基于GOT和安全门开关的安全联锁系统设计与应用

崔 腾工程师 张栋栋

(1.大众汽车(安徽)有限公司，安徽 合肥 230000；2.合肥京东方显示技术有限公司，安徽 合肥 230000)

0 引言

目前广泛应用于我国液晶显示行业的安全联锁装置是“触摸屏+安全门开关”形式，如京东方、华星光电、惠科、三星、LG、天马等液晶面板企业，其中京东方G10.5代线使用三菱、Proface触摸屏和欧姆龙、施耐德等安全门开关，该装置操作简单，应用比较广泛。但随着液晶显示行业大尺寸液晶屏的不断发展，工艺设备尺寸及占用空间不断增大，设备空间增多导致设备盲区扩大，人员进入设备内部作业发生事故的可能性增加。

基于以上问题，在对京东方G10.5代线设备安全联锁装置进行改造的基础上，提出更有效的新型安全联锁系统，并成功实施。该系统可以保证设备内部人员作业安全，为液晶面板行业人员作业安全提供经验。

1 液晶显示行业安全联锁现状及问题

国内液晶显示行业普遍使用安全联锁装置以确保生产线人员作业安全，但随着面板尺寸的不断变大，工艺设备越来越复杂，人员的作业安全得不到有效保证。

国内如京东方G10.5代线，主要产品为65寸和75寸大尺寸LCD液晶屏，切割前尺寸为3 370mm×2 940mm，设备尺寸较大，设备技术人员需进入设备内部进行定期的维修、保养作业，设备空间大，人员隐蔽性较强，导致设备盲区广，发生机械伤害事故的可能性增大，如图1。

图1 大型设备盲区与可观察区域对比图

每个大型设备两端设置多个触摸屏，密码设置简单且共享性较强，密码很容易泄露，同时每个大型设备设置的门锁形式不一，有磁吸式、机械式等，门锁钥匙较少甚至无钥匙，致使进入设备内部管控力度较弱。人员进入设备内部后，无法掌握设备自动运转的主动性，存在其他人员主动恢复设备自动运转的可能性，容易发生机械伤害事故，造成人员伤亡。

在改造前期计划借鉴汽车行业常使用的上锁挂牌(Lockout-Tag Out，LOTO)配合安全联锁系统，保证一人一锁，提高现场作业安全。但推行上锁挂牌耗费大量人力、物力、财力，还需要大量培训、监督锁具的使用，程序复杂，人员执行力度较差。

2 新型安全联锁系统结构与原理

2.1 系统结构设计

针对上述局限性问题，研究开发一种新型安全联锁系统。该系统以液晶显示行业使用的触摸屏和安全门开关为基础，通过触摸屏外部射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)认证功能借助RS232接口和USB接口增加读卡器，以人员进入设备内部刷认证后IC卡的方式替代原先安全门开关的钥匙，同时结合可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)增加开关门一致性认证功能控制进出人员权限，解决内部空间和视觉盲区大的设备易发生机械伤害事故的问题，达到保护作业人员安全，杜绝生产安全事故的目的，其结构示意图，如图2。

注：1.Touch Panel；2.USB接口；3.RS232接口；4.刷卡器；5.PLC；6.远程IO端子；7.安全门开关

如图2所示，安全门开关钥匙由员工的IC卡替代，作业人员通过刷卡器刷卡方可进入设备内部进行作业，确保一人一锁，提高人员进入设备内部作业的安全性。

2.2 系统设计原理

新型安全联锁装置系统通过三菱GOT系列触摸屏RFID认证功能，增加RS232标准接口将触摸屏与刷卡器进行连接，使进入设备内部作业人员刷卡控制触摸屏，同时结合PLC程序开发增加开关门一致性认证功能，增加并控制进出人员权限。

2.2.1 取消密码登录，授权员工IC卡

将一级权限的卡号写入程序，一级卡只设置注册功能，为二、三级卡注册，允许二、三级卡通过注册获得不同设备操作权限，如图3。设备科室人员二级卡可任意操作触摸屏，其他科室人员三级卡只可浏览触摸屏。

