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智能電能表全性能試驗(yàn)檢測系統(tǒng)整體規(guī)劃

智能電能表和用電信息采集終端全性能試驗(yàn)智能檢測系統(tǒng)是采用AGV小車、自動檢表機(jī)器人、集成功能檢定臺體和獨(dú)立電磁兼容試驗(yàn)設(shè)備加上集中控制軟件組成智能檢測系統(tǒng)。智能檢測系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)被測樣品（包括單、三相電能表、用電信息采集終端）全性能試驗(yàn)，包括樣品轉(zhuǎn)運(yùn)，自動上下試驗(yàn)臺，試驗(yàn)結(jié)果判定，功能性能試驗(yàn)結(jié)果判斷，最終輸出試驗(yàn)結(jié)果。方案設(shè)計(jì)包括智能檢測系統(tǒng)的檢測流程設(shè)計(jì)、夾持轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備設(shè)計(jì)、固定治具設(shè)計(jì)、試驗(yàn)室整體布局設(shè)計(jì)、智能檢測系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)。

智能檢測系統(tǒng)檢測流程設(shè)計(jì)

按照國網(wǎng)公司智能電能表質(zhì)量管控要求，計(jì)量設(shè)備質(zhì)量檢測分為到貨前全性能檢測、到貨后抽樣檢測、到貨后全檢驗(yàn)收檢測，其中全性能檢測項(xiàng)目最多，多達(dá)五六十項(xiàng)，包括準(zhǔn)確度要求試驗(yàn)、功能要求試驗(yàn)、電氣絕緣、電磁兼容試驗(yàn)、費(fèi)控安全試驗(yàn)、氣候影響試驗(yàn)、機(jī)械試驗(yàn)等。計(jì)量設(shè)備測試樣品到達(dá)試驗(yàn)室后，首先對測試樣品的信息進(jìn)行登記，記錄批次測試樣品的數(shù)量、規(guī)格和型號等信息。進(jìn)入試驗(yàn)流程，試驗(yàn)人員對測試樣品進(jìn)行人工檢視，核對測試樣品的登記信息。檢視完成后，放置樣品至轉(zhuǎn)運(yùn)周轉(zhuǎn)箱內(nèi)，將周轉(zhuǎn)箱放至起始位置料架上，并給AGV啟動信號，使其進(jìn)入自動測試流程。進(jìn)入自動測試流程后，AGV小車從起始位置把料架舉起，運(yùn)輸至對應(yīng)的檢測室相應(yīng)的放置位（由二次定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊/導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)二次定位，精確定位），完成后，由掛表機(jī)器人將所需測試樣品的中轉(zhuǎn)端子臺抓取放入對應(yīng)的檢測定臺上，再將其所需檢測的樣品抓取放入測試臺；對測試樣品的基本精度進(jìn)行測試。測試合格后記錄測試樣品的精度數(shù)據(jù)，根據(jù)測試樣品數(shù)量將測試樣品分為三組，一組留在三合一功能檢定臺上進(jìn)行功能測試；一組由掛表機(jī)器人拆下，由AGV轉(zhuǎn)運(yùn)至性能試驗(yàn)臺，自動進(jìn)行性能試驗(yàn)；一組由掛表機(jī)器人拆下，放回周轉(zhuǎn)箱，由AGV運(yùn)輸至起始位置料架處，組，抽取一臺封存樣品比對。例如測試樣品為10臺，首先進(jìn)行基本精度測試，測試后，一組三臺繼續(xù)功能試驗(yàn)，一組三臺進(jìn)行性能試驗(yàn)，一組三臺進(jìn)行人工氣候影響和機(jī)械性能試驗(yàn)，最后抽取一臺封存樣品比對。進(jìn)入自動性能試驗(yàn)狀態(tài)的樣品，由AGV小車輸送到各個(gè)檢測單元前料架存放位，（由二次定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊/導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)二次定位，精確定位），完成后，由掛表機(jī)器人將所需測試樣品的中轉(zhuǎn)端子臺抓取放入對應(yīng)的檢測定臺；再由掛表機(jī)器人抓取所需測試樣品表放入對應(yīng)的檢測工作臺使與其轉(zhuǎn)接端子插接好，通過氣動機(jī)構(gòu)夾緊；接通好之后自動檢測，按預(yù)定試驗(yàn)方案依次試驗(yàn)，檢測合格后，掛表機(jī)器人將測試樣品從檢定臺上拆下，再放入料架周轉(zhuǎn)箱，再由AGV小車輸送到下一檢測單元；轉(zhuǎn)接端子由掛表機(jī)器人取出放入中轉(zhuǎn)臺相應(yīng)轉(zhuǎn)接端子放置位。所有試驗(yàn)通過后，系統(tǒng)生成測試報(bào)告，AGV小車將被測樣送回起始位置料架放置處，試驗(yàn)流程結(jié)束。

