淺析一種智能預警安全帶

臧博琦　金熙　劉玄　白鎮鎖　李建偉

摘 要：本文主要對一種智能預警安全帶進行了詳細的探討，以期待能給相關人員帶來借鑒與參考。

關鍵詞：實時報警 實時監測 安全帶智能預警

1、建設背景

隨著企業經濟的快速發展，架空輸電線路分布廣、數量多、通道環境復雜，為給用戶提供優質的電力服務，必須及時處理各類原因的供電故障，由此，高空作業也成為企業現場作業的一項重要任務，高空作業具有工作范圍廣、危險系數大、作業難度高、持續時間長等特點。由于在高空作業工作區域狹窄，容易發生作業人員或工器具意外跌落而造成人員傷亡、財產損失等安全事故的發生。而傳統的高空作業保障作業人員的措施只是使用簡單單一的高空作業安全帶，起不到實時為作業人員進行安全預警提示。因此，在保障人員基本安全的基礎上，需要在安全設備上進行改進，本項目結合現場作業實際情況，聯合行內外權威專家及優秀科技研發團隊共同研發安全作業“護衛盾”之智能預警安全帶的解決方案，在安全帶上裝設接觸式傳感器、語音報警器、高處位置傳感器，當作業人員作業未扎安全帶或安全帶與后背保護繩同時都解開時會報警，能夠更智能、更安全地為現場作業人員的人身安全保駕護航。

2、預期效果

（1）實時報警。監測安全帶使用違規行為；實時報警提醒；現場語音提醒，聲光報警。

（2）實時監測。實時監測現場工作人員的安全帶佩戴情況，有效保障作業人員人身安全。

（3）安全帶智能“預警”，適時做出身份安全帶佩戴異常報警，提示及時做好安全保護和防范措施。

（4）降低安全事故發生率，保證現場工作順利開展，減少企業冗余經濟損失，提高企業經濟效益促進企業穩步發展。

3、解決方案

為實時監測作業人員的安全行為，規范作業人員的安全行為，避免現場作業人員高空作業不慎跌落事故的發生，不僅需要在作業前進行安全嚴格把關，更需要在現場作業中進行安全嚴密防護。

針對高空墜落傷害，研發智能預警安全帶，在安全帶上裝設接觸式傳感器、語音報警器、高處位置傳感器，降低作業人員因不規范使用安全工具帶來的事故，提供科學有效的安全生產管理手段。通過傳感器間同步交互信息，判斷作業人員使用安全帶是否規范，加大對現場作業人員安全的監管力度，及時到位地做好安全防范措施。現場作業過程中安全監測與安全防范措施相結合，有效保障高空作業人員的人身安全，并且在安全帶使用時進行三維定位和實時監控，安全帶一旦佩戴異常，即刻聲光報警器發出報警聲并通過GPRS通訊模塊上傳至監控中心，從而消除現場高空作業人員因高空作業墜落而帶來的安全隱患。

智能預警安全帶用于探測作業人員是否正確佩戴安全帶，有無作業期間高作低掛不安全行為，進行狀態監測，定時發送狀態信號（包括電池電量信號）等，具備唯一識別碼，記錄人員詳細信息。

4、技術原理

為防止現場作業人員作業過程中，由于施工區域的局限性，發生不慎墜落的情況，造成的人員安全事故的發生。針對高空墜落傷害，研發智能預警安全帶，包括有重力傳感器模塊、位移傳感器模塊、安全帶狀態監測、MCU微處理器、語音模塊和安全設施模塊，所述重力傳感器模塊、位移傳感器模塊。 在安全帶上裝設語音報警器、高處位置傳感器。通過傳感器間同步交互信息，判斷作業人員使用安全帶是否規范，如出現安全帶低掛高用、未使用安全帶情況將進行語音預警；安全帶及后背保護繩卡扣、腰帶上裝設接觸式傳感器。作業人員進行移位時，后背保護繩及腰帶同時打開且會產生報警提示音，防止人員高空墜落。以下針對智能預警安全帶核心技術原理進行詳細的分析說明：

1）安全帶佩戴狀態識別原理

當高空作業人員到達工作位置時，把安全帶本體綁在腰間，通過扣鎖2進行扣緊，當扣鎖2扣合后相當是圖1中的開關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。高空作業人員再把電源開關S1閉合，完成前期和安全帶的佩戴。佩戴好后，GPS定位模塊實時獲取位置信息，并把位置信息傳給GPRS通訊模塊再傳給外部服務器，氣壓計模塊獲取高空作業人員的高度信息，并GPRS通訊模塊傳給外部服務器。開關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，流經開關S2的電流變大，流經電阻R2的電流不會超過設定的閥值，不會發出報警聲，說明高空作業人員嚴格安全帶。當高空作業人員還沒有把扣鎖2進行扣緊，相當是圖1中的開關S2打開，流經電阻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器并同時通知聲光報警裝置發出報警聲。當圖1中的開關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，壓力傳感器Ⅰ或壓力傳感器Ⅱ的總阻值大，流經的壓力傳感器Ⅰ或壓力傳感器Ⅱ的電流變小，流經電阻R2的電流變大超過預先設定的閥值時，通知GPRS通訊模塊傳把信息給外部服務器并同時通知聲光報警裝置發出報警聲。

5、位置傳感器

位置傳感器用來測量機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、可靠性強的特點；角位移傳感器則可選旋轉式電位器，具有可靠性高、成本低的優點。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，反映某種狀態的開關，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、二維矩陣式位置傳感器等。行程開關結構簡單、動作可靠、價格低廉。當某個物體在運動過程中，碰到行程開關時，其內部觸頭會動作，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，則可以控制移動范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機械手掌內側，用于檢測自身與某個物體的接觸位置。

接近開關是指當物體與其接近到設定距離時就可以發出“動作”信號的開關，它無需和物體直接接觸。接近開關有很多種類，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。接近開關在數控機床上的應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）智能預警

報警主機：是用物理方法或電子技術，自動探測發生在布防監測區域內的侵入行為，產生報警信號，并提示值班人員發生報警的區域部位，顯示可能采取對策的系統。報警主機是報警系統的“中樞”部分，處理探測器的信號，在報警時可以提供聲/光提示，同時還可以通過電話線將警情傳送到報警中心。

雙鑒探測器：為了克服單一技術探測器的缺陷，通常將2種不同技術原理的探測器整合在一起，只有當2種探測技術的傳感器都探測到異常信息時才報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或并聯的熱釋電元。制成的兩個電極化方向正好相反，環境背景輻射對兩個熱釋電元幾乎具有相同的作用，使其產生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出，一旦入侵人員進入探測區域內，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，經信號處理而報警。

紅外對射探測器：利用光束遮斷方式的探測器。當有人橫跨過監控防護區時，遮斷不可見的紅外線光束而引發警報。常用于室外圍墻報警，它總是成對使用：一個發射，一個接收。發射機發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，接收機信號發生變化，放大處理后報警。紅外對射探頭要選擇合適的響應時間：太短容易引起不必要的干擾，如小鳥飛過，小動物穿過等；太長會發生漏報。通常以10米/秒的速度來確定最短遮光時間。若人的寬度為20厘米，則最短遮斷時間為20毫秒。大于20毫秒報警，小于20毫秒不報警。

腳挑式緊急開關：在緊急的情況下用腳可以觸動開關實施報警。

手動緊急按鈕：緊急報警按鈕，在緊急的情況下用手可以觸動開關實施報警。