浅析一种智能预警安全带

臧博琦　金熙　刘玄　白镇锁　李建伟

摘 要：本文主要对一种智能预警安全带进行了详细的探讨，以期待能给相关人员带来借鉴与参考。

关键词：实时报警 实时监测 安全带智能预警

1、建设背景

随着企业经济的快速发展，架空输电线路分布广、数量多、通道环境复杂，为给用户提供优质的电力服务，必须及时处理各类原因的供电故障，由此，高空作业也成为企业现场作业的一项重要任务，高空作业具有工作范围广、危险系数大、作业难度高、持续时间长等特点。由于在高空作业工作区域狭窄，容易发生作业人员或工器具意外跌落而造成人员伤亡、财产损失等安全事故的发生。而传统的高空作业保障作业人员的措施只是使用简单单一的高空作业安全带，起不到实时为作业人员进行安全预警提示。因此，在保障人员基本安全的基础上，需要在安全设备上进行改进，本项目结合现场作业实际情况，联合行内外权威专家及优秀科技研发团队共同研发安全作业“护卫盾”之智能预警安全带的解决方案，在安全带上装设接触式传感器、语音报警器、高处位置传感器，当作业人员作业未扎安全带或安全带与后背保护绳同时都解开时会报警，能够更智能、更安全地为现场作业人员的人身安全保驾护航。

2、预期效果

（1）实时报警。监测安全带使用违规行为；实时报警提醒；现场语音提醒，声光报警。

（2）实时监测。实时监测现场工作人员的安全带佩戴情况，有效保障作业人员人身安全。

（3）安全带智能“预警”，适时做出身份安全带佩戴异常报警，提示及时做好安全保护和防范措施。

（4）降低安全事故发生率，保证现场工作顺利开展，减少企业冗余经济损失，提高企业经济效益促进企业稳步发展。

3、解决方案

为实时监测作业人员的安全行为，规范作业人员的安全行为，避免现场作业人员高空作业不慎跌落事故的发生，不仅需要在作业前进行安全严格把关，更需要在现场作业中进行安全严密防护。

针对高空坠落伤害，研发智能预警安全带，在安全带上装设接触式传感器、语音报警器、高处位置传感器，降低作业人员因不规范使用安全工具带来的事故，提供科学有效的安全生产管理手段。通过传感器间同步交互信息，判断作业人员使用安全带是否规范，加大对现场作业人员安全的监管力度，及时到位地做好安全防范措施。现场作业过程中安全监测与安全防范措施相结合，有效保障高空作业人员的人身安全，并且在安全带使用时进行三维定位和实时监控，安全带一旦佩戴异常，即刻声光报警器发出报警声并通过GPRS通讯模块上传至监控中心，从而消除现场高空作业人员因高空作业坠落而带来的安全隐患。

智能预警安全带用于探测作业人员是否正确佩戴安全带，有无作业期间高作低挂不安全行为，进行状态监测，定时发送状态信号（包括电池电量信号）等，具备唯一识别码，记录人员详细信息。

4、技术原理

为防止现场作业人员作业过程中，由于施工区域的局限性，发生不慎坠落的情况，造成的人员安全事故的发生。针对高空坠落伤害，研发智能预警安全带，包括有重力传感器模块、位移传感器模块、安全带状态监测、MCU微处理器、语音模块和安全设施模块，所述重力传感器模块、位移传感器模块。 在安全带上装设语音报警器、高处位置传感器。通过传感器间同步交互信息，判断作业人员使用安全带是否规范，如出现安全带低挂高用、未使用安全带情况将进行语音预警；安全带及后背保护绳卡扣、腰带上装设接触式传感器。作业人员进行移位时，后背保护绳及腰带同时打开且会产生报警提示音，防止人员高空坠落。以下针对智能预警安全带核心技术原理进行详细的分析说明：

