引言

電鍍工藝中電鍍槽體的槽液量對(duì)產(chǎn)品加工工藝有直接的影響，槽液的量及濃度在使用中會(huì)減少和降低，因此需對(duì)液體進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)精度的不同可使用模擬量檢測(cè)方式和開關(guān)量檢測(cè)方式。電鍍槽中存在實(shí)時(shí)自動(dòng)添加系統(tǒng)功能時(shí)，需要對(duì)槽液儲(chǔ)存量進(jìn)行精確測(cè)量，需配置模擬量傳感器進(jìn)行檢測(cè)，比如紅外、超聲波或浮球位置傳感器；對(duì)槽液濃度要求不高時(shí)，可采用開關(guān)量檢測(cè)，主要是報(bào)警提示或保護(hù)，浮球式或電極式液位開關(guān)。

 

1 液位計(jì)

液位保護(hù)技術(shù)是通過檢測(cè)元器件對(duì)槽內(nèi)液體的液面進(jìn)行感知傳輸給控制元器件，對(duì)液面進(jìn)行狀態(tài)報(bào)警或控制，保證設(shè)備設(shè)施的安全使用，有工藝要求和安全要求兩方面。電鍍槽內(nèi)使用液位保護(hù)技術(shù)，一方面防止液體過少對(duì)產(chǎn)品加工質(zhì)量影響，一方面防止加熱元器件裸露干燒而發(fā)生損壞或安全事故。液位保護(hù)元器件主要有浮球式、電極式、超聲波、紅外線等，材料有塑料、不銹鋼、鈦合金等多種，主要根據(jù)使用的工況及保護(hù)的功能不同而不同。

 

1.1 浮球式液位計(jì)

        浮球式液位計(jì)是利用液體浮力將液位計(jì)的空心球體或比液體比重小的物體漂浮于液體表面，隨著液體表面上下變動(dòng)的而上下運(yùn)動(dòng)，再通過機(jī)械機(jī)構(gòu)或電磁感應(yīng)將動(dòng)作信號(hào)進(jìn)行獲取，而后傳遞給控制器進(jìn)行控制或報(bào)警動(dòng)作。

 

1.2 電極式液位計(jì)

        電極式液位計(jì)是利用液體導(dǎo)電性能測(cè)量液體液位。主要是液位計(jì)兩電極芯于具有導(dǎo)電性能的槽液進(jìn)行接觸而導(dǎo)通和分離而斷開的原理，來獲取實(shí)際液體的頁面高度。

 

1.3 紅外液位計(jì)

        紅外式液位計(jì)是利用光線的折射及反射原理，光線在兩種不同介質(zhì)的分界面將產(chǎn)生反射或折射現(xiàn)象，當(dāng)被測(cè)液體處于高位時(shí)，被測(cè)液面與光電開關(guān)形成一種分界面。當(dāng)被測(cè)液體處于低位時(shí)，空氣與光電開關(guān)形成一種分界面，這兩種分界面使光電開關(guān)內(nèi)部光接受晶體所接收的反射光強(qiáng)度不同，及對(duì)應(yīng)兩種不同的開關(guān)狀態(tài) [1] 。

 

1.4 超聲波液位計(jì)

        超聲波液位計(jì)是由超聲波換能器發(fā)出超聲波脈沖，經(jīng)液體表面反射后被超聲波接受器接受，通過壓電晶體或磁致伸縮器件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并由聲波的發(fā)射和接受之間的時(shí)間差來計(jì)算傳感器到被測(cè)液體表面的距離。

 

2 液位保護(hù)原理及應(yīng)用

        液位保護(hù)原理是通過液位計(jì)將液面高度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動(dòng)作或電氣信號(hào)，再通過控制機(jī)構(gòu)或控制器對(duì)預(yù)定液面zui低安全液面進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，低于zui低安全液面時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示并進(jìn)行槽液自動(dòng)添加或停止其他加工動(dòng)作，保證產(chǎn)品質(zhì)量和防止安全生產(chǎn)事故。目前主要采用電氣控制信號(hào)，可應(yīng)用于報(bào)警和動(dòng)作執(zhí)行雙重控制，具體原理如圖 1 所示。

2.1 液位計(jì)選擇及應(yīng)用

        液位計(jì)是整個(gè)液位保護(hù)系統(tǒng)中的檢測(cè)元器件，液位的變化或高度數(shù)量由其首先感知，因此液位保護(hù)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的首要保證器件，工作原理和可靠性的選擇是重中之重。根據(jù)液體的腐蝕性、導(dǎo)電性、污濁性等而進(jìn)行選擇。具有腐蝕性的液體，可采用防腐材料的液位計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，比如不銹鋼、鈦合金、氟塑料等液位計(jì)，或者可選擇非接觸式液位計(jì)，外紅和超聲波、聲叉液位計(jì)等。具有導(dǎo)電性的液體可選用電極式，有電阻、電容、電感等各種類型。污濁性液體或液面具有泡沫等干擾因素，就要考慮選擇的方式是否適用，帶桿浮球式適用于液體潔凈度較好工況，卻不會(huì)影響加工機(jī)械，可固定安裝，無桿式浮球，對(duì)液體潔凈度無要求，但其為非固定式安裝，可能會(huì)和機(jī)械攪拌機(jī)構(gòu)纏繞發(fā)生事故。

 

