叉車實(shí)訓(xùn)安全防護(hù)及智能化訓(xùn)練系統(tǒng)研究

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(shí)際訓(xùn)練與考核情況，研究開發(fā)一套叉車實(shí)訓(xùn)安全防護(hù)及智能化訓(xùn)練系統(tǒng)，從而全面實(shí)時(shí)記錄學(xué)員在訓(xùn)練與考核過程中存在的各項(xiàng)問題。在開展叉車實(shí)操訓(xùn)練及考試大綱的研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練場地實(shí)際情況考察并完成傳感器選型、信號(hào)走向設(shè)計(jì)和地坪圍欄安裝設(shè)計(jì)研究工作。結(jié)合實(shí)訓(xùn)線路特點(diǎn)和叉車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理，編制控制邏輯并設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)狀態(tài)的適時(shí)準(zhǔn)確顯示。并在此基礎(chǔ)上完成遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足控制要求；開發(fā)USB接口電路，實(shí)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(hù)，智能化，訓(xùn)練系統(tǒng)

一、引言

叉車是工業(yè)搬運(yùn)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(jìn)行裝卸、堆垛和短距離運(yùn)輸作業(yè)的各種輪式搬運(yùn)車輛，常用于倉儲(chǔ)大型物件的運(yùn)輸[1]。叉車通常使用燃油機(jī)或者電池驅(qū)動(dòng)，可以分為內(nèi)燃叉車、電動(dòng)叉車和倉儲(chǔ)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(shí)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(yùn)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(xiǎn)等特性，一旦發(fā)生事故，將會(huì)造成在人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失等方面帶來較大的影響。

鑒于上述風(fēng)險(xiǎn)的存在，充分發(fā)揮作為叉車培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的絕對優(yōu)勢，在開展培訓(xùn)過程中，組織學(xué)員進(jìn)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(shí)操訓(xùn)練中所出現(xiàn)的問題，提出開展叉車場地實(shí)訓(xùn)安全防護(hù)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?dòng)進(jìn)行強(qiáng)制制動(dòng)、熄火等動(dòng)作，從而避免因誤操作造成的安全風(fēng)險(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失。

二、國內(nèi)外現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外的車輛運(yùn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊衛(wèi)、李艷的《基于振動(dòng)傳感器的車輛信號(hào)采集與分析》中研究設(shè)計(jì)了一種有效的模擬信號(hào)調(diào)理方法，并研制了一種基于全向振動(dòng)傳感器的信號(hào)采集探測系統(tǒng)，對車輛振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)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(hào)進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：車輛與人的信號(hào)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(shí)，傳感器輸出變化規(guī)律不同，故該信號(hào)采集與探測能探測車輛。

三、研究方案設(shè)計(jì)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(xiàn)，并及時(shí)與合力叉車生產(chǎn)廠家進(jìn)行了聯(lián)系咨詢，就叉車的改造事宜進(jìn)行了確認(rèn)。同時(shí)開展叉車實(shí)操訓(xùn)練及考試大綱的研究，在進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練場地實(shí)際情況考察的基礎(chǔ)上完成傳感器選型、信號(hào)走向設(shè)計(jì)和地坪圍欄安裝設(shè)計(jì)工作。另一方面，根據(jù)實(shí)訓(xùn)大綱要求，結(jié)合實(shí)訓(xùn)線路特點(diǎn)和叉車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理，編制控制邏輯并設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)狀態(tài)的適時(shí)準(zhǔn)確顯示。并在此基礎(chǔ)上完成遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足控制要求；開發(fā)USB接口電路，實(shí)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(cái)產(chǎn)損失甚至人員傷亡事故，實(shí)現(xiàn)叉車的實(shí)操訓(xùn)練過程風(fēng)險(xiǎn)的可控，對叉車進(jìn)行了改造，加裝自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過改裝完成自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行緊急制動(dòng)，確保叉車實(shí)習(xí)操作訓(xùn)練的安全可靠。

（二）叉車實(shí)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(yàn)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(jī)動(dòng)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(jī)的車輛起步、前進(jìn)、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。考試采用單獨(dú)駕駛的方式，按照所考車型規(guī)定的線路，完成規(guī)定的項(xiàng)目。

司機(jī)順序完成A、B考試流程動(dòng)作，即完成該項(xiàng)目考試。具體考試路線為：（1）A考試流程，開始 --> 車輛起步 --> 前進(jìn)至甲庫拆垛--> 倒行至停車線 --> 前進(jìn)至乙?guī)於讯?-> 倒行至起點(diǎn)（如圖F-1所示）；（2）B考試流程，前進(jìn)至乙?guī)觳鸲?-> 倒行至停車線 --> 前進(jìn)至甲庫 --> 倒行至起點(diǎn) --> 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(jìn)行了改造方案的設(shè)計(jì)。

（三）叉車智能化訓(xùn)練系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

實(shí)操培訓(xùn)上位機(jī)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(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)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(jī)發(fā)出指令、判定考核成績并生成成績單；同時(shí)并將所有狀態(tài)保存到數(shù)據(jù)庫，為指導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行錯(cuò)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(jìn)行編程，完成數(shù)據(jù)采集和叉車控制系統(tǒng)程序編制。實(shí)現(xiàn)了長度數(shù)字量信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，并按照上位機(jī)指令把采集的信號(hào)狀態(tài)通過串行，采用無線通信的方式傳送到上位機(jī)。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(shí)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(shí)現(xiàn)了對叉車場地實(shí)訓(xùn)中行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和緊急制動(dòng)的控制；通過組態(tài)王軟件對采集數(shù)據(jù)的處理，實(shí)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(shí)訓(xùn)的智能化和安全防護(hù)的自動(dòng)化。

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