Интеллектуальное средство индивидуальной защиты от падения с высоты

Полезная модель относится к технике безопасности ведения работ на высоте и предназначена для повышения безопасности человека - пользователя на производстве с помощью системы интеллектуальной поддержки средства индивидуальной защиты от падения с высоты - страховочной привязи и страховочного стропа.
Известна конструкция Smart Height Safety System (патент US 2021358282 A1, опубл. 18-11-2021). Эта конструкция описывает систему безопасности работы на высоте, состоящую из страховочной привязи с закрепленным на ней устройством, коммуницирующим со смартфоном и передающим на него, а через него и внешним пользователям, данные позволяющие контролировать пристегивание карабинов стропа к крепежным точкам страховочной привязи и к анкерной точке или линии.
Недостатком этой конструкции является малая информативность, поскольку контроль безопасности пользователя осуществляется при помощи микропереключателей интегрированных в карабины стропа. По сути дела контролируется только количество нажатий язычка карабина, не отслеживая закреплен в какой-то момент времени карабин к крепежной точке страховочной привязи или нет. Так же к недостаткам конструкции можно отнести отсутствие контроля за правильностью надевания и эксплуатации страховочной привязи.
Известна конструкция Fall Protection Harness With Damage Indicator (патент EP 3199205 A1, опубл. 02-08-2017). Это конструкция включает в себя особенным образом переплетенные электропроводящие и неэлектропроводящие нити, закрепленные на страховочном стропе и передающие сигнал срабатывания при приложении к стропу чрезмерного веса при падении человека с высоты.
Недостатком этой конструкции является отсутствие информации по эксплуатации стропа или привязи оснащенных данным устройством и сложная техническая реализация, вызванная трудностью подбора толщины электропроводящих и неэлектропроводящих нитей для регулирования усилия, необходимого для срабатывания устройства во время срыва пользователя, но недостаточного для ложного срабатывания при рывке, возникшем в процессе работы.
Техническим результатом является создание устройства, состоящего из страховочной привязи, устройства автоматического контроля эксплуатации страховочной привязи (УАКЭСП), закрепленного на задней части поясного ремня страховочной привязи с внешней стороны, формирующего, накапливающего и передающего данные по беспроводному каналу связи на внешние устройства для предоставления ее администрирующим органам, что позволяет автоматически контролировать соблюдение техники безопасности и правил эксплуатации страховочной привязи на производстве.
Технический результат достигается тем, что на серийную страховочную привязь в процессе изготовления устанавливаются датчики и УАКЭСП. Датчики подразделяются на четыре группы: первая группа - герконы и магниты, интегрированные в накладки, сделанные из прочного пластика, смонтированные на серийных пряжках страховочной привязи; вторая группа - считыватели RFID-меток, расположенные в непосредственной близости от нагрудной и спинной точек крепления страховочной привязи, считывающие информацию с RFID-метки, расположенной на карабине страховочного стропа, и передающие ее данные в УАКЭСП для контроля присоединения стропа к крепежной точке страховочной привязи; третья группа - датчик срыва, представляющий собой тонкий проводник электрического тока, продетый сквозь ленту индикатора срыва страховочной привязи без нарушения целостности ленты; датчики этих групп соединены с платой микроконтроллера через проводники связи и контактные разъемы, установленные на плате микроконтроллера, на которой дополнительно установлены датчики четвертой группы: датчик положения в горизонтально-вертикальном пространстве, датчик температуры окружающего воздуха, датчик вертикального движения и ускорения, датчик измерения напряженности магнитного поля (датчик Холла). Так же на плате микроконтроллера установлены: блок реального времени, формирующий время устройства для точности регистрации событий во времени, внешняя накопительная память для записи событий и возможности извлечения и расшифровки записей после наступления несчастного случая (принцип «черного ящика»), усилитель мощности с подключенными к его выходам адресными светодиодами, звуковым зуммером и вибродвигателем сигнализации; ИК-порт передачи данных и радиопередающий блок беспроводной связи для передачи данных на внешние устройства для предоставления информации администрирующим органам. УАКЭСП питается от съемной аккумуляторной батареи, подключение и отключение которой, соответственно, включает и отключает устройство.
