新式化工安全傳感器智能技術

化學工業中的許多場合使用安全傳感器已有多年歷史，其中包括用于監控雇員的健康和安全。在這些應用中傳感器特別有助于采集數據，如識別危險化學品對于工作人員的潛在暴險、受限空間的入口、危險源探測等。然而，許多該類傳感器的體積大，需要進行手持或者安放在裝置流程的特定位置。不久前，小型的先進傳感器技術問世，可將其嵌入諸如頭盔、智能手表和智能眼鏡等可穿戴物件上，并可接入到現代強大的通訊基礎設施中，這對于加強化工雇員的人身安全頗具貢獻意義。

“隨著小型傳感器和微處理器的出現，監控器變得緊湊并可穿戴，不再需要容易干擾工人作業的連接線，是無線形式的，能將信息傳輸進物聯網（Internet of Things）或者云端，因此數據可下載到電腦進行實時分析。小型無線的傳感器關乎雇員暴露單位數據的采集，具有改變此前健康與安全范例的潛力?！泵绹I衛生協會戰略與技術常務董事Hayward作如是說，“例如，在一個特定的化工廠單元，配以合適的方法和程序，將可穿戴傳感器安置在操作人員身上，當他們進入到有過量特殊物質暴露的區域，就發出警報。報警系統一經觸發，隨即進行暴露探查，中心處理器收集數據并進行分析，確定是何時、何地以及觸發警報的原因，能以近乎實時的方式對狀態進行糾正?！?/p>

另一方面的進步是將這些小型而且先進的傳感器布置在操作單元周圍和設備的柵欄處，鏈接到通訊基礎設施中，以提供近乎實時的數據分析。當出現緊急情況，數據將有助于做出應急的相應決策。

一、過程傳感器的安全應用

用在液位計量、泄漏探測的傳感器以及可調諧二極管激光器（TDL）目前開始在化學工業中為避免事故、防止過程失控的目的上派用場，得以保證工廠和人員更加安全。

“我們見聞傳統上其他用途的傳感器正在用于包括過程以及人員的安全用途，”美國橫河公司系統產品經營主任Gene Cammack說，“例如，我們將TDL分析儀用于許多安全項目，它開啟一個開放路徑檢查貫穿沸騰器的所有路線，查找可能引發安全問題的特殊氣體。這是一種全新的嘗試，TDL技術用作安全相關的傳感器，而不僅是傳統意義上計量過程的內容?！币騎DL技術的射出光束穿越空間監測特征氣體，可使其檢查沸騰器中諸如氧、二氧化碳、烴類。他還表示：“以前使用點式傳感器，許多區域無法做此監測。然而只因TDL為非接觸技術，傳感器不必埋入氣流之中，不同的是TDL具備貫穿沸騰器整體觀測內部狀態更寬擴的視野，使其遠更有利于檢查沸騰器、裂化設備、精煉裝置等的安全狀態，發生爆炸常由靜電沉淀器內的廢氣導致?！?/p>

TDL的另一優勢在于能提供實時信息。

歐姆龍（Omron）公司的安全工程師Tina Hull也看出同樣趨勢，他表示：“我們認識到，用不安全的傳感器去監測活動或是事故，具有置人員于有害區域或狀態的風險，因此采用更先進的傳感器，比如檢查泄漏，所提供的就已經超過安全傳感器本身的意義?！崩?，在泄漏開始發生時監測到并且進行快速糾正，就能減少人員滑到、跌倒的概率。安全應用關鍵在于立即糾正問題，從而減少后續接近危險區域的幾率性。

而且，非傳統傳感器可與安全傳感器聯用作為進一步的改良。例如，當使用機械式自動控制器，它整合了動作、機器人學、安全意愿等諸要素，以歐姆龍公司的結構化查詢語言（SQL）進行傳感，可通過日期和時間表示進行追蹤?！斑@一信息可用于發覺趨勢并指導設計改進，”Hull說，“舉個例子，液體泄漏傳感器在一個相符時間點如在下午4：00監測到凈化設備的泄漏，安全設備記錄了在該監測起點的30 min內連鎖安全開關被激活的動作，連鎖安全設備一經激活就將裝置切換至安全狀態，數據警示意味著在系統中的某處需要進行整改：可能是由于加熱器件太靠近凈化設備了，需要調換位置或是進行隔熱。此種整改將有利于減少泄漏的發生，進而可減少操作人員進入有害區域的需要，甚至于提高生產?！?/p>

