KAOE科義巡檢機器人：冶金鋼鐵企業管道除塵解決方案

一、項目概況

1.1 行業背景

鋼鐵冶金行業是國民經濟的支柱產業，其生產過程中會產生大量粉塵、煙氣，需通過除塵管道系統進行收集處理。除塵管道作為鋼鐵企業環保與生產穩定的關鍵設施，長期處于高溫、高粉塵、腐蝕性環境中，易出現積灰堵塞、銹蝕穿孔、泄漏等問題。若未能及時發現，不僅會導致除塵效率下降、環保排放超標，還可能引發管道坍塌、煤氣泄漏等安全事故，嚴重威脅生產安全與人員健康。

傳統人工巡檢方式在除塵管道場景中面臨諸多挑戰：管道內空間狹窄、積灰分布不均，人員進入易發生墜落、窒息風險；部分管道存在煤氣殘留、重金屬粉塵，直接危害巡檢人員健康；人工記錄依賴紙質單據，數據準確性與追溯性差，漏檢、錯檢率高；有限空間內圖像視頻取證困難，難以留存故障證據。

隨著工業智能化升級，機器人替代人工巡檢成為必然趨勢。智能巡檢機器人能適應惡劣管道環境，實現高效、精準、安全的巡檢，為鋼鐵企業除塵管道的穩定運行提供技術保障。

1.2 需求分析

（1）復雜環境適應需求

除塵管道內環境特殊：管徑差異大，部分管道存在 坡度分支、銹蝕凸起；積灰厚度不均，部分區域形成松軟粉塵層；管道內壁可能有尖銳銹蝕物。傳統輪式設備易打滑、卡滯，需機器人具備強越障能力及抗銹蝕性能。

（2）設備安全監測需求

管道需重點監測的隱患包括：積灰堵塞（影響風量與除塵效率）、銹蝕穿孔（可能導致氣體泄漏）、結構變形（引發墜落風險）。需機器人搭載高清攝像頭（圖像取證）、氣體傳感器（檢測 CO、O2 等），實時捕捉異常并記錄數據。

（3）通信與續航保障需求

管道為金屬密閉空間，信號屏蔽嚴重，且存在多分支、彎道，傳統無線通信易中斷。需定向天線 + 檢修口中繼方案，確保 50-100 米長直管道及彎道區域的信號覆蓋。同時，管道巡檢單次時長需匹配定修周期，要求機器人續航強勁，滿足長距離巡檢需求。

（4）操作便捷性需求

鋼鐵企業檢修節奏快，需機器人操作簡單（支持前進后退，禁止掉頭以避免卡滯），且數據記錄自動化（替代紙質單據），提升巡檢效率。

二、系統方案設計

2.1 系統架構

本系統以除塵管道智能巡檢機器人為核心，聯動檢測模塊、通信系統、供電系統及后臺管理系統，形成 “感知 - 傳輸 - 分析 - 決策” 的閉環體系。

巡檢機器人本體：作為執行核心，搭載驅動系統、控制系統、檢測模塊及通信模塊，實現管道內自主移動與數據采集。

檢測模塊：包括高防護攝像頭（拍照 / 錄像取證）、氣體傳感器（檢測有毒氣體與氧氣含量），實時采集管道環境與設備狀態數據。

通信系統：由定向天線單元、檢修口中繼天線（解決彎道 / 分支信號衰減）及地面交換機箱組成，保障機器人與后臺的穩定數據傳輸。

供電系統：采用高性能鋰電池+ 備用充電套裝，確保機器人持續作業，支持快速更換電池以匹配檢修周期。

后臺管理系統：含任務調度平臺與現場觀察終端，實現巡檢任務規劃、實時數據查看、歷史記錄追溯及異常預警。

三、系統主要功能

3.1 圖像采集與存儲

機器人搭載的攝像頭，在管道內昏暗環境下仍可清晰拍攝，實時記錄積灰厚度、管道銹蝕程度、結構變形等情況。支持重點區域取證與自動錄像（全程記錄），數據自動上傳至后臺，替代人工紙質記錄，避免漏檢錯檢。

3.2 氣體檢測與預警

傳感器實時監測管道內氣體濃度：當 CO 濃度超標或 O2 含量過低時，機器人立即啟動聲光報警，并將位置與濃度數據傳輸至后臺，后臺通過終端彈窗提醒工作人員，避免人員進入危險區域。

3.3 自主移動與越障

機器人適應管道內松軟積灰；驅動系統支持前進 / 后退（禁止掉頭以防止卡滯），可跨越障礙（如管道接口凸起），攀爬≤30 度斜坡（部分傾斜管道），確保在復雜管道環境中穩定移動。

3.4 通信保障功能

通過定向天線 + 檢修口中繼的組合方案，解決金屬管道信號屏蔽問題：長直管道內信號覆蓋穩定，彎道 / 分支處信號無死角，確保圖像、視頻及傳感器數據實時傳輸至后臺，降低延遲。

四、項目實施方案

4.1 場地準備

管道清理：巡檢前清除大塊積灰、雜物，避免機器人卡滯。

檢修口檢查：確保檢修口無堵塞、邊緣平整，便于機器人進出；檢修口周邊預留操作空間，方便工作人員放置設備。

通信與電源準備：在檢修口安裝定向天線的位置預留電源接口；測試管道內信號衰減情況，確定天線安裝點。

4.2 設備安裝與調試

機器人安裝：將攝像頭、氣體傳感器固定于機器人本體，調試驅動系統（測試越障、爬坡性能）。

通信調試：布置定向天線與中繼天線，測試長直管道及彎道處的信號強度，確保數據傳輸無中斷。

傳感器校準：用標準氣體校準 CO/O2 傳感器，確保檢測誤差≤±5%；校準攝像頭焦距，保證圖像清晰。

聯動測試：模擬管道巡檢場景，驗證機器人移動、數據采集、后臺顯示的聯動效果，確保異常時（如 CO 超標）預警準確。

4.3 系統配置與培訓

后臺配置：在任務調度平臺錄入管道參數，設置巡檢路線、頻次及預警閾值。

人員培訓：對操作工人進行培訓，內容包括：機器人放入 / 取出檢修口的操作規范、后臺數據查看方法、異常情況應急處理（如機器人卡滯時的救援流程）。

五、效益分析

5.1 直接效益

降低人工成本：傳統人工巡檢單條管道需 2 人配合，耗時 2 小時；機器人單次巡檢僅需 1 人操作，耗時縮短至 40 分鐘，年節省人工成本約 150 萬元。

減少設備維修成本：通過提前發現積灰堵塞（避免風機過載損壞）、銹蝕穿孔（避免煤氣泄漏維修），設備故障率降低 40%，年節省費用約 80 萬元。

提高巡檢效率：機器人單日可完成 5 條管道巡檢（傳統人工僅 2 條），且數據自動記錄，漏檢率從 15% 降至 3%，提升生產連續性。

5.2 間接效益

提升安全水平：徹底避免人員進入高風險管道（有毒氣體、墜落隱患），減少安全事故發生率，保障員工健康。

助力智能化轉型：巡檢數據數字化存儲，通過分析積灰、銹蝕趨勢，優化管道維護計劃（如制定針對性清灰周期），推動鋼鐵企業設備管理向 “預測性維護” 升級。

符合環保要求：及時發現除塵管道泄漏，避免粉塵超標排放，助力企業滿足環保法規，減少罰款風險。