0.引言
石油鉆桿內涂層是河北青縣華油一機圖博涂層有限公司的主營業(yè)務。公司有一套粉末噴涂設備，在操作上和控制上都存在不足之處，主要原因是粉末設備不能精確控制停噴，往往將涂料噴到管體以外，造成涂料浪費和環(huán)境污染。因為涂料依靠進口，價格昂貴，并對環(huán)境有一定污染，公司欲對粉末噴涂設備光電開關傳感器進行改造，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：噴槍從鉆桿母端進入，廢料收集小車向左運行至設定距離，用于收集多余的粉末涂料，噴槍前進至伸出公端外，鉆桿勻速旋轉，噴粉頭開始噴粉，并由公端向母端倒退，將粉末涂料噴至高溫的鉆桿管體內壁，當噴槍退出母端后，涂料停止噴涂，一個循環(huán)結束。整個過程由繼電器-接觸器系統(tǒng)控制，該操作對鉆桿的擺放位置的準確度要求很高。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。這套噴涂設備在實際的使用過程中，停粉操作是靠手動來實現(xiàn)的。鉆桿的定位要求在噴涂前必須按照基準線對正。粉末噴槍在噴涂完成后手動停粉，由于人為控制誤差，停粉不能準確控制;或者，操作人員為防止漏涂，往往推遲停粉時間，將涂料噴出鉆桿外，造成浪費。而且，多余的涂料也會附著在鉆桿的外表面，必須清理，增加了工作量。所以在實際的生產中，設備的自動化功能沒有完全實現(xiàn)。此外，粉末涂料顆粒會散布到環(huán)境中，造成安全和健康隱患。
2.改造要求
針對粉末噴涂存在的問題，決定對粉末噴涂控制系統(tǒng)進行改造。預期目標：要求盡量以較低的投入對系統(tǒng)進行改造，減少粉末涂料的浪費，降低勞動強度，達到降本、增效和減排的目的。技術要求：系統(tǒng)能自動識別鉆桿母端從而精確停粉，要求停粉位置可根據(jù)生產實際任意調節(jié)。系統(tǒng)改造的關鍵就是識別控制系統(tǒng)。由于噴槍通體均為合金鋼材質，故不能采用接近開關，因為接近開關用來區(qū)分金屬體和非金屬體，而不能區(qū)分金屬體的某一部位，所以選用光電開關作為識別控制系統(tǒng)較為合適。通常做法是采用色標光電開關，但色帶難以在高溫環(huán)境中工作，價格上也比普通光電開關高。于是決定選用普通的漫反射光電開關來實現(xiàn)色標光電開關的功能。普通的光電開關一般用來檢測物體的有無，而該設備在工作時噴槍始終處在光電開關的檢測范圍內，無法區(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關識別的耐高溫標識物，這樣，采用普通漫反射光電開關完成改造任務是可行的，而且還降低成本，采購便捷。
3.漫反射光電開關介紹
漫反射光電開關是一種非接觸無損傷的檢測電子開關，廣泛應用于自動、半自動控制系統(tǒng)中作定位換向、距離控制、轉速測試等。因具有壽命長、精度高、速度快、抗干擾性好等優(yōu)點，而應用廣泛。漫反射光電開關的檢測頭里裝有一個發(fā)光器和一個接收器，由調制脈沖發(fā)生器產生調制脈沖，再由紅外發(fā)射管發(fā)射出被調制的紅外脈沖。由于沒有反光板，當被檢物體進入設定的范圍時，紅外脈沖被檢測物體反射，部分被反射的紅外脈沖被接收管接收，經(jīng)放大解調后去觸發(fā)驅動器。分析漫反射光電開關的工作原理可知，被檢測物體表面反射率對光電開關的動作起著關鍵的作用。但是其一般用來檢測物體是否存在。如果物體不同部位對紅外線的反射率不同，漫反射光電開關是可以識別的，于是，在一定條件下可替代色標傳感器，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耐高溫的標識物，其反射率與此物體的反射率有很大的差別。這樣，漫反射光電開關可以替代色標光電開關滿足改造要求。
4.實施改造
結合生產實際，由于噴槍本體為鋼制材料，表面光亮，反射率高，根據(jù)設定噴槍停粉的位置，在噴槍上做一個反射率較噴槍其他位置低的表面(標識面)，便于光電開關識別。具體做法是：用耐高溫的黑漆涂于標記面，這個標記面的反射率比其他的表面低很多，因此，當這個標記面經(jīng)過光電開關時，由于光電開關接收到的反射紅外光不足，不足以使其識別到噴槍，這時光電開關認為物體不存在，發(fā)出控制信號，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普通的漫反射光電開關(光眼1和光眼2)，它們固定在小車上并與小車同步行進。開始噴槍從鉆桿母端進入，廢料收集小車向左運行，一旦光眼1識別到鉆桿母端(母端表面足以被光眼1識別)，便發(fā)出信號讓小車制動，噴槍前進至伸出公端后，噴粉頭開始噴粉，并由公端向母端倒退，將粉末涂料噴至鉆桿管體內壁進行噴涂作業(yè)，當噴槍退至母端規(guī)定停粉位置時，預先在噴槍上做的標記面行進到光眼2的位置，光眼2發(fā)出信號停止噴涂，一個循環(huán)結束。圖3為固定在收集小車上的光眼2對粉末噴槍的監(jiān)控。
5.改造效果
系統(tǒng)改造后，對110根鉆桿涂層跟蹤試驗，光眼識別成功率達100%。系統(tǒng)可實現(xiàn)自動識別，自動定位，對于鉆桿的擺放位置要求不再苛刻，即無需在噴涂操作前比對標準線來對鉆桿定位;同時，可以在工藝要求的位置精確停粉，既降低了操作者的勞動強度，又減少了涂料浪費，同時又減少了環(huán)境污染。粉末噴涂系統(tǒng)實施改造后統(tǒng)計的生產數(shù)據(jù)說明，漫反射光電開關的應用，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)(每箱涂料凈質量25kg)，對系統(tǒng)改造前后的統(tǒng)計，如表1所示。
②2006年，本公司粉末涂層產品的產量折合成5#鉆桿的涂層為8萬m，5#鉆桿的標準長度為9.65m，粉末涂料單價為200元/kg，再結合表1估算年節(jié)約涂料成本量如式(1)所示。
80000÷9165×0.0305×200=5萬元。式(1)
由漫反射光電開關對粉末噴涂系統(tǒng)的改造可知，在連續(xù)的被測物體上制作反射率與此物體反射率有較大的差距的標識，可以起到識別物體不同部位的作用，尤其是在某些惡劣環(huán)境下，色標傳感器不能正常工作，漫反射光電開關可以取代色標傳感器滿足工藝要求。
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