智能檢測系統(tǒng)夾持轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備設(shè)計(jì)

智能電能表智能檢測系統(tǒng)夾持轉(zhuǎn)運(yùn)方式采用AGV小車輸送方式是；通過AGV小車將待檢設(shè)備（電表）從倉庫搬運(yùn)到檢測單元，通過機(jī)器人將待檢設(shè)備（電表）從AGV小車抓取到檢定臺體上。AGV小車轉(zhuǎn)運(yùn)方式靈活，可以運(yùn)動軌跡更改方便，對場地要求相對較低。考慮到全性能試驗(yàn)項(xiàng)目多，試驗(yàn)流程靈活多變，同時(shí)兼顧人工操作需要，AGV小車加掛表機(jī)器人方式更適合全性能試驗(yàn)智能檢測系統(tǒng)。夾持轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備用于被測樣品的抓取和轉(zhuǎn)運(yùn)，由AGV小車、掛表機(jī)器人、料架周轉(zhuǎn)箱、轉(zhuǎn)接端子等組成。掛表機(jī)器人掛表機(jī)器人采用獨(dú)立式移動機(jī)器人，可在預(yù)設(shè)導(dǎo)軌上移動，將測試樣品掛放在試驗(yàn)臺體上。掛表機(jī)器人采用PLC作為控制核心，完成對伺服系統(tǒng)、條碼掃描器、相機(jī)、多功能抓手等機(jī)構(gòu)的控制。控制器具備以太網(wǎng)接口和Profibus－DP接口，通過通訊處理器實(shí)現(xiàn)與調(diào)度控制系統(tǒng)的連接，與調(diào)度控制系統(tǒng)通信采用工業(yè)無線以太網(wǎng)，接收調(diào)度控制系統(tǒng)發(fā)出的作業(yè)命令，返回命令的執(zhí)行情況和機(jī)器人狀態(tài)等。1）掛表機(jī)器人主要由機(jī)器人和氣爪組成；2）齒條固定安裝在地面，齒輪安裝在機(jī)器人底座上，通過齒輪齒條傳動，采用機(jī)器視覺糾正動作誤差，但定位精度相對較低。機(jī)器人本體可以在不同檢測工位之間移動，從而實(shí)現(xiàn)電表在不同檢測工位之間流轉(zhuǎn)；3）機(jī)器人載重20kg；4）控制臂通過氣爪抓取電表，氣爪抓取電表時(shí)，抓取電表側(cè)面，將端子面留出。電控系統(tǒng)使用PLC通過總線將工作站的機(jī)器人、夾具等設(shè)備聯(lián)成一個(gè)完整的系統(tǒng)、通過總線聯(lián)機(jī)器人工作站觸摸屏。由機(jī)器人自身的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。每套夾具選用總線閥島控制夾具氣缸動作和收集夾具的工件檢測信息，通過總線與PLC相聯(lián)。夾具與PLC的連接設(shè)計(jì)成快插拔方式，能進(jìn)行熱拔插，實(shí)現(xiàn)夾具的快速切換。