图3 二、三级卡权限获取程序

2.2.2 打开设备安全门，刷卡解锁进入

作业人员IC卡已被授权，登录进入触摸屏后点击解锁设备安全门，触摸屏提示刷IC卡，程序如图4。如作业人员要进入设备内部，必须刷经授权的IC卡。人员刷卡后，系统自动识别IC卡是否为已授权卡，若该卡已授权且为二级卡，方可允许操作触摸屏控制设备停止、运行以及设备开关门，若为三级卡则只能查看触摸屏，无权操作设备。

图4 人员刷卡允许进入程序

2.2.3 关闭设备安全门，刷卡上锁登出

人员进入设备内部作业时，其他IC卡无权限将安全门关闭。当点击关闭安全门按钮时，程序自动识别是否有人刷卡进入设备作业，如图5。若识别出已有人进入设备会提示请刷卡，触摸屏会自动识别前后2张IC卡的一致性，当不一致时，触摸屏会提示“IC卡不一致，请重新刷卡”，设备无法调整为自动运转模式，保障作业人员安全。

图5 自动识别设备内部有无作业人员程序

当作业完毕关闭安全门刷同一张IC卡时，程序自动识别前后2张IC卡一致，并同时识别设备内部是否存在其他人员作业，确认无刷卡记录后作业人员方可将IC卡信息登出，操作触摸屏将安全门上锁，而后设备可调整为自动运转模式，具体程序，如图6。

图6 自动识别前后IC卡一致性程序

新型安全联锁装置系统在触摸屏和安全门开关的基础上开发刷卡模式代替安全门开关钥匙，提升了作业安全性。在设备内部作业未刷卡登出的前提下，任何人无权限将安全门上锁并使设备调整为自动运转模式，可以保证作业人员的安全。

3 新型安全联锁系统优化

上述方案运用于京东方G10.5代线中使生产更加安全、方便。相比于安全门开关钥匙在保证设备内部作业人员安全方面有了很大提高，但因设备空间大，设备内部作业人员可能存在数名员工同时作业，上述程序开发方案不能绝对保证作业人员一人一锁。

在上述开发程序基础上，研究团队结合PLC程序增加开关门一致性认证功能，可大幅度提高作业人员的安全性。

当第一人刷卡进入设备内部作业后，若第二人进入设备则需点击安全门解锁按钮，触摸屏提示进入人员刷卡(如图7)，刷卡后程序自动将该人员IC卡的信息记录在程序中。

图7 提示其余人员刷卡程序

当作业完毕时，作业人员必须刷卡登出个人信息，才能将设备上锁调整为自动运转模式。但当刷卡登出的人员信息和刷卡进入设备内部的人员信息不一致或者还有人未刷卡登出信息时，设备无法调整为自动运转模式，如图8。当程序自动识别进出人员IC卡的一致性判断设备内部人员为0方可允许人员上锁将设备调整为自动运转模式。

图8 自动识别进出人员IC卡一致性程序

优化的方案大大提高人员作业的安全性，达到LOTO一人一锁的安全要求，但仍需加强安全管理，提高作业人员的安全意识，进入设备内部作业必须刷卡，同时离开设备必须登出个人IC卡信息，否则会影响设备正常运转。

新开发的系统使用后，通过公司定期的安全培训，现场工程师能够严格按照要求执行安全管理规定。使用前，多人进入设备内部，钥匙由一人保管或者直接插在安全锁上，经常发生钥匙无人监管的情况，系统使用后人员刷卡进出有更多保障。使用前期，人员不习惯更换作业方式，但是经过定期培训和日常的巡检告知，截至目前未发生任何未遂或生产安全事故。

4 结论

(1)新型安全联锁装置系统相比于安全门开关在保证人员作业安全性上有很大提高。

(2)对于液晶显示行业尺寸大、盲区广的设备，利用新型安全联锁装置系统能够大大提高人员作业的安全性，保证设备内部作业人员的人身安全。

(3)采用新型安全联锁装置系统需加强人员管理和培训，提高人员安全意识，从而保证系统的安全运行。