在超聲波及紅外等非接觸式液位計(jì)對(duì)安裝及槽內(nèi)加工動(dòng)作影響下，在槽內(nèi)尺寸不足時(shí)可選擇，超聲波有側(cè)面貼片式安裝。根據(jù)不同控制功能的需要，選擇的電信號(hào)也不同。只是對(duì)zui低液位報(bào)警，考慮生產(chǎn)成本，只需選擇輸出開關(guān)量的液位計(jì)即可，有電極式、浮球式干簧管、紅外等液位開關(guān)。如果對(duì)液體減少量進(jìn)行檢測(cè)并控制槽內(nèi)濃度，或帶有自動(dòng)槽液配置系統(tǒng)，應(yīng)選擇帶有變送器的液位傳感器，浮球式、紅外式、超聲波、壓力、聲叉等液位計(jì) [2] 。

 

2.2 液位保護(hù)應(yīng)用

        液位保護(hù)應(yīng)用主要是通過檢測(cè)槽內(nèi)液體液面的變化，自動(dòng)執(zhí)行報(bào)警提示、自動(dòng)添加槽液、停止攪拌、停止加熱、停止過濾及產(chǎn)品加工等功能。由于電鍍工藝是批量生產(chǎn)工序，且過程職業(yè)危害較重，目前多數(shù)生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施為自動(dòng)化生產(chǎn)線，要求可靠性比較高。

 

        本文主要以安全生產(chǎn)方面功能做主要介紹。檢測(cè)傳感器選擇完成后，要達(dá)到自動(dòng)控制，目前多數(shù)為可編程控制器控制。開關(guān)量信號(hào)或（4～20）mV 模擬量信號(hào)傳遞給可編程控制器，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行比較計(jì)算，得出液位滿足或不滿足結(jié)論。滿足結(jié)論可不輸出相應(yīng)動(dòng)作，或?qū)σ何粻顟B(tài)和具體高度進(jìn)行顯示，不滿足液位要輸出報(bào)警信號(hào)，并停止加工及停止加熱等動(dòng)作，安全生產(chǎn)考慮主要是停止加熱，防止干燒引起火災(zāi)事故，因?yàn)槟壳罢羝訜峤ㄔO(shè)投資大，多數(shù)為電加熱管加熱方式，火災(zāi)危險(xiǎn)性增大。

 

        要想保證液位保護(hù)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，只保證液位計(jì)的硬件可靠性是不夠的，還要保證可編程控制器接收的信號(hào)的準(zhǔn)確性、控制器的可靠性及執(zhí)行元器件的安全可靠性，zui終達(dá)到液位保護(hù)功能的完成。前面已對(duì)液位計(jì)進(jìn)行了論述，安全生產(chǎn)控制主要是液位達(dá)到zui低安全液位時(shí)必須準(zhǔn)確，而如何保證信號(hào)的準(zhǔn)確性，主要是排除干擾因素。因?yàn)榧庸み^程中要進(jìn)行攪拌或過濾等動(dòng)作，液位是波浪起伏的，波動(dòng)頻率隨攪拌頻率或槽體尺寸不同而有差異，一般為（1～3）s。其他電器干擾多為毫秒級(jí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)間很短，因此在信號(hào)處理時(shí)對(duì)其進(jìn)行濾波處理，硬件濾波或軟件濾波都可達(dá)到目的，一般使用可編程控制器內(nèi)部時(shí)間繼電器進(jìn)行遲滯處理，排除干擾信號(hào)，確保信號(hào)的準(zhǔn)確性 [3] 。

 

        可編程控制器的可靠性都比較高，目前主流產(chǎn)品都能滿足工廠工況的要求，但也有地域性差異的影響不可忽略，南方潮濕北方干燥，雨季和非雨季，電磁場(chǎng)干擾等，解決以上問題主要是電器柜防護(hù)或主動(dòng)干燥處理，一般加強(qiáng)室內(nèi)和電器柜通風(fēng)或加干燥劑進(jìn)行處理。執(zhí)行元器件對(duì)于電氣加熱管系統(tǒng)主要采用固態(tài)繼電器或接觸器作為動(dòng)作控制輸出元器件，主電路帶空氣開關(guān)。要保證主電路的安全可靠，主要是防止漏電傷人、短路火災(zāi)事故和干燒火災(zāi)事故，前兩種事故主要通過選擇帶漏電保護(hù)功能的漏電保護(hù)器來防止，防干燒主要是考慮控制元器件的關(guān)斷能力。由于負(fù)載為電氣加熱管，經(jīng)常會(huì)腐蝕擊穿短路，造成固態(tài)繼電器過流擊穿失效，接觸器觸點(diǎn)過流燒蝕無法斷開，執(zhí)行元器件無法斷開后如沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能造成干燒后引起火災(zāi)安全事故。為防止干燒可進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，但是成本較高，主要設(shè)計(jì)為對(duì)執(zhí)行電氣元器件進(jìn)行功能失效檢測(cè)報(bào)警，檢測(cè)固態(tài)繼電器或接觸器輸出信號(hào)和 PLC 輸出信號(hào)是否一致，不一致則為誤動(dòng)作，進(jìn)行報(bào)警提示，并選擇帶電磁脫扣線圈的主要空氣開關(guān)作為主加熱電路控制器，通過報(bào)警信號(hào)將加熱主電路電源切斷，防止事故發(fā)生 [4，5] 。

 

3 結(jié)束語

        通過分析，要想保證液位保護(hù)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需根據(jù)工藝方式、液體性能、使用環(huán)境等因素綜合考核選擇元器件和保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證其正常使用，防止安全事故發(fā)生，達(dá)到本質(zhì)安全水平。