基于PLC 控制的砂輪機(jī)安全防護(hù)設(shè)備

吳巨洪

（貴州航天工業(yè)學(xué)校，貴州遵義 563000）

0 引言

根據(jù)砂輪機(jī)安全操作規(guī)程，操作者應(yīng)站立在砂輪機(jī)側(cè)面，嚴(yán)禁正面站立，且嚴(yán)禁兩人同時(shí)使用一臺(tái)砂輪機(jī)。而在實(shí)際操作砂輪機(jī)的過(guò)程中，很多操作者習(xí)慣性地在砂輪機(jī)正面站立或出現(xiàn)兩人同時(shí)使用一臺(tái)砂輪機(jī)的不安全操作行為。

為糾正操作者在砂輪機(jī)操作過(guò)程中的習(xí)慣性不安全操作行為，有些企業(yè)采取對(duì)砂輪機(jī)本體進(jìn)行改造，以達(dá)到安全防護(hù)的目的。但大多數(shù)方案是針對(duì)單臺(tái)砂輪機(jī)改造，不但改造成本高、周期長(zhǎng)、靈活性和通用性差，不宜于推廣和普及，并且不能同時(shí)對(duì)多臺(tái)砂輪機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)此，開(kāi)發(fā)一種預(yù)防砂輪機(jī)操作中習(xí)慣性不安全操作行為的通用型、實(shí)用性、安裝方便的防護(hù)設(shè)備十分必要和迫切。

1 樣機(jī)結(jié)構(gòu)、組成、主要參數(shù)和推廣應(yīng)用原則

該設(shè)備樣機(jī)控制箱分為內(nèi)外兩層，內(nèi)層主要安裝以PLC 為核心的低壓控制電路，出現(xiàn)故障時(shí)由專業(yè)人員開(kāi)啟內(nèi)層面板進(jìn)行維修操作。外層安裝控制按扭，作為操作人員正常操作時(shí)的控制按鈕。通過(guò)此設(shè)計(jì)，可提高設(shè)備的操作安全性。

控制箱長(zhǎng)×寬×高為（500×400×260）mm，內(nèi)層安裝1 個(gè)三菱FX1N 系列PLC（FX1N—40MR）、1 個(gè)低壓斷路器（16 A）、5 個(gè)熔斷器（3 A）、3 個(gè)接觸器（AC 24 V）、1 個(gè)變壓器（220/24 V）。外層9 個(gè)控制按鈕、12 個(gè)光電傳感器、6 個(gè)提示報(bào)警燈分，分別安裝在3 臺(tái)砂輪機(jī)的XZ 軸投影面墻上。

在實(shí)際推廣應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際砂輪機(jī)數(shù)量，確定PLC 的型號(hào)（主要是PLC 輸入、輸出觸點(diǎn)數(shù)目的是否滿足控制需求）、接觸器、控制按鈕數(shù)量，靈活定制合適的控制箱尺寸。同時(shí)，外層光電傳感器和提示報(bào)警燈的數(shù)量隨之改變。

2 樣機(jī)監(jiān)控單臺(tái)砂輪機(jī)傳感器安裝位置

監(jiān)控單臺(tái)砂輪機(jī)在操作過(guò)程中的習(xí)慣性不安全操作行為采用4 個(gè)光電傳感器1，2，3，4，全部安置于砂輪機(jī)XZ 投影面的墻上。

如圖1 所示，傳感器1、傳感器2 安置于兩砂輪片防護(hù)罩水平高度最高點(diǎn)切線的正上方30～50 mm 的墻上，作用是探測(cè)處于砂輪機(jī)正前方站立的人體；傳感器3、傳感器4 以一定角度安置于傳感器1、傳感器2 等高的內(nèi)側(cè)，作用是探測(cè)處于砂輪機(jī)側(cè)面及兩砂輪片中間站立的人體。樣機(jī)監(jiān)控單臺(tái)砂輪機(jī)電氣原理見(jiàn)圖2，PLC 梯形圖見(jiàn)圖3。

圖1 監(jiān)控單臺(tái)砂輪機(jī)傳感器安裝示意

圖2 監(jiān)控單臺(tái)砂輪機(jī)主電路

3 設(shè)備的控制狀態(tài)和效果

本設(shè)備具有自動(dòng)警戒控制和提示報(bào)警警戒控制兩種狀態(tài)。

3.1 自動(dòng)警戒控制狀態(tài)

指砂輪機(jī)處于自動(dòng)安全防護(hù)警戒狀態(tài)。操作人員的站位處于不安全狀態(tài)下，3 s（可調(diào)）后控制系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警；如果該行為在7 s 內(nèi)得以改正則警報(bào)解除，否則砂輪機(jī)供電電源自動(dòng)斷電。具體功能如下：

圖3 PLC 梯形圖

（1）當(dāng)操作人員在砂輪機(jī)正面站立時(shí)，傳感器1 或傳感器2感應(yīng)到人體后，在3 s（可調(diào)）以內(nèi)時(shí)，報(bào)警燈1（或報(bào)警燈2）都不會(huì)閃爍，目的是防止非操作人員誤通過(guò)警戒區(qū)域時(shí)產(chǎn)生的誤報(bào)警；超過(guò)3 s 后，報(bào)警燈1（或報(bào)警燈2）以1 s 的頻率閃爍，當(dāng)報(bào)警燈持續(xù)閃爍7 s 后，如果不安全操作行為仍然存在，砂輪機(jī)將自動(dòng)停機(jī)。

