單相自動化檢定線之自動接拆線裝置的研究

魯觀娜 丁恒春 楊東升 徐占河 呂言國 孫志杰 楊曉波 周麗霞

(國網冀北電力公司電力科學研究院，北京 102208)

單相自動化檢定線之自動接拆線裝置的研究

魯觀娜 丁恒春 楊東升 徐占河 呂言國 孫志杰 楊曉波 周麗霞

(國網冀北電力公司電力科學研究院，北京 102208)

單相電能表在完成組裝后都需要將電能表與接線器進行可靠的對接，完成檢測。針對目前人工對接方式效率低下、費時費力、不能滿足自動化生產需求的缺點，為了滿足自動化單相表檢定線的工作需求，提高自動化水平，設計了一種曲回式自動接線裝置，并在底部設計一套頂升定位裝置，完成電能表的頂升定位。同時，每套壓接裝置含有四套滑動架，每套滑動架上安裝一只由氣缸推動的推表手指，使電能表壓接可靠。研究表明，該系統顯著地提高了單相自動化檢定線的工作效率，節省了人工成本，為自動化技術在接拆線裝置應用打下了夯實的技術基礎。

曲回式 頂升定位 自動化接拆線 檢定線 氣缸 壓接

0 引言

隨著社會的不斷發展，電能消費成為人們生活中不可或缺的一部分，而電能表的精度直接影響電能計量水平。為了平衡電網公司與居民之間的利益，減少電能表的計量誤差帶來的利益沖突，國內眾多電能制造廠家紛紛投入大量的科研，以提高電能表的計量精度[1-2]。但另一方面，由于傳統的電能表檢定裝置需要人工上表和掛表，無法達成掛表、檢定、拆表等各個環節的并行處理，其檢定效率低、管理不規范、電能表信息存儲和處理滯后成為制約電力公司提高效益、實現電能表全生命周期全自動化管理的瓶頸。

全自動電能表檢定系統可成功解決大批量電能表的效率低下問題，實現電能表自動化上下表、接拆線、檢定、分揀、物流輸送等作業，并且能夠解決與傳統生產線的兼容性問題。其中，單相自動化檢定的自動接拆線裝置直接影響流水線的檢測效率以及檢測成功率[3-5]。

為解決上述問題，設計了一種曲回式自動接線裝置。通過單相自動化檢定的自動接拆線裝置的推廣應用，提高接拆線過程中電能表與插線器對接的可靠性，同時消除人工接拆線效率低下等問題，將大大增強國網公司系統計量工作的管控力和影響力，進一步提高計量的準確度、公信力，確保計量準確公正，塑造企業良好的服務形象。

1 裝置功能及技術特點

1.1 裝置功能描述

自動接拆線裝置作為檢定系統中獨立的常用模塊，面向通電外觀檢查、耐壓實驗、功耗測試、編程啟動、檢定前插拔卡、多功能檢定和檢定后插拔卡等工作單元，對被檢電能表的電壓端子、電流端子、輔助端子(校驗脈沖、多功能脈沖、通信口等)進行可靠壓接。各個功能模塊的功能簡述如下：工件托盤，承載電能表的載體；接線驅動機構，推表壓接；拆線機構，表計復位與表托插針分離；升降定位機構，工件托盤定位及脫離皮帶面；表托插針機構，檢定設備(工作單元)的電纜接口。

1.2 技術特點

自動接拆線裝置的主要技術特點體現在以下四個方面：穩定性和均勻性、安全性和可靠性、傳統兼容性、異常標志及時性。

1) 穩定性和均勻性：每個表位電能表的接線均采用獨立的、速度可調的、壓力可控制的氣動驅動。因此，具有壓合速度平穩、壓力分布均勻的特點。

2) 安全性和可靠性：表托插針機構隸屬于檢定裝置，檢定裝置在每個表位電能表的每相電流回路都配置接觸式測溫儀(溫度檢測元件的絕對誤差不大于±1 K，測溫范圍20～100 ℃)，在電能表壓接過程中，若出現異常(如電流端子溫度超過設定溫度)，則檢定裝置可及時短接該表電流，保護設備和電能表不受到損傷，因此，具有良好的安全性和可靠性。

3) 傳統兼容性：每個表托插針的電纜線均采用固定(無運動無扭折)連接方式，沿用此傳統方式不僅可確保檢定設備線路穩固性，而且還具備人工電能表檢定和人工裝置計量檢定等操作模式的兼容性。

4) 異常標志及時性：當電能表壓接檢測異常時，單元會通過信息管理系統對該表進行標志(作異常表處理)，在后續工作單元屏蔽該表的任何操作。

2 自動接拆線裝置技術研究

目前，單相電能表在完成組裝之后，為了檢測其各項性能指標，需要進行檢定，以提高單相電能表的合格率。檢定之前，需要電能表與插線器進行可靠對接，這也是整個檢定裝置的核心步驟、核心技術。而如果通過人工接拆線的方式將電能表與插線器進行對接，一次只能對接一只電能表，且因為插線器的測試端子有彈性，費時費力而且效率很低，不能滿足自動化生產的需求。為了解決大批量的自動化單相表檢定線的工作需求，本文設計了一種曲回式自動接拆線裝置，能夠有效解決對接瓶頸問題。

