拆回智能電能表復核分揀機器人研制

李 霖，張 紅，荊 臻，王 莉，馬 俊

（國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南 250003）

拆回智能電能表復核分揀機器人研制

李 霖，張 紅，荊 臻，王 莉，馬 俊

（國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南 250003）

隨著智能電網的高速發展，因換裝、拆除、故障等原因，拆回智能電能表數量巨大。現有的復核分揀方式無法滿足高效率、高質量的要求。研制一種拆回智能電能表復核分揀機器人。采用定位銷及分類凹槽式雙托盤設計，實現不同規格的電能表自動加電、批量復核分揀，提高復核分揀效率；采用灰度分割提取算法，實現需量數據的自動識別和快速提取，確保數據完整、準確；設計一種電能表示數、資產信息與營銷系統的需量數據自動甄別模型，實現與營銷系統的自動比對復核、異常電能表的鎖定及分揀；設計一種可監管、可追溯的復核分揀管理模式，建立電能表歷史圖像庫，使電量具有“永遠”、“快捷”的可追溯性，有效避免電量糾紛的發生，實現監管便捷。

復核；分揀；自動加電；表碼識別

0 引言

計量計費基礎數據的準確，是供電公司準確回收電費與客戶建立互信的保障。開展拆回智能電能表復核工作，將有效保證計量計費基礎數據準確、可靠、可復現，為日后的電量糾紛、歷史電量追溯提供可視化的監管手段［1］。目前，在拆回智能電能表處理方面尚未形成行之有效的管理手段，導致拆回智能電能表報廢率較高，資源浪費嚴重。開展拆回智能電能表分揀工作，初步區分為待檢定、待處理和不可利舊電能表，可有效避免運行狀態良好的智能電能表被直接報廢，提升電能表故障鑒定的效率和準確度，進而提高拆回智能電能表利舊率，實現了對拆回表計的信息化閉環管理。拆回智能電能表利舊是計量資產全壽命周期管理的重要內容，可實現計量資產壽命最大化，為公司節省大量投資成本。

隨著國民經濟的高速發展，各級供電公司所轄范圍內的智能電能表運行數量快速增長。目前，國網山東省電力公司現有電力客戶3 900余萬戶，運行智能電能表4 000余萬只，因換裝、拆除、故障等原因拆回智能電能表數量巨大。資產管理人員采用人工方式對拆回智能電能表逐一復核分揀，無法達到高效率、高質量的要求。為緩解拆回智能電能表數量與復核分揀效率及質量之間的矛盾，研制一種拆回智能電能表復核分揀機器人。

1 工作流程

拆回智能電能表復核分揀機器人可同時對4只電能表進行復核分揀，利用基于灰度分割提取法對拆回電表圖像中的表碼示數進行自動識別，并提取各種電量參數，確保電能表示數復核真實、準確。通過對電能表條形碼識別、表碼識別、RS485通訊測試等過程判定記錄，建立判別模型，將拆回電能表自動分揀為待檢定、待處理、不可利舊3種狀態。流程如圖1所示。

圖1 工作流程

2 工作原理

拆回智能電能表復核分揀機器人主要由控制部分、機械部分和傳感部分組成，其外觀及工作原理如圖2所示。

圖2 智能電能表復核分揀機器人實物及原理

2.1 控制部分

控制部分用于對機械部分發出工作指令，完成特定工作，包括上位機控制系統與下位機控制器。其中上位機控制系統主要為電腦，下位機控制器為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）。

上位機控制系統作為機器人設計的控制核心與數據處理中心，通過網口通信驅動視覺識別裝置識別待檢測電能表，獲取電能表資產標示編碼，通過數據編碼向電力營銷業務系統請求該電能表檢測的基本條件信息；而后，上位機控制系統通過對電力營銷業務系統反饋數據分解與分析，控制外圍設備的協同運作，構建合理的電能表工作狀態。該過程主要由上位機控制系統下發指令給下位機，完成加電切換和電能表自管理運行并接受外圍設備反饋的數據信息，將處理后的數據自動上傳數據服務系統。

2.2 機械部分

拆回智能電能表復核分揀機器人在機械結構方面具有很多突破性設計，主要包括托盤系統、傳動系統、視覺識別系統（含翻轉門）、加電系統4個部分。

本裝置有2個電能表托盤，每個電能表托盤上有4個電能表放置位，可以同時對4個電能表進行信息采集；另外，對托盤的每個電能表放置位進行了獨創性設計，使每個表位可以任意放置不同規格電能表（三相直接接入式電能表、三相經互感器式接入式電能表或單相電能表）。

傳動系統帶動托盤移動實現電能表在裝置內位置的變化，即2個托盤在設備內實現水平方向和垂直方向移動，從而完成2個托盤上的電能表交替進入工作倉處理。

因為需要對電能表圖像信息進行采集識別，所以視覺識別系統十分重要。由于光線會從電能表出入口進入裝置內部，破壞內部光線條件，為了給裝置提供一個穩定的光源環境，設置翻轉門機構，在電能表加電進行圖像采集時，利用翻轉門將電能表出入口遮擋住，當需要電能表出入時，翻轉門收起。

本裝置每個電能表放置位可以放置不同類型的電能表，當托盤運動到加電位時，需要由加電機構為電能表加電，此裝置通過2套運動機構實現了不同規格的單、三相智能電能表的自動加電。

2.3 傳感部分

下位機控制系統通過多個電磁傳感器控制模塊進行氣動執行件狀態控制，并通過與伺服機構的合理配合，實現電能表復核分揀的自動管理，如：裝置狀態的初始化、異常掉電恢復、電壓加電狀態自動切換以及2組電能表托盤位置的交互管理。