（2）當(dāng)2 個(gè)操作人員在砂輪機(jī)側(cè)面同時(shí)站立時(shí)，即：3 號(hào)和4號(hào)傳感器同時(shí)感應(yīng)到人體后，在3 s（可調(diào)）以內(nèi)時(shí)，報(bào)警燈1（或報(bào)警燈2）都不會(huì)閃爍，超過(guò)3 s 時(shí)，報(bào)警燈1 和報(bào)警燈2 同時(shí)以1 s 的頻率閃爍，當(dāng)2 個(gè)報(bào)警燈持續(xù)閃爍7 s 后，如果這種習(xí)慣性不安全操作行為仍然存在，砂輪機(jī)將自動(dòng)停機(jī)。

3.2 提示報(bào)警警戒控制狀態(tài)

指設(shè)備只提供光電報(bào)警，砂輪機(jī)正常運(yùn)行。

在此控制狀態(tài)下，當(dāng)出現(xiàn)上述兩種不安全狀況時(shí)，3 s 后報(bào)警燈1（或報(bào)警燈2）將以1 s 的頻率閃爍，直至不安全操作行為得以改正。

4 設(shè)備的操作使用方式

對(duì)于砂輪機(jī)操作者來(lái)講，該設(shè)備操作簡(jiǎn)單，具體操作步驟如下（以控制1 號(hào)砂輪機(jī)為例）：

（1）首先選取1 號(hào)機(jī)的控制狀態(tài)選擇按鈕SB1—1，選擇自動(dòng)警戒控制狀態(tài)或提示報(bào)警警戒控制狀態(tài)。

（2）按下啟動(dòng)按鈕SB1—2，啟動(dòng)設(shè)備。為砂輪機(jī)提供外接供電電源。

（3）啟動(dòng)砂輪機(jī)電源，使砂輪機(jī)處于工作狀態(tài)。

（4）如果控制狀態(tài)選擇按鈕SB1—1 選擇自動(dòng)警戒控制狀態(tài)，在砂輪機(jī)使用過(guò)程中，當(dāng)操作者出現(xiàn)習(xí)慣性不安全操作行為，系統(tǒng)將報(bào)警提示，報(bào)警提醒無(wú)效的情況下，系統(tǒng)將自動(dòng)切斷砂輪機(jī)外接供電電源，使砂輪機(jī)停機(jī)。再次啟動(dòng)，需重新按下啟動(dòng)按鈕SB1—2。

如果控制狀態(tài)選擇按鈕SB1—1 選擇提示報(bào)警警戒控制狀態(tài)，在砂輪機(jī)使用過(guò)程中，當(dāng)操作者出現(xiàn)習(xí)慣性不安全操作行為，系統(tǒng)將報(bào)警提示直至操作者糾正此行為。

（5）砂輪機(jī)工作結(jié)束后，先切斷砂輪機(jī)電源，再按下設(shè)備停止按鈕SB1—3。

5 設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)

5.1 安全性高

（1）由于對(duì)砂輪機(jī)本體不做任何改造，采取通過(guò)控制砂輪機(jī)外接供電電源是否得電的方式來(lái)控制砂輪機(jī)工作狀態(tài)，提高了砂輪機(jī)的本質(zhì)安全。

（2）由于PLC 運(yùn)行速度快，因而對(duì)不安全操作行為的響應(yīng)速度快。

（3）控制箱采用內(nèi)外兩層設(shè)計(jì)，提高了設(shè)備本身的本質(zhì)安全性。

（4）通過(guò)改變傳感器的探測(cè)距離和探測(cè)面、探測(cè)角度，可加大對(duì)習(xí)慣性不安全操作行為監(jiān)控的覆蓋面。

（5）系統(tǒng)采取遞進(jìn)式警示方式，有利于促成操作者養(yǎng)成規(guī)范的操作習(xí)慣。

5.2 可靠性高、穩(wěn)定性好

該設(shè)備采用適于工業(yè)環(huán)境下使用的PLC 控制技術(shù)，具有相應(yīng)的保護(hù)電路及自診斷功能，提高了整個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性。當(dāng)非操作人員在砂輪機(jī)周圍正常通行而誤入警戒區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

5.3 集中控制，推廣性和普及性強(qiáng)

可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多臺(tái)砂輪機(jī)操作行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)砂輪機(jī)的數(shù)量進(jìn)行修改，改造成本低。

5.4 安裝方便、布置靈活、通用性強(qiáng)

由于每臺(tái)砂輪機(jī)采用4 個(gè)獨(dú)立的感應(yīng)警示盒，任何現(xiàn)有型號(hào)砂輪機(jī)（結(jié)構(gòu)和尺寸不同、安裝位置和方式不同）均可通過(guò)本設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)砂輪機(jī)本體不做任何改造，系砂輪機(jī)外部添置的防護(hù)設(shè)備，因此改造周期短，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度不產(chǎn)生任何影響。

6 設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

該設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試是針對(duì)3 號(hào)傳感器和4 號(hào)傳感器的旋轉(zhuǎn)角度及4 個(gè)傳感器的感應(yīng)距離即可，其他無(wú)需調(diào)試。

7 結(jié)束語(yǔ)

安全工作永遠(yuǎn)在路上，需要人防、技防、物防，但核心是人防，是使安全意識(shí)在人的意識(shí)形態(tài)中扎根，是使安全意識(shí)變成不需要提醒的安全素養(yǎng)。本設(shè)備設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是為了及時(shí)糾正操作者的習(xí)慣性不安全操作行為，促使操作者養(yǎng)成良好的安全職業(yè)素養(yǎng)，并不能取代安全制度、安全監(jiān)管和安全教育的作用。該設(shè)備已申報(bào)國(guó)家專利。