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智能电能表全性能试验系统设计研究

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智能电能表全性能试验检测系统整体规划

智能电能表和用电信息采集终端全性能试验智能检测系统是采用AGV小车、自动检表机器人、集成功能检定台体和独立电磁兼容试验设备加上集中控制软件组成智能检测系统。智能检测系统能实现被测样品(包括单、三相电能表、用电信息采集终端)全性能试验,包括样品转运,自动上下试验台,试验结果判定,功能性能试验结果判断,最终输出试验结果。方案设计包括智能检测系统的检测流程设计、夹持转运设备设计、固定治具设计、试验室整体布局设计、智能检测系统软件架构设计。

智能检测系统检测流程设计

按照国网公司智能电能表质量管控要求,计量设备质量检测分为到货前全性能检测、到货后抽样检测、到货后全检验收检测,其中全性能检测项目最多,多达五六十项,包括准确度要求试验、功能要求试验、电气绝缘、电磁兼容试验、费控安全试验、气候影响试验、机械试验等。计量设备测试样品到达试验室后,首先对测试样品的信息进行登记,记录批次测试样品的数量、规格和型号等信息。进入试验流程,试验人员对测试样品进行人工检视,核对测试样品的登记信息。检视完成后,放置样品至转运周转箱内,将周转箱放至起始位置料架上,并给AGV启动信号,使其进入自动测试流程。进入自动测试流程后,AGV小车从起始位置把料架举起,运输至对应的检测室相应的放置位(由二次定位机构进行夹紧/导向定位机构二次定位,精确定位),完成后,由挂表机器人将所需测试样品的中转端子台抓取放入对应的检测定台上,再将其所需检测的样品抓取放入测试台;对测试样品的基本精度进行测试。测试合格后记录测试样品的精度数据,根据测试样品数量将测试样品分为三组,一组留在三合一功能检定台上进行功能测试;一组由挂表机器人拆下,由AGV转运至性能试验台,自动进行性能试验;一组由挂表机器人拆下,放回周转箱,由AGV运输至起始位置料架处,组,抽取一台封存样品比对。例如测试样品为10台,首先进行基本精度测试,测试后,一组三台继续功能试验,一组三台进行性能试验,一组三台进行人工气候影响和机械性能试验,最后抽取一台封存样品比对。进入自动性能试验状态的样品,由AGV小车输送到各个检测单元前料架存放位,(由二次定位机构进行夹紧/导向定位机构二次定位,精确定位),完成后,由挂表机器人将所需测试样品的中转端子台抓取放入对应的检测定台;再由挂表机器人抓取所需测试样品表放入对应的检测工作台使与其转接端子插接好,通过气动机构夹紧;接通好之后自动检测,按预定试验方案依次试验,检测合格后,挂表机器人将测试样品从检定台上拆下,再放入料架周转箱,再由AGV小车输送到下一检测单元;转接端子由挂表机器人取出放入中转台相应转接端子放置位。所有试验通过后,系统生成测试报告,AGV小车将被测样送回起始位置料架放置处,试验流程结束。