Работа устройства автоматического контроля эксплуатации поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - схема расположения датчиков и устройства на страховочной привязи;
фиг. 2 - изображение пряжки страховочной привязи с накладками и датчиками, интегрированными в них;
фиг. 3 - схема расположения RFID-метки на крюке малого карабина страховочного стропа;
фиг. 4 - схема датчика срыва, расположенного на индикаторе срыва страховочной привязи;
фиг. 5 - структурная схема устройства автоматического контроля эксплуатации страховочной привязи, где:
1 - страховочная привязь от падения с высоты,
2 - пряжки страховочной привязи типа «Кобра»,
3 - накладки на пряжки страховочной привязи,
4 - геркон,
5 - магнит,
6 - спинная точка крепления страховочной привязи,
7 - нагрудная точка крепления страховочной привязи,
8 - считыватели RFID-меток,
9 - RFID-метка,
10 - накладка крюка карабина страховочного стропа,
11 - крюк карабина страховочного стропа,
12 - устройство автоматического контроля эксплуатации страховочной привязи,
13 - датчик срыва,
14 - швы прострочки индикатора срыва страховочной привязи,
15 - тонкий проводник индикатора срыва,
16 - фиксатор проводника индикатора срыва,
17 - проводники связи,
18 - задняя часть поясного ремня,
19 - плата микроконтроллера,
20 - микроконтроллер,
21 - датчик положения в горизонтально-вертикальном пространстве,
22 - датчик температуры окружающего воздуха,
23 - датчик вертикального движения и ускорения,
24 - датчик напряженности магнитного поля,
25 - радиопередающий модуль,
26 - антенна радиопередающего модуля,
27 - блок реального времени,
28 - внешняя накопительная память,
29 - инфракрасный передатчик,
30 - усилитель мощности,
31 - вибросветозвуковая сигнализация,
32 - съемная аккумуляторная батарея.
Страховочная привязь с устройством автоматического контроля эксплуатации состоит из страховочной привязи от падения с высоты 1, выполненной согласно ГОСТ Р ЕН 361-2008, и дополнительных элементов, закрепленных на данной привязи (фиг. 1). На пряжках 2 типа «Кобра» страховочной привязи жестко закреплены накладки из прочного пластика 3 с интегрированными в них герконом 4 и магнитом 5 (фиг. 2). Около спинной 6 и нагрудной 7 крепежных точек страховочной привязи закреплены считыватели RFID-меток 8 (фиг. 1), RFID-метка 9 интегрирована в накладку 10, выполненную из прочного пластика и жестко закрепленную на крюке карабина 11 страховочного стропа (фиг. 3). Считыватели RFID-меток передают данные RFID-меток в устройство автоматического контроля эксплуатации страховочной привязи (УАКЭСП) 12 (фиг. 1) для контроля присоединения страховочного стропа к крепежной точке страховочной привязи. На индикаторе срыва 13 страховочной привязи 1 (фиг. 1) между двумя швами прострочки 14 размещается датчик срыва 15, выполненный из тонкого проводника, вставленного в отверстия, проделанные без нарушения целостности нитей в ленте индикатора срыва страховочной привязи, и ограниченного по длине срабатывания фиксатором 16, жестко закрепленным на проводнике 17 (фиг. 4). Проводники 17 проложены и закреплены на лентах страховочной привязи 1, соединяют датчики и УАКЭСП 12, закрепленное на задней части поясного ремня страховочной привязи 18 (фиг. 1).
В корпусе УКАЭСП расположена плата 19 микроконтроллера 20, на которой смонтированы датчики: положения в горизонтально-вертикальном пространстве 21, температуры 22, вертикального движения и ускорения 23, напряженности магнитного поля 24; а так же радиопередающий модуль 25, антенна радиопередающего модуля 26, блок реального времени 27, внешняя накопительная память 28, инфракрасный передатчик 29, усилитель мощности 30 и, подключенная к его выходу, вибросветозвуковая сигнализация 31, питается устройство от съемной аккумуляторной батареи 32 (фиг. 5).
