无人干预即可自动完成的实验工作计量器具交接柜

摘要

本发明涉及电力计量工作柜技术领域，尤其涉及无人干预即可自动完成的实验工作计量器具交接柜。本发明包括柜体；在柜体上设有多个储位以及人机交互设备和按键；所述的储位内设有传感器；柜体内设有对上位机的操作控制及人机交互设备的控制的主机，主机分别与人机交互设备、RFID检测单元相连接；柜体内部还设有主控板，主控板上设有能够实时监测柜体温湿度情况的温度检测传感器和湿度检测传感器；主控板分别与储位检测板和外设控制板相连接，外设控制板与风扇和门锁分别连接。本发明适用于电力计量中心使用，能满足实验过程中计量器具交接需求。可显著提高计量器具交接的准确度，使工作效率得到显著提高，其市场应用前景广阔。

说明书

技术领域

本发明涉及电力计量工作柜技术领域，尤其涉及无人干预即可自动完成的实验工 作计量器具交接柜。

背景技术

目前，电力计量实验工作中尚无专用的计量器具交接柜，实验过程中计量器具的 存放形式是随意、开放的，器具交接也是通过工作人员之间的人为交接。而在其他领域，类 似产品的功能仅仅局限于物品的存放，等同于一个物品存储柜，并没有具备智能、自动识别 物品类型，并能交接工作信息的产品。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种无人干预即可自动完成的实验 工作计量器具交接柜。目的是为了满足实验过程中计量器具交接准备无误的要求。本发明 旨在实现对各类计量器具的自动识别和判定，同时在无须人工干预的情况下，实现计量器 具实验状态、实验信息的自动交接。

本发明是采用如下技术方案实现的：

无人干预即可自动完成的实验工作计量器具交接柜，包括柜体；在柜体上设有多 个储位以及人机交互设备和按键；所述的储位内设有传感器；

柜体内设有对上位机的操作控制及人机交互设备的控制的主机，主机分别与人机 交互设备、RFID检测单元相连接；

柜体内部还设有主控板，主控板上设有能够实时监测柜体温湿度情况的温度检测 传感器和湿度检测传感器；主控板分别与储位检测板和外设控制板相连接，外设控制板与 风扇和门锁分别连接。

所述的传感器包括：颜色传感器A、颜色传感器B、漫反射式红外传感器A和漫反射 式红外传感器B，其中：颜色传感器A和颜色传感器B设在储位的中间位置；储位的两边分别 设有漫反射式红外传感器A和漫反射式红外传感器B。

所述颜色传感器A和颜色传感器B的外侧距柜体距离为11cm，颜色传感器A和颜色 传感器B分别距漫反射式红外传感器A14和漫反射式红外传感器B的距离为5cm。

所述储位的尺寸为长300mm×宽200mm×高100mm。

所述人机交互设备为显示屏；所述的显示屏为TFT全彩液晶触摸显示一体屏，亮度 大于270CD/㎡；自然分辨率不小于800×600；触摸响应时间小于16MS；寿命大于3万小时。

所述主机与人机交互设备通过VGA接口进行通信连接；主机1与RFID检测单元采用 RS232串行通信接口方式通信连接；RFID检测单元指频段在920Mhz-925Mhz的RFID标签读写 器；所述RFID检测单元支持18000-6C协议；

所述主控板与储位检测板采用RS485串行通信接口方式进行通信连接，储位检测 板主要检测储位内计量资产类型与状态指示；主控板与外设控制板采用RS485方式进行通 信连接；

所述储位检测板6包括：颜色传感器A12、颜色传感器B13、漫反射式红外传感器A14 及漫反射式红外传感器B15；它们与主控板均采用RS485接口进行连接。

所述主控板为工业级嵌入式低功耗主板；CPU主频：1.0GHZ及以上；集成显卡，板载 声卡；内建100M自适应以太网卡；前端总线大于800MHZ；最大支持内存不小于2G；安装内存 不小于1G；串口数不少于4个；USB2.0接口不少于4个；SATA硬盘不小于250G或者固态硬盘不 小于32G；SATA硬盘转速不小于5400转/秒。

所述的储位检测板能够自动判断储位内计量资产类别，具体判断过程如下：当储 位内放入三相表时，四个传感器：颜色传感器A、颜色传感器B、漫反射式红外传感器A以及漫 反射式红外传感器B都会被触发；当储位内放入单相表时，由于要求随意放置，因此传感器 的触发数与位置都不确定，经过验证，归为以下三类：

