■ 劉勝勇

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1. 概述

在信息時(shí)代，齒輪等熱處理工藝會(huì)更加充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，使熱處理生產(chǎn)管理、工藝過(guò)程控制、工藝設(shè)計(jì)與質(zhì)量預(yù)測(cè)分析實(shí)現(xiàn)高度數(shù)字化和智能化。綜觀國(guó)內(nèi)外汽車齒輪、薄壁類零件熱處理工藝與裝備技術(shù)的發(fā)展，總體將朝著高品質(zhì)、低能耗、環(huán)保、智能化方向發(fā)展。我公司已列入年度固定資產(chǎn)投資的兩臺(tái)德國(guó)HEESS淬火壓床迫切要求按期高效穩(wěn)定地投入使用。從動(dòng)錐齒輪壓淬只是兩條STKES-60型雙推盤式滲碳?jí)捍?、直淬生產(chǎn)線（下稱雙推盤爐）中的一個(gè)環(huán)節(jié)，HEESS淬火壓床與國(guó)產(chǎn)Y9050B淬火壓床有著本質(zhì)區(qū)別。只有進(jìn)行HEESS壓床與雙推盤爐的聯(lián)機(jī)開發(fā)，方可實(shí)現(xiàn)兩條雙推盤爐內(nèi)氣體滲碳和直接壓淬（模壓限形淬火）的全自動(dòng)生產(chǎn)動(dòng)作。

2. 方案設(shè)計(jì)

在圖1所示雙推盤爐西線中，4臺(tái)Y9050B壓床均位于壓淬取料機(jī)械手的同側(cè)，安裝HEESS淬火壓床時(shí)，需去掉1號(hào)、2號(hào)Y9050B淬火壓床，將其裝于兩者中間位置。在雙推盤爐東線中，兩臺(tái)Y9050B淬火壓床位于壓淬取料機(jī)械手左右兩側(cè)，安裝HEESS淬火壓床時(shí)，僅需去掉左側(cè)Y9050B淬火壓床，將其裝于原位置即可?；谏鲜鲞@兩種情況，項(xiàng)目組實(shí)地調(diào)研后，一致認(rèn)為：HEESS淬火壓床嵌入雙推盤爐東西線，均要解決如下三項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題。

圖1 西側(cè)STKES-60型雙推盤式滲碳?jí)捍恪⒅贝闵a(chǎn)線的平面布局

（1）HEESS淬火壓床與雙推盤爐的交互信號(hào)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)雙推盤爐側(cè)全自動(dòng)控制從動(dòng)錐齒輪的壓淬任務(wù)。

（2）HEESS淬火壓床在MP370側(cè)位置數(shù)據(jù)重設(shè)。因裝料、卸料用懸臂機(jī)械手的各個(gè)停止位置是在操作控制臺(tái)MP370側(cè)預(yù)先設(shè)定并送入S7-400PLC內(nèi)的，故懸臂機(jī)械手無(wú)法在HEESS淬火壓床的工作上方?？?。唯有更改MP370側(cè)位置數(shù)據(jù)，方可使懸臂機(jī)械手按預(yù)設(shè)指令到達(dá)HEESS淬火壓床的工作臺(tái)處，以備裝料、卸料操作。

（3）橫梁側(cè)面光電開關(guān)的固定位置需要重設(shè)。懸臂機(jī)械手是否已到達(dá)HEESS淬火壓床處，經(jīng)由橫梁側(cè)面的光電開關(guān)判知并反饋至S7-400PLC內(nèi)邏輯處理，以進(jìn)行下一步動(dòng)作。用戶需要根據(jù)懸臂機(jī)械手到達(dá)的實(shí)際位置，調(diào)整并固定光電開關(guān)。

3. 主要實(shí)施細(xì)節(jié)

下面以雙推盤爐西線為例，給出HEESS淬火壓床與其聯(lián)機(jī)開發(fā)的主要實(shí)施細(xì)節(jié)。

（1）分析Y9050B淬火壓床與雙推盤爐的交互，理清接線并拆解，或改接HEESS淬火壓床。

（2）設(shè)計(jì)HEESS壓床與雙推盤爐的交互握手，給出圖樣并安裝。

HEESS淬火壓床向用戶提供了6個(gè)無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)。3個(gè)輸入信號(hào)屬于爐子給壓床，即淬火開始信號(hào)、裝料完成信號(hào)和卸料完成信號(hào)；3個(gè)輸出信號(hào)屬于淬火壓床給爐子，即請(qǐng)求裝料信號(hào)（機(jī)床準(zhǔn)備好）、請(qǐng)求卸料信號(hào)和工件淬火OK信號(hào)。

