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化工厂水泵房智慧巡检

来源：对称轴 浏览次数：6次

项目概述

项目核心定位

本项目聚焦化工厂配套水泵房的常态化运维保障，该水泵房作为化工厂生产系统的关键辅助单元，承担着工艺介质输送、循环水供给等核心功能，直接关联化工生产流程的连续性与安全性。项目旨在通过规范、高频的现场巡检，实时掌握厂房内泵组运行状态、关键参数数据及环境安全情况，为化工生产系统稳定供能、合规运行提供基础支撑，规避因设备异常、参数偏离引发的生产中断、介质泄漏等运维风险。

核心巡检任务要求

巡检频次：实行每 2 小时一次的定期巡检机制，覆盖全天 24 小时全时段，匹配化工厂连续生产的运维需求，确保泵组及辅助设备运行状态的连续性监测，及时捕捉参数波动；

巡检范围：需对厂房全域进行无死角排查，核心聚焦各类工艺泵、循环泵、安全阀门、应急设施及关键表计的状态核查与数据记录，重点关注与化工介质输送相关的设备密封、管路连接等关键部位；

重点任务：表计数据采集为核心巡检内容之一，现场表计数量较多，初步统计约 70-80 个，涵盖介质压力、输送流量、液位等与化工工艺紧密相关的关键运行参数，需逐一完成数据核对与记录，确保参数符合化工生产工艺标准，避免因参数异常影响生产安全。

现场环境与工作制度

环境特点：水泵房运行过程中产生显著噪声，叠加化工厂生产区域的背景环境特性，可能对巡检人员的听觉判断（如泵体异常声响、管路泄漏声）、现场沟通协调造成干扰，需针对性配备隔音防护装备，并优化巡检核查流程，确保关键隐患不遗漏；工作环境在存在酸碱溶液，易对身体造成伤害。

工作制度：为匹配化工厂 24 小时不间断生产的运维需求，项目实行三班两倒工作模式，确保各时段均有专人负责巡检任务，保障泵组运行状态监测无间断，及时响应突发情况，维护化工生产辅助系统的稳定性与安全性。

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图1现场勘测图

系统方案

整体方案布局设计

设计采用轮式巡检机器人与AI云台相机结合，机器人外壳全部做防酸、防碱、防水处理，本项目需两台轮式机器人划区域巡检或交替巡检，满足整个厂区两小时巡检一次的要求，又留给机器人一定的充电时间，保证机器人电量满足24小时不间断巡检，机器人顶上采用AI云台相机固定安装，对沿途的各种表计、管道等进行监测。

在右侧添加化学材料的泵房，由于环境的复杂性以及重要性，此房间可选配采用轨道机器人巡检，铺设固定轨道，机器人沿着固定轨道识别表计，液位。

图 2现场复杂环境

巡检机器人巡检路线

轮式机器人巡检图如下图所示，两台轮式机器人划分片区，确保覆盖所有巡检点，巡检完毕后巡检日志上传到统一的后端平台。

图3 机器人巡检路线示意图

智慧巡检架构设计

智能巡检机器人系统为网络分布式架构，整体分为三层，分别为后台层、通讯层和终端层。终端层轮式机器人、AI云台相机、机箱和天线构成，通讯层由网络交换机、通讯线缆等设备组成，负责建立基站层与智能终端层的网络通道；后台包括服务器、后台软件、显示屏等设备。

图4 系统架构图

轮式机器人介绍

轮式机器人采用自主设计，机器人融合完善的数据训练模型、全自研的导航模块，可视化的远程实时监控和控制等技术，可实现无人值守场景下的数据采集、状态识别、信息集成等功能。

