信號解調(diào)電路使用TC6003A 芯片進行信號的解調(diào)，然后再通過載波芯片TCS081F 處理，使用SP3232EEN-L/TR 芯片實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，完成整個通信功能的檢測。

2 軟件設(shè)計

上位機軟件系統(tǒng)基于C++builder 開發(fā)環(huán)境，使用C++語言進行編寫，其中圖像識別功能基于OpenCV 庫開發(fā)，在完成系統(tǒng)開發(fā)后，首先在實驗室搭建實際環(huán)境進行調(diào)試運行，能夠正常調(diào)試運行后，在現(xiàn)場實際進行測試檢測，能夠滿足現(xiàn)場電能表分揀工作的需求，以止碼錄碼檢測為例，其軟件系統(tǒng)工作流程如圖1 所示。

當(dāng)需要進行止碼錄碼功能檢測時，上位機根據(jù)需求選擇配置的檢測方案，優(yōu)先默認選擇載波方式進行通信檢測，與待測電能表進行通信，通信后的結(jié)果反饋到上位機系統(tǒng)，通信成功則進行下一步工作，系統(tǒng)完成止碼錄碼工作，連續(xù)通信失敗則檢測判斷電能表載波通信功能異常，重新選擇紅外檢測方式進行檢測，檢測結(jié)果反饋上位機，如果成功和進行下一步止碼錄碼工作，連續(xù)失敗則判斷電能表紅外功能異常，重新選擇拍攝檢測方式，使用高精度攝像頭進行拍照完成止碼信息的錄入，軟件工作流程框圖如圖4 所示。

上位機軟件界面采用任務(wù)靈活配置，將所有包含的檢測命令項均通過代碼實現(xiàn)，建立一個完整的檢測命令庫，將單一檢測項均規(guī)整添加進去，對于需要的檢測項，可通過新建檢測方案來實現(xiàn)，方案包含檢測項靈活配置，并存檔保留，重復(fù)應(yīng)用性好。

另外拍攝檢測方式不單單是進行電表信息拍照，上傳存儲到系統(tǒng)，還包括對拍攝結(jié)果的圖像識別功能，識別結(jié)果可以在系統(tǒng)中存儲與拍攝結(jié)果進行對比留檔，進一步提升檢測的可靠性。

3 結(jié)論

本文對拆回電能表分揀裝置進行了研究，采用數(shù)字功放原理，經(jīng)過一系列硬件集成、配合實現(xiàn)拆回電能表分揀功能。在進行功能檢測時功放系統(tǒng)使用PWM 前置放大電路、電壓電流功放電路、IGBT 放大電路能夠?qū)崟r提供全量程供電以及電源切換，而配合時鐘源、信號源、標(biāo)準(zhǔn)表系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確日計時誤差檢測、計量存儲信息等功能檢測，準(zhǔn)確高效的實現(xiàn)電能表功能檢測，完成分揀功能。

分揀裝置經(jīng)過實際使用，非常適用于拆回電能表的分揀檢測，對于拆回電能表支持645協(xié)議、698協(xié)議，對于一些外觀、計量、時鐘、存儲問題均能實現(xiàn)檢測，且設(shè)備輕便靈活，易于移動，操作簡單，實用性、可靠性、安全性均能滿足大范圍推廣。

4 總結(jié)

文中主要論述了整個數(shù)字功放系統(tǒng)的實現(xiàn)以及組成模塊，配合載波測試系統(tǒng)、紅外抄表測試系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)完成拆回電能表的分揀工作，能夠?qū)崿F(xiàn)日計時誤差、計量誤差、通信功能檢測，達到預(yù)期目標(biāo)要求，且通過自動化分揀手段大大較少了人工成本，提高了分揀準(zhǔn)確度，以及可靠性、安全性也得到保證。