基于人工智能的柔性自動化檢定流水線系統設計

摘要：隨著科技的不斷進步，人工智能技術在電力行業的應用日益廣泛。然而，在電力需求的迅速增長、計量不斷發展的背景下，傳統的自動化流水線檢定系統已不能滿足電力行業對于高效、靈活和智能運維管理的需求。智能電能表自動化檢定系統在設計、建設過程中，會遇到諸如外觀形式的差別、表尾接線方式不同等問題。針對這些問題，本文提出了電能表的自動化柔性檢定設計思路，利用人工智能物聯網理念，完成自動傳輸、自動檢定和智能倉儲，實現倉儲和檢定系統的無縫結合，借助信息化平臺，減少因故障停機的可能性，從而提高檢定效率，以滿足大規模檢定需求。

關鍵詞：人工智能；柔性自動化檢定流水線；智能電能表

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.02.026

中圖分類號：TM 933.4；TP 18" " " " " 文獻標志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2025）02-00-03

Design of a Flexible Automated Testing Assembly Line System"Based on Artificial Intelligence

ZHANG Yue， LIU Lijun， LIU Lu， LIU Baoming， LIU Zhaorui

（State Grid Jilin Electric Power Co.， Ltd. Marketing Service Center， Changchun 130062， China）

Abstract： With the continuous advancement of technology， the application of artificial intelligence technology in the power industry is becoming increasingly widespread. However， against the backdrop of rapid growth in electricity demand and continuous development of metering， traditional automated assembly line calibration systems can no longer meet the operational management needs of the power industry for efficiency， flexibility， and intelligence. In the design and construction process of the intelligent electric energy meter automatic calibration system， problems such as differences in appearance and different wiring methods at the end of the meter may be encountered. In response to these issues， this article proposes a design concept for automated flexible calibration of electric energy meters， utilizing the concept of artificial intelligence and the Internet of Things to achieve automatic transmission， automatic calibration， and intelligent warehousing， achieving seamless integration of warehousing and calibration systems. With the help of an information platform， the possibility of downtime due to malfunctions is reduced， thereby improving calibration efficiency and adapting to large-scale calibration tasks.

Keywords： artificial intelligence; flexible automated testing assembly line; intelligent energy meter

在當前的電力行業中，由于能源需求的多樣化、電力供應的實時性要求以及電網結構的快速變化，傳統的自動化流水線檢定系統因缺乏足夠的靈活性和適應性而難以有效應對這些挑戰。同時，隨著用戶對電能表質量要求的提高，對智能電能表檢定的準確性和可靠性也提出了更高的要求[1]。因此，開發一種基于人工智能的柔性自動化檢定流水線系統，具有重要的現實意義和廣闊的應用前景。

1" "概念界定

1.1 自動化技術

自動化技術是一種綜合性的技術體系，它依托于各類傳感器、執行器以及先進的控制系統，實現對工業流程、生產設備或各類系統的自動調控與操作[2]。這種技術的應用，旨在顯著提升生產效率、降低總體成本、優化產品質量，并有效減少人工操作可能帶來的風險與勞動強度。通過引入自動化技術，企業能夠更加高效、安全、穩定地進行生產作業，實現可持續發展。

1.2 PLC技術

可編程邏輯控制器（PLC）是一種基于集成電路和計算機技術的先進工業控制設備。盡管PLC產品種類繁多，其結構形式、控制規模以及實現的功能可能各有千秋，但它們的核心組成部分卻保持一致[3]。PLC主機的硬件架構主要包括中央處理器（CPU）、不同類型的存儲器（如RAM、EPROM、EEPROM）、輸入/輸出模塊（I/O接口）以及電源模塊這四個基本單元，共同構成了PLC系統的基石。

1.3 柔性自動化流水線

柔性自動化流水線模型的設計融合了多個關鍵單元，包括物料搬運單元、加工與檢測單元、分揀模塊、傳送帶模塊以及分類存儲單元[4]。這些單元共同協作，實現了對工件的全面處理，包括搬運、加工、質量檢測以及存儲管理。在單機獨立運行模式下，各單元能夠獨立執行各自的任務；而在聯機協同工作狀態下，這些單元則通過主控站進行統一調度與協調，確保整條生產線的高效、有序運行[5]。

