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上海电力旧电表检测系统方案
二0一二年四月
上海电力旧电表检测系统方案
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年 月 日
软件平台 Word 2003 电子文件 归档管理 媒体编号 辑 要 页
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摘 要：
叙 词：
负责人：
拟制人：
参加者：
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目 录
1. 概述 ................................................................. 2 2. 整体系统技术方案 .................................................... 3
2.1. 系统结构 .................................................................. 3 2.2. 系统实现 .................................................................. 5
2.2.1. 系统流程 .................................................................. 5 2.2.2. 红外通讯模块 .............................................................. 6 2.2.3. 营销系统数据 .............................................................. 7 2.2.4. 电表屏幕读数模块 .......................................................... 7
2.3. 系统软硬件配置方案 ...................................................... 10
2.3.1. 硬件配置 ................................................................. 10 2.3.2. 后台系统软件 ............................................................. 12
3. 电表检测及流水线设计 ............................................... 14
3.1. 电子液晶表和普通机械表 .................................................. 14 3.2. 国网智能电表 ............................................................. 15 3.3. 流水线方案设计 ........................................................... 15
3.3.1. 检测流程 ................................................................. 16 3.3.2. 电表上电工装 ............................................................. 17
4. 本系统方案优点 ..................................................... 19
4.1. 快速高效的流水线作业 .................................................... 19 4.2. 先进的视觉识别系统 ...................................................... 19 4.3. 分类的高检测效率 ......................................................... 19 4.4. 多状态提示提醒 ........................................................... 19 4.5. 高效操作、使用及维护 .................................................... 19 4.6. 安全性设计 ............................................................... 20
