智慧仓储体系智能计量周转柜的设计与研究

　　针对供电所电能表周转柜承载量小、管理零散的问题，对基层电厂的计量周转柜进行了改造设计。该研究基于自助性、实用性、柔性可扩展性和智慧仓储管理性的设计原则，设计出兼容性和扩容性俱佳的新型智能计量周转柜，大大提高了智能电能表的周转效率。基于新型的智能周转柜，该研究还设计出新型的智能周转系统，该系统通过对接基层电网内部系统，实现智能电能表的查询、跟踪或者溯源，提高了电能表的智能化管理程度。通过试运行，与常规智能计量周转柜相比，该研究使电能计量的整体工作效率提高 200% 以上。

　　关键词 智慧仓储; 周转柜; 计量器具; 智能周转系统; 智能化管理

　　随着国家大力推进智能电网建设，大规模安装应用智能电能表，对智能电能表的存储效率提出了更高的要求。目前一些基层供电所智能电能表的存储方式都是统一存放在库房中，存在库房数量多、分布散、库存量不大等问题，再加上条件有限，表计储存设施差，资产管理人员为防止表计丢失，只能将零散备表放在库房中，配电抢修人员领取表计还需通过资产管理人员，严重影响了应急抢修的效率[1]。

　　为了解决以上问题，针对相关问题做了研究，文献[2]公开了一种新型电能表智能周转柜，该文献在信息化程度方面做了很大改进，并未提及对电能表的承载容量。文献[3]提及一种基于 C++ 的计量周转管理系统，虽然能够对智能电能表统一进行监控和实时分析，仍旧无法提高电能表的承载容量。基于以上内容，本研究设计了一个智能电表的周转柜来存放智能电表，实现智能计量仪器的智能化管理，为新时代下的电力应急抢修提供支持。

　　1 智能周转柜的设计

　　针对上述技术不足，本研究依靠智慧仓储体系，结合互联网技术，设计出了新型的智能计量周转柜，提升供电所等基层班组的计量器具仓储管理水平，提高有关部门的应急抢修、零散用表实际工作效率。

　　1. 1 智能周转柜的设计原则

　　本研究参考了《Q/GDW 11280—2014 计量周转柜技术规范》和其他企业技术标准，按照以下技术原则进行设计。①自主性: 智能化时代的到来意味着人与人之间的交流会变得越来越少，周转柜参考快递柜的工作模式，通过条码和人脸识别技术来实现无人看守，并通过 24h 不间断工作提供应急抢修。②实用性: 根据业务需求，按照简洁、高效、经济、实用的原则对周转管理系统进行设计，达到信息流畅运行，不仅要考虑前期投入，还有考虑后期运行费用[4]。

　　③柔性可扩展性: 能够针对需要考虑人机结合的柔性，最大程度的简化系统操作，实现人机快速融合。④智慧仓储管理性: 除了储电能计量器具最基本的功能外，还要能够接收并存储从省级计量中心运达的计量器具，同时能够向基层供电所配送计量器具，全自动设计，无需人工干预，实现资产管理与配送的全智能化[5]。

　　1. 2 智能周转柜的结构设计

　　本研究首先对智能周转柜的本体结构进行设计。在结构上，周转柜主要包括柜体、存储区、操作区。存储区可以存放三种不同类型的智能电能表，最大限度满足人们的日常需求;操作区为触摸屏，取表和存表之前首先要进行身份确认，通过指纹识别或者人像识别完成身份确认，可以在触摸屏上选择需要的计量器具，柜门会自动打开，从而实现无人值守。柜体采用微储式结构，由支撑框架、底座、面板、门、电磁锁、储位层板等部件组成，各主要部件采用模块化设计，可拆卸并模块式拼装，在满足承重及支撑要求下宜选用轻型材质，便于产品运输及安装。

　　金属的外壳及正常工作中可能被接触的金属部分，应连接到独立的保护接地端子上，接地端子应有清楚的接地符号，接地端子的截面积应不小于6mm2，使用过程中可能直接触及的各组件模块，应有可靠的电源隔离措施。通过上述结构设计，本研究能够解决存放电表单一，空间利用率不大的问题，根据电表的种类和数量，设计了大小不同的柜体来满足不同电表的需求。