轉(zhuǎn)接治具

固定治具有兩個(gè)作用，一是夾持固定樣品，便于掛表機(jī)器人拿取，周轉(zhuǎn)運(yùn)輸中方便定位；二是轉(zhuǎn)換不同樣品的接線為統(tǒng)一方式排布，便于實(shí)現(xiàn)樣品自動接線。根據(jù)自動化檢測系統(tǒng)的測試要求，被測樣品需要進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)和功能、性能試驗(yàn)。固定治具分兩個(gè)部分，一個(gè)部分是試驗(yàn)臺體上的通用接線端子，滿足三相電壓和三相電流的所有接線需要；第二個(gè)部分是根據(jù)國網(wǎng)單、三相電表的外形尺寸設(shè)計(jì)的專用定位治具，不同規(guī)格型號的樣品配備不同的專用定位治具。專用定位治具選擇適合電磁兼容試驗(yàn)的材質(zhì)（如：PC、PBT等），降低輔助設(shè)施對電磁兼容試驗(yàn)結(jié)果的影響。試驗(yàn)開始前，測試人員將測試電表裝入專用定位治具，再將專用定位治具放在料架上的相應(yīng)固定位置進(jìn)行流轉(zhuǎn)，試驗(yàn)結(jié)束后，再由測試人員將測試電表從專用定位治具中取出。轉(zhuǎn)接端子工作過程如下：首先，機(jī)器人將轉(zhuǎn)接測試端子臺從轉(zhuǎn)接測試端子中轉(zhuǎn)臺上取出放置到檢測工作臺面相應(yīng)位置，通過定位銷定位，然后機(jī)器人再將專用定位治具與電表整體抓取放置到檢測工作臺面相應(yīng)位置，通過定位銷定位，在相關(guān)傳感器檢測到位后，通用測試端子臺以及專用定位治具下方的氣缸開始動作，將通測試端子臺與待測試電表頂出，從兩端向中間的轉(zhuǎn)接端子臺靠攏，而中間的轉(zhuǎn)接測試端子臺固定不動，使得測試端子與探針接觸，從而實(shí)現(xiàn)待測電表與檢測設(shè)備之間的線路連接。在相關(guān)檢測動作結(jié)束后，兩側(cè)氣缸反向動作，再次將通用測試端子以及專用定位治具與轉(zhuǎn)接測試端子分離，隨后機(jī)器人再將轉(zhuǎn)接測試端子臺放回原位，再根據(jù)檢測結(jié)果是否合格抓取專用定位治具放入合格或者不合格料架中。《Q/GDW1356－2013》《Q/GDW1355－2013》《Q/GDW1375.1－2013》《Q/GDW1375.2》規(guī)范要求，專變終端集中器的外形尺寸最大（長260mm，寬180mm），強(qiáng)電端子10個(gè)，弱電端子18個(gè)，通用轉(zhuǎn)接端子需要覆蓋以上要求。通用端子另一端根據(jù)不同使用項(xiàng)目連接試驗(yàn)導(dǎo)線。通用測試端子臺設(shè)置有強(qiáng)電端子接口12個(gè)，弱點(diǎn)端子接口18個(gè)，以滿足客戶不同產(chǎn)品型號的需求，強(qiáng)電端子與弱點(diǎn)端子可拆卸分離。轉(zhuǎn)接測試端子臺共有兩側(cè)，其中一側(cè)接通用測試端子，另一側(cè)接測試電表。不同型號電表，轉(zhuǎn)接端子臺接電表一側(cè)的接線端子尺寸數(shù)量不同，但接通用測試端子臺一側(cè)均設(shè)置有強(qiáng)電端子接口12個(gè)，弱點(diǎn)端子接口18個(gè)，以便于與通用測試端子一一對接。

周轉(zhuǎn)箱中轉(zhuǎn)設(shè)備

被測樣品在轉(zhuǎn)入測試前，放入周轉(zhuǎn)箱（周轉(zhuǎn)箱內(nèi)帶仿形固定定位塊），存入周轉(zhuǎn)箱運(yùn)輸料架。周轉(zhuǎn)箱中轉(zhuǎn)設(shè)備分三部分，測試前樣品暫存區(qū)，測試中樣品暫存區(qū)和測試后樣品暫存區(qū)。測試前樣品暫存區(qū)由柜式周轉(zhuǎn)箱儲存架和堆垛機(jī)械手組成。機(jī)械手負(fù)責(zé)將周轉(zhuǎn)箱按先入后出的堆疊順序碼垛周轉(zhuǎn)箱，并將周轉(zhuǎn)箱放入起始料架放置位，通知AGV取走料架及周轉(zhuǎn)箱。測試中樣品暫存料架位和上、下料（電表）料架位均布置在掛表機(jī)器人旁，，每個(gè)料架上有上下兩層供周轉(zhuǎn)箱存放的位置，暫存試驗(yàn)中的樣品周轉(zhuǎn)箱。測試樣品以周轉(zhuǎn)箱為單位，箱中所有樣品當(dāng)前測試完成后進(jìn)行下一項(xiàng)測試。測試后樣品暫存區(qū)分上下兩個(gè)區(qū)，上面一層存放測試通過的合格樣品；下面一層存放測試未通過的樣品，由兩組柜式周轉(zhuǎn)箱儲存架組成。周轉(zhuǎn)箱放置表的數(shù)量為6個(gè)，電表在箱內(nèi)端子朝向周轉(zhuǎn)箱長邊，按照體積最大的用電信息采集終端的外形尺寸設(shè)計(jì)（長260mm，寬180mm），按此設(shè)計(jì)每層周轉(zhuǎn)箱的尺寸為長770mm，寬680mm，高600mm。

智能檢測系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)

控制軟件功能設(shè)計(jì)

