淺析一種智能預(yù)警安全帶

臧博琦　金熙　劉玄　白鎮(zhèn)鎖　李建偉

摘 要：本文主要對一種智能預(yù)警安全帶進(jìn)行了詳細(xì)的探討，以期待能給相關(guān)人員帶來借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)報(bào)警 實(shí)時(shí)監(jiān)測 安全帶智能預(yù)警

1、建設(shè)背景

隨著企業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，架空輸電線路分布廣、數(shù)量多、通道環(huán)境復(fù)雜，為給用戶提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)，必須及時(shí)處理各類原因的供電故障，由此，高空作業(yè)也成為企業(yè)現(xiàn)場作業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)，高空作業(yè)具有工作范圍廣、危險(xiǎn)系數(shù)大、作業(yè)難度高、持續(xù)時(shí)間長等特點(diǎn)。由于在高空作業(yè)工作區(qū)域狹窄，容易發(fā)生作業(yè)人員或工器具意外跌落而造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失等安全事故的發(fā)生。而傳統(tǒng)的高空作業(yè)保障作業(yè)人員的措施只是使用簡單單一的高空作業(yè)安全帶，起不到實(shí)時(shí)為作業(yè)人員進(jìn)行安全預(yù)警提示。因此，在保障人員基本安全的基礎(chǔ)上，需要在安全設(shè)備上進(jìn)行改進(jìn)，本項(xiàng)目結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)實(shí)際情況，聯(lián)合行內(nèi)外權(quán)威專家及優(yōu)秀科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)共同研發(fā)安全作業(yè)“護(hù)衛(wèi)盾”之智能預(yù)警安全帶的解決方案，在安全帶上裝設(shè)接觸式傳感器、語音報(bào)警器、高處位置傳感器，當(dāng)作業(yè)人員作業(yè)未扎安全帶或安全帶與后背保護(hù)繩同時(shí)都解開時(shí)會報(bào)警，能夠更智能、更安全地為現(xiàn)場作業(yè)人員的人身安全保駕護(hù)航。

2、預(yù)期效果

（1）實(shí)時(shí)報(bào)警。監(jiān)測安全帶使用違規(guī)行為；實(shí)時(shí)報(bào)警提醒；現(xiàn)場語音提醒，聲光報(bào)警。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測。實(shí)時(shí)監(jiān)測現(xiàn)場工作人員的安全帶佩戴情況，有效保障作業(yè)人員人身安全。

（3）安全帶智能“預(yù)警”，適時(shí)做出身份安全帶佩戴異常報(bào)警，提示及時(shí)做好安全保護(hù)和防范措施。

（4）降低安全事故發(fā)生率，保證現(xiàn)場工作順利開展，減少企業(yè)冗余經(jīng)濟(jì)損失，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益促進(jìn)企業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。

3、解決方案

為實(shí)時(shí)監(jiān)測作業(yè)人員的安全行為，規(guī)范作業(yè)人員的安全行為，避免現(xiàn)場作業(yè)人員高空作業(yè)不慎跌落事故的發(fā)生，不僅需要在作業(yè)前進(jìn)行安全嚴(yán)格把關(guān)，更需要在現(xiàn)場作業(yè)中進(jìn)行安全嚴(yán)密防護(hù)。

針對高空墜落傷害，研發(fā)智能預(yù)警安全帶，在安全帶上裝設(shè)接觸式傳感器、語音報(bào)警器、高處位置傳感器，降低作業(yè)人員因不規(guī)范使用安全工具帶來的事故，提供科學(xué)有效的安全生產(chǎn)管理手段。通過傳感器間同步交互信息，判斷作業(yè)人員使用安全帶是否規(guī)范，加大對現(xiàn)場作業(yè)人員安全的監(jiān)管力度，及時(shí)到位地做好安全防范措施。現(xiàn)場作業(yè)過程中安全監(jiān)測與安全防范措施相結(jié)合，有效保障高空作業(yè)人員的人身安全，并且在安全帶使用時(shí)進(jìn)行三維定位和實(shí)時(shí)監(jiān)控，安全帶一旦佩戴異常，即刻聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲并通過GPRS通訊模塊上傳至監(jiān)控中心，從而消除現(xiàn)場高空作業(yè)人員因高空作業(yè)墜落而帶來的安全隱患。

智能預(yù)警安全帶用于探測作業(yè)人員是否正確佩戴安全帶，有無作業(yè)期間高作低掛不安全行為，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，定時(shí)發(fā)送狀態(tài)信號（包括電池電量信號）等，具備唯一識別碼，記錄人員詳細(xì)信息。

4、技術(shù)原理

為防止現(xiàn)場作業(yè)人員作業(yè)過程中，由于施工區(qū)域的局限性，發(fā)生不慎墜落的情況，造成的人員安全事故的發(fā)生。針對高空墜落傷害，研發(fā)智能預(yù)警安全帶，包括有重力傳感器模塊、位移傳感器模塊、安全帶狀態(tài)監(jiān)測、MCU微處理器、語音模塊和安全設(shè)施模塊，所述重力傳感器模塊、位移傳感器模塊。 在安全帶上裝設(shè)語音報(bào)警器、高處位置傳感器。通過傳感器間同步交互信息，判斷作業(yè)人員使用安全帶是否規(guī)范，如出現(xiàn)安全帶低掛高用、未使用安全帶情況將進(jìn)行語音預(yù)警；安全帶及后背保護(hù)繩卡扣、腰帶上裝設(shè)接觸式傳感器。作業(yè)人員進(jìn)行移位時(shí)，后背保護(hù)繩及腰帶同時(shí)打開且會產(chǎn)生報(bào)警提示音，防止人員高空墜落。以下針對智能預(yù)警安全帶核心技術(shù)原理進(jìn)行詳細(xì)的分析說明：