图5 轮式机器人图片

轮式机器人参数

指标	性能参数
外形尺寸	约780467650mm（含云台）
升降杆	1.5-2m，标配1.6m
整机整备质量	≤100kg
行走速度	0 – 1m/s，速度可调
制动距离	0.5m/s速度下，＜0.1m
驱动方式	四轮差速转向
运行路况	平整，无坑洼、无陡坡，道路宽度应大于机器人宽度路面为沥青路面、水泥路面、环氧地坪、非铺装路面（摩擦系数1.0~2.0）
转弯直径（遥控器）	原地转向（车身对角线长度）≥0.9m
最大爬坡角度	40°
越障能力	≤55mm
涉水深度	≤65mm
防护等级	IP54
整机环境温度	-25℃ - +60℃
储存环境温度	-25℃ - +60℃
环境相对湿度	5% - 95%（无凝水）
主导航方式	主导航方式为SLAM激光导航和SLAM激光定位
激光雷达	16线激光雷达
重复导航定位精度	≤±3cm
电池容量	54.6AH
电池标压	DC 48V（最大54.6V，截至37.7V）
待机功耗（总线）	≤15W（非巡检、非建图模式）
运行功耗（总线）	≥200W（平整环氧地坪路面）
无线充电电流	0-10A
无线充电功率	600W
有线充电电流	15A
有线充电功率	850W
外观和结构	机器人表面涂覆相应的防护涂层，外表光洁，均匀，标识清晰，无伤痕、毛刺等缺陷，色彩搭配醒目易识别；机器人内部电气线路布置排列整齐、固定牢靠、走向合理，便于安装、维护。
控制方式	无线遥控、远程操控、自主路径规划运行
避障功能	具备障碍物检测功能，在运动过程中感知障碍物并停止，移除后继续执行任务
辅助照明	具备辅助照明
双向语音功能	配有音频采集和播放装置，实现双向语音对讲
控制按键	开关按钮：切换机器人通电/断电状态急停按钮：控制机器人运动的停止与复位
状态指示	具备红绿黄状态指示功能，在作业时提供状态信号
充电方式	无线充电、有线充电
自动充电	机器人有充电桩，可实现自动充电功能
充电时间（无线充电）	3.5小时充电量大于80%
充电时间（有线充电）	4.5小时0-100%
续航时间（温度在0℃-40℃）	平路行驶，速度保持在 0.5m/s 不间断巡检约14h，待机不小于24h
工作模式	立即巡检、定时巡检、周期巡检
状态指示	机器人具备状态指示功能，在作业时能提供信号灯状态指示
通信方式	WIFI、4G或5G
通信性能	遥控器在距离机器人≤100m（金属壳体屏蔽信号）可以操控机器人运动；后方控制台可实时接收到机器人采集的图像、数据并处理。

轨道机器人介绍

轨道机器人是专为室内场景打造的轨道巡检机器人，可替代人工巡检，解决人工巡检效率低下、检测质量分散、手段单一等难题。机器人可以自动完成各类设备的运行状况巡检，巡检过程无需人工参与，不受环境危险恶劣因素影响。机器人主要搭配可见光摄像头、红外热成像摄像头、温湿度检测设备、粉尘颗粒浓度采集、烟雾传感器、雷达避障传感器等。

图6 轨道机器人图片

轨道机器人参数

项目		技术指标
基本参数	机器人重量	≤25kg
	机器人尺寸	490250800mm
	防护等级	IP54
	工作环境温度	-25℃～+60℃
机器人电源	典型功耗	智能巡检机器人400W
	机器人供电方式	锂电池+分布式无线充电
	锂电池电压	24V
	锂电池容量	24V/15Ah
运动参数	行走方式	轨道运行
	行走速度	0～1m/s
	默认巡检速度	0.1m/s
	行走安全	双向雷达避障
	定位方式	里程计+霍尔传感器
	最小转弯半径	600mm
	爬坡能力	40°
	续航里程	3km（标准直轨情况下）
	刹车距离	小于0.4米（最大速度紧急刹车）
可见光相机	像素	200W
	分辨率	高清1920*1080
	电流及功耗	10-18W
	工作温湿度	-30℃-65℃
避障传感器	避障检测	探测距离：0～3.0米
		检测精度：1cm
		更新频率：大于20Hz
温湿度传感器	环境温度检测	测量范围：-40℃～+125℃
		测量精度：±1℃@25℃(典型值)
		长期漂移：<0.1℃/年
		响应时间：小于5秒（典型值）
	环境湿度检测	测量范围：0～100%RH
		分辨能力：1%RH
		测量精度：±2%RH（典型值）
		长期漂移：<1%RH/年
		响应时间：小于5秒