控制軟件支持對電磁兼容設(shè)備、AGV小車、機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)對控制設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。對電磁兼容設(shè)備通過GPIB接口或網(wǎng)絡(luò)接口，完成設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，自動設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)步驟，對預(yù)定測試程序的所有測試參數(shù)進(jìn)行快速控制，使測試過程變得非常簡單，并確保每一測試步驟都能夠正確無誤地進(jìn)行。對AGV小車實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制，路徑規(guī)劃，支持自動任務(wù)下發(fā)，可自動派發(fā)運(yùn)輸任務(wù)，支持手工指派任務(wù)，指定特定運(yùn)輸任務(wù)到目的地。控制軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)控制軟件系統(tǒng)在邏輯方面分為采集層、通信層以及主站層三個(gè)層次。其中主站層有分為前置采集層、數(shù)據(jù)交換層、業(yè)務(wù)處理層、綜合應(yīng)用層。

試驗(yàn)流程

轉(zhuǎn)運(yùn)試驗(yàn)流程

AGV的搬運(yùn)任務(wù)：a）電表從倉庫搬運(yùn)至試驗(yàn)室停靠點(diǎn)；b）空料箱從一個(gè)料架緩存位轉(zhuǎn)運(yùn)至另一個(gè)料架（上、下料電表）取放位；c）電表從試驗(yàn)室搬運(yùn)至倉庫。具體工作流程如下所述。。1）試驗(yàn)工作人員將待測樣品放入相應(yīng)周轉(zhuǎn)箱，給搬運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出試驗(yàn)開始信號；2）接收到信號，搬運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)呼叫AGV將前往起始位置料架處；3）AGV到達(dá)起始位置料架，將裝滿待檢測電表的周轉(zhuǎn)箱料架舉升，自動前往相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室檢測工作臺處料架放置位；4）AGV到達(dá)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室檢測工作臺處料架放置位與料架分離；AGV由轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)控制下一任務(wù)；5）待機(jī)器人將周轉(zhuǎn)箱內(nèi)的電表全部試驗(yàn)完畢，系統(tǒng)調(diào)度信息，通知AGV將其料架取出輸送到下一實(shí)驗(yàn)室檢測工作臺處料架放置位或輸送到倉庫對應(yīng)的卸料位；完成后AGV自動執(zhí)行下一步指令，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)流程機(jī)器人搬運(yùn)任務(wù)：a）從中轉(zhuǎn)臺取對應(yīng)所需檢測電表的轉(zhuǎn)接端子放入檢測工作臺；周轉(zhuǎn)箱中的電表從其周轉(zhuǎn)箱內(nèi)搬運(yùn)到檢測工作臺使其與轉(zhuǎn)接端子連接；及放回原處；b）測試電表在不同檢測工位之間搬運(yùn)；c）測試電表從檢測工作臺搬運(yùn)至對應(yīng)料架周轉(zhuǎn)箱，以及轉(zhuǎn)接端子取下放回中轉(zhuǎn)臺對應(yīng)存放位；具體工作流程如下所述。1）AGV系統(tǒng)向機(jī)器人發(fā)出已有（料架）周轉(zhuǎn)箱到達(dá)的信號；2）機(jī)器人將根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（前其掃碼/人工錄入運(yùn)輸電表相關(guān)信息）中及AGV系統(tǒng)，調(diào)用相應(yīng)的程序，將中轉(zhuǎn)臺上的相應(yīng)所需檢測電表的轉(zhuǎn)接端子取放置到試驗(yàn)臺上；再將相應(yīng)電表從周轉(zhuǎn)箱內(nèi)取出，放入檢測工作臺，通過氣缸夾緊定（前部接觸部件采用非金屬材料制作），完成之后給檢測設(shè)備啟動信號；3）單項(xiàng)試驗(yàn)檢測結(jié)束后，機(jī)器人將測試電表從試驗(yàn)臺取下，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果做如下處理：如果檢測出不合格產(chǎn)品，機(jī)器人將其放回到其料架周轉(zhuǎn)箱不合格放置位內(nèi)；如果檢測結(jié)果合格，機(jī)器人將其抓取移動位置至下一項(xiàng)試驗(yàn)臺，進(jìn)行下一步檢測或放回周轉(zhuǎn)箱內(nèi)由AGV輸送至下一個(gè)檢測室對應(yīng)料架放置位；再將轉(zhuǎn)接端子取走放入中轉(zhuǎn)臺對應(yīng)放置位；4）試驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)束后，機(jī)器人將測試電表從試驗(yàn)臺取出，放置到對應(yīng)料架周轉(zhuǎn)箱中，發(fā)送信號通知AGV來取。

作者：劉繼彥 郭亮 宋燕霞 趙曉燕 單位：國網(wǎng)山東泰安供電公司