При подключении съемной аккумуляторной батареи 32 УАКЭСП 12 включается и начинает опрашивать датчики (фиг. 5). При надевании страховочной привязи 1 на пользователя и застегивании трех пряжек 2 привязи (поясной и двух ножных) на аналоговые входы микроконтроллера 20 подается сигнал и устройство встает на охрану (этом режиме отслеживаются показания всех датчиков, ведется запись событий и передаются данные на внешние устройства радиопередающим модулем 25 и инфракрасному порту 29). Затем проверяется состояние целостности датчика срыва 13, подключенного к аналоговому входу микроконтроллера 20, при поврежденном датчике устройство включает вибросветозвуковую сигнализацию 31 и отправляет сигнал на внешние устройства о запрете пользования данной привязью. Если датчик цел, проверяются показания датчика положения в горизонтально-вертикальном пространстве 21 подключенного к аналоговым входам микроконтроллера 20, при поступлении данных о положении датчика 21 в горизонтальном положении, включается вибросветозвуковая сигнализация 31 и на внешние устройства отправляется сообщение о некорректном включении устройства. Данные с температурного датчика 22, подключенного к дискретному входу микроконтроллера 20, сохраняются во внешней накопительной памяти 28 и передаются на внешние устройства для оценки условий работ и соответствия нормам охраны труда. Показания датчика вертикального движения и ускорения 23, подключенного к дискретному входу микроконтроллера 20, отражают перемещение пользователя в вертикальном пространстве и, если датчик 23 покажет, что пользователь движется вниз с ускорением свободного падения, включится вибросветозвуковая сигнализация 31 и на внешние устройства отправится оповещение о наступлении несчастного случая. Датчик напряженности магнитного поля 24, состоящий из чувствительного элемента на основе датчика Холла, подключен к аналоговому входу микроконтроллера 20, отслеживает состояние напряженности магнитного поля около пользователя, при повышения порогового значения напряженности магнитного поля включается вибросветозвуковая сигнализация 31 и передается сообщение на внешние устройства сообщающее об опасности для пользователя. При подключении к спинной 6 или нагрудной 7 точке крепления страховочной привязи 1 страховочного стропа, оснащенного RFID-меткой (фиг. 1), данные со считывателей RFID-меток 8, расположенных в непосредственной близости от точек крепления страховочной привязи 1, поступают на дискретный вход микроконтроллера 20, данное событие записывается во внешнюю накопительную память 28 и передается на внешние устройства. Блок реального времени 27, подключенный к дискретному входу микроконтроллера 20, формирует время для записи событий во внешнюю накопительную память устройства 28. Контроль уровня заряда аккумуляторной батареи 32 осуществляется подключением к аналоговому входу микроконтроллера 20. К дискретным выходам микроконтроллера 20 подключаются: усилитель мощности 20, к выходу которого подключена вибросветозвуковая сигнализация 31; внешняя накопительная память 28; инфракрасный порт 29; радиопередающий модуль 25.
Микроконтроллер 20 запрограммирован для выполнения конкретных задач, а именно:
1. Анализ правильности эксплуатации страховочной привязи при помощи контроля состояния пряжек страховочной привязи.
2. Анализ отсутствия наступления несчастного случая при помощи проверки целостности датчика срыва.
3. Анализ присоединения/отсоединения страховочного стропа, контролируя состояние считывателей RFID-меток.
4. Анализ горизонтально-вертикального положения тела пользователя.
5. Анализ температуры окружающего воздуха.
6. Анализ перемещения пользователя в пространстве.
7. Анализ напряженности магнитного поля.
8. Формирование аварийно-предупредительной вибросветозвуковой сигнализации для привлечения внимания.
9. Передача данных при помощи радиопередающего модуля на внешние устройства.
В алгоритмах программного обеспечения микроконтроллера заложены функции:
1. Постоянный анализ состояния пряжек страховочной привязи, при застегивании всех пряжек привязи устройство встает на охрану и фиксирует показания всех датчиков устройства, формирует данные для передачи на внешние устройства; при расстегивании пряжек привязи отправляется сообщение об этом на внешние устройства и устройство снимается с охраны.
2. Постоянный анализ целостности датчика срыва, при обрыве которого срабатывает аварийная вибросветозвуковая сигнализация и отправляется сообщение на внешние устройства для информирования административных органов об инциденте.
3. Постоянный анализ состояния считывателей RFID-меток, встроенных в непосредственной близости от спинной и нагрудной точек крепления страховочной привязи, при присоединении или отсоединении к этим точкам страховочного стропа с RFID-меткой, закрепленной на крюке карабина стропа, формируются и передаются данные об этих событиях.
4. Постоянный анализ горизонтально-вертикального положения тела пользователя, при длительном нахождении тела в горизонтальном положении включается вибросветозвуковая сигнализация для привлечения внимания и отправляется сообщение на внешние устройства для информирования о возможном несчастном случае.
5. Постоянный анализ температуры окружающего воздуха.
6. Постоянный анализ перемещения пользователя в вертикальном пространстве, при перемещении пользователя вниз со скоростью свободного падения срабатывает светозвуковая сигнализация для привлечения внимания и отправляется сообщение на внешние устройства о возможном наступлении несчастного случая.
7. Постоянный анализ напряженности магнитного поля, при достижении порогового значения срабатывает вибросветозвуковая сигнализация и отправляется сообщение на внешние устройства.
8. Постоянный контроль исправности датчиков, при обнаружении неисправности включается светозвуковая сигнализация и отправляется оповещение на внешние устройства.
9. Постоянное формирование и запись данных работы датчиков во внешнюю накопительную память.
10. Постоянная передача данных на внешние устройства по каналу беспроводной связи и по инфракрасному порту.
11. Постоянный анализ состояния заряда батареи, при снижении заряда до минимального порога включится вибросветозвуковая сигнализация и отправится сообщение на внешние устройства.