切割機調高板工作原理及故障分析與改進

倪振峰

(江蘇熔盛重工有限公司，江蘇 南通 226532)

0 引言

等離子切割機因切割速度快、精度高，成為造船行業不可缺少的切割設備。切割機生產廠家根據設備要求開發出各自調高控制板，用于滿足切割機自動調高需要。本文簡述了華崴等離子切割機調高控制板工作原理，針對其出現的故障進行原因分析，并采取了相關的改進措施。

1 華崴切割機調高板工作原理

1.1 調高板控制原理簡述

華崴切割機采用直流電動機進行調高，利用UC3637輸出的反相PWM信號，構成雙極性調速系統。輸入控制電路如圖1所示(圖中未給出初始定位及弧壓調高信號)。輸入信號有手動升降(1－6S、1－6J)、PLC 控制的自動升降(JSS、JXJ)及調高使能信號(JTYX)等，通過集成電路CD4532(8－3編碼器)及CD4051(8選1模擬開關)進行選擇。當信號為上升時，CD4051選擇X5或X7，輸出G1點電壓大小由RP2電位器調節;同理，下降時CD4051選擇X4或X6，輸出G1點電壓由RP3調節，一般升降電壓取絕對值相等。

圖2為 UC3637控制電路，信號 G1經運放LM324送至PWM控制器UC3637N。LM324輸出信號送UC3637的16腳，再經過UC3637本身的Error運算放大器進行放大，把放大的信號直接和三角波進行比較，分別在UC3637的腳4及腳7輸出反相的PWM信號。這2路脈沖信號與誤差電壓信號幅值成正比，并與其極性相關，可構成雙極性調速系統，由集成電路IR2110驅動，實現直流電動機控制。

圖3為IR2110驅動電路。圖中利用4只MOS管組成“H”橋電路，用2只IR2110進行驅動，控制直流電機。當T4的導通信號傳輸至IR2110(1)的引腳10和IR2110(2)的引腳12，分別使上通道引腳10和下通道引腳12導通。這時2片IR2110間的“H”橋電路中二極管V17和V20被觸發導通;同理，T3的導通信號使V19和V18導通。這樣，在控制信號的作用下，V17、V20和V19、V18交替輪流導通，從而控制直流電機運轉。

圖2 UC3637控制電路

圖3 TR2110驅動電路

1.2 UC3637N基本功能

控制器UC3637N內部包含有1個三角波振蕩器、2個PWM比較器，逐個脈沖限流比較器等，可單電源或雙電源工作，工作電壓范圍±(2.5～20)V，有利于雙極性調制。

三角波產生電路如圖4所示，圖中C29為定時電容，R26為定時電阻。

三角波閾值電壓:

圖4 三角波產生電路

UC3637實現其最主要的功能就是2個PWM比較器，PWM產生電路如圖5所示，其中:

圖5 PWM產生電路

1.3 IR2110自舉驅動電路

IR2110具有獨立的低端和高端輸入通道;電源采用自舉電路。由圖3可知，DC100經2只5.6 kΩ電阻串聯降壓，再由穩壓二極管穩壓成+15V電源。C42為濾波電容，C43及V15分別為IR2110(1)自舉電容和二極管。

假定C43在V17關斷期間已充足電壓(UC43≈15V)，當IR2110(1)的10腳為高電平時，6腳、7腳形成通路，電容C43經6腳、7腳、R52將控制電壓施于V17，使V17導通;當10腳為低電平時，5腳、7腳形成通路，使V17迅速關斷。經短暫的死區時間后，12腳為高電平，使V18開通，15V電壓經V15、C43、V18、R56、R48 給電容 C43 充電，如此循環反復，使V17、V18輪流導通。

1.4 保護電路

圖3中，R48為電機電流檢測電阻，檢測信號T1、T5送UC3637的12腳、13腳。當電機電流增大到UC3637內部比較器C/L閥值電壓時，使輸出Aout(4腳)、Bout(7腳)變為低電平，停止輸出。

