油气化工防爆仪表视觉识别方案

油气化工场景防爆仪表视觉识别方案

（指针式温度表、磁翻板液位计）

方案编制：上海数采物联网科技有限公司

1 项目概述

2 目标仪表识别分析

3 系统总体架构

4 硬件选型与防爆要求

5 防爆线路铺设方案

6 就地电源取电方案

7 本地识别软件部署

8 安装实施步骤

9 识别参数配置建议

10 安全与防爆管理

11 风险分析与应对措施

12 设备清单与预算参考

13 总结

本方案面向油气化工等易燃易爆场景，针对现场指针式温度表（型号示例：WSS-485，量程-30~100℃）和磁翻板液位计两类就地仪表，采用防爆版定时拍照相机+本地图像识别软件的方式，实现非接触式自动读数采集。方案在满足防爆安全要求的前提下，重点解决相机供电、信号传输线路敷设、就地取电、图像识别算法适配等关键实施问题。

1.1 项目背景

油气化工装置区内存在大量就地指示仪表，传统人工巡检读数存在以下痛点：巡检周期长、数据无法实时进入DCS/SCADA/MES系统、人工抄录易出错、高危区域人员暴露风险大。通过在防爆区部署视觉识别系统，可将就地仪表读数自动转换为数字信号，并接入现有生产信息系统，实现数据自动采集与远程监控。

1.2 设计依据

《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058

《爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求》GB 3836.1

《石油化工企业设计防火标准》GB 50160

《仪表配管配线设计规范》HG/T 20512

《石油化工仪表安装设计规范》SH/T 3104

《仪表系统接地设计规范》HG/T 20513

1.3 方案核心组成

前端采集：防爆版4G/WiFi无线定时拍照相机，配套防爆镜头、补光灯、安装支架

网络传输：工业防爆路由器/交换机，支持有线或4G无线回传

识别软件：数采物联仪表识别软件（本地部署），支持指针式仪表、液位计识别

供电系统：就地220V取电，经防爆配电箱转换为DC 12V为相机供电

数据应用：识别结果通过Modbus/数据库对接DCS、SCADA或MES

2.1 指针式温度表

现场待识别指针式温度表为双金属温度计（型号示例WSS-485），主要特征如下：

表盘为圆形，量程-30℃~100℃，刻度分度值2℃或5℃，精度等级1.5级

黑色指针从表盘中心旋转指示当前温度，部分表盘带有红/绿警示色带

表盘表面为玻璃或树脂材质，存在反光、污渍、水汽等干扰因素

安装方式多为径向或轴向，本体连接管道或设备，相机需正面俯拍

识别方法：采用降噪、边缘检测、变换检测指针和刻度线，通过计算表盘中心到指针回转中心的连线与0刻度线夹角，换算为温度读数。软件支持倾斜表盘的自动纠偏和子区域识别，可有效克服安装角度偏差。

图2-1 仪表识别软件可支持的仪表类型示例（数字水表/多指针表/机械表/LCD液晶表等）

2.2 磁翻板液位计

磁翻板液位计为垂直安装的细长管状仪表，主要特征如下：

主体为不锈钢立管，内部磁性浮子随液位升降，外部翻板翻转显示红白/黄白交界

量程通常0~数米，刻度标尺贴附于立管表面，读数需识别液位界面位置

多为室外高处安装，背景为天空、钢结构、管道，光线变化大

相机安装距离较远，需选用合适焦距镜头，确保整体量程进入视野

识别方法：利用颜色/边缘特征检测翻板红白（或黄白）交界线，结合标尺刻度进行标定，通过变换或深度学习目标检测定位液位高度。对于长量程液位计，可采用多台相机分段覆盖或采用广角镜头整体拍摄。

图2-2 图像识别软件识别结果示例（指针/数字读数与解析结果）

本方案采用“前端防爆拍照相机→网络传输→本地FTP/识别服务器→数据库/业务系统”四层架构。在油气化工防爆区内，相机通过有线或4G无线网络将定时抓拍照片上传至本地FTP服务器，仪表识别软件实时读取图片进行识别，并将识别结果写入MySQL数据库或通过Modbus协议发布给上位系统。

图3-1 防爆仪表视觉识别系统总体架构（爆炸危险区与安全区隔离部署）

3.1 网络架构

内网模式：防爆相机通过WiFi/网线接入现场防爆AP或交换机，照片上传至本地FTP服务器

4G模式：在无法敷设网线或WiFi覆盖不足的区域，相机通过4G无线网络接入企业专网或公网

混合模式：部分点位采用有线，部分偏远/高架点位采用4G，统一汇聚到本地识别服务器

以下为原厂提供的几种典型接入架构示意：

图3-2 内网识别方案架构（WiFi/网线+POE，FTP上传）

图3-3 4G无线接入架构（4G无线路由回传））

3.2 数据流向

相机按设定周期（如5min/15min/30min）自动抓拍仪表照片

照片通过FTP上传至本地识别服务器指定目录

仪表识别软件自动读取图片并执行识别

识别结果写入MySQL数据库，同时通过Modbus Server/Client对外发布

DCS/SCADA/MES通过数据库或Modbus接口获取实时数据

4.1 防爆定时拍照相机

选用数采物联防爆版定时拍照相机（基于4G/WiFi无线定时拍照相机的防爆版本），需满足油气化工现场防爆等级要求。相机本体应采用不锈钢防爆外壳，具备防爆接线腔和防爆格兰头，适用于爆炸性气体环境。