系统功能

视频监控

机器人搭载的视频成像系统包含热成像相机、高清可见光相机、高精度云台。

云台水平方向具备360°连续转动能力，垂直方向具备±90°转动能力，同时配合相机变焦，可有效保证对室内轮式智能巡检机器人30米内各方向现场细节进行有效监控；同时云台自带减震装置，在室内轮式智能巡检机器人运行过程中可减小振动，配合一体化防抖相机机芯，大大提高视频观测稳定度和可观测性；云台安装在室内轮式智能巡检机器人底部，云台内可搭载可见光相机和红外热成像相机。

图7 机器人视觉识别示意图

同时，该可见光一体化机芯具备防抖动功能，对振动有明显抑制作用。

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图8 现场道路晃动

AI算法识别

公司拥有自主知识产权的AI算法系统，基于模拟人类视觉原理—卷积神经网络（CNN),利用机器学习和图像识别技术，对定点摄像头采集的数据进行分析，识别异常（如仪表读数超标）。根据AI分析结果，生成报警信息，并通过多种方式通知相关人员。

图9 AI图像识别算法示意图

表计识别

机器人配备高清摄像头捕捉仪表图像，系统通过图像识别技术识别各类表计，并能够自动识别并记录数值。

指针式表计识别：对于指针式表计，系统首先通过霍夫圆变换或边缘检测精准定位表盘区域与刻度圈，并利用Radon变换或实例分割模型提取指针的精确像素位置与方向角。随后，在极坐标系下建立刻度线的角度-量程映射关系，通过计算指针指向相对于零位基准线的夹角，依据预设的线性或非线性映射函数，最终解算出对应的物理读数，实现自动化判读。

数字式表计识别：针对数字式表计，系统则采用基于深度学习的目标检测算法定位字符显示区域，并通过投影法或连通域分析进行单个字符的精细分割。将分割出的字符图像输入专用的光学字符识别引擎或预训练的卷积神经网络模型进行分类识别，最终将识别出的字符序列依据小数点、单位符号等规则进行结构化整合，输出为标准的数字化读数结果。

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图10 表计识别示意图

指示灯识别

指示灯状态识别是一项基于机器视觉的自动化检测任务，其核心在于对指示灯的色彩与亮度信息进行精确解译。系统首先通过目标检测模型定位指示灯在图像中的具体位置，将其作为感兴趣区域进行提取。随后，将图像从RGB色彩空间转换至更适合颜色分析的HSV或Lab空间，以有效分离亮度与色度信息，消除环境光照变化的干扰。

在预处理后的图像区域内，算法通过统计其主色调的HSV值来判定指示灯颜色，并计算其像素区域的亮度均值或使用分类模型来综合评估其发光状态。最终，系统将视觉特征与预定义的状态规则库进行匹配，从而输出“红灯常亮”、“绿灯闪烁”、“熄灭”或“故障”等标准化状态结论，实现运维监控的智能化与无人化。

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图11电磁阀箱指示灯状态示意图

液位计识别

机器人搭载的高清摄像头作为前端采集单元，负责获取液位计的原始图像数据。其识别核心在于精确标定液体与气体（或两种液体）之间的界面位置。系统首先通过语义分割模型或边缘检测算法，从复杂背景中精准提取液位计主体轮廓与内部腔体区域。

针对透明的管式液位计，算法继而重点分析其内部液柱的视觉特征，利用自适应阈值分割或鲁棒的水平线检测技术，精准定位液-气界面的半月形液面。最终，通过与已预先标定的刻度参照物进行像素坐标映射，将该界面位置转换为精确的物理高度或体积读数，实现液位的非接触式自动化测量。

