HEESS淬火压床与双推盘炉的联机开发

■ 刘胜勇

扫码了解更多

1. 概述

在信息时代，齿轮等热处理工艺会更加充分利用计算机技术，使热处理生产管理、工艺过程控制、工艺设计与质量预测分析实现高度数字化和智能化。综观国内外汽车齿轮、薄壁类零件热处理工艺与装备技术的发展，总体将朝着高品质、低能耗、环保、智能化方向发展。我公司已列入年度固定资产投资的两台德国HEESS淬火压床迫切要求按期高效稳定地投入使用。从动锥齿轮压淬只是两条STKES-60型双推盘式渗碳压淬、直淬生产线（下称双推盘炉）中的一个环节，HEESS淬火压床与国产Y9050B淬火压床有着本质区别。只有进行HEESS压床与双推盘炉的联机开发，方可实现两条双推盘炉内气体渗碳和直接压淬（模压限形淬火）的全自动生产动作。

2. 方案设计

在图1所示双推盘炉西线中，4台Y9050B压床均位于压淬取料机械手的同侧，安装HEESS淬火压床时，需去掉1号、2号Y9050B淬火压床，将其装于两者中间位置。在双推盘炉东线中，两台Y9050B淬火压床位于压淬取料机械手左右两侧，安装HEESS淬火压床时，仅需去掉左侧Y9050B淬火压床，将其装于原位置即可。基于上述这两种情况，项目组实地调研后，一致认为：HEESS淬火压床嵌入双推盘炉东西线，均要解决如下三项关键问题。

图1 西侧STKES-60型双推盘式渗碳压淬、直淬生产线的平面布局

（1）HEESS淬火压床与双推盘炉的交互信号对接，实现双推盘炉侧全自动控制从动锥齿轮的压淬任务。

（2）HEESS淬火压床在MP370侧位置数据重设。因装料、卸料用悬臂机械手的各个停止位置是在操作控制台MP370侧预先设定并送入S7-400PLC内的，故悬臂机械手无法在HEESS淬火压床的工作上方停靠。唯有更改MP370侧位置数据，方可使悬臂机械手按预设指令到达HEESS淬火压床的工作台处，以备装料、卸料操作。

（3）横梁侧面光电开关的固定位置需要重设。悬臂机械手是否已到达HEESS淬火压床处，经由横梁侧面的光电开关判知并反馈至S7-400PLC内逻辑处理，以进行下一步动作。用户需要根据悬臂机械手到达的实际位置，调整并固定光电开关。

3. 主要实施细节

下面以双推盘炉西线为例，给出HEESS淬火压床与其联机开发的主要实施细节。

（1）分析Y9050B淬火压床与双推盘炉的交互，理清接线并拆解，或改接HEESS淬火压床。

（2）设计HEESS压床与双推盘炉的交互握手，给出图样并安装。

HEESS淬火压床向用户提供了6个无源触点信号。3个输入信号属于炉子给压床，即淬火开始信号、装料完成信号和卸料完成信号；3个输出信号属于淬火压床给炉子，即请求装料信号（机床准备好）、请求卸料信号和工件淬火OK信号。

基于这6个无源触点信号，结合双推盘炉与Y9050B淬火压床的实地连接，从“简单、实用、节能、安全、自动”角度出发，HEESS淬火压床与双推盘炉的交互握手仅选用5个无源触点信号，即淬火开始信号、装料完成信号、卸料完成信号、请求装料信号（机床准备好）、请求卸料信号。

为使悬臂机械手按双推盘炉预设指令到达HEESS淬火压床的工作台处，以满足装料、卸料动作要求，应在MP370侧“料盘手调整参数”中，更改对应淬火压床的位置数据，并写入S7-400PLC内存中固化处理，以免双推盘渗碳炉断电重新起动时，S7-400PLC又恢复为更改前的数据。

其中，2号Y9050B淬火压床的位置数据如图2a所示，替换为HEESS压床后的位置数据如图2b所示，改造前后两台淬火压床的位置数据相差922mm，这意味着横梁侧面的就位感知开关仅稍加调整无法满足自动化要求，必须调整固定座。

在双推盘炉西线MP370侧，经“料盘手调整参数”菜单进入位置数据画面，并将“2号淬火压床”的数据自屏幕上由9612改为8690时，屏显“min 9400，max 9800”提示信息而禁止修改，即变量参数受限制报警。因此，只有借助PC和CP5711通信卡，通过Step7PLC变量表来修改悬臂机械手停止的位置数据。

Step7 PLC中变量表修改2号淬火压床位置数据，步骤如下：

第一，在S t e p7程序界面右键选择插入新对象后，继续选择变量表，即可建立变量表VAT_2#MT。打开VAT_2#MT，在其地址栏内输入2号淬火压床地址DB3.DBD68（见图3）。

