工廠實用安全液位報警系統的制作

西安航空職業技術學院電子工程學院 譚婕娟

工廠實用安全液位報警系統的制作

西安航空職業技術學院電子工程學院 譚婕娟

本文結合工業液體現場排放存在問題的實際情況，使用液位浮子傳感器設計了一款實效性很強的液位光電報警設備，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備，承擔著進行有機溶劑清洗的工藝流程。在生產過程中經過了多次改造，但仍存在一個問題：機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、手動作業及手動排液，產生的廢液為現場廢液桶收集方式。

該機臺使用的有機化學液有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IPA出現燃燒時極易點燃EKC，在機器內部設計裝有溫度檢測報警系統，可以預防生產時機臺發生的火災，同時機臺采用的排液方式為“助力排液”，既依靠泵將槽內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。考慮如有漏液產生異味引起特種氣體腐蝕劇毒類氣體報警，造成現場工作人員撤離、生產線停產，所以排液時均需要安排專人值守，防止漏液引發誤報。

2 分析問題

圖1 現場工作圖

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廢液收集桶狀況，預估可收集廢液量，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進行排液操作，如圖1。

由于是廢液收集桶與操作機器臺工作現場上下分離，距離較遠。生產線工作方式為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，有機廢液溢出的安全隱患。

當不同操作人員預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，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廢液桶溢液問題，我們認為在有機廢液桶上安裝液位傳感裝置，排液時，當廢液桶的液面到達警戒線時會觸發上層機臺報警器（報警燈閃及蜂鳴），提醒位于上層的操作人員停止排液，就可以防止出現溢液現象。

圖2 改進的現場工作圖

3.1 報警系統需求分析

排液時，液位到達廢液桶警戒線時觸發報警，觸發報警為必然事件，報警必須準確有效；

觸發報警后，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，在進行更換廢液桶作業時，不方便與上層操業人員進行溝通確認是否更換完成，所以在整個更換過程中，報警必須持續；

更換廢液桶作業完成后才可消除報警；

報警系統簡單安全可靠；

液位報警系統材料選擇要求符合安全要求。

3.2 報警器設計分析

當廢液桶液滿報警信號產生后，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致在沒有放置廢液桶的情況下發生誤排事故，為了徹底杜絕上述問題的出現，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。

為解決這一問題，對報警系統的電路進行逆推。報警燈保持亮態，就需要輸出端回路一直保持導通狀態，實現這一狀況的方法有兩個：1、控制端回路保持導通狀態，這樣可以使輸出端導通；2、只使輸出端回路處于導通狀態。第1種思路簡單，但可行性較差，因為要使輸出回路導通，就要保持傳感器的浮子接觸導通，這就使得廢液桶更換人員多了一項仍有遺漏風險的工作。而第2種可能如果可以實現，將不存在任何安全死角。但加裝狀態鎖存裝置可能會增加系統的復雜性。

如圖3的原理框圖所示，當液位到達警戒線時，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，此時輸出端導通，電流通過報警燈，報警燈常亮。當去除浮子傳感器后，報警燈應持續報警，直到按下初始化開關后才可取消報警。

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

3.4 液位傳感器選擇

通過對單位現有設備化學品容器使用的傳感器比對，最終確認選用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：浮子傳感器結構原理簡單，性能穩定；接觸式工作方式，準確度高，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 結果及效益分析

在連續三個多月的監控使用過程中，該報警系統未發生誤報漏報現象，準確性很好，從報警器觸發到廢液桶更換完成，報警信號持續，直至重新按下報警消除開關，報警消除。使用效果完全符合簡單、可靠的設計思路，現已在單位生產現場推廣使用。

目前工業化生產制造中使用傳感器檢測替代人工檢查已是趨勢，為保障生產工作秩序，消除安全隱患，就必須對現有的生產系統進行功能改進，這時靈活的使用工業控制模塊添加輔助安全設施。可有效減少人力需要并滿足現場安全生產要求。