工廠實(shí)用安全液位報(bào)警系統(tǒng)的制作

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程學(xué)院 譚婕娟

工廠實(shí)用安全液位報(bào)警系統(tǒng)的制作

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程學(xué)院 譚婕娟

本文結(jié)合工業(yè)液體現(xiàn)場(chǎng)排放存在問(wèn)題的實(shí)際情況，使用液位浮子傳感器設(shè)計(jì)了一款實(shí)效性很強(qiáng)的液位光電報(bào)警設(shè)備，在實(shí)際使用中，減少了人力，減少了事故，符合工廠安全生產(chǎn)要求，在工廠中得到了普遍適用。

浮子傳感器；光電報(bào)警；繼電器

1 引出問(wèn)題

公司從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)了二手設(shè)備，承擔(dān)著進(jìn)行有機(jī)溶劑清洗的工藝流程。在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)了多次改造，但仍存在一個(gè)問(wèn)題：機(jī)臺(tái)的主要操作方式仍為“手動(dòng)操作”。 這個(gè)“手動(dòng)操作”包括手動(dòng)加液、手動(dòng)作業(yè)及手動(dòng)排液，產(chǎn)生的廢液為現(xiàn)場(chǎng)廢液桶收集方式。

該機(jī)臺(tái)使用的有機(jī)化學(xué)液有EKC及IPA兩種，其中IPA的閃點(diǎn)只有12℃度屬于易然液體，EKC得燃點(diǎn)為110℃，當(dāng)IPA出現(xiàn)燃燒時(shí)極易點(diǎn)燃EKC，在機(jī)器內(nèi)部設(shè)計(jì)裝有溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，可以預(yù)防生產(chǎn)時(shí)機(jī)臺(tái)發(fā)生的火災(zāi)，同時(shí)機(jī)臺(tái)采用的排液方式為“助力排液”，既依靠泵將槽內(nèi)的廢液打到排液管路，然后依靠重力排向下夾層的廢液收集柜的廢液桶中，廢液收集柜安裝有防火設(shè)置和特種氣體報(bào)警裝置，然而廢液收集桶只能安裝有防漏盤(pán)及漏液傳感器?？紤]如有漏液產(chǎn)生異味引起特種氣體腐蝕劇毒類(lèi)氣體報(bào)警，造成現(xiàn)場(chǎng)工作人員撤離、生產(chǎn)線停產(chǎn)，所以排液時(shí)均需要安排專(zhuān)人值守，防止漏液引發(fā)誤報(bào)。

2 分析問(wèn)題

圖1 現(xiàn)場(chǎng)工作圖

由于排放廢液方式為“手動(dòng)操作”，完全由上下2層操作人員口頭來(lái)回通知。上層操作人員通知下層操作人員需要排液，下層操作人員檢查有機(jī)廢液收集桶狀況，預(yù)估可收集廢液量，同時(shí)告知上層操作人員排多少液量后必須停止操作，待下層操作人員重新更換廢液收集桶后再繼續(xù)進(jìn)行排液操作，如圖1。

由于是廢液收集桶與操作機(jī)器臺(tái)工作現(xiàn)場(chǎng)上下分離，距離較遠(yuǎn)。生產(chǎn)線工作方式為24小時(shí)制，排液操作時(shí)上下工人不固定；排液方式不固定，有時(shí)整體一次排完，有時(shí)邊沖洗邊排液，造成排液時(shí)間不固定（10分鐘到2個(gè)小時(shí)的差異）。如果中間有換班溝通不足或人員有其他原因離開(kāi)，無(wú)人值守，就有可能造成液體過(guò)量排放，有機(jī)廢液溢出的安全隱患。

當(dāng)不同操作人員預(yù)估量與實(shí)際量差異大會(huì)造成溢出，而上層排液時(shí)間長(zhǎng)而下層無(wú)人職守時(shí)就會(huì)造成溢出，但通過(guò)分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因均是操作人員無(wú)法明確排液量多少造成，如可量化排液指標(biāo)，并及時(shí)通知停止排液，就可避免此類(lèi)安全事故。

3 解決問(wèn)題

為從根本上解決有機(jī)廢液桶溢液?jiǎn)栴}，我們認(rèn)為在有機(jī)廢液桶上安裝液位傳感裝置，排液時(shí)，當(dāng)廢液桶的液面到達(dá)警戒線時(shí)會(huì)觸發(fā)上層機(jī)臺(tái)報(bào)警器（報(bào)警燈閃及蜂鳴），提醒位于上層的操作人員停止排液，就可以防止出現(xiàn)溢液現(xiàn)象。

圖2 改進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)工作圖

3.1 報(bào)警系統(tǒng)需求分析

排液時(shí)，液位到達(dá)廢液桶警戒線時(shí)觸發(fā)報(bào)警，觸發(fā)報(bào)警為必然事件，報(bào)警必須準(zhǔn)確有效；