1）安全带佩戴状态识别原理

当高空作业人员到达工作位置时，把安全带本体绑在腰间，通过扣锁2进行扣紧，当扣锁2扣合后相当是图1中的开关S2闭合。工作人员在把第一挂钩5扣合在腰带3上，把第二挂钩6扣合在较人体工作位置的较高处，使得挂绳4两端都受到一定拉力。高空作业人员再把电源开关S1闭合，完成前期和安全带的佩戴。佩戴好后，GPS定位模块实时获取位置信息，并把位置信息传给GPRS通讯模块再传给外部服务器，气压计模块获取高空作业人员的高度信息，并GPRS通讯模块传给外部服务器。开关S2闭合后，压力传感器Ⅰ和压力传感器Ⅱ均收到压力，电阻变小，流经开关S2的电流变大，流经电阻R2的电流不会超过设定的阀值，不会发出报警声，说明高空作业人员严格安全带。当高空作业人员还没有把扣锁2进行扣紧，相当是图1中的开关S2打开，流经电阻R2的电流会增大，检测传感器检测电流信息传给GPRS通讯模块传给外部服务器并同时通知声光报警装置发出报警声。当图1中的开关S2闭合，但由于压力传感器Ⅰ或压力传感器Ⅱ其中一个或两个的压力变小时，压力传感器Ⅰ或压力传感器Ⅱ的总阻值大，流经的压力传感器Ⅰ或压力传感器Ⅱ的电流变小，流经电阻R2的电流变大超过预先设定的阀值时，通知GPRS通讯模块传把信息给外部服务器并同时通知声光报警装置发出报警声。

5、位置传感器

位置传感器用来测量机器人自身位置的传感器。位置传感器可分为两种，直线位移传感器和角位移传感器。其中直线位移传感器常用的有直线位移定位器等，具有工作原理简单、测量精度高、可靠性强的特点；角位移传感器则可选旋转式电位器，具有可靠性高、成本低的优点。角位移器还可使用光电编码器，有增量式与绝对式两种形式。位置传感器可用来检测位置，反映某种状态的开关，和位移传感器不同，位置传感器有接触式和接近式两种。

接触式传感器的触頭由两个物体接触挤压而动作，常见的有行程开关、二维矩阵式位置传感器等。行程开关结构简单、动作可靠、价格低廉。当某个物体在运动过程中，碰到行程开关时，其内部触头会动作，从而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z轴方向两端分别装有行程开关，则可以控制移动范围。二维矩阵式位置传感器安装于机械手掌内侧，用于检测自身与某个物体的接触位置。

接近开关是指当物体与其接近到设定距离时就可以发出“动作”信号的开关，它无需和物体直接接触。接近开关有很多种类，主要有电磁式、光电式、差动变压器式、电涡流式、电容式、干簧管、霍尔式等。接近开关在数控机床上的应用主要是刀架选刀控制、工作台行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。

2）智能预警

报警主机：是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。报警主机是报警系统的“中枢”部分，处理探测器的信号，在报警时可以提供声/光提示，同时还可以通过电话线将警情传送到报警中心。

双鉴探测器：为了克服单一技术探测器的缺陷，通常将2种不同技术原理的探测器整合在一起，只有当2种探测技术的传感器都探测到异常信息时才报警的探测器称为双鉴探测器。

红外探测器：其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释电元几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出，一旦入侵人员进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜而聚焦，从而被热释电元接收，但是由于两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

红外对射探测器：利用光束遮断方式的探测器。当有人横跨过监控防护区时，遮断不可见的红外线光束而引发警报。常用于室外围墙报警，它总是成对使用：一个发射，一个接收。发射机发出一束或多束人眼无法看到的红外光，形成警戒线，有物体通过，光线被遮挡，接收机信号发生变化，放大处理后报警。红外对射探头要选择合适的响应时间：太短容易引起不必要的干扰，如小鸟飞过，小动物穿过等；太长会发生漏报。通常以10米/秒的速度来确定最短遮光时间。若人的宽度为20厘米，则最短遮断时间为20毫秒。大于20毫秒报警，小于20毫秒不报警。

脚挑式紧急开关：在紧急的情况下用脚可以触动开关实施报警。

手动紧急按钮：紧急报警按钮，在紧急的情况下用手可以触动开关实施报警。