图4-1 定时拍照相机外观（4G/WiFi含配套天线，防爆版采用隔爆外壳）

4.2 镜头选型建议

根据相机与仪表的安装距离及仪表尺寸，参考下表选择镜头：

图4-2 镜头焦距与监控角度/距离对照

4.3 其他配套设备

防爆安装支架：304不锈钢材质，可调俯仰角和水平角，适应不同安装位置

防爆配电箱：内置AC220V/DC12V电源模块、断路器、浪涌保护器、接线端子

防爆挠性连接管：用于电缆从桥架/埋管进入防爆设备，避免硬拉损伤

防爆格兰头：与防爆外壳配合，保证隔爆接合面和密封性

工业交换机/4G路由器：根据现场网络条件选配，需满足防爆区安装要求

识别服务器：工控机或服务器，运行Windows系统，安装VS2015运行环境

油气化工防爆区线路敷设必须满足防爆、防火、防腐蚀、防机械损伤等要求。本方案涉及电源线和信号传输线两类线缆，需分别规划敷设路径和保护措施。

图5-1 防爆线路敷设与就地取电示意图（电源线穿镀锌钢管、信号线穿管、设备可靠接地）

5.1 电源线路

电源类型：AC 220V（取自现场防爆配电箱或就近检修电源）→防爆配电箱内转换为DC 12V→防爆相机

线缆选型建议：电源线采用阻燃耐火电缆（如ZR-YJV22、NH-YJV），穿镀锌钢管或防爆挠性管保护

敷设方式：沿现有电缆桥架、穿管立柱或埋地钢管敷设，严禁与高温管线、工艺管线交叉或近距离平行敷设

防爆接线：所有接线必须在防爆接线箱或防爆配电箱内完成，采用防爆格兰头密封，确保隔爆面完好

接地保护：防爆配电箱、相机外壳、钢管均须可靠接地，接地电阻≤4Ω；仪表系统接地应独立设置

5.2 信号传输线路

有线方式：采用超五类/六类屏蔽网线（STP）或光纤，穿镀锌钢管敷设，接入现场防爆交换机

无线方式：相机通过WiFi/4G无线传输，可减少现场布线，但需保证无线信号覆盖和网络安全；天线应采用防爆天线或安装在安全区

光纤方案：对于长距离、强电磁干扰区域，推荐采用光纤+光电转换器方式，提高传输可靠性

网络安全：4G接入可采用APN专网或VPN加密通道，避免生产数据暴露于公网

5.3 线路敷设注意事项

爆炸危险区域内电缆线路应尽量减少中间接头，确需接头应在防爆接线盒内进行

线路穿越不同爆炸危险区域或不同防火分区时，应采取防火封堵措施

钢管连接处应采用螺纹连接并涂导电膏，确保电气连续性；螺纹啮合扣数不少于5扣

电缆弯曲半径应符合规范要求，避免损伤绝缘层；铠装电缆应可靠接地

所有线路应悬挂标识牌，标明起点、终点、电压等级、用途

防爆相机需要稳定的DC 12V电源供电，就地取电是本方案实施的关键环节。需根据现场实际条件，选择安全、可靠、符合防爆规范的取电方式。

6.1 取电位置选择原则

优先选择距安装点位最近的防爆检修电源箱、就地控制箱或仪表配电箱

取电回路应有独立断路器保护，容量满足相机及补光灯功耗需求（建议单台预留30~50W）

取电点应位于非爆炸危险区域或符合相应防爆等级的设备内部，严禁私拉乱接

若现场无就近电源，需从区域配电室或机柜间敷设专用电源线路

6.2 典型取电方式

方式一：从就地防爆检修电源箱取AC 220V，经防爆配电箱转换为DC 12V供电，适用于多数现场

方式二：从仪表UPS配电回路取电，保证识别系统在市电中断时仍能短时工作

方式三：在无法取电且无防爆电源点的偏远点位，采用防爆锂电池组+太阳能板供电（需评估防爆合规性和维护周期）

6.3 电源容量计算

以单台防爆相机功耗约5~10W（拍照+传输峰值）、补光灯功耗约5W计算，单点运行功耗按15W预留，启动及传输峰值按30W考虑。若采用AC 220V转DC 12V电源适配器，效率按80%计算，单台相机AC侧功耗约19W。建议每台相机配置独立2A DC 12V输出电源模块，并预留20%以上余量。