整個裝置的底部設有一套頂升定位裝置，其作用是：一旦輸送線上裝載有四只電能表的工件托盤運行到上方且被擋停待命的情況下，頂升動作，裝置上各有兩只定位銷軸和等高柱，能夠平穩頂起工件托盤并進行有效可靠的定位。該頂升定位裝置上同時含有四套氣缸推動裝置，在頂升過程中，推表手指穿過工件托盤上的槽型空隙，從相應電能表的尾部伸出，利用下方的壓接氣缸，將對應的電能表往兩側推送，各自到達相應的插接器，進行可靠的對接過程。同時，為了使電能表能夠可靠地壓接，每套壓接裝置含有四套固定在兩塊固定板之間的滑動架，每套滑動架上裝有一只由氣缸推動的推表手指，因此能更好地進行平穩的電表平移動作。

2.1 頂升定位裝置

本自動化檢定線的自動接拆線裝置中核心部件之一就是頂升定位裝置。頂升定位裝置的準確性直接影響電能表壓接的成功率，因此，頂升定位裝置的設計需要有足夠的定位精度。同時，為了能夠解決自動化檢定線大批量檢定的效率問題，每套頂升裝置同時載有四只電能表。要使這四只電能表能夠全部有效可靠的壓接，需要對頂升裝置采取一定的改進措施。

頂升定位裝置安裝在整個自動接拆線裝置的底部。當上道的電能表隨同工件托盤傳輸到工件單元時，首先，由設置在該工件單元的擋停器將工件托盤立即限位。然后，通過升降氣缸的上升，將導柱插入工件托盤的導套進行正確的定位，同時，將工件托盤抬起脫離輸送皮帶，使電能表端子與表托插針等高。最后通過各壓接氣缸水平推表，將表托插針插入電能表的端子中。該裝置的主要創新設計點體現在以下幾個方面。

1) 可控氣缸驅動升降機構：為能夠與傳統檢定流水線兼容，同時又能保證穩定可靠的壓接，每個表位電能表的接線均采用獨立的、速度可調的、壓力可控的氣動驅動升降裝置。因此，具有壓合速度平穩、壓力分布均勻等特點。

2) 定位銷軸和等高柱：電能表端子與表托插針有效可靠的壓接需要高精度的定位。本系統采用高精度的定位銷軸和等高柱并用的設計方式。等高柱可以保證四只電能表處于同一水平面上，可以消除裝置本身不等高帶來的誤差。定位銷軸進一步保證定位的精確度，提高壓接的可靠性。

綜上所述，整個頂升定位裝置包含一套可控氣缸驅動升降機構、兩個定位銷軸和兩個等高柱。當輸送線上裝載有四只電能表的工件托盤運行到上方且被擋停待命時，可控氣缸驅動升降發出頂升動作。與此同時，裝置上的等高柱和定位銷軸發揮其作用，使其能夠平穩地頂起工件托盤的同時，還能將電能表與托盤插針有效可靠定位。

2.2 曲回式自動接拆線裝置

曲回式自動接拆線裝置擁有四套氣缸推動裝置，在頂升過程中，推表手指穿過工件托盤上的槽型空隙，從相應的電能表的尾部伸出，利用下方的壓接氣缸，將相應的電能表往兩側推送，各自到達相應的插線器，進行可靠的對接。該自動接拆線裝置利用底部的推表氣缸，通過推表手指，曲回至工件托盤的上方，推動電能表，故稱之為曲回式自動接拆線裝置。

曲回式自動接拆線不僅能夠完全自動完成電能表與托盤插針的有效可靠性壓接，實現大批量電能表的自動化檢定；而且，電能表壓接不到位或者其他原因導致壓接不成功。該裝置的氣缸推動裝置可以單獨進行二次壓接，大大提高了壓接的可靠性，同時避免了壓接成功的電能表由于二次壓接反而不成功的可能，這極大提高了電能表檢定的效率。

3 裝置的工作流程

裝置的工作流程主要分為自動頂升定位、曲回式自動接線、工件性能測試、曲回式自動拆線四個步驟。

3.1 頂升定位過程

當傳感器檢測到有電能表隨同工件托盤傳輸到工件單元時，首先，抬起擋停限位托盤，將工件托盤立即限位。然后，導正托盤準確定位后，通過升降氣缸的上升，使抬起的托盤與表托齊平。整個過程通過自動升降定位裝置及其輔助裝置完成。

3.2 曲回式自動接線

頂升定位過程完成后，通過獨立可控氣缸推動裝置將單相表托盤往兩側推送，各自到達相應的插線器，進行可靠對接。對接完成后，對工件單元接觸性能進行檢查，接觸良好，則可進行功能檢測。接觸不好，對其進行二次壓接，再次進行接觸性能檢測，接觸良好，則進入下一步；接觸仍不正常，則通過信息管理系統對該表進行標志。

