0.引言
石油鉆桿內(nèi)涂層是河北青縣華油一機(jī)圖博涂層有限公司的主營(yíng)業(yè)務(wù)。公司有一套粉末噴涂設(shè)備，在操作上和控制上都存在不足之處，主要原因是粉末設(shè)備不能精確控制停噴，往往將涂料噴到管體以外，造成涂料浪費(fèi)和環(huán)境污染。因?yàn)橥苛弦揽窟M(jìn)口，價(jià)格昂貴，并對(duì)環(huán)境有一定污染，公司欲對(duì)粉末噴涂設(shè)備光電開(kāi)關(guān)傳感器進(jìn)行改造，以降本增效，降低污染。
1.原因分析
粉末涂料的噴涂程序一般如下：噴槍從鉆桿母端進(jìn)入，廢料收集小車向左運(yùn)行至設(shè)定距離，用于收集多余的粉末涂料，噴槍前進(jìn)至伸出公端外，鉆桿勻速旋轉(zhuǎn)，噴粉頭開(kāi)始噴粉，并由公端向母端倒退，將粉末涂料噴至高溫的鉆桿管體內(nèi)壁，當(dāng)噴槍退出母端后，涂料停止噴涂，一個(gè)循環(huán)結(jié)束。整個(gè)過(guò)程由繼電器-接觸器系統(tǒng)控制，該操作對(duì)鉆桿的擺放位置的準(zhǔn)確度要求很高。其中，廢料收集小車的作用就是收集噴到鉆桿外的多余粉末涂料，但涂料不能回收利用，只得廢棄。圖1為粉末噴涂示意圖。這套噴涂設(shè)備在實(shí)際的使用過(guò)程中，停粉操作是靠手動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。鉆桿的定位要求在噴涂前必須按照基準(zhǔn)線對(duì)正。粉末噴槍在噴涂完成后手動(dòng)停粉，由于人為控制誤差，停粉不能準(zhǔn)確控制;或者，操作人員為防止漏涂，往往推遲停粉時(shí)間，將涂料噴出鉆桿外，造成浪費(fèi)。而且，多余的涂料也會(huì)附著在鉆桿的外表面，必須清理，增加了工作量。所以在實(shí)際的生產(chǎn)中，設(shè)備的自動(dòng)化功能沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)。此外，粉末涂料顆粒會(huì)散布到環(huán)境中，造成安全和健康隱患。
2.改造要求
針對(duì)粉末噴涂存在的問(wèn)題，決定對(duì)粉末噴涂控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。預(yù)期目標(biāo)：要求盡量以較低的投入對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，減少粉末涂料的浪費(fèi)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到降本、增效和減排的目的。技術(shù)要求：系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別鉆桿母端從而精確停粉，要求停粉位置可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際任意調(diào)節(jié)。系統(tǒng)改造的關(guān)鍵就是識(shí)別控制系統(tǒng)。由于噴槍通體均為合金鋼材質(zhì)，故不能采用接近開(kāi)關(guān)，因?yàn)榻咏_(kāi)關(guān)用來(lái)區(qū)分金屬體和非金屬體，而不能區(qū)分金屬體的某一部位，所以選用光電開(kāi)關(guān)作為識(shí)別控制系統(tǒng)較為合適。通常做法是采用色標(biāo)光電開(kāi)關(guān)，但色帶難以在高溫環(huán)境中工作，價(jià)格上也比普通光電開(kāi)關(guān)高。于是決定選用普通的漫反射光電開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)色標(biāo)光電開(kāi)關(guān)的功能。普通的光電開(kāi)關(guān)一般用來(lái)檢測(cè)物體的有無(wú)，而該設(shè)備在工作時(shí)噴槍始終處在光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)范圍內(nèi)，無(wú)法區(qū)分鉆桿不同部位。為此，可在噴槍桿上加裝便于普通光電開(kāi)關(guān)識(shí)別的耐高溫標(biāo)識(shí)物，這樣，采用普通漫反射光電開(kāi)關(guān)完成改造任務(wù)是可行的，而且還降低成本，采購(gòu)便捷。
3.漫反射光電開(kāi)關(guān)介紹
漫反射光電開(kāi)關(guān)是一種非接觸無(wú)損傷的檢測(cè)電子開(kāi)關(guān)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)、半自動(dòng)控制系統(tǒng)中作定位換向、距離控制、轉(zhuǎn)速測(cè)試等。因具有壽命長(zhǎng)、精度高、速度快、抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，而應(yīng)用廣泛。漫反射光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)頭里裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)接收器，由調(diào)制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制脈沖，再由紅外發(fā)射管發(fā)射出被調(diào)制的紅外脈沖。