2" "目前智能電能表自動化檢定存在的技術問題

2.1 自動化檢定系統的兼容性設計問題

智能電能表自動化檢定系統的兼容性設計問題主要源于電能表規格類型的多樣性和接入方式的差異性[6]。首先，不同廠家生產的電能表可能采用不同的通信協議，導致自動化檢定系統需要支持多種通信協議，增加了系統的復雜性和維護成本[7]。其次，直接接入式和互感器接入式的電能表在外觀上有所不同，導致在接線時需要針對不同類型的電能表進行不同的操作，降低了檢定效率。

2.2 自動化檢定系統的接線成功率問題

智能電能表自動化檢定系統的接線成功率問題是影響檢定效率和產能的關鍵因素之一。由于智能電能表的接線端子數量多、排列密集且孔徑較小，導致在接線時很容易接觸不到位，從而引發誤檢率和錯檢率較高的問題。具體而言，智能電能表的輔助接線端子數量多達15個，需要分別對應不同的功能，如485通信、時鐘、脈沖等，這使得接線操作變得復雜且容易出錯。另外，由于端子孔徑較小，在接線時需要格外小心以避免接觸不到位或接觸不良的情況發生。

2.3 自動化檢定系統多任務并行執行問題

按照電力行業的相關標準和規程，電能表的檢定工作不僅涵蓋全面檢測（全檢），還包括了抽樣檢測（抽檢）和復查檢測（復檢）。此外，這些任務的執行時間往往具有隨機性，需要根據實際情況靈活安排。

3" "基于人工智能的柔性自動化檢定流水線系統設計

3.1 設計目標

該系統能夠全面兼容不同版本的智能電能表、智能物聯網電能表、集中器和專變終端等，同時預留了能源控制器及融合終端的升級接口。流水線支持645和698雙協議電能表的檢定，并具備雙模載波通信電能表的檢定能力，包括載波通信、載波芯片ID認證等功能。通過RFID驗證，流水線實現了對電能表條碼和銘牌標簽的自動識別與比對。此外，流水線還具備在線核查、智能運維和實時監控等功能，確保檢定的準確性和穩定性。系統采用紙質周轉箱上線檢定，并支持在線抽/復檢功能，以適應不同檢定需求。通過精心設計的生產規模與擴展能力，該系統將有效滿足日益增長的檢定需求。柔性自動化檢定流水線界面設計如圖1所示。

3.2 系統整體架構與設計思路

基于智慧工廠與物聯網理念，智能電能表/采集終端柔性自動化檢定流水線系統集成了先進硬件平臺（傳感器、執行器、控制器）與軟件平臺（AI算法、數據處理、用戶界面），實現產品的全自動化檢定與流水線作業，以及倉儲、檢定與配送的高效優化調度。該系統通過全感知自動檢定流水線與信息化平臺，降低了故障停機風險，顯著提升了檢定效率與可靠性，可有效應對大規模檢定任務挑戰。

3.3 電能表自動化柔性檢定及其關鍵技術

3.3.1 模糊定位對接技術

在自動化智能表檢定系統中，模糊定位技術被廣泛應用于系統設備的精準定位。對于在傳輸過程中運作的物流設備和系統托盤，它們依賴于定位銷和擋停設備來確保順暢運行。在此基礎上，采用模糊定位技術可以顯著減少因二次隨機定位操作而產生的誤差。針對隨機組合形成的系統工位和托盤位置，關鍵在于通過靈活的方式優化系統的重復定位精度，特別是在檢測工位和托盤定位方面。目前，技術人員已成功應用浮動對接技術，實現系統設備的精確對接，確保智能電表的操作誤差控制在2 mm以內。

3.3.2 托盤自動化檢測和切換技術

智能電能表的檢測過程依賴于托盤裝置作為承載工具，因此，自動化的電能表檢定系統中托盤裝置是不可或缺的。為了優化系統的運行效率，引入了在線式托盤緩存系統，該系統能高效緩存空托盤和待檢電能表，構建了一個無縫銜接的檢定與待檢循環網絡。這不僅顯著減少了系統的等待時間，提升了整體的工作節奏，還優化了空間利用率，并增強了系統的可擴展性。具體而言，這一自動檢測托盤系統由循環網絡、檢定裝置以及待測電能表組成，通過自動化的托盤切換裝置，相較于人工操作，能夠實現更優的系統擴展性，并顯著提升托盤系統的實用性和效率。