此外，設備因自我診斷功能而變得更加可靠，使安全性進一步提升。Endress+Hauser公司的商務經理介紹說，單元內安置有診斷器，如用監視器線路來確保微處理器的正常運行，而且相互間通訊暢通。后臺在不間斷運作的情況下進行全時監控，如果系統出錯或出現什么故障，使用人便會收到一則警示通知。

二、當下決定安全的未來

強化安全的這一傳感器技術，能否與諸如頭盔、智能手表和智能眼鏡的可穿戴設備結合，似乎是未來的事，可當下正在開始慢慢向工業過程挺進。

例如，Honeywell公司提出的聯系工人解決方案，以提供安全智能來減少工人受傷以及防止“有人倒下”場景的死亡事故。該解決方案融合了傳感器采集與提示的功能，通過從一個工人身上穿戴的各種傳感器采集數據，經編制而提供那個工人正在做什么的一張準確的圖片。解決方案監測工人的毒性氣體暴露、呼吸、心率、姿勢和動作，得到的數據和可動性智能在遠程一個云端可視的儀表板上顯示，向工廠管理者和事件指揮員提供信息，便于較好地預測不安全條件進而防止可能威脅工人安全的潛在性“有人倒下”的場景。

UPskill公司提供一個Skyline平臺，利用傳感器技術將工人互相之間以及實時信息連接起來，其基本目的是聯絡、保持安全、提供信息給用手作業的勞動力，利用可穿戴技術諸如智能眼鏡的好處是工人可騰出手來，不影響保持眼睛、兩手持續從事的作業。這樣，在涉及危險作業中提高生產力、改善安全和增加整體設施的效率。智能眼鏡等可穿戴件可以隨處供給手作業工人，因此大量生成的數據源自這些操作人員，數據返回系統供進行分析，使工人們更具智慧。此外系統信息可共享，包括行動和安全程序的步驟。另一個強化安全的例子，稱為“易看我所看”場景，使進入危險區域的人數可以減少，因只需利用智能眼鏡上的前置攝像頭，就可通過遠程專家提供"肩扛式"指導，讓工人去完成危險區域的任務，如此便無需整個團隊都進入危險區域。

加拿大Vandrico Solutions公司正在探索利用網絡傳感器與軟件和電子技術相結合來提高礦工的安全性。潛在的用途之一為使用能夠測定巖石位移和地震活動的傳感器，將其聯上軟件和可穿戴設備，用來自動向工人發送實時警報?！伴_礦作業中通常難于傳播信號，所以我們利用的一種理論就是可穿戴技術，比如頭盔、智能手表和頭戴顯示器，因隨身體而動，有助于確定工人的實時位置，在需要之時獲取工人的注意力?！盫andrico的總裁 Gonzalo Tuleda說，“由于大量地使用智能手機，人們都有信息疲勞感，通告信息容易被忽視，可一旦需要時在手腕的一個振動或是硬質帽子下的閃爍光會獲取工人的注意力，通過將礦里傳感器與可穿戴傳感器結合運作，便可自動提供實時的安全警報?！?/p>

三、總結

先進的安全解決方案建立在這樣幾個系統性的成分之上。首先，多數方案中均利用先進傳感器來檢測危險因素，諸如某化學物質或是氣體的化學參數，所得數據經由通訊基礎設施，從A點向B點傳輸。例如藍牙發射器將信息發到手機或可穿戴設備，由WiFi網絡送去控制室或云端存儲。其次，通訊基礎設施還可納入定位技術用于確定人員和傳感器的位置。第三個成分就是軟件系統，軟件需要幫助從傳感器及其平臺傳譯信息，軟件還應具有邏輯組元，進行數據分析并做實時的決定，究竟是否報告狀態超限或是報告事故臨發。此外軟件將工人和傳感器同信息技術基礎設施連接起來，使他們接近所需要的信息，還能由物聯網或WiFi網絡聯系工人，向其提供情況知會。

四、可穿戴傳感器的未來

目前，先進的技術還處在大型企業關鍵應用場合的早期采用階段。然而，僅是早期的采用已經開始出現了在效率和安全方面足夠明顯的增長，正在助推這一技術進入大規模的操作配置，并具有加速的趨勢。在具有危險性的化學工業中，尤受青睞。