5. 项目计划 ............................................................ 21 6. 风险分析 ............................................................ 22 7. 附件1（部分业绩） .................................................. 23
1. 概述
电能表在达到使用年限后需要进行回收，回收后对旧表数据进行记录，以确认该电表的用电量。目前大量的旧表回收，目前的回收读书记录系统不能较快的实现数据录入，特别是对电子表及智能电表的数据的读取。随着电子表及智能电表的陆续进入更新换代的时间，目前的设备系统不能完成当前的需求。
上海旧表拍照系统对从现场拆回的旧表进行各项电量数据、条码资产号等拍照记录、OCR文字识别照片上的电表数据、并与电表内存数据核对确保无误，以确认该电表的用电量。目前所使用的电表读数流水线系统主要依靠人工读数并记录，特别是智能表，需要有专门的人员进行拍照，并手动按键翻屏，并且很多时候系统识别不出正确的读数，需要操作人员手工输入，这样从录入速度及准确性来说都受到了一定的限制，操作人员在高强度的工作状态下，也会造成效率低下，输入错误高的情况。
针对所使用电表的特点我们提出一种链板式流水线设计方案，本方案兼容智能电表、电子液晶表及机械表，并实现7000只左右电表的检测处理工作。并在流水线设计上采用了并行流水设计，可以在检测电表的同时将周转箱放在旁边的流水线上，检测完成后直接装箱，省去了工人来回移动周转箱的时间，提高了检测效率。另外系统可扩展，通过在流水线上加装检测设备的方式，提高电表检测效率。
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2. 整体系统技术方案
本系统完成对拆回的旧电表的各项数据,平、谷两个个数据进行记录,并和电网的营销管理里的数据进行核对确保无误。系统以流水线形式，对拆回的电表分类拍照，利用数字识别技术（OCR）读取表显示数据，另外通过红外模块读取电表内存数据，将读取的这两组数据与电网的营销管理系统（MIS）数据进行比较，如果相同，则检验通过。若出现表显示读数与供电局数据不符，则以表显示数据为准，并修改。所有电表检测时需要带电检测，防止没有电不显示的情况。
针对带电检测，我们提出如下解决方案，在流水线上加装滑板，工作时工作人员将待检测的电表放置在滑板上，上料和下料工位处，滑板上是不带电的，以期人员安全；滑板上装有集线器，进入到供电区后，集线器的电刷与滑触线接触，实现对滑板的供电；为了安全，带电区工位采用绝缘外防护罩。
图1系统基本结构示意图
2.1. 系统结构
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图5、系统结构图
旧表拍照系统由前端抓拍系统和后台处理系统组成，前端抓拍系统安装在流水线上，由智能摄像机、红外适配器模块组成。主要完成电表显示图像的拍照、红外适配器发送红外信号，与电表建立通讯连接，读取电表内存数据。后台处理系统为电子计算机，主要完成图像上电表数据的自动识别，以及通过红外适配器读取电表内存数据，并与电网营销管理系统（MIS）里的电表数据进行核对。
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2.2. 系统实现 2.2.1. 系统流程
图6 电表检测系统流程图
电表检测之前应当按电表种类进行分类，同一种类型的表放在一起检测，检测的流程如图6所示。首先将电表放入流水线上的滑板，滑板通过供电区时给电表上电，上电后的电表屏幕会循显当前的平、谷电量，另外通过红外模块和后台主机进行通信，把电表的内存数据传给后台应用程序，通过摄像机抓怕电表屏幕显示的用电量，使用文字识别技术（OCR）对读数识别，将这两组数据与电网营销系统的数据进行核对。
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2.2.2. 红外通讯模块
根据09年后国家电网对智能电表进行技术统一规范，要求电能表至少应具有1个红外通讯接口和1个RS485通讯接口。红外通信遵循DL/T 645-2007协议及其备案文件。
我们通过在流水线上加装红外适配器读取电表的内存数据。
2.2.2.1 调制特性
信号的调制见图 ７。载波频率 38kHz±1kHz。
(a) 未经调制的电信号； (b) 调制后的红外光信号。
图7 信号与调制
2.2.2.2 光学特性
参比温度为23℃±2℃。
光辐射半角θ ≥15o (如图 ８ 所示)。
图8 光辐射角
红外线波长为 900nm～1000nm。
a) 发射器在其光轴上距发射器表面 1m±10mm 处产生红外光信号的辐照度
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ON状态 Ee/T≥250μW/cm2
b) 发射器在其光轴上距发射器表面 10mm±1mm 处产生红外光信号的辐照度 OFF状态 Ee/T≤1μW/cm2
