新式化工安全传感器智能技术

2018-03-30蔡荣欣

上海化工 2018年7期

化学工业中的许多场合使用安全传感器已有多年历史，其中包括用于监控雇员的健康和安全。在这些应用中传感器特别有助于采集数据，如识别危险化学品对于工作人员的潜在暴险、受限空间的入口、危险源探测等。然而，许多该类传感器的体积大，需要进行手持或者安放在装置流程的特定位置。不久前，小型的先进传感器技术问世，可将其嵌入诸如头盔、智能手表和智能眼镜等可穿戴物件上，并可接入到现代强大的通讯基础设施中，这对于加强化工雇员的人身安全颇具贡献意义。

“随着小型传感器和微处理器的出现，监控器变得紧凑并可穿戴，不再需要容易干扰工人作业的连接线，是无线形式的，能将信息传输进物联网（Internet of Things）或者云端，因此数据可下载到电脑进行实时分析。小型无线的传感器关乎雇员暴露单位数据的采集，具有改变此前健康与安全范例的潜力。”美国工业卫生协会战略与技术常务董事Hayward作如是说，“例如，在一个特定的化工厂单元，配以合适的方法和程序，将可穿戴传感器安置在操作人员身上，当他们进入到有过量特殊物质暴露的区域，就发出警报。报警系统一经触发，随即进行暴露探查，中心处理器收集数据并进行分析，确定是何时、何地以及触发警报的原因，能以近乎实时的方式对状态进行纠正。”

另一方面的进步是将这些小型而且先进的传感器布置在操作单元周围和设备的栅栏处，链接到通讯基础设施中，以提供近乎实时的数据分析。当出现紧急情况，数据将有助于做出应急的相应决策。

一、过程传感器的安全应用

用在液位计量、泄漏探测的传感器以及可调谐二极管激光器（TDL）目前开始在化学工业中为避免事故、防止过程失控的目的上派用场，得以保证工厂和人员更加安全。

“我们见闻传统上其他用途的传感器正在用于包括过程以及人员的安全用途，”美国横河公司系统产品经营主任Gene Cammack说，“例如，我们将TDL分析仪用于许多安全项目，它开启一个开放路径检查贯穿沸腾器的所有路线，查找可能引发安全问题的特殊气体。这是一种全新的尝试，TDL技术用作安全相关的传感器，而不仅是传统意义上计量过程的内容。”因TDL技术的射出光束穿越空间监测特征气体，可使其检查沸腾器中诸如氧、二氧化碳、烃类。他还表示：“以前使用点式传感器，许多区域无法做此监测。然而只因TDL为非接触技术，传感器不必埋入气流之中，不同的是TDL具备贯穿沸腾器整体观测内部状态更宽扩的视野，使其远更有利于检查沸腾器、裂化设备、精炼装置等的安全状态，发生爆炸常由静电沉淀器内的废气导致。”

TDL的另一优势在于能提供实时信息。

欧姆龙（Omron）公司的安全工程师Tina Hull也看出同样趋势，他表示：“我们认识到，用不安全的传感器去监测活动或是事故，具有置人员于有害区域或状态的风险，因此采用更先进的传感器，比如检查泄漏，所提供的就已经超过安全传感器本身的意义。”例如，在泄漏开始发生时监测到并且进行快速纠正，就能减少人员滑到、跌倒的概率。安全应用关键在于立即纠正问题，从而减少后续接近危险区域的几率性。

而且，非传统传感器可与安全传感器联用作为进一步的改良。例如，当使用机械式自动控制器，它整合了动作、机器人学、安全意愿等诸要素，以欧姆龙公司的结构化查询语言（SQL）进行传感，可通过日期和时间表示进行追踪。“这一信息可用于发觉趋势并指导设计改进，”Hull说，“举个例子，液体泄漏传感器在一个相符时间点如在下午4：00监测到净化设备的泄漏，安全设备记录了在该监测起点的30 min内连锁安全开关被激活的动作，连锁安全设备一经激活就将装置切换至安全状态，数据警示意味着在系统中的某处需要进行整改：可能是由于加热器件太靠近净化设备了，需要调换位置或是进行隔热。此种整改将有利于减少泄漏的发生，进而可减少操作人员进入有害区域的需要，甚至于提高生产。”