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图12液位计识别示意图

跑冒滴漏识别

利用高清摄像头和AI图像识别技术，对管道、阀门等关键部位进行实时监控，识别液体泄漏、冒出、滴漏现象。及时报警并记录异常情况。

高分辨率摄像头定期拍摄管道和阀门区域的图像，并在必要时进行视频录制。高清摄像头可以捕捉到细小的泄漏现象，同时保证图像的清晰度和细节。

使用图像处理技术（如边缘检测、颜色增强）对图像进行预处理，增强液体泄漏特征的可见性。

利用预先训练的深度学习模型（卷积神经网络CNN）对预处理后的图像进行分析，识别出液体泄漏、冒出和滴漏现象。

模型识别出异常情况后，通过报警模块通知控制平台，并自动记录异常图像和相关数据。

图 13 跑冒滴漏识别区域

图14跑冒滴漏识别示意图

自主巡检

(1)全自主例行巡检

例行巡检是智能巡检机器人日常运维工作中最常见的应用模式。机器人搭载高清摄像机、红外热成像仪、气体传感器等多种检测设备和检测手段，通过对设备的外观检查、温度诊断等工作，并对园区内的整体运行环境状态进行实时监测。并将巡检数据自动保存到系统后台，生成检测分析报告。

对比传统的人工例行巡检，机器人巡检不受高温、噪声等恶劣环境的影响，具有巡检频次高、巡检内容全面、工作量低、安全性可靠高的优势。

图15 自主巡检后台

(2)人工遥控巡检

除机器人自动进行例行巡检外，还可以通过人工遥控巡检的方式对机器人进行实时遥控。该项应用模式适用于运维人员以及管理单位需要对某类设备的状态进行锁定与监测，尤其对于在机器人自主巡检过程中如检测到设备、环境状态异常并向运维人员告警时，运维人员可以在第一时间调用机器人快速到达设备现场位置，及时对现场设备进行查看并核实报警信息，以便迅速制定响应策略。

运维人员对机器人的遥控操作具有最大的操作优先级。系统进入遥控巡检模式后，机器人将中止正在执行的其他任务，按人工遥控指令实现机器人在可调速度下的前进、后退，云台的全方位旋转以及双视摄像机的镜头变倍调节，可保证系统在第一时间到达指定位置，获取设备与环境的状态数据与可视图像，提供后台进行决策指挥。

图16 手动控制区域

与站内其它监控系统联动

智能巡检机器人系统提供与站内监控系统和信息一体化平台接口，能够实现与监控系统的协同联动，在设备操控和事故处理时，通过最优路径规划自动移至目标位置，实时显示被操作对象的图像信息，进一步保证整个过程的可靠实施，减轻工作人员劳动强度。

系统具备可扩展性，开放API接口，便于与其他管理系统对接，可接入其它业务系统并实现数据传输和系统联动，系统能够提供多种接口或工具，以便集成不同来源的工程信息，提供强大的数据采集和集成能力，工业标准支持OPC、BACNet、Modbus等协议；HTTP信息化接口支持Web API、WebService、XMPP等协议；物联网即时通讯协议支持MQTT等协议；数据库接口支持ODBC等标准。

异常检测与报警

机器人后台系统对传感器数据和仪表读数进行实时分析。系统通过预设的阈值和算法，识别异常情况，如气体泄漏、温度异常、压力超标等。

当系统检测到异常情况时，会自动生成报警信息。报警信息包括异常类型、发生位置、时间等详细信息，确保相关人员能够快速响应。

安全防撞功能

机器人前后装有超声波雷达，根据超声反射现象，内置微处理器采用中断方式完成测距计算，得到高精度测距结果，具有较高的实时响应能力，具备2.5米远的障碍物探测能力。在机器人运行过程中能够及时发现障碍物并做出相应动作。运行过程中，一旦发现前进方向2.5米内有障碍物即进行跟踪并发出警告，当障碍物进入0.5米范围内时则立即停车并告警，同时，配合结构上的柔性保护装置，以保障财产和人身安全。