(1)单相表只触发颜色传感器B一个颜色传感器时，颜色传感器B传回被测物体颜 色信息，依此判断出所放物体为单相表；

(2)单相表只触发颜色传感器A和颜色传感器B两个颜色传感器时，颜色传感器A和 颜色传感器B传回被测物体颜色信息，依此判断出所放物体为单相表；

(3)单相表只触发颜色传感器A和漫反射式红外传感器A时，颜色传感器A传回被测 物体颜色信息，依此判断出所放物体为单相表；

(4)当放入互感器时，由于互感器体积与单相表大小相近，但是颜色区别较大，因 此根据颜色来判断被测物体是单相表还是互感器；

所述交接柜的具体操作流程包括：

(1)入库管理：入库管理功能是指检定完成的计量器具通过操作交接柜的控制窗 口放入交接柜，操作员刷工卡后，直接选择存放数量，设备即可打开空闲的柜门，设备自动 检测放入的设备类型和设备状态；记录入库时间及人员；操作员可在控制窗口查找所需的 器具、查看器具状态、历史详情记录；

(2)出库管理：出库管理功能是指器具被本实验室人员领取或下一步实验室环节 人员领取，均通过刷工卡实现，操作员可在控制窗查找要领用的设备选择出库，设备记录出 库时间和出库人并存档；

(3)库存盘点管理：设备具备盘点功能，能够自动检测库存状态，自动监测表计数 量异常，支持定期盘点，盘点采用方便、高效方式进行；

(4)告警管理：设备具备告警管理功能，当设备监测到异常或表计没有按规定完成 相关的操作时，设备自动告警，告警应用实现实物与设备系统信息不一致、关门提醒等；

(5)环境监测：设备具备计量器具存储环境监测功能，能够实时监测并显示环境温 湿度。能够对超过阈值的温湿度异常进行报警、记录；

(6)控制管理：设备支持操作控制管理功能，具备库存状态、器具状态跟踪能力，对 设备的各项操作提供多媒体引导控制功能，防止误操作，能够对操作异常进行自动告警、信 息互动。

本发明具有如下优点及有益效果：

本发明交接柜设备适用于电力计量中心使用，交接柜功能满足实验过程中计量器 具交接需求。包括单相表、三相表、采集器、互感器等计量器具的“零存整取、整存零取”，柜 体采用单开门设计，内置RFID检测模块、三段检测模块自动判别器具类型，记录存放时间及 器具的当前状态和检定环节，规范实验室已检定器具的存放模式。设备采用“防呆”设计，采 用预防矫正的行为约束手段，运用避免产生错误的限制方法，让操作者不需要花费注意力、 也不需要经验与专业知识即可直接无误完成正确的操作。设备外观以用户方便操作为核心 进行整体设计，做到合理布局、提示信息准确醒目；设备内部结构设计合理，需要保证内部 通风良好，走线明晰，设备可维护性高。本发明可以显著提高计量器具交接的准确度，使工 作效率得到显著的提高，适于在广大电力系统推广应用，其市场应用前景广阔。

下面结合附图和具体实施例对本发明加以详细的说明。

附图说明

图1是本发明外部结构示意图；

图2是本发明中储柜结构示意图；

图3是本发明内部结构示意图；

图4是本发明主控板连接关系示意图；

图5-图10是本发明中储柜内结构示意图。

图中：主机1，储位2，人机交互设备3，RFID检测单元4，主控板5，储位检测板6，外设 控制板7，风扇8，门锁9，柜体10，按键11，颜色传感器A12，颜色传感器B13，漫反射式红外传 感器A14，漫反射式红外传感器B15。

具体实施方式

本发明是无人干预即可自动完成的实验工作计量器具交接柜，如图1-图2所示，本 发明所述的交接柜包括柜体10，在柜体10上设有多个储位2以及显示屏即人机交互设备3和 按键11。每个储位2内设置两个红外传感器、两个颜色传感器，排列在储位中间位置，中间位 置分别为两个颜色传感器：颜色传感器A12和颜色传感器B13；两边分别为漫反射式红外传 感器：漫反射式红外传感器A14和漫反射式红外传感器B15；颜色传感器A12和颜色传感器 B13的外侧距柜体距离为11cm，颜色传感器A12和颜色传感器B13分别距漫反射式红外传感 器A14和漫反射式红外传感器B15的距离为5cm。所述的储位2的尺寸为长300mm×宽200mm× 高100mm，如图5所示。

如图3所示，柜体10内设有主机1，主机1主要负责上位机的操作控制及人机交互设 备3的控制，主机1与显示屏即人机交互设备3通过VGA接口进行通信连接。主机1与RFID检测 单元4采用RS232串行通信接口方式通信连接。RFID检测单元4指频段在920Mhz-925Mhz的 RFID标签读写器。如图4所示，主控板5是本系统的主要控制板，主控板设在柜体10内部，主 控板5上设有温度检测传感器和湿度检测传感器。板载温湿度传感器，可实事监测柜体温湿 度情况，主控板5与储位检测板6采用RS485串行通信接口方式进行通信连接，储位检测板6 主要检测储位内计量资产类型与状态指示。

