張久鳳 李貴勇 喬娜 田野 章堂輝

摘要：為了全面準(zhǔn)確記錄學(xué)員在實際訓(xùn)練與考核情況，研究開發(fā)一套叉車實訓(xùn)安全防護及智能化訓(xùn)練系統(tǒng)，從而全面實時記錄學(xué)員在訓(xùn)練與考核過程中存在的各項問題。在開展叉車實操訓(xùn)練及考試大綱的研究的基礎(chǔ)上，進行實操訓(xùn)練場地實際情況考察并完成傳感器選型、信號走向設(shè)計和地坪圍欄安裝設(shè)計研究工作。結(jié)合實訓(xùn)線路特點和叉車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理，編制控制邏輯并設(shè)計PLC控制系統(tǒng)，完成相關(guān)數(shù)據(jù)采集和控制功能；借助專業(yè)開發(fā)工具完成觸摸屏控制系統(tǒng)開發(fā)，實現(xiàn)實訓(xùn)狀態(tài)的適時準(zhǔn)確顯示。并在此基礎(chǔ)上完成遙控系統(tǒng)設(shè)計，滿足控制要求；開發(fā)USB接口電路，實現(xiàn)培訓(xùn)數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確導(dǎo)出。

關(guān)鍵詞：叉車，安全防護，智能化，訓(xùn)練系統(tǒng)

一、引言

叉車是工業(yè)搬運車輛，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC110稱之為工業(yè)車輛，是指對成件托盤貨物進行裝卸、堆垛和短距離運輸作業(yè)的各種輪式搬運車輛，常用于倉儲大型物件的運輸[1]。叉車通常使用燃油機或者電池驅(qū)動，可以分為內(nèi)燃叉車、電動叉車和倉儲叉車等三大類，在油田的生產(chǎn)過程中叉車發(fā)揮著較大的作用，經(jīng)調(diào)研，油田主要使用內(nèi)燃叉車[1]。同時叉車屬于特種設(shè)備的一種，在使用過程中，如果出現(xiàn)超載等使用不當(dāng)?shù)那闆r，往往容易造成橫向傾翻、側(cè)向傾翻、貨物下滑、碰撞行人、運行不平穩(wěn)等事故的發(fā)生，由于叉車本身所具備的高達(dá)、危險等特性，一旦發(fā)生事故，將會造成在人員傷亡、財產(chǎn)損失等方面帶來較大的影響。

鑒于上述風(fēng)險的存在，充分發(fā)揮作為叉車培訓(xùn)機構(gòu)的絕對優(yōu)勢，在開展培訓(xùn)過程中，組織學(xué)員進行了座談?wù){(diào)研等，在充分掌握學(xué)員安全需求及培訓(xùn)需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合在實操訓(xùn)練中所出現(xiàn)的問題，提出開展叉車場地實訓(xùn)安全防護系統(tǒng)的研究工作，旨在確保學(xué)員在誤操作的情況下能夠?qū)Σ孳囎詣舆M行強制制動、熄火等動作，從而避免因誤操作造成的安全風(fēng)險和財產(chǎn)損失。

二、國內(nèi)外現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外的車輛運行狀態(tài)監(jiān)測記錄設(shè)備大多只重視車輛的速度，位置等信息的采集。中北大學(xué)電子測試技術(shù)國家重點實驗室楊衛(wèi)、李艷的《基于振動傳感器的車輛信號采集與分析》中研究設(shè)計了一種有效的模擬信號調(diào)理方法，并研制了一種基于全向振動傳感器的信號采集探測系統(tǒng)，對車輛振動信號的數(shù)據(jù)進行采集與檢測。根據(jù)傳感器的輸出可判斷周圍空間內(nèi)車輛的存在與否，并對該信號進行試驗研究，試驗結(jié)果表明：車輛與人的信號輸出有很大的差異，從而可以區(qū)分人和車輛。當(dāng)車輛沿不同距離通過傳感器時，傳感器輸出變化規(guī)律不同，故該信號采集與探測能探測車輛。