接收器在其光轴上距接收器表面距离 10mm±1mm 处红外光辐照度 Ee/R，应能满足如下条件:
ON状态 Ee/R≥3.5μW/cm2 OFF状态 Ee/R≤2μW/cm2 缺省速率：1200bps。 使用条件:
a) 避免强光(日光和荧光)直射红外接收器的接收窗口。 b) 工作时应尽量使接收器的光轴与发射器的光轴保持一致。 c) 避免数据中出现连续多个“0”。
2.2.3. 营销系统数据
将营销系统数据导入到流水线服务器上，用以核对电表读数。当发生错误时候，软件进行报警处理，同时根据表的数据和内存数据对营销系统进行修正。
2.2.4. 电表屏幕读数模块
读数识别采用边缘提取算法和图像分割算法，在图像或视频帧序列中将电表照片中的数字序列进行提取，使用直方图统计算法和字符分割算法将读数进行字符分割，使用BP神经网络算法进行读数识别。
系统处理流程如下：
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系统开始 中值滤波 输入照片 形态学运算 水平方向小波分解 字符分割 局部阈值分割 字符识别 图像二值化 输出读数 图9 电表屏幕读数识别流程
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读数识别 获得电表屏幕显示度数
图10 电表读数识别示意图
所有的电表屏幕读数识别都是用图10所示的示意图，有点需要注意的是，有些电子液晶屏上显示的是两组数据，如图11所示
图11 一个屏幕上显示2组数据
这种情况下做数据定位时得考虑全面，得读取平和谷两组数据，电表读数定位就需
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要定2个，如图12所示。
图12 电表读数多组显示
定位完成后，其他的操作可参照图10所示读数识别示意图。
2.3. 系统软硬件配置方案 2.3.1. 硬件配置
2.3.1.1红外适配器
图13 红外适配器
本系统采用一款经济实用型的USB接口IrDA红外适配器，需要插在电脑的USB接口上使用，可使电脑具备IrDA红外通信功能。执行IrDA 1.2标准，可与所有配备IrDA红外通讯口的设备进行红外通讯，最高速度可达115.2Kbps。图13中的红外适配器是USB接口和RS232串口接口，功能相同。
使用方法：将红外适配器连接电脑（通过 USB或串口），待驱动安装完成后，红外适配器顶部的指示灯会有规律地闪烁。将红外适配器的红外口对准通信对象的红外口，系统会提示发现了红外通信对象，然后用户即可按照自己的方式进行IrDA红外通信了。
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主要规格参数
执行标准：IrDA 1.2、USB 1.1
通讯速率：9.6,19.2,38.4,57.6,115.2Kbps 通讯距离：1-100厘米
供电与功耗：自USB接口取电，峰值功率0.3W
尺寸与重量：66x44x18mm 55g
2.3.1.2 摄像机
摄像头采用应用在工业现场的摄像设备，具有适应工业复杂环境的要求，能长时间稳定的工作。
2.3.1.3 操作工位计算机
在线上相应的位置配置操作工位计算机，实时显示抓拍的图像及识别的结果。同时完成与营销系统数据的比对核实。
电脑硬件要求 USB口6个 屏幕尺寸：20英寸 CPU频率：3060MHz 内存容量：2GB DDR3
硬盘容量：500GB 7200转，SATA 显卡：独显 1GB
网卡描述：1000Mbps以太网卡 核心数：双核心
2.3.1.4 服务器
服务器放置于后台，为用户提供服务的计算机软件，该系统采用的为应用程序服
务器。服务器在稳定性、安全性、性能等方面都要求更高，服务器作为网络的节点，存储、处理系统中80％的数据、信息。为客户端计算机提供各种服务的高可用性计算机，
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它在网络操作系统的控制下，将与其相连的硬盘等各种专用备提供给网络上的客户站点共享。同时要接受来自红外适配器的数据，及通过摄像头拍照得到的图片数据，进行识别分析，和营销管理系统的数据进行核对。并对每个电表所拍的照片进行存储。它的高性能主要体现在高速度的运算能力、长时间的可靠运行、强大的外部数据吞吐能力等方面。具体配置如下：
处理器：英特尔® 至强® 处理器XeonE5630(2.53GHz/4c)/5.86GT/12M/1066 内存：4GB R-ECC DDR3-1333 内存 硬盘：1TB SATA3.5寸硬盘（7200转） 显卡：1G显存
2.3.1.5 操作流水线
系统以流水线形式，对拆回的电表分类拍照，利用数字识别技术（OCR）读取表显示数据，针对所使用电表的特点我们提出一种倍速链流水线设计方案，本方案兼容智能电表、电子液晶表及机械表。并在流水线设计上采用了并行流水设计，可以在检测电表的同时将周转箱放在旁边的流水线上，检测完成后直接装箱，省去了工人来回移动周转箱的时间，提高了检测效率。
