PL226289B1 - System zbliżeniowego zabezpieczania osób w obszarze pracy z urządzeniami mobilnymi - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest system zbliżeniowego zabezpieczania osób w obszarze pracy z urządzeniami mobilnymi, zwłaszcza transportu wewnętrznego, przeznaczony do ochrony osób wykonujących pracę w obszarze, w którym prowadzone są operacje logistyczne.

W znanych systemach zbliżeniowych wyznacza się strefy ostrzegania z wykorzystaniem technologii identyfikacji częstotliwością radiową (RFID) (radio frequency identification), systemów radarowych lub pola magnetycznego. Ograniczenia w stosowaniu poszczególnych technologii wynikają m.in. z uwarunkowań środowiska pracy, gdzie np. występujące materiały metaliczne zmieniają tor sygnału radiowego, a odbiorniki RF stosowane do określenia odległości mogą błędnie tę odległość wyznaczać. Również sygnały GPS ulegają odbiciom od otaczającego wyposażenia, powodując błędne wyliczenia odległości pomiędzy odbiornikami a pojazdami. Z tego względu w pomieszczeniach zamkniętych i w konstrukcjach zadaszonych użycie tej technologii jest ograniczone. W publikacji pt. „Single-Sideband Upconversion of Quadrature DDS Signals to the 800-to-2500-MHz Band” (Rick Cushing), przedstawiono technologie bezpośredniej syntezy częstotliwości DDS oraz metody konwersji sygnału do zmodulowanej pojedynczej wstęgi bocznej (SSB). W oparciu o typowe układy DDS: AD9851, AD9854, opisano metody przetwarzania sygnałów, a na układzie typu AD8346 przykładową realizację modulacji kwadraturowej. Natomiast publikacja nie porusza kwestii lokalizowania przemieszczającego się obiektu wytwarzającego fale elektromagnetyczne.

W znanych i często stosowanych systemach w celu ochrony osób i mienia, wyznacza się strefy ostrzegania wokół niebezpiecznego urządzenia lub obszaru pod- i naziemnego generując pole magnetyczne.

Z opisu patentowego wynalazku US7420471 (B2), (publikacja WO2006036764 (A2)), znany jest system bezpieczeństwa, przeznaczony do użytkowania w kopalniach, w którym pole magnetyczne oznaczające, w zakresie niskich częstotliwości ok. 100 kHz oraz w średnim zakresie częstotliwości od 100 kHz do mniej niż 500 kHz, wytwarza generator umieszczony na przemieszczającej się maszynie. W systemie stosuje się osobiste urządzenie ostrzegające, które jest zdolne do wykrywania pola oznaczającego oraz do wykrywania pola znacznika, a także dwustronną łączność pomiędzy osobą, która jest chroniona oraz maszyną, przed którą ta osoba jest chroniona. Ostrzeżenia są przekazywane pracownikom, którzy są niebezpiecznie blisko pracującej maszyny, jak również ostrzeżenia są przekazywane operatorowi maszyny. W systemie obowiązuje zasada unieruchamiania sprzętu, dopóki personel nie osiągnie bezpiecznego miejsca. Działający w ramach systemu układ bezpieczeństwa zawiera środki do transmisji oraz informacje dotyczące bezpieczeństwa operacyjnego.

Z opisu patentu US5767669 znany jest sposób ustalania położenia i orientacji zdalnych czujników z wykorzystaniem impulsowego pola magnetycznego generowanego w stałej lokalizacji. Impulsowe pola magnetyczne są kolejno generowane z licznych przestrzennie niezależnych podzespołów definiujących źródłową ramkę koordynującą. Impulsowe pola magnetyczne są wykrywane przez zdalne czujniki posiadające liczne elementy pasywnych czujników pola. Zniekształcenia prądu wirowego są wykrywane oddzielnie i odejmowane przez system. System mierzy wpływ obiektów metalicznych obecnych w środowisku, oraz dynamicznie dopasowuje zmierzone wartości stosownie do tego. Wykryte pola magnetyczne wolne od zniekształceń prądu wirowego, wykorzystywane są w celu obliczenia położenia i orientacji odległego obiektu.

Znany jest również z opisu patentu europejskiego PL/EP2210246T3 system wykrywania zbliżeniowego, obejmujący generator generujący pole magnetyczne, przy czym generator jest zdolny do odbierania sygnałów zwrotnych, oraz urządzenie alarmowe, które wysyła sygnały zwrotne, które to urządzenie alarmowe jest zdolne do wykrywania wspomnianego pola magnetycznego i generowania sygnału zwrotnego. W systemie generator generuje pole magnetyczne przez pierwszy z góry ustalony przedział czasowy i wykrywa sygnał zwrotny z urządzenia alarmowego w obrębie drugiego z góry ustalonego przedziału czasowego. Natomiast wspomniane urządzenie alarmowe generuje sygnał zwrotny o pierwszej długości czasu gdy urządzenie alarmowe wykryje pole magnetyczne o pierwszym natężeniu, lub urządzenie alarmowe generuje sygnał zwrotny o drugiej długości czasu gdy urządzenie alarmowe wykrywa pole magnetyczne o drugim natężeniu, przy czym pierwsze natężenie różni się od drugiego natężenia, a pierwsza długość czasu różni się od drugiej długości czasu.