三、研究方案設(shè)計研究

首先通過調(diào)研查詢有關(guān)車輛定位及車輛改造的參考文獻，并及時與合力叉車生產(chǎn)廠家進行了聯(lián)系咨詢，就叉車的改造事宜進行了確認(rèn)。同時開展叉車實操訓(xùn)練及考試大綱的研究，在進行實操訓(xùn)練場地實際情況考察的基礎(chǔ)上完成傳感器選型、信號走向設(shè)計和地坪圍欄安裝設(shè)計工作。另一方面，根據(jù)實訓(xùn)大綱要求，結(jié)合實訓(xùn)線路特點和叉車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理，編制控制邏輯并設(shè)計PLC控制系統(tǒng)，完成相關(guān)數(shù)據(jù)采集和控制功能；借助專業(yè)開發(fā)工具完成觸摸屏控制系統(tǒng)開發(fā)，實現(xiàn)實訓(xùn)狀態(tài)的適時準(zhǔn)確顯示。并在此基礎(chǔ)上完成遙控系統(tǒng)設(shè)計，滿足控制要求；開發(fā)USB接口電路，實現(xiàn)培訓(xùn)數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確導(dǎo)出。

（一）叉車改造方案的研究確定

為避免學(xué)員或叉車操作人員因駕駛叉車操作不當(dāng)，造成財產(chǎn)損失甚至人員傷亡事故，實現(xiàn)叉車的實操訓(xùn)練過程風(fēng)險的可控，對叉車進行了改造，加裝自動控制系統(tǒng)。通過改裝完成自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了在實際操作訓(xùn)練的過程中，如發(fā)生超邊界、超速等情況，通過自動控制系統(tǒng)進行緊急制動，確保叉車實習(xí)操作訓(xùn)練的安全可靠。

（二）叉車實操訓(xùn)練場地改造方案的研究確定

中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的TSG特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范《場（廠）內(nèi)專用機動車輛安全管理人員和操作人員考核大綱》中對叉車的場地考試作出了規(guī)定，要求考核叉車司機的車輛起步、前進、倒車、轉(zhuǎn)向、停車、作業(yè)等基本操作的熟練程度，并觀察其判斷和控制能力?？荚嚥捎脝为汃{駛的方式，按照所考車型規(guī)定的線路，完成規(guī)定的項目。

司機順序完成A、B考試流程動作，即完成該項目考試。具體考試路線為：（1）A考試流程，開始 --> 車輛起步 --> 前進至甲庫拆垛--> 倒行至停車線 --> 前進至乙?guī)於讯?-> 倒行至起點（如圖F-1所示）；（2）B考試流程，前進至乙?guī)觳鸲?-> 倒行至停車線 --> 前進至甲庫 --> 倒行至起點 --> 結(jié)束（未標(biāo)示）

在充分研究大綱要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)大綱所要求的考試流程及內(nèi)容，對叉車考核場地進行了改造方案的設(shè)計。

（三）叉車智能化訓(xùn)練系統(tǒng)的實現(xiàn)

實操培訓(xùn)上位機系統(tǒng)，是根據(jù)大綱線路要求，利用組態(tài)王軟件，把數(shù)據(jù)采系統(tǒng)采集的車輛運行狀態(tài)、運行軌跡和色度傳感器判斷的狀態(tài)顯示在教學(xué)考核系統(tǒng)之上，根據(jù)考核要求，對下位機發(fā)出指令、判定考核成績并生成成績單；同時并將所有狀態(tài)保存到數(shù)據(jù)庫，為指導(dǎo)學(xué)員進行錯位糾正和成績追溯查詢提供依據(jù)。

采用西門子STEP-7開發(fā)工具進行編程，完成數(shù)據(jù)采集和叉車控制系統(tǒng)程序編制。實現(xiàn)了長度數(shù)字量信號的實時采集，并按照上位機指令把采集的信號狀態(tài)通過串行，采用無線通信的方式傳送到上位機。系統(tǒng)包括串口初始化子程序、接收完成中斷子程序和定時發(fā)送子程序。

四、結(jié)論

本研究利用傳感器和PCL控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對叉車場地實訓(xùn)中行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集和緊急制動的控制；通過組態(tài)王軟件對采集數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)了對學(xué)員操作情況的評判，并可對操作情況的追溯查詢，達(dá)到了叉車實訓(xùn)的智能化和安全防護的自動化。

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