基于這6個(gè)無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)，結(jié)合雙推盤爐與Y9050B淬火壓床的實(shí)地連接，從“簡(jiǎn)單、實(shí)用、節(jié)能、安全、自動(dòng)”角度出發(fā)，HEESS淬火壓床與雙推盤爐的交互握手僅選用5個(gè)無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)，即淬火開始信號(hào)、裝料完成信號(hào)、卸料完成信號(hào)、請(qǐng)求裝料信號(hào)（機(jī)床準(zhǔn)備好）、請(qǐng)求卸料信號(hào)。

為使懸臂機(jī)械手按雙推盤爐預(yù)設(shè)指令到達(dá)HEESS淬火壓床的工作臺(tái)處，以滿足裝料、卸料動(dòng)作要求，應(yīng)在MP370側(cè)“料盤手調(diào)整參數(shù)”中，更改對(duì)應(yīng)淬火壓床的位置數(shù)據(jù)，并寫入S7-400PLC內(nèi)存中固化處理，以免雙推盤滲碳爐斷電重新起動(dòng)時(shí)，S7-400PLC又恢復(fù)為更改前的數(shù)據(jù)。

其中，2號(hào)Y9050B淬火壓床的位置數(shù)據(jù)如圖2a所示，替換為HEESS壓床后的位置數(shù)據(jù)如圖2b所示，改造前后兩臺(tái)淬火壓床的位置數(shù)據(jù)相差922mm，這意味著橫梁側(cè)面的就位感知開關(guān)僅稍加調(diào)整無(wú)法滿足自動(dòng)化要求，必須調(diào)整固定座。

在雙推盤爐西線MP370側(cè)，經(jīng)“料盤手調(diào)整參數(shù)”菜單進(jìn)入位置數(shù)據(jù)畫面，并將“2號(hào)淬火壓床”的數(shù)據(jù)自屏幕上由9612改為8690時(shí)，屏顯“min 9400，max 9800”提示信息而禁止修改，即變量參數(shù)受限制報(bào)警。因此，只有借助PC和CP5711通信卡，通過(guò)Step7PLC變量表來(lái)修改懸臂機(jī)械手停止的位置數(shù)據(jù)。

Step7 PLC中變量表修改2號(hào)淬火壓床位置數(shù)據(jù)，步驟如下：

第一，在S t e p7程序界面右鍵選擇插入新對(duì)象后，繼續(xù)選擇變量表，即可建立變量表VAT_2#MT。打開VAT_2#MT，在其地址欄內(nèi)輸入2號(hào)淬火壓床地址DB3.DBD68（見圖3）。

圖2 雙推盤爐西線改造前后位置數(shù)據(jù)的差異示意

第二，在線監(jiān)控后，顯示9612十六進(jìn)制形式的狀態(tài)值為DW#16#0000258C。

第三，將擬要更改的2號(hào)淬火壓床位置數(shù)據(jù)8690變?yōu)槭M(jìn)制數(shù)DW#16#000021F2后，輸入變量表的“修改數(shù)值”欄。

第四，依次單擊頁(yè)面內(nèi)“修改變量”鈕和“修改數(shù)值”鈕，最終在MP370側(cè)屏顯2號(hào)壓床位置數(shù)據(jù)8690。

手動(dòng)操作懸臂機(jī)械手至2號(hào)壓床位，機(jī)械手準(zhǔn)確到達(dá)HEESS壓床正上方，滿足定位要求。

（3）橫梁側(cè)面光電開關(guān)位置重設(shè)，焊接安裝座并固定。

雙推盤爐上橫梁側(cè)面的光電開關(guān)，用來(lái)判知懸臂機(jī)械手（分為托盤手和雙齒輪手）在手動(dòng)或自動(dòng)方式下，是否已按預(yù)設(shè)指令達(dá)到HEESS淬火壓床處，并將狀態(tài)信息反饋至S7-400PLC內(nèi)邏輯處理。

由圖2可知，橫梁側(cè)面的光電開關(guān)改造前后的位置數(shù)據(jù)相差922mm。其中，39S7為托盤手行走至2號(hào)淬火壓床的就位信號(hào)，40S8為雙齒輪手行走至2號(hào)淬火壓床的就位信號(hào)。改造前后的位置數(shù)據(jù)相差巨大，無(wú)法經(jīng)由微調(diào)實(shí)現(xiàn)位置重設(shè)。因此，橫梁側(cè)面光電開關(guān)39S7和40S8及其安裝座需要移位再固定。

先拆掉39S7、40S8后，將兩者的固定座自橫梁側(cè)面焊割下來(lái)；再手動(dòng)操作托盤手行至2號(hào)淬火壓床位，使托盤手位于HEESS壓床正上方，此時(shí)焊接39S7的固定座并安裝39S7，做到39S7恰好點(diǎn)亮；三是移開托盤手，手動(dòng)操作雙齒輪手行至2號(hào)淬火壓床位，使雙齒輪手位于HEESS淬火壓床正上方，此時(shí)焊接40S8的固定座并安裝40S8，做到40S8恰好點(diǎn)亮；四是移開雙齒輪手，在自動(dòng)方式下，測(cè)試托盤手和雙齒輪手的動(dòng)作是否滿足定位要求。