2 調高板故障情況及原因分析

2.1 故障情況

等離子切割機在切割時不能調高控制，在對外圍線路進行檢查后，未發現故障。檢修人員判斷為調高控制板損壞，更換調高板后能正常調高，但又會不定期損壞，且多次出現類似情況，給維修造成困難，影響生產。

2.2 故障原因分析

要找到故障原因，必須先找到調高板損壞部位，確定損壞的元件。

根據上述調高板工作原理，由圖1可知，手動輸入信號經編碼器CD4532及8選1模擬開關CD4051，由3腳輸出(G1)，其電壓大小由電位器RP2、RP3調節。

無輸入信號時，故障板檢測點G1電位UG1=0 V;當輸入手動上升信號時UG1=5 V;手動下降時UG1=－5 V，說明G1點電壓正常。故障在脈寬調制控制器UC3637N及驅動電路IR2110部分，由圖5可知，無輸入信號時，U17=0 V，U9=0.7 V，U11=－0.7 V。但檢測故障板 U17= －7.6 V，U9= －6.8 V，U11= －8.1 V，電壓不正常，UC3637N 集成塊 17腳(E/A OUTPUT)電壓偏離正常值，此電壓由輸入信號經UC3637N集成塊16腳(－E/A)，再通過內部Error運算放大器進行放大得到。顯然16腳輸入電壓也異常。由圖2可知，在UG1正常的情況下，故障來自運放LM324、驅動IR2110及外圍元件。后經檢查發現，有1塊驅動集成塊IR2110損壞，更換后，調高板工作正常。

確定了損壞的元件后，需進一步查找IR2110多次不定期損壞的原因。維修中發現2塊IR2110無規律損壞，檢查外圍線路正常情況下，考慮到切割機等離子電源工作時產生的等離子弧是一種高電場強度、高能量的壓縮電弧，是一種強干擾源，判斷為故障的根本原因是由干擾引起的。

3 改進措施

根據故障原因分析，我們針對干擾采取了相關抗干擾措施:

(1)改善切割機接地，增加接地點，盡量減小接地電阻。

(2)按使用說明書要求規范接地，對各部件采用“一點接地”，避免產生環流。

(3)理清線路走向，強電、弱電盡量分開，特別是調高直流電機線路及其控制線要盡可能遠離其他線路。

(4)按要求采用屏蔽線，且使屏蔽層可靠接地。

在采取上述措施后，調高板損壞情況有所改善，但并未能根本解決IR2110損壞問題。

進一步分析調高板供電電源，由圖3可知，其IR2110驅動自舉電路電源為:DC100經2只5.6 kΩ電阻串聯降壓，再由穩壓二極管穩壓成+15 V電源。直流電源DC100為市電經變壓器變壓，再整流濾波，用于驅動直流電機，圖3中此電源與IR2110驅動自舉電路共用。當等離子電源工作時產生的高頻干擾信號串入電機驅動電源，將直接影響驅動集成塊IR2110，導致IR2110損壞，因此把IR2110自舉電路+15 V電源改用由調高板上L7815 CV穩壓塊直接供電。改動后的部分電路圖如圖6所示。線路改動后，經較長時間使用，調高正常，未出現IR2110損壞現象。

圖6 電源改動后IR2110驅動電路部分示意圖

4 結語

因干擾問題導致調高板多次不定期損壞，經過故障分析及采取相關措施，并對調高板進行改進后，有效防止了干擾信號損壞調高板，從根本上解決了問題。使用一年多時間，類似的故障再未出現，節約了維修成本，降低了設備的故障率，取得良好的經濟效益。

［1］康華光.電子技術基礎［M］.北京:高等教育出版社.1991.

［2］諸邦田.電子電路實用抗干擾技術［M］.北京:人民郵電出版社1994.