图2 双推盘炉西线改造前后位置数据的差异示意

第二，在线监控后，显示9612十六进制形式的状态值为DW#16#0000258C。

第三，将拟要更改的2号淬火压床位置数据8690变为十六进制数DW#16#000021F2后，输入变量表的“修改数值”栏。

第四，依次单击页面内“修改变量”钮和“修改数值”钮，最终在MP370侧屏显2号压床位置数据8690。

手动操作悬臂机械手至2号压床位，机械手准确到达HEESS压床正上方，满足定位要求。

（3）横梁侧面光电开关位置重设，焊接安装座并固定。

双推盘炉上横梁侧面的光电开关，用来判知悬臂机械手（分为托盘手和双齿轮手）在手动或自动方式下，是否已按预设指令达到HEESS淬火压床处，并将状态信息反馈至S7-400PLC内逻辑处理。

由图2可知，横梁侧面的光电开关改造前后的位置数据相差922mm。其中，39S7为托盘手行走至2号淬火压床的就位信号，40S8为双齿轮手行走至2号淬火压床的就位信号。改造前后的位置数据相差巨大，无法经由微调实现位置重设。因此，横梁侧面光电开关39S7和40S8及其安装座需要移位再固定。

先拆掉39S7、40S8后，将两者的固定座自横梁侧面焊割下来；再手动操作托盘手行至2号淬火压床位，使托盘手位于HEESS压床正上方，此时焊接39S7的固定座并安装39S7，做到39S7恰好点亮；三是移开托盘手，手动操作双齿轮手行至2号淬火压床位，使双齿轮手位于HEESS淬火压床正上方，此时焊接40S8的固定座并安装40S8，做到40S8恰好点亮；四是移开双齿轮手，在自动方式下，测试托盘手和双齿轮手的动作是否满足定位要求。

（4）HEESS淬火压床与双推盘炉联机调试。

完成HEESS淬火压床与双推盘炉的电气线路连接，以及机械手停止位置数据的更改等操作后，进入自动化运行调试阶段。

动作顺序依次为“炉子给压床淬火开始信号E4.5＝1→压床给炉子请求装料信号A6.3＝1→炉子给压床装料完成信号E4.6＝1→压床给炉子请求卸料信号A6.4＝1→炉子给压床卸料完成信号E4.7＝1”，继续下一个工作循环。

图3 变量表内地址栏输入变量并监控运行

4. 开发难度

HEESS淬火压床与双推盘炉的联机开发，主要遇到下述几方面的难点。

（1）CP5711通信卡无任何借鉴案例。考虑笔记本式计算机故障因素，S7-300PLC和S7-400PLC的在线监控需用USB型CP5711通信卡，稍有不慎，既要面临CP5711无法使用的风险，又要面对双推盘炉S7-400PLC程序修改的急迫局面。

（2）两台双推盘炉的S7-400PLC程序没有任何注释，以前没有下载过。一旦下载错误，双推盘炉可能陷入瘫痪，给企业造成不可估量的损失。

（3）HEESS淬火压床的联机开发属于第一次，由于德方仅提供6个无源触点交互信号，因此只能是自行设计电气线路，既有实地接线后可能不可行的风险，又有延误投产工期而制约公司生产任务按期完成的危险。

（4）项目综合性强。此项目不仅涉及电路设计、程序备份、软件操作、梯形图开发、交互握手等内容，还要设计者实地动手安装。设计者既要熟知双推盘炉的动作，又要熟悉S7-400PLC的操作，还要掌握HEESS压床的原理和电气控制。

5. 生产应用效果

（1）HEESS淬火压床与双推盘炉的联机开发，不仅成功去除了3台国产Y9050B压床，还增设了两台HEESS淬火压床；不仅进行了联机开发，还实现了生产规划的高效运行。

（2）HEESS淬火压床与双推盘炉的联机开发，不仅验证了在用的液压油冷却更改为循环水冷却的可行性，还提升了现场清洁度，使环保性生产上了新台阶；不仅使固定资产投资的进口设备提前就位，还保证了公司热处理压淬任务的完成。

（3）HEESS淬火压床与双推盘炉的联机开发，不仅将两条双推盘炉配置的6台淬火压床成功减为5台，还省却了起冷却作用的2500L L-AN32全损耗系统用油；不仅使得现场布置更加简洁、场地空间更加宽阔，还改用清洁能源——冷却水，企业生产更具良好的环保绿色性。

（4）HEESS淬火压床与双推盘炉的联机开发，汽车行业的热处理车间可参照执行，相关设备的升级改造及融入现代化柔性制造线的思路也值的学习。同时，航空、铁路、船舶等行业的相关设备也可参考借鉴。