觸發(fā)報(bào)警后，上層操作人員停止排液，等待更換新的廢液桶，由于廢液桶在下層，在進(jìn)行更換廢液桶作業(yè)時(shí)，不方便與上層操業(yè)人員進(jìn)行溝通確認(rèn)是否更換完成，所以在整個(gè)更換過(guò)程中，報(bào)警必須持續(xù)；

更換廢液桶作業(yè)完成后才可消除報(bào)警；

報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)單安全可靠；

液位報(bào)警系統(tǒng)材料選擇要求符合安全要求。

3.2 報(bào)警器設(shè)計(jì)分析

當(dāng)廢液桶液滿報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生后，下層操作人員更換廢液桶。在這一步中，操作人員更換廢液桶時(shí)，需要將傳感器從廢液桶中移開(kāi)，將使控制端信號(hào)消失，輸出端斷開(kāi)后使報(bào)警燈失效。而此時(shí)處于上層的工作人員不能知曉下層廢液桶的更換工作是否完成，很可能由于交接或其他問(wèn)題導(dǎo)致在沒(méi)有放置廢液桶的情況下發(fā)生誤排事故，為了徹底杜絕上述問(wèn)題的出現(xiàn)，最有效的方法就是在更換廢液桶直至完成必須保持報(bào)警燈亮態(tài)。

為解決這一問(wèn)題，對(duì)報(bào)警系統(tǒng)的電路進(jìn)行逆推。報(bào)警燈保持亮態(tài)，就需要輸出端回路一直保持導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)這一狀況的方法有兩個(gè)：1、控制端回路保持導(dǎo)通狀態(tài)，這樣可以使輸出端導(dǎo)通；2、只使輸出端回路處于導(dǎo)通狀態(tài)。第1種思路簡(jiǎn)單，但可行性較差，因?yàn)橐馆敵龌芈穼?dǎo)通，就要保持傳感器的浮子接觸導(dǎo)通，這就使得廢液桶更換人員多了一項(xiàng)仍有遺漏風(fēng)險(xiǎn)的工作。而第2種可能如果可以實(shí)現(xiàn)，將不存在任何安全死角。但加裝狀態(tài)鎖存裝置可能會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。

如圖3的原理框圖所示，當(dāng)液位到達(dá)警戒線時(shí)，液體的浮力將浮子傳感器的浮子浮起，使浮子傳感器導(dǎo)通，直流電通過(guò)浮子傳感器，加在繼電器控制端，此時(shí)輸出端導(dǎo)通，電流通過(guò)報(bào)警燈，報(bào)警燈常亮。當(dāng)去除浮子傳感器后，報(bào)警燈應(yīng)持續(xù)報(bào)警，直到按下初始化開(kāi)關(guān)后才可取消報(bào)警。

圖3 原理框圖

3.3 電源、報(bào)警燈及連線選擇

電源線可選用電阻率較小的銅線，銅線電阻率是0.0185，橫截面積1cm2，由于下層廢液桶到上層機(jī)臺(tái)距離為30m左右，而驅(qū)動(dòng)繼電器的電流至少為1mA，在綜合考慮到線路損耗和現(xiàn)場(chǎng)安全問(wèn)題，加5V直流電為最適宜電壓，報(bào)警燈由于是在機(jī)臺(tái)外部加裝，可選擇24V直流電驅(qū)動(dòng)的聲光報(bào)警器。

3.4 液位傳感器選擇

通過(guò)對(duì)單位現(xiàn)有設(shè)備化學(xué)品容器使用的傳感器比對(duì)，最終確認(rèn)選用EBR桶（同樣為易燃易爆液體載體）所用浮子傳感器，主要因素為：浮子傳感器結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定；接觸式工作方式，準(zhǔn)確度高，電路只需5V弱電即可，不接觸液體，安全性能好，外密封加工方便，可適合安裝至廢液桶中。

4 結(jié)果及效益分析

在連續(xù)三個(gè)多月的監(jiān)控使用過(guò)程中，該報(bào)警系統(tǒng)未發(fā)生誤報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象，準(zhǔn)確性很好，從報(bào)警器觸發(fā)到廢液桶更換完成，報(bào)警信號(hào)持續(xù)，直至重新按下報(bào)警消除開(kāi)關(guān)，報(bào)警消除。使用效果完全符合簡(jiǎn)單、可靠的設(shè)計(jì)思路，現(xiàn)已在單位生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)推廣使用。

目前工業(yè)化生產(chǎn)制造中使用傳感器檢測(cè)替代人工檢查已是趨勢(shì)，為保障生產(chǎn)工作秩序，消除安全隱患，就必須對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行功能改進(jìn)，這時(shí)靈活的使用工業(yè)控制模塊添加輔助安全設(shè)施?？捎行p少人力需要并滿足現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)要求。