海洋吊机智能安全区域保护装置的制作方法

本实用新型属于自动化控制技术领域，涉及一种海洋吊机智能安全区域保护装置。

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目测、手动操作为主，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。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种海洋吊机智能安全区域保护装置，解决了现有技术中操作者依靠目测、手动操作为主，易产生疲劳和误操作的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种海洋吊机智能安全区域保护装置，包括运算单元，运算单元的两个输入端分别与旋转位置检测单元、操作界面连接，运算单元的两个输出端分别与执行阀组、报警组件连接；

所述的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，选用角度仪、旋转编码器或光电脉冲接近开关组件。

所述的操作界面实时显示监控数据，并可进行相关操作，采用原控制系统触摸屏上的一个操作界面，或独立配置的显示控制器。

所述的运算单元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。

本实用新型的海洋吊机智能安全区域保护装置，其特征还在于：

所述的执行阀组接收运算单元的控制命令，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。

所述的报警组件以声光指示器或显示屏文本形式提示用户安全区域保护状态。

本实用新型的有益效果是，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。该安全区域保护功能模块是不依赖于某种特定硬件的一种控制方法，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。

安全区域保护功能在海洋吊机安装于平台上使用具有重要作用，海洋吊机智能安全区域保护装置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。

附图说明

图1为本实用新型装置的组成框图；

图2为本实用新型装置采用的算法流程图；

图3为本实用新型装置回转运动状态区域划分示意图(俯视)；

图4为本实用新型装置变幅运动状态区域划分示意图(侧视)。

图中，1.旋转位置检测单元、2.操作界面、3.运算单元、4.执行阀组、5.报警组件，

另外，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；

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。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

参照图1，本实用新型的结构是，包括运算单元3(CU)，运算单元3的两个输入端分别与旋转位置检测单元1、操作界面2(HMI)连接，运算单元3的两个输出端分别与执行阀组4、报警组件5连接。

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，选用角度仪、旋转编码器或光电脉冲接近开关组件等形式，将信号传入运算单元3中；

操作界面2实时显示监控数据，并可进行相关操作，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3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4接收运算单元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3读取当前位置并存储。安全区域保护功能(这个模块是软件层面，其程序预置在运算单元3中)激活后，当触发标定位置时，控制系统自动进行保护。

本实用新型的工作原理是，

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3；操作界面2实时显示监控数据，并可进行相关操作；运算单元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3读取当前位置并存储。安全区域保护功能激活后，当触发标定位置时，控制系统自动进行保护。

参照图2、图3和图4，本实用新型装置的实施流程是，

先通过操作界面2打开安全区域保护功能，则安全区域保护功能被激活，

步骤1，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，

初始化过程时，先将运算单元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3读取当前旋转位置检测单元1采集的信号并存储；

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；

步骤2，安全区域与危险区域之间的极限位置(如上所述预设区域)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；

作业过程中如果吊臂接近极限位置，运算单元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3命令，控制液压系统停止吊机运动；随后，操作界面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。