智能检测系统夹持转运设备设计

智能电能表智能检测系统夹持转运方式采用AGV小车输送方式是;通过AGV小车将待检设备(电表)从仓库搬运到检测单元,通过机器人将待检设备(电表)从AGV小车抓取到检定台体上。AGV小车转运方式灵活,可以运动轨迹更改方便,对场地要求相对较低。考虑到全性能试验项目多,试验流程灵活多变,同时兼顾人工操作需要,AGV小车加挂表机器人方式更适合全性能试验智能检测系统。夹持转运设备用于被测样品的抓取和转运,由AGV小车、挂表机器人、料架周转箱、转接端子等组成。挂表机器人挂表机器人采用独立式移动机器人,可在预设导轨上移动,将测试样品挂放在试验台体上。挂表机器人采用PLC作为控制核心,完成对伺服系统、条码扫描器、相机、多功能抓手等机构的控制。控制器具备以太网接口和Profibus-DP接口,通过通讯处理器实现与调度控制系统的连接,与调度控制系统通信采用工业无线以太网,接收调度控制系统发出的作业命令,返回命令的执行情况和机器人状态等。1)挂表机器人主要由机器人和气爪组成;2)齿条固定安装在地面,齿轮安装在机器人底座上,通过齿轮齿条传动,采用机器视觉纠正动作误差,但定位精度相对较低。机器人本体可以在不同检测工位之间移动,从而实现电表在不同检测工位之间流转;3)机器人载重20kg;4)控制臂通过气爪抓取电表,气爪抓取电表时,抓取电表侧面,将端子面留出。电控系统使用PLC通过总线将工作站的机器人、夹具等设备联成一个完整的系统、通过总线联机器人工作站触摸屏。由机器人自身的协调控制系统实现。每套夹具选用总线阀岛控制夹具气缸动作和收集夹具的工件检测信息,通过总线与PLC相联。夹具与PLC的连接设计成快插拔方式,能进行热拔插,实现夹具的快速切换。

转接治具

固定治具有两个作用,一是夹持固定样品,便于挂表机器人拿取,周转运输中方便定位;二是转换不同样品的接线为统一方式排布,便于实现样品自动接线。根据自动化检测系统的测试要求,被测样品需要进行电磁兼容试验和功能、性能试验。固定治具分两个部分,一个部分是试验台体上的通用接线端子,满足三相电压和三相电流的所有接线需要;第二个部分是根据国网单、三相电表的外形尺寸设计的专用定位治具,不同规格型号的样品配备不同的专用定位治具。专用定位治具选择适合电磁兼容试验的材质(如:PC、PBT等),降低辅助设施对电磁兼容试验结果的影响。试验开始前,测试人员将测试电表装入专用定位治具,再将专用定位治具放在料架上的相应固定位置进行流转,试验结束后,再由测试人员将测试电表从专用定位治具中取出。转接端子工作过程如下:首先,机器人将转接测试端子台从转接测试端子中转台上取出放置到检测工作台面相应位置,通过定位销定位,然后机器人再将专用定位治具与电表整体抓取放置到检测工作台面相应位置,通过定位销定位,在相关传感器检测到位后,通用测试端子台以及专用定位治具下方的气缸开始动作,将通测试端子台与待测试电表顶出,从两端向中间的转接端子台靠拢,而中间的转接测试端子台固定不动,使得测试端子与探针接触,从而实现待测电表与检测设备之间的线路连接。在相关检测动作结束后,两侧气缸反向动作,再次将通用测试端子以及专用定位治具与转接测试端子分离,随后机器人再将转接测试端子台放回原位,再根据检测结果是否合格抓取专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》规范要求,专变终端集中器的外形尺寸最大(长260mm,宽180mm),强电端子10个,弱电端子18个,通用转接端子需要覆盖以上要求。通用端子另一端根据不同使用项目连接试验导线。通用测试端子台设置有强电端子接口12个,弱点端子接口18个,以满足客户不同产品型号的需求,强电端子与弱点端子可拆卸分离。转接测试端子台共有两侧,其中一侧接通用测试端子,另一侧接测试电表。不同型号电表,转接端子台接电表一侧的接线端子尺寸数量不同,但接通用测试端子台一侧均设置有强电端子接口12个,弱点端子接口18个,以便于与通用测试端子一一对接。