3 功能介紹

全新設計、自動復核、智能分揀。將機器人概念引入拆回智能電能表復核分揀工作，打破傳統的人工或半自動復核分揀模式，實現復核分揀工作全自動、準確、高效運作；創新性地將機器人觸覺技術、機器人視覺技術、圖像識別技術、云存儲技術［2-4］等引入到智能電能表復核分揀中，具備數字化、網絡化、智能化等特點，可實現高度智能復核分揀。該裝置填補了智能電能表復核分揀領域智能化、自動化的技術空白。

精準定位、自動加電、批量核揀。裝置中智能電能表裝載托盤采用獨特的定位銷及分類凹槽設計，適用于多種規格的電能表，并可使電能表定位更加準確；每個托盤為4表位設計，可同時放置4只不同規格的智能電能表，如圖3所示。采用雙托盤交替開展智能電能表復核分揀，從而簡化復核分揀工序，提高效率；裝置可自動獲取營銷系統中智能電能表的電壓參數等屬性信息，通過控制相應繼電器動作，準確實現探針對不同規格智能電能表自動加電，有效避免人工加電操作造成的人力、時間等浪費。

圖3 電能表托盤

數據完善、過程可控、監管便捷。首次采用基于自適應的表碼示數灰度分割提取算法，實現智能電能表示數的總、尖、峰、平、谷需量數據的自動識別和快速提取，確保數據全面、準確、可靠［5］；設計一種智能電能表示數、資產信息與營銷系統的需量數據自動甄別模型，自動將采集到的智能電能表信息與營銷業務系統錄入數據進行比對，實現智能電能表信息的復核和異常智能電能表的鎖定及分揀，如圖4所示；設計一種可監管、可追溯的復核分揀管理模式，采用基于光纖專網的獨立網絡作為傳輸通道，建立終端服務器電能表歷史圖像庫，使電量具有“永遠”、“快捷”的可追溯性，有效避免電量糾紛的發生，實現監管便捷。

圖4 自動復核效果

4 應用效果

2015年10月，智能電能表復核分揀機器人在所選試點應用。截至2016年3月底，復核分揀拆回智能電能表共計8 852只，拆回電能表復核率、復核完整率及復核準確率均達到100%，快速處理客戶換表后電量質疑29起，避免電量糾紛；分揀判定待檢定865只，待處理98只，不可利舊7 889只。應用前后拆回智能電能表利舊情況統計如表1所示。可知，三相智能電能表利舊率由6.52%提高至10.91%，單相智能電能表利舊率由4.17%提高至8.65%，反饋良好。

表1 拆回智能電能表利舊情況統計表

5 結語

拆回智能電能表復核分揀機器人，根本解決了傳統退庫智能電能表管理工作效率低、復核分揀質量差等問題，實現了拆回智能電能表的全自動復核分揀，推動了“互聯網+”技術在營銷服務中的推廣應用，確保計量計費基礎數據準確、可靠，進一步提高供電公司優質服務管理水平。做到可視化圖形管理和可追溯監督管理，有效提高拆回智能電能表利舊率，節約電能表新購投資成本，減少電子垃圾對環境造成污染，進一步提升了電能計量精益化管理水平。拆回智能電能表復核分揀機器人可與現有營銷業務系統充分兼容，操作簡單，可進行進一步推廣。

［1］謝烽，顧杲，壽麗萍，等.利用智能處理分揀線，提高拆回電能表信息復核效率［J］.科技展望，2014（19）：3-4，6.

［2］龔愛平.基于嵌入式機器視覺的信息采集與處理技術研究［D］.杭州：浙江大學，2013.

［3］孫明霞，荊慧，袁弘，等.基于圖像識別的居民用電信息采集系統設計［J］.山東電力技術，2013（6）：57-60.

［4］傅穎勛，羅圣美，舒繼武.安全云存儲系統與關鍵技術綜述［J］.計算機研究與發展，2013，50（1）：136-145.

［5］李靜，楊以涵，于文斌，等.電能計量系統發展綜述［J］.電力系統保護與控制，2009，37（11）：130-134.

The Development of the Smart Meter Checking and Sorting Robot

LI Lin，ZHANG Hong，JING Zhen，WANG Li，MA Jun
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

With the rapid development of the smart grid，the number of the secondhand smart meter is huge because of the replacement，removal and fault.The existing method of rechecking and sorting can not meet requirements of high efficiency and high quality.Therefore，a kind of smart meter rechecking and sorting robot is developed.In order to improve the efficiency of sorting and rechecking，the double tray is designed uniquely with the positioning pin and the classification groove，to accomplish different specifications of the smart meter automatic power on and batch sorting.The automatic identification and rapid extraction of the smart meter’s data are realized by the segmentation algorithm，to ensure the integrity and accuracy of data.An automatic screening model of demand data of marketing system is designed，to realize the automatic comparison and check with the marketing system，the locking and sorting of the abnormal electric energy meter.A regulatory and traceability management model of rechecking and sorting is designed to avoid consumption disputes，and to achieve the convenience of regulatory.Through establishing history image library of the smart meter，the power has a“forever”and“fast”traceability.

rechecking；sorting；automatic power on；table code recognition

TM933

：A

：1007－9904（2017）04－0026－04

2016-11-09

李 霖（1986），女，從事電能計量及控制工作；

張 紅（1970），女，高級工程師，從事電能標準技術研究工作；

荊 臻（1981），女，高級工程師，從事電能計量及控制工作；

王 莉（1970），女，高級工程師，從事電能標準技術研究工作；

馬 俊（1988），女，從事電能標準技術研究工作。