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

工廠實用安全液位報警系統(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)場排放存在問題的實際情況，使用液位浮子傳感器設(shè)計了一款實效性很強(qiáng)的液位光電報警設(shè)備，在實際使用中，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；光電報警；繼電器

1 引出問題

公司從國外購買了二手設(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)過程中經(jīng)過了多次改造，但仍存在一個問題：機(jī)臺的主要操作方式仍為“手動操作”。 這個“手動操作”包括手動加液、手動作業(yè)及手動排液，產(chǎn)生的廢液為現(xiàn)場廢液桶收集方式。

該機(jī)臺使用的有機(jī)化學(xué)液有EKC及IPA兩種，其中IPA的閃點只有12℃度屬于易然液體，EKC得燃點為110℃，當(dāng)IPA出現(xiàn)燃燒時極易點燃EKC，在機(jī)器內(nèi)部設(shè)計裝有溫度檢測報警系統(tǒng)，可以預(yù)防生產(chǎn)時機(jī)臺發(fā)生的火災(zāi)，同時機(jī)臺采用的排液方式為“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)置和特種氣體報警裝置，然而廢液收集桶只能安裝有防漏盤及漏液傳感器?？紤]如有漏液產(chǎn)生異味引起特種氣體腐蝕劇毒類氣體報警，造成現(xiàn)場工作人員撤離、生產(chǎn)線停產(chǎn)，所以排液時均需要安排專人值守，防止漏液引發(fā)誤報。

2 分析問題

圖1 現(xiàn)場工作圖

由于排放廢液方式為“手動操作”，完全由上下2層操作人員口頭來回通知。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)器臺工作現(xiàn)場上下分離，距離較遠(yuǎn)。生產(chǎn)線工作方式為24小時制，排液操作時上下工人不固定；排液方式不固定，有時整體一次排完，有時邊沖洗邊排液，造成排液時間不固定（10分鐘到2個小時的差異）。如果中間有換班溝通不足或人員有其他原因離開，無人值守，就有可能造成液體過量排放，有機(jī)廢液溢出的安全隱患。

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

3 解決問題

為從根本上解決有機(jī)廢液桶溢液問題，我們認(rèn)為在有機(jī)廢液桶上安裝液位傳感裝置，排液時，當(dāng)廢液桶的液面到達(dá)警戒線時會觸發(fā)上層機(jī)臺報警器（報警燈閃及蜂鳴），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)場工作圖

3.1 報警系統(tǒng)需求分析

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

觸發(fā)報警后，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，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，所以在整個更換過程中，報警必須持續(xù)；

更換廢液桶作業(yè)完成后才可消除報警；

報警系統(tǒng)簡單安全可靠；

液位報警系統(tǒng)材料選擇要求符合安全要求。

3.2 報警器設(shè)計分析

當(dāng)廢液桶液滿報警信號產(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，需要將傳感器從廢液桶中移開，將使控制端信號消失，輸出端斷開后使報警燈失效。而此時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題導(dǎo)致在沒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警燈亮態(tài)。

為解決這一問題，對報警系統(tǒng)的電路進(jìn)行逆推。報警燈保持亮態(tài)，就需要輸出端回路一直保持導(dǎo)通狀態(tài)，實現(xiàn)這一狀況的方法有兩個：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種思路簡單，但可行性較差，因為要使輸出回路導(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仍有遺漏風(fēng)險的工作。而第2種可能如果可以實現(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，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，直流電通過浮子傳感器，加在繼電器控制端，此時輸出端導(dǎo)通，電流通過報警燈，報警燈常亮。當(dāng)去除浮子傳感器后，報警燈應(yīng)持續(xù)報警，直到按下初始化開關(guān)后才可取消報警。

圖3 原理框圖

3.3 電源、報警燈及連線選擇

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)臺距離為30m左右，而驅(qū)動繼電器的電流至少為1mA，在綜合考慮到線路損耗和現(xiàn)場安全問題，加5V直流電為最適宜電壓，報警燈由于是在機(jī)臺外部加裝，可選擇24V直流電驅(qū)動的聲光報警器。

3.4 液位傳感器選擇

通過對單位現(xiàn)有設(shè)備化學(xué)品容器使用的傳感器比對，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)三個多月的監(jiān)控使用過程中，該報警系統(tǒng)未發(fā)生誤報漏報現(xiàn)象，準(zhǔn)確性很好，從報警器觸發(fā)到廢液桶更換完成，報警信號持續(xù)，直至重新按下報警消除開關(guān)，報警消除。使用效果完全符合簡單、可靠的設(shè)計思路，現(xiàn)已在單位生產(chǎn)現(xiàn)場推廣使用。

目前工業(yè)化生產(chǎn)制造中使用傳感器檢測替代人工檢查已是趨勢，為保障生產(chǎn)工作秩序，消除安全隱患，就必須對現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行功能改進(jìn)，這時靈活的使用工業(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)場安全生產(chǎn)要求。