3.3 工件性能測試

工件性能檢測包括通電外觀檢查、耐壓實驗、功耗測試、編程啟動、檢定前插拔卡、多功能檢定和檢定后插拔卡等，這里不做詳細說明。

3.4 曲回式自動拆線

曲回式自動拆線過程是曲回式接線過程的逆過程。首先，通過獨立可控氣缸推動端子拆線。拆線完畢后，降下工件托盤至皮帶面，然后將其退出導銷。最后，降下擋停，釋放托盤。

具體工作流程如圖1所示。

圖1 裝置工作流程框圖Fig.1 Working process of the device

4 裝置的應用

整個裝置的檢定過程達到完全自動化處理效果，正常運行時無需人工操作(除了出現異常情況時，信息系統反饋報警時需要人工排除故障)，能夠真正地實現自動化檢定的要求。通過實際的運行測試，該曲回式自動接拆線裝置達到了預期的效果，極大地提高了檢定的效率和可靠性。

從效率上來考慮，本裝置的實際運行參數如表1所示，從表1可得出，單組接(拆為逆向作業)線的工序0.014 min/4只，即0.21 s/只，這相當于人工接拆線效率的十幾倍;“接線”與“拆線”的合計工序時間為2×0.014=0.028 min。此項工序時間均可應用于“通電外觀檢查、耐壓實驗、功耗測試、編程啟動、檢定前插拔卡、多功能檢定和檢定后插拔卡”等工作單元中的接拆線工序時間計算。

從可靠性上考慮，每只電能表的電流、電壓端子動作壓力均≤60 N，每只電能表的輔助端子動作壓力≤10 N。每只表位電能表所有接線柱一次性接線成功率達到99.7%，其中電流接線柱100 A電流10 min，溫升為30 ℃。因此，該裝置具有很高的安全性保障，同時也具有很強的可靠性。

表1 本裝置的實際運行參數

5 裝置的實施效益分析

5.1 經濟效益

該曲回式自動接拆線裝置系統正式投入運行后，通過性能對比與技術性分析，以每年平均有200萬只單相電能表完成檢定，采用本自動接拆線裝置，人員可減少95%，單表平均處理時間節約十幾倍，每年至少可節約資金約100萬元。同時，隨著人工工資的上漲、技術的再深化改造，本系統產生的經濟效益將更加顯著。

5.2 社會效益

本裝置的投入運行顯著地提高了單相表檢定的準確度和效率水平，避免了人工接拆線產生的效率低下以及檢定時產生的電擊風險，真正做到了全自動化檢定，社會效益顯著。通過本系統的實施，可在以下幾方面取得明顯的效益。

1) 本裝置全過程采用高度自動化技術替代人工操作，有利于減少人工操作環節錯誤的發生，提高檢定的準確性、有效性。

2) 提高自動化水平后，有助于提高勞動生產率，節省人工成本。

3) 為電力公司增加了特色服務項目，同時提高了公司優質服務水平。

6 結束語

本裝置成功實現了單相電能表的自動化接拆線檢定，并且能夠和傳統的檢定系統兼容。與目前國內一般電力企業在單相表檢定方面主要采用人工方式相比，通過曲回式自動接拆線、智能警報反饋，實用性強，投運效果突出，社會效益十分顯著。

[1] 王曼,韓劍,孔凡勝,等.母排式電流互感器誤差校驗的自動接拆線裝置[J].自動化博覽,2011(8):102-103.

[2] 郭寶利,陳偉斌,李哲,等.一種用于低壓電流互感器自動化檢定系統的自動穿排機構設計[J].自動化與儀器儀表,2013(1):71-73.

[3] 羅志坤,王偉能.智能電能表的檢定和配送[J].大眾用電,2013(5):20-21.

[4] 鄧澤官,馬曉奇,曹祖亮.低壓電流互感器自動化檢定系統的研究與應用[J].電測與儀表,2013(9):95-99.

[5] 王藝,袁天奇,肖江文.電能表自動檢定流水線的控制系統設計[C]//第三十一屆中國控制會議論文集D卷.中國系統工程學會,2012:5.

Study on the Automatic Connecting and Disconnecting Device in Single Phase Automatic Calibration Line

After assembling, the single phase energy meters need to be reliably connected with the junction box to complete calibration. At present, the manual conjunction mode cannot meet the demands for automatic production because of its low efficiency and consuming effort. In order to satisfy the operation requirement for automatic single phase energy meter calibration line, and enhance the automation level, the curved back style automatic wiring device is designed; and a set of lifting and positioning device is designed at the bottom. In addition, each crimping apparatus comprises four sliding frames, and a cylinder driven finger for pushing meter is installed on each sliding frame, to make the energy meter being connected reliably. The research indicates that the system significantly enhances the working efficiency of the automatic calibration line for single phase meter, and saves the labor cost, this lay a solid technical foundation for automation technology applying in wiring connection and disconnection devices.

Curved back style Lifting and positioning Automatic connecting and disconnecting Calibration line Air cylinder Pressed connection

魯觀娜(1981-)，女，2007年畢業于華北電力大學熱能工程專業，獲碩士學位，高級工程師；主要從事電能計量、自動化檢測的研究。

TH6

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201509020

修改稿收到日期：2015-01-16。