（4）HEESS淬火壓床與雙推盤爐聯(lián)機(jī)調(diào)試。

完成HEESS淬火壓床與雙推盤爐的電氣線路連接，以及機(jī)械手停止位置數(shù)據(jù)的更改等操作后，進(jìn)入自動(dòng)化運(yùn)行調(diào)試階段。

動(dòng)作順序依次為“爐子給壓床淬火開始信號(hào)E4.5＝1→壓床給爐子請(qǐng)求裝料信號(hào)A6.3＝1→爐子給壓床裝料完成信號(hào)E4.6＝1→壓床給爐子請(qǐng)求卸料信號(hào)A6.4＝1→爐子給壓床卸料完成信號(hào)E4.7＝1”，繼續(xù)下一個(gè)工作循環(huán)。

圖3 變量表內(nèi)地址欄輸入變量并監(jiān)控運(yùn)行

4. 開發(fā)難度

HEESS淬火壓床與雙推盤爐的聯(lián)機(jī)開發(fā)，主要遇到下述幾方面的難點(diǎn)。

（1）CP5711通信卡無(wú)任何借鑒案例?？紤]筆記本式計(jì)算機(jī)故障因素，S7-300PLC和S7-400PLC的在線監(jiān)控需用USB型CP5711通信卡，稍有不慎，既要面臨CP5711無(wú)法使用的風(fēng)險(xiǎn)，又要面對(duì)雙推盤爐S7-400PLC程序修改的急迫局面。

（2）兩臺(tái)雙推盤爐的S7-400PLC程序沒有任何注釋，以前沒有下載過(guò)。一旦下載錯(cuò)誤，雙推盤爐可能陷入癱瘓，給企業(yè)造成不可估量的損失。

（3）HEESS淬火壓床的聯(lián)機(jī)開發(fā)屬于第一次，由于德方僅提供6個(gè)無(wú)源觸點(diǎn)交互信號(hào)，因此只能是自行設(shè)計(jì)電氣線路，既有實(shí)地接線后可能不可行的風(fēng)險(xiǎn)，又有延誤投產(chǎn)工期而制約公司生產(chǎn)任務(wù)按期完成的危險(xiǎn)。

（4）項(xiàng)目綜合性強(qiáng)。此項(xiàng)目不僅涉及電路設(shè)計(jì)、程序備份、軟件操作、梯形圖開發(fā)、交互握手等內(nèi)容，還要設(shè)計(jì)者實(shí)地動(dòng)手安裝。設(shè)計(jì)者既要熟知雙推盤爐的動(dòng)作，又要熟悉S7-400PLC的操作，還要掌握HEESS壓床的原理和電氣控制。

5. 生產(chǎn)應(yīng)用效果

（1）HEESS淬火壓床與雙推盤爐的聯(lián)機(jī)開發(fā)，不僅成功去除了3臺(tái)國(guó)產(chǎn)Y9050B壓床，還增設(shè)了兩臺(tái)HEESS淬火壓床；不僅進(jìn)行了聯(lián)機(jī)開發(fā)，還實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)規(guī)劃的高效運(yùn)行。

（2）HEESS淬火壓床與雙推盤爐的聯(lián)機(jī)開發(fā)，不僅驗(yàn)證了在用的液壓油冷卻更改為循環(huán)水冷卻的可行性，還提升了現(xiàn)場(chǎng)清潔度，使環(huán)保性生產(chǎn)上了新臺(tái)階；不僅使固定資產(chǎn)投資的進(jìn)口設(shè)備提前就位，還保證了公司熱處理壓淬任務(wù)的完成。

（3）HEESS淬火壓床與雙推盤爐的聯(lián)機(jī)開發(fā)，不僅將兩條雙推盤爐配置的6臺(tái)淬火壓床成功減為5臺(tái)，還省卻了起冷卻作用的2500L L-AN32全損耗系統(tǒng)用油；不僅使得現(xiàn)場(chǎng)布置更加簡(jiǎn)潔、場(chǎng)地空間更加寬闊，還改用清潔能源——冷卻水，企業(yè)生產(chǎn)更具良好的環(huán)保綠色性。

（4）HEESS淬火壓床與雙推盤爐的聯(lián)機(jī)開發(fā)，汽車行業(yè)的熱處理車間可參照?qǐng)?zhí)行，相關(guān)設(shè)備的升級(jí)改造及融入現(xiàn)代化柔性制造線的思路也值的學(xué)習(xí)。同時(shí)，航空、鐵路、船舶等行業(yè)的相關(guān)設(shè)備也可參考借鑒。