此外，设备因自我诊断功能而变得更加可靠，使安全性进一步提升。Endress+Hauser公司的商务经理介绍说，单元内安置有诊断器，如用监视器线路来确保微处理器的正常运行，而且相互间通讯畅通。后台在不间断运作的情况下进行全时监控，如果系统出错或出现什么故障，使用人便会收到一则警示通知。

二、当下决定安全的未来

强化安全的这一传感器技术，能否与诸如头盔、智能手表和智能眼镜的可穿戴设备结合，似乎是未来的事，可当下正在开始慢慢向工业过程挺进。

例如，Honeywell公司提出的联系工人解决方案，以提供安全智能来减少工人受伤以及防止“有人倒下”场景的死亡事故。该解决方案融合了传感器采集与提示的功能，通过从一个工人身上穿戴的各种传感器采集数据，经编制而提供那个工人正在做什么的一张准确的图片。解决方案监测工人的毒性气体暴露、呼吸、心率、姿势和动作，得到的数据和可动性智能在远程一个云端可视的仪表板上显示，向工厂管理者和事件指挥员提供信息，便于较好地预测不安全条件进而防止可能威胁工人安全的潜在性“有人倒下”的场景。

UPskill公司提供一个Skyline平台，利用传感器技术将工人互相之间以及实时信息连接起来，其基本目的是联络、保持安全、提供信息给用手作业的劳动力，利用可穿戴技术诸如智能眼镜的好处是工人可腾出手来，不影响保持眼睛、两手持续从事的作业。这样，在涉及危险作业中提高生产力、改善安全和增加整体设施的效率。智能眼镜等可穿戴件可以随处供给手作业工人，因此大量生成的数据源自这些操作人员，数据返回系统供进行分析，使工人们更具智慧。此外系统信息可共享，包括行动和安全程序的步骤。另一个强化安全的例子，称为“易看我所看”场景，使进入危险区域的人数可以减少，因只需利用智能眼镜上的前置摄像头，就可通过远程专家提供"肩扛式"指导，让工人去完成危险区域的任务，如此便无需整个团队都进入危险区域。

加拿大Vandrico Solutions公司正在探索利用网络传感器与软件和电子技术相结合来提高矿工的安全性。潜在的用途之一为使用能够测定岩石位移和地震活动的传感器，将其联上软件和可穿戴设备，用来自动向工人发送实时警报。“开矿作业中通常难于传播信号，所以我们利用的一种理论就是可穿戴技术，比如头盔、智能手表和头戴显示器，因随身体而动，有助于确定工人的实时位置，在需要之时获取工人的注意力。”Vandrico的总裁 Gonzalo Tuleda说，“由于大量地使用智能手机，人们都有信息疲劳感，通告信息容易被忽视，可一旦需要时在手腕的一个振动或是硬质帽子下的闪烁光会获取工人的注意力，通过将矿里传感器与可穿戴传感器结合运作，便可自动提供实时的安全警报。”

三、总结

先进的安全解决方案建立在这样几个系统性的成分之上。首先，多数方案中均利用先进传感器来检测危险因素，诸如某化学物质或是气体的化学参数，所得数据经由通讯基础设施，从A点向B点传输。例如蓝牙发射器将信息发到手机或可穿戴设备，由WiFi网络送去控制室或云端存储。其次，通讯基础设施还可纳入定位技术用于确定人员和传感器的位置。第三个成分就是软件系统，软件需要帮助从传感器及其平台传译信息，软件还应具有逻辑组元，进行数据分析并做实时的决定，究竟是否报告状态超限或是报告事故临发。此外软件将工人和传感器同信息技术基础设施连接起来，使他们接近所需要的信息，还能由物联网或WiFi网络联系工人，向其提供情况知会。