System detekcji zbliżeniowej, znany z opisu patentu US8289170 (B2) (zgłoszenie US2009267787 (A1) z 29.10.2009 r.), przeznaczony jest do stosowania w kopalniach. W systemie maszyna o znanej lokalizacji, wyposażona w jednostki przetwarzania, posiada wiele odbiorników do

PL 226 289 B1 określania siły odbieranego sygnału magnetycznego, który przesyła nadajnik osoby wyposażonej w generator. Na podstawie mocy sygnału jednostka przetwarzania określa lokalizację nadajnika w stosunku do maszyny, i wysyła sygnał ostrzegawczy, jeśli nadajnik w stosunku do maszyny znajduje się w strefie zagrożenia kolizją, wyznaczonej wokół maszyny.

System zbliżeniowego zabezpieczania osób w obszarze pracy z urządzeniami mobilnymi, w którym prowadzone są operacje logistyczne transportu wewnętrznego, a co najmniej jeden generator z elementami sterującymi generuje pole magnetyczne zaś urządzenie alarmowe wyposażone w detektory kierunkowe jest urządzeniem o częstotliwości radiowej, które na podstawie sygnału odbieranego odczytuje natężenie tego pola magnetycznego oraz dokonuje rozróżnienia pomiędzy natężeniami, i określa w czasie rzeczywistym czy zostały przekroczone ustalone dopuszczalne wartości oraz generuje alarm, z których komunikaty wizualne przeznaczone dla kierowcy są oznaczane kolorystycznie na ekranie terminala komputerowego, przy czym generator jest indywidualnym nadajnikiem osobistym, charakteryzuje się tym, że każdy generator o ciągłej aktywności generuje pole magnetyczne bliskie w zakresie fal średnich o częstotliwości nośnej 240 kHz do 260 kHz, a sygnał z generatora tonu DDS generatora modulowany jest jednowstęgowo na zakres fal radiowych.

Generator generuje sygnał radiowy o stałym natężeniu.

Wykorzystuje się urządzenie alarmowe wyposażone w co najmniej cztery detektory kierunkowe ustawione ortogonalnie względem siebie a sygnał odbierany analizuje układ PSoC (Programmable System on Chip) terminala komputerowego po przetworzeniu sygnału cyfrowo, przy czym urządzenie alarmowe jest umieszczone na każdym urządzeniu mobilnym przemieszczającym się w obszarze pracy.

Rozwiązanie według wynalazku rozwiązuje problem mylnych alarmów w systemie wykrywania zbliżeniowego. W tym celu zastosowano jako generator pola magnetycznego bliskiego (punktowego) indywidualny nadajnik osobisty o ciągłej aktywności oraz bierne urządzenie alarmowe. Równocześnie zastosowanie modulacji jednowstęgowej SSB umożliwia odbiór sygnałów pozbawionych szumów, a zastosowany układ PSoC, z algorytmami matematycznymi, pozwala na uzyskiwanie powtarzalnych pomiarów oraz dobrą rozpoznawalność obiektów. Ponadto pole magnetyczne działa w zakresie fal średnich o częstotliwości nośnej 240 kHz do 260 kHz, co zapewnia lepszą odporność na zakłócenia niż stosowane cyfrowe formy identyfikacji, zwiększa zasięg działania oraz zakres jego zastosowania, także w obszarze o zwiększonej kumulacji przeszkód.

System według wynalazku jest przedstawiony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat systemu, fig. 2 przedstawia schemat blokowy generatora, fig. 3 przedstawia schemat blokowy terminala komputerowego.

W systemie zbliżeniowym do zabezpieczania obszaru pracy z urządzeniami mobilnymi, przedstawionym na fig. 1, generator 1 generuje pole magnetyczne, natomiast urządzenie alarmowe 2, które jest urządzeniem o częstotliwości radiowej zdolnym do wykrywania pola magnetycznego, odczytuje natężenie tego pola magnetycznego oraz dokonuje rozróżnienia pomiędzy natężeniami w sposób opisany w dalszej części, w celu określenia czy zostały przekroczone ustalone dopuszczalne wartości oraz generuje alarm.