　　成套周转柜主要由主控柜和若干单相表存储柜、三相表( 终端) 存储柜、互感器存储柜和周转箱存储柜等副柜组成。其中主控柜主要由人脸识别模块、条码识别模块、指纹识别模块、触摸屏、工控机等组成。主要实现相应的业务逻辑功能，并与营销系统、计量生产管理平台进行数据交互与对接，是整个计量周转柜的中央处理中心。柜体钢板厚度不小于 1. 2mm，层托钢板厚度不小于 1. 5mm。

　　副柜可定置化存储单相电表、三相电表、计量自动化终端、低压电流互感器、空气开关及通信模块等设备。其中对成套转柜的设备存储数量要求是: 成套周转柜可同时存放单相表不少于80 只，三相电表或终端不少于40 只，低压电流互感器不少于 105 只。在具体应用时，成套周转柜尺寸不大于 W3650* D560* H1740mm，主机及各副柜的设计与布局要符合方便存取、盘点等人机工效的要求。

　　1. 3 智能周转系统设计

　　智能周转管理系统对接计量管理系统和基层电网内部系统，实现电表的去向可查。系统主要通过主控模块来控制其他的模块实现智能化，主要模块有报警、信息采集等。周转管理系统与营销系统互联，实现表计全生命周期管理，达到计量器具的可控，进一步提高表计智能化管理水平[6]。

　　在上述架构设计中，电能表智能周转柜及管理系统集成了电能表的智能化安全存取、数字化的资产信息管理、无纸化的工作流等功能模块，并通过物联网技术、通讯技术、自动化技术，实现了系统化的管理体系。系统以电能表智能周转柜为终端单元，通过网络与营销业务应用系统及计量生产调度平台进行无缝衔接，组成网络化、多层次的电能表资产信息的安全管理，为基层供电所零散及抢修用表的存储、领用提货标准化的过程管控管理[7]。

　　在系统管理中，采用有线专网方式接入基层电网中的计量管理系统。在入库时，计量装置从上级库房通过业务流程配送到周转柜的操作。支持扫描工单条码、输入工单号、签收待办工单等方式配送入库。在出库时，装表出库、预领出库、返回配送出库三种出库模式。在上述管理系统中，设备可以放在供电所营业厅内，无人值守，只要有权限的操作员，均可随时方便取表。无需专人管理出入库，对节假日、深夜抢修能够应急取表，做到 7* 24 小时在线运行，不间断工作[8]。

　　在上述系统设计中，报警模块通过蜂鸣器实现[9]，主要负责工作人员长时间未归还和一些特殊的情况; 根据传感器的信号，主控模块发出相应的命令到传动模块实现电表的传送和活动隔板的移动; 电表属于高精度的计量仪器，保持合理的温度和湿度是必要的，通过传感器检测柜内的温度湿度并由温湿度控制模块调节[10]; 用户和工作人员可以选择何种采集方式，分为摄像头采集人像和条码扫描器; 用户选择好需要的商品后，主控模块接收到信号后向支付模块发出指令，用户可以选择现金支付和移动支付。

　　另外，该智能周转柜还配备了后备电源[11]和密码锁，后备电源为了防止突然断电等紧急情况下不能使用，后备电源通常为 UPS 后备电源，保证系统运行外部环境。密码锁的设计是为了保证周转柜的安全性[12]。

　　周转柜软件功能标准化建设需要实现各地市局周装柜的统一化、标准化，主要包含四个组成部分: 用于支撑日常基础操作的基础功能、用于实现核心管理业务的应用功能、用于周转柜设备本身状态监控的监控功能以及用于对上连接计量服务总线、对下连接周转柜 MCU 单元之间接口的系统接口。具体体现为：

　　①基础功能，是用以支撑周转柜应用功能及监控功能的基础条件，主要包括系统设置、身份认证、储位管理、智能引导、程序升级、系统接口六大功能。

　　②应用功能，是周转柜管理软件的核心功能，实现对电能计量设备的出入库管理、库存盘点、超期告警及运维管理等。③监控功能，是对柜体本身状态的全面监控，包括周转柜总览、库存状态、储位状态、柜门开关、网络状态、停电记录等功能。④系统接口，对周转柜管理软件与外部系统间的数据交互进行标准化设计，主要包括与计量服务总线间的接口，与周转柜硬件层单片机/微控制单元( Microcontroller Unit: MCU) 间的接口。