3.3.3 多重定位技術

為實現智能電能表的精準操作和精確定位，還需要采用多重定位技術。這一技術的應用確保了不同規格的智能電表均能滿足當前的檢測技術標準，從而實現了在系統各個檢定檢測環節中對智能電能表的準確位置識別和操作執行。以編程開關的開啟為例，由于不同型號的表計其編程開關位置各異，利用多重定位技術，使得同一裝置能夠準確地開啟各種規格的表計編程開關。

3.4 智能電能表自動化柔性檢定系統的實現

3.4.1 達成成效

目前已經在吉林省長春市北湖檢定基地構建了一條高效、高度兼容的柔性自動化檢定流水線系統，該系統包含728個自動化檢定/檢測表座，預計年檢測量可達18萬只智能電能表。該系統采用了國際領先的元器件和標準化工藝，確保了設備的高可靠性、低失效率和長平均無故障間隔時間。系統包含多功能檢定單元、抽復檢單元、上下料機器人等核心設備，以及RFID識別、電氣和軟件控制系統等，實現了電能表等設備的自動化檢定。該流水線系統不僅兼容多種檢定規程和表型，還具備載波通信模塊檢定、自動復檢、RFID驗證、一鍵啟停和運行監視等功能，極大提升了檢定效率和準確性。

3.4.2 該系統的優勢

（1）具備高度兼容性。柔性自動化檢定流水線能夠支持2013版智能電能表、2020版智能電能表、三相智能物聯電能表、22版Ⅰ型集中器和22版Ⅲ型專變終端、壓接式二次回路巡檢儀的全檢工作。輸送線采用單層托盤型式，托盤形式為雙表托盤，系統中配套托盤旋轉機構按照表計類型可自動調整托盤方向，自動適配產品對應的檢測表座。

（2）支持兩個任務同時下料。柔性自動化檢定流水線可同時上線兩個不同的執行任務，并通過控制調度實現順序上下表、裝箱組垛等處理。不同批次、品規多任務同時檢定時，每批次、品規最后一箱有緩存處理，保證同一個任務只能有最后一個不滿箱情況出現。柔性自動化檢定流水線可依據執行任務量的大小，在關閉或停用并行處理單元的一個或幾個單元時，系統能夠正常運行。并行設備一臺停機或故障，不影響其他單元正常運行。部分設備發生故障且短時無法恢復正常的，能實現故障隔離，不影響整體運行。

（3）具備在線復檢功能。系統設計4臺抽復檢單元，對檢定中出現的不合格標記品進行自動復檢：能對電能計量設備進行自動復檢緩存，在不影響檢定系統整體運行效率的前提下，上位系統對PLC下發復檢指令，由上下料機構進行再次上料，進入復檢流程，進入抽復檢單元再次檢定。復檢品為系統第一次檢定的不合格品，第二次檢定不合格品可選擇直接判定為不合格品回庫或進入人工復檢處理。

4" "結束語

通過全面引入柔性控制技術，自動化智能表檢定系統能夠顯著提升其在處理大量且多樣化檢定任務時的適應性和效率。這種技術的應用不僅有助于降低綜合投資成本，而且在實際運行中能夠展現出卓越的經濟效益和社會效益，進一步體現了自動化智能表檢定系統在現代工業領域中的重要價值和廣泛應用前景。

參考文獻

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作者簡介：張" "悅（1981-），女，滿族，吉林長春人，高級工程師，碩士，研究方向為電能計量。

劉俐君（1996-），女，漢族，吉林白山人，助理工程師，研究生，研究方向為電力計量。

劉" "璐（1992-），女，漢族，吉林長春人，工程師，碩士，研究方向為電能計量。

劉寶銘（1998-），男，漢族，遼寧大連人，工程師，碩士，研究方向為電能計量、用電信息采集。

劉釗瑞（1997-），女，漢族，吉林舒蘭人，資產運營員、助理工程師，碩士研究生，研究方向為計量、采集。