Generator 1, jest indywidualnym nadajnikiem osobistym o ciągłej aktywności, i generuje sygnał analogowy o stałym natężeniu i częstotliwości nośnej 240 kHz do 260 kHz. Pole magnetyczne blis kie generowane jest w płaszczyźnie XY, a występujące w tych osiach X-Y strefy zagrożeń są w miarę jednorodne i symetryczne. Generator 1, jako moduł elektroniczny, działający w oparciu o modulację SSB, posiada własne zasilanie, ponadto pracuje tylko w trybie nadawczym bez funkcji odbioru. Generator 1 zawiera mikroprocesor sterujący oraz generator tonu wykorzystujący technologię DDS (Direct Digital Synthesis) z wykorzystaniem filtrów dolnoprzepustowych, a modulacja odbywa się jednowstęgowo. Anteną nadawczą jest cewka indukcyjna nawinięta na pręt ferrytowy.

Przeniesienie sygnału identyfikatora osobistego na zakres fal radiowych prowadzi się w oparciu o modulację SSB (Single SideBand modulation). Modulacja SSB jest rodzajem modulacji amplitudowej, w której wysyłana jest tylko jedna wstęga boczna bez sygnału nośnego.

Odwrotną operację prowadzi się w demodulatorze urządzenia alarmowego 2.

Natomiast urządzenie alarmowe 2, jak już napisano, jest urządzeniem o częstotliwości radiowej, działa jako odbiornik sygnału, w którym sygnał odbierany jest sygnałem o częstotliwości radiowej. Urządzenie alarmowe jest wyposażone w detektory kierunkowe 3 oraz terminal komputerowy z ekranem wizualizacji.

PL 226 289 B1

Sygnał radiowy odbierany z danego kierunku przez antenę detektora kierunkowego jest doprowadzany poprzez przewód do terminala komputerowego. Terminal komputerowy jako jednostkę nadrzędną i obliczeniową zawiera układ PSoC (Programmable System on Chip) analizujący, po przetworzeniu sygnału cyfrowo, próbki cyfrowe z kanałów radiowych - detektorów kierunkowych. W badaniach prototypów stosowano detektory kierunkowe w ilości cztery do ośmiu, ustawione ortogonalnie względem siebie.

Terminal komputerowy, w oparciu o prowadzone komputerowo obliczenia i cyfrową analizę sygnałów z detektorów kierunkowych 3 w czasie rzeczywistym ustala i sygnalizuje kierowcy pojazdu zagrożenie kolizją ze zbliżającym się pracownikiem. Wynik obliczeń jest wizualizowany w postaci k omunikatu obrazowego na ekranie TFT oraz sygnałem dźwiękowym.

System działa w oparciu o skonfigurowane z uwzględnieniem warunków rzeczywistych strefy bezpieczeństwa I, II, III, określone przez odległość d₁, d₂ i d₃ między generatorem 1 a urządzeniem alarmowym 2, przy czym odległość maksymalna d₁ między tymi urządzeniami może osiągać 30 m. Urządzenie dla każdej ze stref wyzwala stopniowane środki alarmu, z których środki wizualne, przeznaczone dla kierowcy są oznaczane kolorystycznie na ekranie TFT terminala komputerowego, przy użyciu stosowanej w ruchu drogowym kolorystyki zielonej, żółtej i czerwonej, przy czym alarm czerwony wymaga potwierdzenia przez operatora.

Claims (3)

1. System zbliżeniowego zabezpieczania osób w obszarze pracy z urządzeniami mobilnymi, w którym prowadzone są operacje logistyczne transportu wewnętrznego, a co najmniej jeden generator z elementami sterującymi generuje pole magnetyczne zaś urządzenie alarmowe wyposażone w detektory kierunkowe jest urządzeniem o częstotliwości radiowej, które na podstawie sygnału odbieranego odczytuje natężenie tego pola magnetycznego oraz dokonuje rozróżnienia pomiędzy natężeniami, i określa w czasie rzeczywistym czy zostały przekroczone ustalone dopuszczalne wartości oraz generuje alarmy, z których komunikaty wizualne przeznaczone dla kierowcy są oznaczane kolorystycznie na ekranie terminala komputerowego, przy czym generator jest indywidualnym nadajnikiem osobistym, znamienny tym, że każdy generator (1) o ciągłej aktywności generuje pole magnetyczne bliskie w zakresie fal średnich o częstotliwości nośnej 240 kHz do 260 kHz, a sygnał z generatora tonu DDS generatora (1) modulowany jest jednowstęgowo na zakres fal radiowych.

2. System według zastrz. 1, znamienny tym, że generator (1) generuje sygnał radiowy o stałym natężeniu.

3. System według zastrz. 1, znamienny tym, że wykorzystuje się urządzenie alarmowe (2) wyposażone w co najmniej cztery detektory kierunkowe (3) ustawione ortogonalnie względem siebie a sygnał odbierany analizuje układ PSoC (Programmable System on Chip) terminala komputerowego po przetworzeniu sygnału cyfrowo, przy czym urządzenie alarmowe (2) jest umieszczone na każdym urządzeniu mobilnym przemieszczającym się w obszarze pracy.