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张久凤 李贵勇 乔娜 田野 章堂辉
摘要：为了全面准确记录学员在实际训练与考核情况，研究开发一套叉车实训安全防护及智能化训练系统，从而全面实时记录学员在训练与考核过程中存在的各项问题。在开展叉车实操训练及考试大纲的研究的基础上，进行实操训练场地实际情况考察并完成传感器选型、信号走向设计和地坪围栏安装设计研究工作。结合实训线路特点和叉车控制系统结构、原理，编制控制逻辑并设计PLC控制系统，完成相关数据采集和控制功能；借助专业开发工具完成触摸屏控制系统开发，实现实训状态的适时准确显示。并在此基础上完成遥控系统设计，满足控制要求；开发USB接口电路，实现培训数据的完整、准确导出。
关键词：叉车，安全防护，智能化，训练系统
一、引言
叉车是工业搬运车辆，国际标准化组织ISO/TC110称之为工业车辆，是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆，常用于仓储大型物件的运输[1]。叉车通常使用燃油机或者电池驱动，可以分为内燃叉车、电动叉车和仓储叉车等三大类，在油田的生产过程中叉车发挥着较大的作用，经调研，油田主要使用内燃叉车[1]。同时叉车属于特种设备的一种，在使用过程中，如果出现超载等使用不当的情况，往往容易造成横向倾翻、侧向倾翻、货物下滑、碰撞行人、运行不平稳等事故的发生，由于叉车本身所具备的高达、危险等特性，一旦发生事故，将会造成在人员伤亡、财产损失等方面带来较大的影响。
鉴于上述风险的存在，充分发挥作为叉车培训机构的绝对优势，在开展培训过程中，组织学员进行了座谈调研等，在充分掌握学员安全需求及培训需求的基础上，结合在实操训练中所出现的问题，提出开展叉车场地实训安全防护系统的研究工作，旨在确保学员在误操作的情况下能够对叉车自动进行强制制动、熄火等动作，从而避免因误操作造成的安全风险和财产损失。
二、国内外现状
目前，国内外的车辆运行状态监测记录设备大多只重视车辆的速度，位置等信息的采集。中北大学电子测试技术国家重点实验室杨卫、李艳的《基于振动传感器的车辆信号采集与分析》中研究设计了一种有效的模拟信号调理方法，并研制了一种基于全向振动传感器的信号采集探测系统，对车辆振动信号的数据进行采集与检测。根据传感器的输出可判断周围空间内车辆的存在与否，并对该信号进行试验研究，试验结果表明：车辆与人的信号输出有很大的差异，从而可以区分人和车辆。当车辆沿不同距离通过传感器时，传感器输出变化规律不同，故该信号采集与探测能探测车辆。
三、研究方案设计研究
首先通过调研查询有关车辆定位及车辆改造的参考文献，并及时与合力叉车生产厂家进行了联系咨询，就叉车的改造事宜进行了确认。同时开展叉车实操训练及考试大纲的研究，在进行实操训练场地实际情况考察的基础上完成传感器选型、信号走向设计和地坪围栏安装设计工作。另一方面，根据实训大纲要求，结合实训线路特点和叉车控制系统结构、原理，编制控制逻辑并设计PLC控制系统，完成相关数据采集和控制功能；借助专业开发工具完成触摸屏控制系统开发，实现实训状态的适时准确显示。并在此基础上完成遥控系统设计，满足控制要求；开发USB接口电路，实现培训数据的完整、准确导出。
（一）叉车改造方案的研究确定
为避免学员或叉车操作人员因驾驶叉车操作不当，造成财产损失甚至人员伤亡事故，实现叉车的实操训练过程风险的可控，对叉车进行了改造，加装自动控制系统。通过改装完成自动控制系统，实现了在实际操作训练的过程中，如发生超边界、超速等情况，通过自动控制系统进行紧急制动，确保叉车实习操作训练的安全可靠。
（二）叉车实操训练场地改造方案的研究确定
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局颁布的TSG特种设备安全技术规范《场（厂）内专用机动车辆安全管理人员和操作人员考核大纲》中对叉车的场地考试作出了规定，要求考核叉车司机的车辆起步、前进、倒车、转向、停车、作业等基本操作的熟练程度，并观察其判断和控制能力。考试采用单独驾驶的方式，按照所考车型规定的线路，完成规定的项目。
司机顺序完成A、B考试流程动作，即完成该项目考试。具体考试路线为：（1）A考试流程，开始 --> 车辆起步 --> 前进至甲库拆垛--> 倒行至停车线 --> 前进至乙库堆垛--> 倒行至起点（如图F-1所示）；（2）B考试流程，前进至乙库拆垛--> 倒行至停车线 --> 前进至甲库 --> 倒行至起点 --> 结束（未标示）
在充分研究大纲要求的基础上，根据大纲所要求的考试流程及内容，对叉车考核场地进行了改造方案的设计。
（三）叉車智能化训练系统的实现
实操培训上位机系统，是根据大纲线路要求，利用组态王软件，把数据采系统采集的车辆运行状态、运行轨迹和色度传感器判断的状态显示在教学考核系统之上，根据考核要求，对下位机发出指令、判定考核成绩并生成成绩单；同时并将所有状态保存到数据库，为指导学员进行错位纠正和成绩追溯查询提供依据。
采用西门子STEP-7开发工具进行编程，完成数据采集和叉车控制系统程序编制。实现了长度数字量信号的实时采集，并按照上位机指令把采集的信号状态通过串行，采用无线通信的方式传送到上位机。系统包括串口初始化子程序、接收完成中断子程序和定时发送子程序。
四、结论
本研究利用传感器和PCL控制系统，实现了对叉车场地实训中行驶状态数据的实时采集和紧急制动的控制；通过组态王软件对采集数据的处理，实现了对学员操作情况的评判，并可对操作情况的追溯查询，达到了叉车实训的智能化和安全防护的自动化。
参考文献：
[1]许畅.叉车主体结构模态分析与减振设计[D].中国计量学院，2012.
[2]杨明亮，徐格宁.基于约束刚柔耦合系统的叉车振动研究[J].机械工程学报，2011，47（20）：89-94.
[3]宗亚飞.叉车节能技术仿真研究[D].太原科技大学，2014.
[4]彭小利，郑林江，蒲国林，王海涛. 制造物联环境下智能仓库货位分配模型[J]. 计算机应用研究，2018，（01）：1-10.