由于沒(méi)有反光板，當(dāng)被檢物體進(jìn)入設(shè)定的范圍時(shí)，紅外脈沖被檢測(cè)物體反射，部分被反射的紅外脈沖被接收管接收，經(jīng)放大解調(diào)后去觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器。分析漫反射光電開(kāi)關(guān)的工作原理可知，被檢測(cè)物體表面反射率對(duì)光電開(kāi)關(guān)的動(dòng)作起著關(guān)鍵的作用。但是其一般用來(lái)檢測(cè)物體是否存在。如果物體不同部位對(duì)紅外線的反射率不同，漫反射光電開(kāi)關(guān)是可以識(shí)別的，于是，在一定條件下可替代色標(biāo)傳感器，但要保證顏色反差很大。利用這種特性，可以考慮在噴槍上做一個(gè)耐高溫的標(biāo)識(shí)物，其反射率與此物體的反射率有很大的差別。這樣，漫反射光電開(kāi)關(guān)可以替代色標(biāo)光電開(kāi)關(guān)滿足改造要求。
4.實(shí)施改造
結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，由于噴槍本體為鋼制材料，表面光亮，反射率高，根據(jù)設(shè)定噴槍停粉的位置，在噴槍上做一個(gè)反射率較噴槍其他位置低的表面(標(biāo)識(shí)面)，便于光電開(kāi)關(guān)識(shí)別。具體做法是：用耐高溫的黑漆涂于標(biāo)記面，這個(gè)標(biāo)記面的反射率比其他的表面低很多，因此，當(dāng)這個(gè)標(biāo)記面經(jīng)過(guò)光電開(kāi)關(guān)時(shí)，由于光電開(kāi)關(guān)接收到的反射紅外光不足，不足以使其識(shí)別到噴槍，這時(shí)光電開(kāi)關(guān)認(rèn)為物體不存在，發(fā)出控制信號(hào)，從而控制電磁閥停粉。工作原理如圖2。在廢料收集小車的兩端加裝了兩個(gè)普通的漫反射光電開(kāi)關(guān)(光眼1和光眼2)，它們固定在小車上并與小車同步行進(jìn)。開(kāi)始噴槍從鉆桿母端進(jìn)入，廢料收集小車向左運(yùn)行，一旦光眼1識(shí)別到鉆桿母端(母端表面足以被光眼1識(shí)別)，便發(fā)出信號(hào)讓小車制動(dòng)，噴槍前進(jìn)至伸出公端后，噴粉頭開(kāi)始噴粉，并由公端向母端倒退，將粉末涂料噴至鉆桿管體內(nèi)壁進(jìn)行噴涂作業(yè)，當(dāng)噴槍退至母端規(guī)定停粉位置時(shí)，預(yù)先在噴槍上做的標(biāo)記面行進(jìn)到光眼2的位置，光眼2發(fā)出信號(hào)停止噴涂，一個(gè)循環(huán)結(jié)束。圖3為固定在收集小車上的光眼2對(duì)粉末噴槍的監(jiān)控。
5.改造效果
系統(tǒng)改造后，對(duì)110根鉆桿涂層跟蹤試驗(yàn)，光眼識(shí)別成功率達(dá)100%。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)定位，對(duì)于鉆桿的擺放位置要求不再苛刻，即無(wú)需在噴涂操作前比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)線來(lái)對(duì)鉆桿定位;同時(shí)，可以在工藝要求的位置精確停粉，既降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，又減少了涂料浪費(fèi)，同時(shí)又減少了環(huán)境污染。粉末噴涂系統(tǒng)實(shí)施改造后統(tǒng)計(jì)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)說(shuō)明，漫反射光電開(kāi)關(guān)的應(yīng)用，可節(jié)約成本，減少污染。①根據(jù)每消耗1箱粉末涂料涂敷5#鉆桿的根數(shù)(每箱涂料凈質(zhì)量25kg)，對(duì)系統(tǒng)改造前后的統(tǒng)計(jì)，如表1所示。
②2006年，本公司粉末涂層產(chǎn)品的產(chǎn)量折合成5#鉆桿的涂層為8萬(wàn)m，5#鉆桿的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為9.65m，粉末涂料單價(jià)為200元/kg，再結(jié)合表1估算年節(jié)約涂料成本量如式(1)所示。
80000÷9165×0.0305×200=5萬(wàn)元。式(1)
由漫反射光電開(kāi)關(guān)對(duì)粉末噴涂系統(tǒng)的改造可知，在連續(xù)的被測(cè)物體上制作反射率與此物體反射率有較大的差距的標(biāo)識(shí)，可以起到識(shí)別物體不同部位的作用，尤其是在某些惡劣環(huán)境下，色標(biāo)傳感器不能正常工作，漫反射光電開(kāi)關(guān)可以取代色標(biāo)傳感器滿足工藝要求。
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