叉車實訓安全防護及智能化訓練系統研究

張久鳳 李貴勇 喬娜 田野 章堂輝

摘要：為了全面準確記錄學員在實際訓練與考核情況，研究開發一套叉車實訓安全防護及智能化訓練系統，從而全面實時記錄學員在訓練與考核過程中存在的各項問題。在開展叉車實操訓練及考試大綱的研究的基礎上，進行實操訓練場地實際情況考察并完成傳感器選型、信號走向設計和地坪圍欄安裝設計研究工作。結合實訓線路特點和叉車控制系統結構、原理，編制控制邏輯并設計PLC控制系統，完成相關數據采集和控制功能；借助專業開發工具完成觸摸屏控制系統開發，實現實訓狀態的適時準確顯示。并在此基礎上完成遙控系統設計，滿足控制要求；開發USB接口電路，實現培訓數據的完整、準確導出。

關鍵詞：叉車，安全防護，智能化，訓練系統

一、引言

叉車是工業搬運車輛，國際標準化組織ISO/TC110稱之為工業車輛，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動，可以分為內燃叉車、電動叉車和倉儲叉車等三大類，在油田的生產過程中叉車發揮著較大的作用，經調研，油田主要使用內燃叉車[1]。同時叉車屬于特種設備的一種，在使用過程中，如果出現超載等使用不當的情況，往往容易造成橫向傾翻、側向傾翻、貨物下滑、碰撞行人、運行不平穩等事故的發生，由于叉車本身所具備的高達、危險等特性，一旦發生事故，將會造成在人員傷亡、財產損失等方面帶來較大的影響。

鑒于上述風險的存在，充分發揮作為叉車培訓機構的絕對優勢，在開展培訓過程中，組織學員進行了座談調研等，在充分掌握學員安全需求及培訓需求的基礎上，結合在實操訓練中所出現的問題，提出開展叉車場地實訓安全防護系統的研究工作，旨在確保學員在誤操作的情況下能夠對叉車自動進行強制制動、熄火等動作，從而避免因誤操作造成的安全風險和財產損失。

二、國內外現狀

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

三、研究方案設計研究

首先通過調研查詢有關車輛定位及車輛改造的參考文獻，并及時與合力叉車生產廠家進行了聯系咨詢，就叉車的改造事宜進行了確認。同時開展叉車實操訓練及考試大綱的研究，在進行實操訓練場地實際情況考察的基礎上完成傳感器選型、信號走向設計和地坪圍欄安裝設計工作。另一方面，根據實訓大綱要求，結合實訓線路特點和叉車控制系統結構、原理，編制控制邏輯并設計PLC控制系統，完成相關數據采集和控制功能；借助專業開發工具完成觸摸屏控制系統開發，實現實訓狀態的適時準確顯示。并在此基礎上完成遙控系統設計，滿足控制要求；開發USB接口電路，實現培訓數據的完整、準確導出。

（一）叉車改造方案的研究確定

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

（二）叉車實操訓練場地改造方案的研究確定

中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局頒布的TSG特種設備安全技術規范《場（廠）內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定，要求考核叉車司機的車輛起步、前進、倒車、轉向、停車、作業等基本操作的熟練程度，并觀察其判斷和控制能力。考試采用單獨駕駛的方式，按照所考車型規定的線路，完成規定的項目。

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 --> 前進至乙庫堆垛--> 倒行至起點（如圖F-1所示）；（2）B考試流程，前進至乙庫拆垛--> 倒行至停車線 --> 前進至甲庫 --> 倒行至起點 --> 結束（未標示）

在充分研究大綱要求的基礎上，根據大綱所要求的考試流程及內容，對叉車考核場地進行了改造方案的設計。

（三）叉車智能化訓練系統的實現

實操培訓上位機系統，是根據大綱線路要求，利用組態王軟件，把數據采系統采集的車輛運行狀態、運行軌跡和色度傳感器判斷的狀態顯示在教學考核系統之上，根據考核要求，對下位機發出指令、判定考核成績并生成成績單；同時并將所有狀態保存到數據庫，為指導學員進行錯位糾正和成績追溯查詢提供依據。

采用西門子STEP-7開發工具進行編程，完成數據采集和叉車控制系統程序編制。實現了長度數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通過串行，采用無線通信的方式傳送到上位機。系統包括串口初始化子程序、接收完成中斷子程序和定時發送子程序。

四、結論

本研究利用傳感器和PCL控制系統，實現了對叉車場地實訓中行駛狀態數據的實時采集和緊急制動的控制；通過組態王軟件對采集數據的處理，實現了對學員操作情況的評判，并可對操作情況的追溯查詢，達到了叉車實訓的智能化和安全防護的自動化。

參考文獻：

[1]許暢.叉車主體結構模態分析與減振設計[D].中國計量學院，2012.

[2]楊明亮，徐格寧.基于約束剛柔耦合系統的叉車振動研究[J].機械工程學報，2011，47（20）：89-94.

[3]宗亞飛.叉車節能技術仿真研究[D].太原科技大學，2014.

[4]彭小利，鄭林江，蒲國林，王海濤. 制造物聯環境下智能倉庫貨位分配模型[J]. 計算機應用研究，2018，（01）：1-10.