主控板5与外设控制板7采用RS485方式进行通信连接，外设控制板7与风扇8和门 锁9分别连接，外设控制板7主要负责风扇8与门锁9的控制。其中：

主控板5为工业级嵌入式低功耗主板；CPU主频：1.0GHZ及以上；集成显卡，板载声 卡；内建100M自适应以太网卡；前端总线大于800MHZ；最大支持内存不小于2G；安装内存不 小于1G；串口数不少于4个；USB2.0接口不少于4个；SATA硬盘不小于250G或者固态硬盘不小 于32G；SATA硬盘转速不小于5400转/秒。

所述的人机交互设备3采用TFT全彩液晶触摸显示一体屏；亮度大于270CD/㎡；自 然分辨率不小于800×600；触摸响应时间小于16MS；寿命大于3万小时；主机系统接口：标准 RS232通讯或USB接口。

本发明设备的外观与结构符合国网VI标识的有关规定。设备的整体规格：宽度不 大于1600mm，高度不大于1650mm，深度不大于700mm，具备独立控制系统，设计存放不少于20 只的计量资产。

本发明的选型配置，充分利用系统整体完善的考虑，从应用到硬件容错性能设计， 尽可能减少用户在使用过程中出错的可能性及出错后的即时恢复能力，从而使设备系统具 有完备的可靠性和安全性保证。

本发明充分考虑安全性，满足以下几点要求：

1、机柜外接电源能够做到防扯动；

2、触摸屏能够做到防灰尘；

3、机柜具有防触电处理；

4、能够对非工单操作进行报警，防止恶意的人为操作；

5、设备系统应满足国网公司关于计算机安全网络安全的相关要求和规定；

6、设备内置RJ45接口，可直接接入电力MIS内网。

本发明具有以下功能：

(1)储位自动识别功能，当储位放入物品时，系统能够识别出所放物体的类别，单 相电能表、三相电能表，互感器。

(2)温湿度检测功能，系统能够识别当前环境下的温度与湿度，并且具备报警功 能。

(3)RFID自动识别功能，储位放入物品时，系统能够自动读取所放物品RFID信息。

本发明内部硬件包括：机柜柜体、人机交互设备、RFID检测单元4、储位检测板6、外 设控制单元、门禁单元、声音控制单元。

其中，本发明所述的交接柜，其柜体10，系统标称电压220V/50HZ，镀锌或不锈钢板 材质；采用双层钢板，单层钢板厚度1.5MM以上；表层处理：防锈、防腐、耐磨，不易沾污损坏； 整机设计应紧凑、合理，操作简单；可按招标方要求定制，独立通风散热系统；机柜应能同时 存放单相电能表、三相电能表、采集器、互感器。柜体10的尺寸是宽度不大于1600mm，高度不 大于1650mm，深度不大于700mm，具备独立控制系统，设计存放不少于20只的计量资产。机柜 柜体10内用于按要求存放单相表和三相表，并具备温湿度监测装置，以确保良好的电能表 存储环境。

所述人机交互设备3的亮度大于270CD/㎡；自然分辨率不小于800×600；触摸响应 时间小于16MS；寿命大于3万小时。人机交互设备3即人人都会使用的计算机输入设备，用于 操作员与电能表周转装置嵌入式系统的交互。使用人机交互设备代替传统的键盘与鼠标操 作，从而使电能表周转装置更加方便快捷。

所述RFID检测单元4支持18000-6C协议；EMC电磁兼容性应符合EN55022的要求；主 机系统接口：RS232/USB。RFID检测单元4用于对计量器具的RFID电子标签进行读取，识别器 具类型，同时读取标签记录的器具的属性信息及鉴定环节状态等信息。

所述储位检测板6包括：颜色传感器A12、颜色传感器B13、漫反射式红外传感器A14 及漫反射式红外传感器B15。它们与主控板均采用RS485接口进行连接。

外设控制板7：：与主控板采用RS485接口进行连接。板载温湿度传感器，温度测量 范围：-40°至120°；湿度测量范围：0％至100％RH。测量精度：包括温度精度：±0.5℃(25 ℃)，湿度精度：±5.0％RH。

门禁单元：工作电流≤350MA，响应时间≤1S，可实现远程控制、可读取开关门状态 数据量。

声音控制单元：设备内置多媒体音响，左右双路放大输出；频响范围：70HZ-10KHZ； 信噪比：大于等于80DB；失真度≤10％；功率不小于3W。

所述的储位检测板6能够自动判断储位内计量资产类别，具体判断过程如下：如图 6-图8所示，储位内存放的计量资产一般为单相表，三相表，互感器等，由于互感器与单相表 的外观体积相似，因此难以用红外方式区分，而且要求所有计量资产随意摆放，更增加了设 计难度，因此仅靠单一传感器来识别资产类别难度较大。