周转箱中转设备

被测样品在转入测试前,放入周转箱(周转箱内带仿形固定定位块),存入周转箱运输料架。周转箱中转设备分三部分,测试前样品暂存区,测试中样品暂存区和测试后样品暂存区。测试前样品暂存区由柜式周转箱储存架和堆垛机械手组成。机械手负责将周转箱按先入后出的堆叠顺序码垛周转箱,并将周转箱放入起始料架放置位,通知AGV取走料架及周转箱。测试中样品暂存料架位和上、下料(电表)料架位均布置在挂表机器人旁,,每个料架上有上下两层供周转箱存放的位置,暂存试验中的样品周转箱。测试样品以周转箱为单位,箱中所有样品当前测试完成后进行下一项测试。测试后样品暂存区分上下两个区,上面一层存放测试通过的合格样品;下面一层存放测试未通过的样品,由两组柜式周转箱储存架组成。周转箱放置表的数量为6个,电表在箱内端子朝向周转箱长边,按照体积最大的用电信息采集终端的外形尺寸设计(长260mm,宽180mm),按此设计每层周转箱的尺寸为长770mm,宽680mm,高600mm。

智能检测系统控制软件设计

控制软件功能设计

控制软件支持对电磁兼容设备、AGV小车、机器人的远程控制,同时对控制设备的实时状态进行监控。对电磁兼容设备通过GPIB接口或网络接口,完成设备的远程控制,自动设置试验参数、试验步骤,对预定测试程序的所有测试参数进行快速控制,使测试过程变得非常简单,并确保每一测试步骤都能够正确无误地进行。对AGV小车实现运行控制,路径规划,支持自动任务下发,可自动派发运输任务,支持手工指派任务,指定特定运输任务到目的地。控制软件架构设计控制软件系统在逻辑方面分为采集层、通信层以及主站层三个层次。其中主站层有分为前置采集层、数据交换层、业务处理层、综合应用层。

试验流程

转运试验流程

AGV的搬运任务:a)电表从仓库搬运至试验室停靠点;b)空料箱从一个料架缓存位转运至另一个料架(上、下料电表)取放位;c)电表从试验室搬运至仓库。具体工作流程如下所述。。1)试验工作人员将待测样品放入相应周转箱,给搬运调度系统发出试验开始信号;2)接收到信号,搬运调度系统呼叫AGV将前往起始位置料架处;3)AGV到达起始位置料架,将装满待检测电表的周转箱料架举升,自动前往相应的实验室检测工作台处料架放置位;4)AGV到达相应的实验室检测工作台处料架放置位与料架分离;AGV由转运调度系统控制下一任务;5)待机器人将周转箱内的电表全部试验完毕,系统发布调度信息,通知AGV将其料架取出输送到下一实验室检测工作台处料架放置位或输送到仓库对应的卸料位;完成后AGV自动执行下一步指令,进入下一个循环。机器人转运流程机器人搬运任务:a)从中转台取对应所需检测电表的转接端子放入检测工作台;周转箱中的电表从其周转箱内搬运到检测工作台使其与转接端子连接;及放回原处;b)测试电表在不同检测工位之间搬运;c)测试电表从检测工作台搬运至对应料架周转箱,以及转接端子取下放回中转台对应存放位;具体工作流程如下所述。1)AGV系统向机器人发出已有(料架)周转箱到达的信号;2)机器人将根据数据库系统(前其扫码/人工录入运输电表相关信息)中及AGV系统,调用相应的程序,将中转台上的相应所需检测电表的转接端子取放置到试验台上;再将相应电表从周转箱内取出,放入检测工作台,通过气缸夹紧定(前部接触部件采用非金属材料制作),完成之后给检测设备启动信号;3)单项试验检测结束后,机器人将测试电表从试验台取下,依据试验结果做如下处理:如果检测出不合格产品,机器人将其放回到其料架周转箱不合格放置位内;如果检测结果合格,机器人将其抓取移动位置至下一项试验台,进行下一步检测或放回周转箱内由AGV输送至下一个检测室对应料架放置位;再将转接端子取走放入中转台对应放置位;4)试验项目结束后,机器人将测试电表从试验台取出,放置到对应料架周转箱中,发送信号通知AGV来取。

作者:刘继彦 郭亮 宋燕霞 赵晓燕 单位:国网山东泰安供电公司

智能电能表全性能试验系统设计研究责任编辑:张雨    阅读:人次