　　2 智能周转快速抢修实施方案

　　当基层供电所接到求救信息后，工作人员不必再去向资产管理人员报备[13]，可以直接从周转柜取出自己需要的工具，节省了宝贵时间，并与基层电厂计量管理系统进行对接，避免偷拿、误拿、不及时归还和无人承认等现象。

　　在实施该功能时，工作人员接到抢修任务后，从智能周转柜的触摸屏选择自己需要的工具，主控模块接收到信息后向信息采集模块发出指令，4 快速抢修实施方案示意图工作人员可以选择头像采集和输入账号密码确认身份，身份确认完毕后，主控模块向传送模块发出指令并向基层电网管理系统报备[14]，工作人员即可在取物口取出自己选择的工具。若长时间未归还，主控模块会向 SG186 国家电厂管理系统和基层电厂管理系统反馈[15]，基层电厂则会提醒工作人员及时归还。

　　3 应用效果分析

　　本研究在试验时，通过将本研究设计的周转柜与常规技术中的周转柜在电能表周转效率上进行对比，并应用本研究的周转管理系统和常规周转管理系统对智能电能表的管理量上进行对比分析。假设在某电力公司进行试运行，其中控制系统为基于 android4. 4 及以上版本，处理 器 内 存8G，存储 32G。随着测量时间的延长，传统技术中周转方法的数据准确率逐渐提高，当试运行 10 个月时，传统周转方法的周转效率仅仅达到 70% 。

　　本研究设计的周转箱在第一个月的周转效率就达到了 90% ，在持续运行 10个月后，逐步超过了 90% ，本研究方法周转效率明显大于传统技术周转箱的周转效率。下面对本研究方法周转箱运行的系统与传统周转箱运行的系统在耗时方面进行对比，以比较周转管理系统的运行效率。假设在周转管理系统耗时方面进行对比分析，分别对 1000 只智能电能表从入库、扫描清单、数据集读取、数据管理以及出库等一系列过程中，观测两种不同系统的用时分析。

　　随着电能表数量的增多，传统周转管理系统的耗时也在逐步增多，本研究的方法在整个过程中，耗时约为传统周转管理系统的一半，由此可知，本研究方法在进行智能电能表管理时，效率较高。综上所述，本文研究的智能周转柜以及由本研究的周转柜构成的管理系统控制效果较好，具有较高的操作可行性，大大提高了电能表的管理效率。

　　4 结束语

　　本研究结合当前技术的不足，设计出新型的周转柜本体，并利用本周转柜本体构建出智能化周转管理系统，提高了智能电能表的管理化程度。本研究通过系统化设计，得出了以下几点结论:①对比不同周转柜，利用可扩展性、柔性设计理念，调整了智能电能表的管理方法，提高了智能电能表的管理效率[16]。②采用智能化、智慧仓储管理系统，计算智能电能表从入库到出库等一系列数据管理，完善了智能电能表全生命周期管理。③通过与上层计量管理系统无缝对接，实现基层数据的远程传递、远程管理，提高了智能电能表的智能化管理水平。通过系统运行，有效地解决了基层电表的管理不规范和电表存放杂乱等问题，取得了良好的应用效果，具有广阔的的应用前景。

　　参 考 文 献：

　　[1]刘莉. 智能电能表技术及其运行管理方案的研究[D]. 保定: 华北电力大学，2015.

　　[2]王兆军，矫真，郭红霞，等. 一种新型电能表智能周转柜的设计与应用[J]. 山东电力技术，2015，42( 9) : 52- 55.

　　[3]田瑞，窦圣霞，刘朋远，等. 基于 C + + 的计量周转管理系统设计应用[J]. 宁夏电力，2018( 5) : 57 - 60.

　　[4]陈惠玉，刘应. 浅谈智能化库房在电能计量资产管理中的应用[J]. 科技创新与应用，2016( 35) : 218.

　　[5]赵慧莹. 智能电能表型式试验方法与应用的研究[D]. 保定: 华北电力大学，2015.

　　[6]余小军. 智能仓储系统在电力行业的应用[D]. 北京:北京邮电大学，2014.

　　作者：刘海斌