对于流水线来说，国网智能表和普通表的处理时间不同，流水线速度也不同。为了保证效率，我们使用2种流水线分类检测。普通电表流水线和国网智能电表流水线。
2.3.2. 后台系统软件
后台处理软件是整个系统的控制中心，软件功能主要分为参数配置模块、操作人员管理模块、文字识别模块、红外通讯模块、数据库模块。文字识别模块及红外通讯模块前面有讲述，这里就不重复了。
主要介绍下其他模块，参数配置主要是对检测的电表类型，规格大小，批次，数量等。
操作人员管理模块主要是对操作人员进行记录，用以日后查询使用。操作人员的主要工作是比较系统读取的电表内存数据，以及从电表屏幕自动识别的数据和营销系统的读数，如果发现有不同，则以表屏幕显示数据为准，修改数据库。另外有些表由于比较旧或屏幕损坏，看不到数据，需要把这些表检出。
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数据库模块为从营销系统获取到的电表用电量数据。需要操作人员下载到正确的位置，配置好数据库。
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3. 电表检测及流水线设计
对于流水线来说，国网智能表和普通表的处理时间不同，流水线速度也不同。为了保证效率，我们建议使用2种流水线分类检测。普通电表流水线和国网智能电表流水线。
3.1. 电子液晶表和普通机械表
图2 电子液晶表和普通机械表
对于电子液晶表和机械表，由于没有循显功能，所以每个电表只需要拍照一次，省了循显的时间，相机拍照响应时间200-300ms， 1分钟能检测20-30只电表，流水线的产能按每分钟的25只电表计算，每天5个小时，可以检测7500只电表。
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3.2. 国网智能电表
图3 国网智能表
国网智能表的用电数据在不同屏幕上显示，上电循显，或在表上按按钮以切换显示界面。相机对循显的电表屏幕进行拍照（循显间隔5S左右），目前电网要求是读平、谷2个数值。根据智能电表有循显时间这个特点，我们设计了一套流水线系统。另外由于红外传输的特性，为防止相互干扰，两个相邻的检测工作台之间的距离在50CM左右。
3.3. 流水线方案设计
液晶显示表和国网电表的共同特点是需要加电拍照屏显数据，所以将这类表选择在一条流水线上检测。
线体采用双层滑板线，上层为工作区，按节拍流动；下层为回流线，快速回流滑板；两端用升降移载机实现滑板在上下层间的转移。
滑板被移载机送到上层台架时，进入台架内轨道并在移动方向被链条节点定位，在链条驱动下实现移动和停留。滑板上装有集线器，进入到供电区后，集线器的电刷与滑触线接触，实现对滑板的供电，见图1。
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图14 采用滑触线供电的滑板线
上料和下料工位处，滑板上是不带电的，以期人员安全；滑板上装有集线器，进入到供电区后，集线器的电刷与滑触线接触，实现对滑板的供电；为了安全，带电区工位采用绝缘外防护罩。
整线外侧设置一条皮带线、当操作人员完成电表装夹后、即可将空箱放上运行中的皮带输送线，终端操作人员在线尾将检测过的电表装箱堆垛。
整个生产线除了上料、下料和监控需要人员外，其余工位全为自动工位。
3.3.1. 检测流程
从流水线第一个工位开始依次是；
1号位--电表出箱、上线 2号位—空位
3号位—读电表条形码+工装板TD、同时加电检测电表是否上电，（设置加电通路信号灯）若加电失败、则该工位人员手工调整一下直至信号灯亮起，
4号位—空位， 5号位—空位，
6-13号位—为一组、在第13号工位末端设停止器、及光电开关、当电表运行到该工位并阻断光路后，加电系统同时对工装板上的电表加电、循显平谷电表数据，同时8组视觉拍照系统对5组电表拍照，另设置8组红外读内存数据装置，完成后、停止器落下，按节拍连续放出8组电表，
14-15号位—备用工位，加停止器后可对特殊情况进行应急处理和人工干预，如加装一套装置进行加电拍照，
16号位—电表装箱，
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3.3.2. 电表上电工装
滑板在台架上导轨内滑动，由链条驱动。滑板上装有电表定位板和供电接头。供电接头带有弹簧，当电表放到定位板内时，供电接头自然与电表接线柱接触并保持一定由于电表种类及型号繁多，所以每一种表的定位都需要针对性地做出调整。
3.3.3. 生产线节拍
对于国网智能电表，线上8块电表所需拍照时间10秒（平谷两屏电表读数），前端电表运行节拍为1.25秒钟1块板，每20秒钟可以完成一组8块智能电表的检测，按这个效率计算，1分钟可以检测24块，1天单班5个小时计算，这条流水线产能为7200.
对于电子液晶表，由于不需要翻屏显示，线上8块电表所需拍照时间为2秒，前端电表运行节拍为1.25秒钟1块板，每12秒钟可以完成一组8块电子液晶表的检测，按此效率计算，1分钟可以检测40块，1天单班5个小时计算，流水线产能为12000.