由于单相表互感器外形相似，但是颜色差别较大，且各自颜色基本一致，因此采用 了红外、颜色双传感器的方案，具体实施方案如下：

由于储位尺寸与三相表大小相近，因此，当储位内放入三相表时如下图所示，四个 传感器：颜色传感器A12、颜色传感器B13、漫反射式红外传感器A14以及漫反射式红外传感 器B15都会被触发。

当储位内放入单相表时，由于要求随意放置，因此传感器的触发数与位置都不确 定，但是经过验证，大概归为以下三类：

1、单相表只触发颜色传感器B13一个颜色传感器时，颜色传感器B13传回被测物体 颜色信息，依此判断出所放物体为单相表。如图8所示。

2、单相表只触发颜色传感器A12和颜色传感器B13两个颜色传感器时，颜色传感器 A12和颜色传感器B13传回被测物体颜色信息，依此判断出所放物体为单相表。如图9所示。

3、单相表只触发颜色传感器A12和漫反射式红外传感器A14时，颜色传感器A12传 回被测物体颜色信息，依此判断出所放物体为单相表。如图10所示。

当放入互感器时，由于互感器体积与单相表大小相近，但是颜色区别较大，因此可 根据颜色来判断被测物体是单相表还是互感器。

(5)温湿度监测系统。

包括温度检测传感器和湿度检测传感器。温湿度监测系统是监测局部环境温度和 湿度的设备，当环境温湿度达到或者超过阈值时能进行报警。

(6)门禁系统。

门禁系统可以防止器具的不规范领用，杜绝无工卡等违规操作。门禁系统应提供 远程控制功能、可读取开关门状态量数据。

设备系统管理人员可以通过业务系统实时查看每个设备的门禁情况、每个门区的 状态(包括门的开关，各种非正常状态报警等)；也可以在紧急状态下采用物理锁匙打开或 关闭所有的门区。

(7)主控板。

主控板5采用工业级嵌入式低功耗设计，用于电能表周转装置各个模块的驱动与 控制。

(8)声音控制单元。

声音控制单元提供多媒体语音操作引导、操作异常提示及环境温湿度异常声音告 警功能。

本发明运行的环境条件要求如下：

气候环境适应性：设备正常运行的气候环境条件，特殊条件除外，具体情况如表1 所述。

工作电源：设备使用单相交流电。额定值及允许偏差。额定电压：220V；允许偏差- 10％～+10％；频率：50HZ，允许偏差-2％～+2％。

电磁兼容性：

抗扰度限值：以太网终端的抗扰度限值：应符合GB/T17618-1998的相关规定。

谐波电流限值：终端的谐波电流限值应符合GB17625.1中相关规定。

本发明工作交接柜可以实现对计量器具出入库的管理、对存放计量器具库存的盘 点、告警管理、交接柜存放环境的监测以及控制管理等功能。

无人干预即可自动完成的实验工作计量器具交接柜的具体操作流程包括：

(1)入库管理。

入库管理功能是指检定完成的计量器具通过操作交接柜的控制窗口放入交接柜， 操作员刷工卡后，直接选择存放数量，设备即可打开空闲的柜门，设备自动检测放入的设备 类型和设备状态。记录入库时间及人员。操作员可在控制窗口查找所需的器具、查看器具状 态、历史详情记录等。

(2)出库管理。

出库管理功能是指器具被本实验室人员领取或下一步实验室环节人员领取，均通 过刷工卡实现，操作员可在控制窗查找要领用的设备选择出库，设备记录出库时间和出库 人并存档。

(3)库存盘点管理。

设备具备盘点功能，能够自动检测库存状态，自动监测表计数量异常，支持定期盘 点，盘点采用方便、高效方式进行。

(4)告警管理。

设备具备告警管理功能，当设备监测到异常或表计没有按规定完成相关的操作 时，设备自动告警，告警应用实现实物与设备系统信息不一致、关门提醒等。

(5)环境监测。

设备具备计量器具存储环境监测功能，能够实时监测并显示环境温湿度。能够对 超过阈值的温湿度异常进行报警、记录。

(6)控制管理。

设备支持操作控制管理功能，具备库存状态、器具状态跟踪能力，对设备的各项操 作提供多媒体引导控制功能，防止误操作，能够对操作异常进行自动告警、信息互动。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细的说明，但是只要实质上没有脱离本发 明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这 样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

表1：气候环境适应性表。