基于PLC 控制的砂轮机安全防护设备

吴巨洪

（贵州航天工业学校，贵州遵义 563000）

0 引言

根据砂轮机安全操作规程，操作者应站立在砂轮机侧面，严禁正面站立，且严禁两人同时使用一台砂轮机。而在实际操作砂轮机的过程中，很多操作者习惯性地在砂轮机正面站立或出现两人同时使用一台砂轮机的不安全操作行为。

为纠正操作者在砂轮机操作过程中的习惯性不安全操作行为，有些企业采取对砂轮机本体进行改造，以达到安全防护的目的。但大多数方案是针对单台砂轮机改造，不但改造成本高、周期长、灵活性和通用性差，不宜于推广和普及，并且不能同时对多台砂轮机进行监控。对此，开发一种预防砂轮机操作中习惯性不安全操作行为的通用型、实用性、安装方便的防护设备十分必要和迫切。

1 样机结构、组成、主要参数和推广应用原则

该设备样机控制箱分为内外两层，内层主要安装以PLC 为核心的低压控制电路，出现故障时由专业人员开启内层面板进行维修操作。外层安装控制按扭，作为操作人员正常操作时的控制按钮。通过此设计，可提高设备的操作安全性。

控制箱长×宽×高为（500×400×260）mm，内层安装1 个三菱FX1N 系列PLC（FX1N—40MR）、1 个低压断路器（16 A）、5 个熔断器（3 A）、3 个接触器（AC 24 V）、1 个变压器（220/24 V）。外层9 个控制按钮、12 个光电传感器、6 个提示报警灯分，分别安装在3 台砂轮机的XZ 轴投影面墙上。

在实际推广应用中，可根据实际砂轮机数量，确定PLC 的型号（主要是PLC 输入、输出触点数目的是否满足控制需求）、接触器、控制按钮数量，灵活定制合适的控制箱尺寸。同时，外层光电传感器和提示报警灯的数量随之改变。

2 样机监控单台砂轮机传感器安装位置

监控单台砂轮机在操作过程中的习惯性不安全操作行为采用4 个光电传感器1，2，3，4，全部安置于砂轮机XZ 投影面的墙上。

如图1 所示，传感器1、传感器2 安置于两砂轮片防护罩水平高度最高点切线的正上方30～50 mm 的墙上，作用是探测处于砂轮机正前方站立的人体；传感器3、传感器4 以一定角度安置于传感器1、传感器2 等高的内侧，作用是探测处于砂轮机侧面及两砂轮片中间站立的人体。样机监控单台砂轮机电气原理见图2，PLC 梯形图见图3。

图1 监控单台砂轮机传感器安装示意

图2 监控单台砂轮机主电路

3 设备的控制状态和效果

本设备具有自动警戒控制和提示报警警戒控制两种状态。

3.1 自动警戒控制状态

指砂轮机处于自动安全防护警戒状态。操作人员的站位处于不安全状态下，3 s（可调）后控制系统将发出报警；如果该行为在7 s 内得以改正则警报解除，否则砂轮机供电电源自动断电。具体功能如下：

图3 PLC 梯形图

（1）当操作人员在砂轮机正面站立时，传感器1 或传感器2感应到人体后，在3 s（可调）以内时，报警灯1（或报警灯2）都不会闪烁，目的是防止非操作人员误通过警戒区域时产生的误报警；超过3 s 后，报警灯1（或报警灯2）以1 s 的频率闪烁，当报警灯持续闪烁7 s 后，如果不安全操作行为仍然存在，砂轮机将自动停机。

（2）当2 个操作人员在砂轮机侧面同时站立时，即：3 号和4号传感器同时感应到人体后，在3 s（可调）以内时，报警灯1（或报警灯2）都不会闪烁，超过3 s 时，报警灯1 和报警灯2 同时以1 s 的频率闪烁，当2 个报警灯持续闪烁7 s 后，如果这种习惯性不安全操作行为仍然存在，砂轮机将自动停机。

3.2 提示报警警戒控制状态

指设备只提供光电报警，砂轮机正常运行。

在此控制状态下，当出现上述两种不安全状况时，3 s 后报警灯1（或报警灯2）将以1 s 的频率闪烁，直至不安全操作行为得以改正。

4 设备的操作使用方式

对于砂轮机操作者来讲，该设备操作简单，具体操作步骤如下（以控制1 号砂轮机为例）：

（1）首先选取1 号机的控制状态选择按钮SB1—1，选择自动警戒控制状态或提示报警警戒控制状态。

（2）按下启动按钮SB1—2，启动设备。为砂轮机提供外接供电电源。

（3）启动砂轮机电源，使砂轮机处于工作状态。

（4）如果控制状态选择按钮SB1—1 选择自动警戒控制状态，在砂轮机使用过程中，当操作者出现习惯性不安全操作行为，系统将报警提示，报警提醒无效的情况下，系统将自动切断砂轮机外接供电电源，使砂轮机停机。再次启动，需重新按下启动按钮SB1—2。

如果控制状态选择按钮SB1—1 选择提示报警警戒控制状态，在砂轮机使用过程中，当操作者出现习惯性不安全操作行为，系统将报警提示直至操作者纠正此行为。

（5）砂轮机工作结束后，先切断砂轮机电源，再按下设备停止按钮SB1—3。

5 设备的优点

5.1 安全性高

（1）由于对砂轮机本体不做任何改造，采取通过控制砂轮机外接供电电源是否得电的方式来控制砂轮机工作状态，提高了砂轮机的本质安全。

（2）由于PLC 运行速度快，因而对不安全操作行为的响应速度快。

（3）控制箱采用内外两层设计，提高了设备本身的本质安全性。

（4）通过改变传感器的探测距离和探测面、探测角度，可加大对习惯性不安全操作行为监控的覆盖面。

（5）系统采取递进式警示方式，有利于促成操作者养成规范的操作习惯。

5.2 可靠性高、稳定性好

该设备采用适于工业环境下使用的PLC 控制技术，具有相应的保护电路及自诊断功能，提高了整个设备的系统可靠性及稳定性。当非操作人员在砂轮机周围正常通行而误入警戒区域时，系统不会产生误动作。

5.3 集中控制，推广性和普及性强

可实现同时对多台砂轮机操作行为进行实时监控。控制系统可根据生产现场砂轮机的数量进行修改，改造成本低。

5.4 安装方便、布置灵活、通用性强

由于每台砂轮机采用4 个独立的感应警示盒，任何现有型号砂轮机（结构和尺寸不同、安装位置和方式不同）均可通过本设备进行监控。对砂轮机本体不做任何改造，系砂轮机外部添置的防护设备，因此改造周期短，对生产进度不产生任何影响。

6 设备的现场调试

该设备的现场调试是针对3 号传感器和4 号传感器的旋转角度及4 个传感器的感应距离即可，其他无需调试。

7 结束语

安全工作永远在路上，需要人防、技防、物防，但核心是人防，是使安全意识在人的意识形态中扎根，是使安全意识变成不需要提醒的安全素养。本设备设计的出发点是为了及时纠正操作者的习惯性不安全操作行为，促使操作者养成良好的安全职业素养，并不能取代安全制度、安全监管和安全教育的作用。该设备已申报国家专利。