采用数采物联仪表识别软件作为本地识别引擎，该软件为绿色软件，支持本地目录FTP/HTTP/CGI等多种数据源，可对指针式仪表和液位计进行自动识别。

7.1 软件运行环境

操作系统：Windows 7/10/Server 2012及以上

运行环境：需安装VS2015运行库

硬件配置：推荐i5及以上CPU、8GB内存、固态硬盘，根据接入相机数量调整

数据库：支持MySQL，用于存储识别结果和历史数据

7.2 软件部署方式

FTP模式：相机定时拍照后通过FTP上传至服务器，识别软件监控目录自动识别

CGI模式：软件通过配置自动连接摄像头定时抓取图片并存储识别

服务模式：配置完成后切换为服务模式，开机自启动、自动重启、后台持续运行

7.3 识别模板配置

针对指针式温度表和磁翻板液位计，需在软件中分别建立识别模板：

新增数据源：配置数据源名称，选择本地目录或FTP路径

添加识别模板：输入仪表名称（如“T-101温度表”、“V-201液位计”），保存参数

区域识别：选择一张样本图片，开启区域框选，框选表盘或液位计显示区域

子区域框选：对于指针表，框选指针和刻度区域；对于液位计，框标尺和翻板交界区域

预处理参数：调整高斯滤波、边缘检测、二值化阈值、亮度对比度等参数，提升识别率

识别测试：保存模板后点击识别测试，验证读数准确性，必要时完善OCR模板

图7-1 软件“新增识别仪表/添加模板”配置界面

图7-2 识别区域框选（左：待识别区域；右：具体数字子区域）

图7-3 识别结果与预处理参数调整界面（SVM模式识别率最高）

图8-1 防爆相机安装位置与拍摄示意（指针表正面俯拍、液位计水平对准全量程入镜）

步骤1：现场勘查：确认每台仪表安装位置、取电点、网络接入点、防爆分区等级、光线条件。

步骤2：方案设计：根据勘查结果确定相机安装位置、镜头焦距、线路走向、防爆配电箱位置。

步骤3：设备采购：采购防爆相机、支架、防爆配电箱、线缆、防爆管件等。

步骤4：线路敷设：按规范敷设电源线和信号线，做好接地、防火封堵和标识。

步骤5：设备安装：安装防爆配电箱、防爆相机支架，固定相机并调整角度，确保仪表正对视野。

步骤6：网络配置：配置相机IP、FTP参数、WiFi/4G接入参数，测试照片上传。

步骤7：软件部署：在识别服务器上安装运行环境、识别软件，配置数据源和识别模板。

步骤8：模板标定：对每台仪表进行区域框选、预处理参数调优、识别测试。

步骤9：联调测试：与DCS/SCADA/MES进行接口联调，验证数据刷新、报警、存储功能。

步骤10：培训交付：对运维人员进行操作培训，移交技术资料，进入试运行。

图8-2 现场安装案例参考（相机与就地仪表就近固定安装）

9.1 指针式温度表

拍摄角度：相机光轴尽量垂直于表盘平面，偏差角度控制在±15°以内

拍摄距离：保证表盘占画面宽度1/31/2，推荐距离0.31.0m

补光设置：开启相机补光，避免表盘玻璃反光；夜间或逆光场景提高曝光

识别算法：采用指针检测+刻度匹配模式，设置量程-30~100℃，分度值根据实际设定

异常处理：设置读数波动阈值，连续多次异常时标记为识别失败并告警

9.2 磁翻板液位计

拍摄角度：相机水平对准液位计立管，避免仰视/俯视造成高度比例畸变

拍摄距离：根据量程选择镜头，确保液位计全量程在画面中清晰可见

安装高度：相机安装高度宜与液位计中部齐平，减少透视变形

识别算法：采用边缘/颜色检测定位翻板交界线，结合标尺刻度进行像素-高度标定

环境干扰：避免背景天空过曝、钢结构遮挡、风吹晃动等因素影响

所有进入防爆区的电气设备必须具有有效的防爆合格证

施工前应办理动火、用电、高处、受限空间等作业许可证，落实安全措施

施工人员应穿戴防静电工作服、防爆工具，严禁携带非防爆电子设备进入防爆区

防爆设备安装后应检查隔爆面、紧固件、密封圈完好，严禁私自拆卸

调试和运维应在装置停车或采取隔离措施后进行，避免在运行期间进行可能影响安全的操作

建立设备台账和巡检制度，定期检查线路、接地、相机运行状态和识别准确率

以下清单为单点配置参考，实际数量需根据现场仪表点位确定。价格为估算，具体以采购报价为准。

本方案基于防爆版定时拍照相机和本地仪表识别软件，为油气化工场景提供了一套安全、可靠、非接触式的指针式温度表和磁翻板液位计自动识别解决方案。方案充分考虑了防爆区线路敷设、就地取电、网络传输、识别算法适配等实施影响因素，可根据现场实际条件灵活调整相机安装方式、网络架构和供电方案。建议在正式实施前进行现场详细勘查和样机测试，以优化设备选型和安装位置，确保系统长期稳定运行并满足安全生产管理要求。