1）安全帶佩戴狀態(tài)識別原理

當(dāng)高空作業(yè)人員到達(dá)工作位置時(shí)，把安全帶本體綁在腰間，通過扣鎖2進(jìn)行扣緊，當(dāng)扣鎖2扣合后相當(dāng)是圖1中的開關(guān)S2閉合。工作人員在把第一掛鉤5扣合在腰帶3上，把第二掛鉤6扣合在較人體工作位置的較高處，使得掛繩4兩端都受到一定拉力。高空作業(yè)人員再把電源開關(guān)S1閉合，完成前期和安全帶的佩戴。佩戴好后，GPS定位模塊實(shí)時(shí)獲取位置信息，并把位置信息傳給GPRS通訊模塊再傳給外部服務(wù)器，氣壓計(jì)模塊獲取高空作業(yè)人員的高度信息，并GPRS通訊模塊傳給外部服務(wù)器。開關(guān)S2閉合后，壓力傳感器Ⅰ和壓力傳感器Ⅱ均收到壓力，電阻變小，流經(jīng)開關(guān)S2的電流變大，流經(jīng)電阻R2的電流不會超過設(shè)定的閥值，不會發(fā)出報(bào)警聲，說明高空作業(yè)人員嚴(yán)格安全帶。當(dāng)高空作業(yè)人員還沒有把扣鎖2進(jìn)行扣緊，相當(dāng)是圖1中的開關(guān)S2打開，流經(jīng)電阻R2的電流會增大，檢測傳感器檢測電流信息傳給GPRS通訊模塊傳給外部服務(wù)器并同時(shí)通知聲光報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)圖1中的開關(guān)S2閉合，但由于壓力傳感器Ⅰ或壓力傳感器Ⅱ其中一個或兩個的壓力變小時(shí)，壓力傳感器Ⅰ或壓力傳感器Ⅱ的總阻值大，流經(jīng)的壓力傳感器Ⅰ或壓力傳感器Ⅱ的電流變小，流經(jīng)電阻R2的電流變大超過預(yù)先設(shè)定的閥值時(shí)，通知GPRS通訊模塊傳把信息給外部服務(wù)器并同時(shí)通知聲光報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警聲。

5、位置傳感器

位置傳感器用來測量機(jī)器人自身位置的傳感器。位置傳感器可分為兩種，直線位移傳感器和角位移傳感器。其中直線位移傳感器常用的有直線位移定位器等，具有工作原理簡單、測量精度高、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)；角位移傳感器則可選旋轉(zhuǎn)式電位器，具有可靠性高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。角位移器還可使用光電編碼器，有增量式與絕對式兩種形式。位置傳感器可用來檢測位置，反映某種狀態(tài)的開關(guān)，和位移傳感器不同，位置傳感器有接觸式和接近式兩種。

接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行程開關(guān)、二維矩陣式位置傳感器等。行程開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、價(jià)格低廉。當(dāng)某個物體在運(yùn)動過程中，碰到行程開關(guān)時(shí)，其內(nèi)部觸頭會動作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關(guān)，則可以控制移動范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機(jī)械手掌內(nèi)側(cè)，用于檢測自身與某個物體的接觸位置。

接近開關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)就可以發(fā)出“動作”信號的開關(guān)，它無需和物體直接接觸。接近開關(guān)有很多種類，主要有電磁式、光電式、差動變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。接近開關(guān)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主要是刀架選刀控制、工作臺行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。

2）智能預(yù)警

報(bào)警主機(jī)：是用物理方法或電子技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報(bào)警信號，并提示值班人員發(fā)生報(bào)警的區(qū)域部位，顯示可能采取對策的系統(tǒng)。報(bào)警主機(jī)是報(bào)警系統(tǒng)的“中樞”部分，處理探測器的信號，在報(bào)警時(shí)可以提供聲/光提示，同時(shí)還可以通過電話線將警情傳送到報(bào)警中心。

雙鑒探測器：為了克服單一技術(shù)探測器的缺陷，通常將2種不同技術(shù)原理的探測器整合在一起，只有當(dāng)2種探測技術(shù)的傳感器都探測到異常信息時(shí)才報(bào)警的探測器稱為雙鑒探測器。

紅外探測器：其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋電元幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出，一旦入侵人員進(jìn)入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡而聚焦，從而被熱釋電元接收，但是由于兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報(bào)警。

紅外對射探測器：利用光束遮斷方式的探測器。當(dāng)有人橫跨過監(jiān)控防護(hù)區(qū)時(shí)，遮斷不可見的紅外線光束而引發(fā)警報(bào)。常用于室外圍墻報(bào)警，它總是成對使用：一個發(fā)射，一個接收。發(fā)射機(jī)發(fā)出一束或多束人眼無法看到的紅外光，形成警戒線，有物體通過，光線被遮擋，接收機(jī)信號發(fā)生變化，放大處理后報(bào)警。紅外對射探頭要選擇合適的響應(yīng)時(shí)間：太短容易引起不必要的干擾，如小鳥飛過，小動物穿過等；太長會發(fā)生漏報(bào)。通常以10米/秒的速度來確定最短遮光時(shí)間。若人的寬度為20厘米，則最短遮斷時(shí)間為20毫秒。大于20毫秒報(bào)警，小于20毫秒不報(bào)警。

腳挑式緊急開關(guān)：在緊急的情況下用腳可以觸動開關(guān)實(shí)施報(bào)警。

手動緊急按鈕：緊急報(bào)警按鈕，在緊急的情況下用手可以觸動開關(guān)實(shí)施報(bào)警。