1、背景技术：
海洋吊机是海洋钻采平台及工程船舶配套的特种起吊作业设备，在海洋工程和海上油田开发中有着重要作用，自动控制系统是其关键组成部分。海洋吊机需要满足多种工况要求，涵盖变幅、旋转、提升下放等常规工况，以及载人、恒张力等特殊工况，对系统的安全可靠性要求极高。在钻井船或平台上由于吊机附近存在某些障碍或机械干涉，例如附近有桩腿，即存在危险区域，操作者必须使吊机在安全区域下作业。目前，这种保护措施主要依靠人工目测、操作为主，对劳动者专业素质要求高，操作者做大量重复性劳动，易产生疲劳和误操作，劳动效率低，控制系统自动化、智能化水平低。
2、发明内容：
本发明目的是提供海洋吊机智能安全区域保护装置及方法，解决目前此类保护措施主要依靠人工目测、操作为主，对劳动者专业素质要求高，操作者做大量重复性劳动，易产生疲劳和误操作，劳动效率低，控制系统自动化、智能化水平低的问题。安全区域保护功能模块激活后，当触发标定位置时，控制系统自动进行保护，极大提升了海洋吊机的安全可靠性，使其更加智能化。
本专利所述内容是不依赖于某种特定硬件的一种控制技术方法。使用该方法搭建的架构，依托系统自身控制器或定制专用电控元件，注入该方法设计的算法流程，海洋吊机就能够方便地实现自动安全区域保护功能，灵活性强，便于推广。
本发明所采用的技术方案是：包括：旋转位置检测单元，操作界面HMI，运算单元CU，执行阀组，报警组件。旋转位置检测单元包括横向回转运动和纵向变幅运动两个方面的检测，将信号传入运算单元CU，实体可以为角度仪、旋转编码器或光电脉冲接近开关组件等形式；操作界面HMI实时显示监控数据，并可进行相关操作，实体可以是原控制系统触摸屏上的一个操作界面，也可以是独立配置的显示控制器；运算单元CU计算和对比当前检测旋转角与标定值的差值，当差值为零或小于某一设定值时，触发报警并停止吊机运动，可以在原控制器中增设此运算单元，也可以独立配置；执行阀组接收运算单元CU的控制命令，当报警条件触发时执行相应动作，从而控制液压系统停止吊机；报警组件以声光指示器或显示屏文本等形式提示用户安全区域保护状态。安全区域标定可以直接在操作界面HMI上输入数值，也可以人工操作吊机到所需位置，再通过运算单元CU读取当前位置并存储。安全区域保护功能模块激活后，当触发标定位置时，控制系统自动进行保护。
本发明的作用是：安全区域保护功能在海洋吊机安装于平台上即将投入使用时具有重要作用，海洋吊机智能安全区域保护装置及方法切实提升了系统安全可靠性，安全区域标定可以直接在操作界面HMI上输入数值，也可以人工操作吊机到所需位置，再通过运算单元CU读取当前位置并存储。安全区域保护功能模块激活后，当触发标定位置时，控制系统自动进行保护，有效提升了海洋吊机的智能化水平。
3、附图说明
图1为本发明的系统组成框图。
图中，1—旋转位置检测单元、2—操作界面HMI、3—运算单元CU、4—执行阀组、5—报警组件。
图2为本发明的算法流程图。
图3为本发明的回转运动状态俯视示意图。
图中，A表示标定回转初始状态吊臂中线前端点的位置，B表示标定回转结束状态吊臂中线前端点的位置，O表示吊机基座回转旋转轴中点。Φ表示吊机回转角，即OA与OB的夹角。
图4为本发明的变幅运动状态示意图。
图中，C表示标定变幅初始状态吊臂中线前端点的位置，D表示标定变幅结束状态吊臂中线前端点的位置，Q表示吊机吊臂变幅旋转轴中点。θ表示吊臂变幅角，即QC与QD的夹角。
4、具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明公开了海洋吊机智能安全区域保护装置及方法。包括：旋转位置检测单元（1），操作界面HMI（2），运算单元CU（3），执行阀组（4），报警组件（5）。
旋转位置检测单元（1）包括横向回转运动和纵向变幅运动两个方面的检测，实体可以为角度仪、旋转编码器或光电脉冲接近开关组件等形式，回转运动检测元件安装于吊机基座，检测吊机基座旋转，变幅运动检测元件安装于吊臂根部，检测吊臂变幅旋转，旋转位置检测单元（1）与运算单元CU（3）相连；操作界面HMI（2）实体可以是原控制系统触摸屏上的一个操作界面，也可以是独立配置的显示控制器，安装于控制室座椅前方，与运算单元CU（3）相连；运算单元CU（3）可以在原控制器中增设，也可以独立配置，安装于主控制器柜中，具有高速数据收发和存储能力；执行阀组（4）位于液压系统，是控制系统的驱动对象；报警组件（5）位于控制室座椅前方，提示操作者警示状态。
本发明的工作原理是：旋转位置检测单元（1）实时检测吊机旋转角度，包括回转角和变幅角，将信号传入运算单元CU（3）；操作界面HMI（2）实时显示监控数据，并可进行相关操作；运算单元CU（3）计算和对比当前旋转角与标定值的差值，当差值为零或小于某一设定值时，触发报警并停止吊机运动；执行阀组（4）接收运算单元CU（3）的控制命令，当报警条件触发时执行相应动作，从而控制液压系统停止吊机；报警组件（5）以声光指示器或显示屏文本等形式提示用户安全区域保护状态。安全区域标定可以直接在操作界面HMI（2）上输入数值，也可以人工操作吊机到所需位置，再通过运算单元CU（3）读取当前位置并存储。安全区域保护功能模块激活后，当触发标定位置时，控制系统自动进行保护。
如图2和图3，本发明的实施流程是，首先通过操作界面HMI（2）打开区域保护功能，则安全区域保护模块被激活。
第一阶段，询问用户是否进行初始化，首次使用有必要进行初始化操作，非首次使用则可以跳过此步骤。初始化过程先将运算单元CU（3）数据复位，再标定极限位置，安全区域标定可以直接在操作界面HMI（2）上输入数值，也可以人工操作吊机到所需位置，即OA和OB、QC和QD，再通过运算单元CU（3）读取当前旋转位置检测单元（1）信号并存储。此时安全区域为吊臂以回转角Φ和变幅角θ扫过的区域，其外侧则为危险区域。
第二阶段，极限位置确认后，则进入安全作业过程，吊机在标定的安全区域内正常作业。
第三阶段，作业中如果吊臂接近极限位置，运算单元CU（3）实时计算和对比当前旋转角与标定值的差值，当差值为零或小于某一设定值时，即触发了标定的极限位置，则报警组件（5）以声光或显示文本等形式发出报警，执行阀组（4）接收运算单元CU（3）命令，控制液压系统停止吊机运动，随后，操作界面HMI（2）请示用户确认报警信息并询问是否修改初始标定值，安全区域保护功能以此循环运行，吊机将持续在安全区域内作业。
具有权限的用户可以开启、关闭安全区域保护装置或仅启用其中的一部分功能，例如仅开启变幅保护，并可以设置相关参数，控制系统灵活性强，满足多样的工况需求。