生产线运行速度节拍可调，采用PLC控制，变频调速，单块工装板运行节拍可以在1秒至5秒之间调节
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4. 本系统方案优点
4.1. 快速高效的流水线作业
本系统流水线最大的特点是添加了具有上电功能的滑板，可以对电表进行上电检测；流水线加装红外适配器，通过红外通讯的方式读取电表的内存数据，优点是方便，快捷，读取数据准确。
4.2. 先进的视觉识别系统
本系统采用OCR文字识别技术，识别速度快，效率高，识别率可以达到98%以上。不需要手工输入电表读数，通过系统软件自动识别电表读数，并与营销数据读数进行核对，出现读数不符的情况则提示操作人员，让操作人员决策。
系统可以通过参数配置，针对国网智能表或普通表做不同的检测算法，兼容新老表的检测。分类识别的好处在于提高识别效率，也极大的减轻操作人员的工作量。
4.3. 分类的高检测效率
本系统提供了2种电表检测流水线，一条针对普通表，另一条针对智能电表。 对于普通电表（检测电子液晶表及机械表）的效率较现有系统大大提高，可以检测9600只电表。对于智能电表也可以检测5000只以上，和现有的系统相比不仅仅提高识别率，更提高了识别效率。并且系统可扩展，通过增加摄像头和红外适配器成倍的增加产能。
4.4. 多状态提示提醒
对报错异常等的设备进行报警提示，部分位置设置声音提示，报警喇叭会鸣叫提示，同时软件界面会提示，告示相关的出错位置及应对措施。
4.5. 高效操作、使用及维护
对系统及设备进行维修性和人机工程设计，使系统具有良好的维修性和人机工效，以保证用户能够对系统进行高效操作、使用及维护，
设备产生故障时，能通过各种检测手段，迅速将故障定位于外场可更换单元（LRU），通过更换LRU即可完成基层级现场维修。
可达性设计
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确保所有LRU可达；
所有设备尽量使用插件式结构，方便更换，每个插件都装有助拔装置； 电气连接应设计在易接近部位，紧固件留有足够空间供拆装。 互换性设计
尽量采用标准件、通用件及成熟的电路和结构件，以减少组件、器件、品种和数量； 尽量能够使用通用工具、仪器、仪表进行检查和维修； 功能和性能相同的单元组件能够互换。 保障性
随机资料齐全，关键电路板卡和关键、易损元器件应有备份，配备相应的配套工具。
4.6. 安全性设计
防错设计
对于检测中关键步骤有防错措施； 各硬件安装位置上应有与其相应的标识。 机械设备安全
应避免在操作、维修位置有尖角、锐边的物体，凡设备外露部位、拐角与边缘处应设计成圆弧形；
设备安装、拆收、运输时，设备中的活动部件应予锁固，不得松脱或丢失，有相对运动的部位应予妥善防护，以避免人身伤害；
在维修时有可能危及维修人员安全的地方，必须要有可靠的防护措施。必要时应设安全开关或锁定装置。
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项目计划
时间 项目内容 T0 合同签订，首付款到账 T0 + 45 天 安装场地调研、详细设计方案完成，投产 T0 + 135 天 采购、制造加工、联调 T0 + 140 天 施工队进场安装 T0 + 155天 完成系统安装，现场调试 T0 + 160天 验收
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5.
6. 风险分析
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7. 附件1（部分业绩）
1）自动化组装生产线：
2008年，开发研制了某电子模块自动化生产线。针对装配零部件多、流程复杂、节拍难以均衡、手动流程易出错的特点，采用集中缓冲、实时监控、智能调度、自动传输等自动化智能系统实现工位、任务智能调度，物料自动传输。传送线系统采用集中缓存、分头传递的方式相应各个工位的请求，实现装配载体按需求以设定流程自动流转，同时在自动流转的过程中，陆续实现装配载体上多个零部件装配。
生产线部分自动化设备
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 激光软钎焊机 点焊膏机器人 库位机器人 螺丝自动送料拧紧机 点锁固胶机器人 高温烘箱 物料输送线及控制系统、配套工具 回转缓冲库 综合测试系统机柜、测试适配器及测试附件
设备名称 数量 1 1 1 1 1 1 1 3 2
2）智能焊接生产线：
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2011年，通过论证率先在国内电子行业自主建设了大型复杂结构件智能焊接生产线。该生产线包括骨架焊接线和转台焊接线。
骨架焊接线由两台德国KUKA机器人、六轴机器人龙门架、单轴头尾架机器人变位机及MAG/MIG焊接系统等组合而成，最大可焊工件尺寸为≤8000×2600×450mm（长×宽×高）。焊接线配置激光焊缝跟踪系统，可实现编程跟踪与记忆跟踪两种模式，操作简单迅速，跟踪速度最大可达15m/min。转台焊接线由一台德国KUKA机器人、机器人龙门架、两台机器人变位机及MAG焊接系统组合而成，最大可焊工件尺寸≤2500×2500×1200mm（长×宽×高），具备自动焊接跟踪功能。
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