一種yag激光焊接電源教學(xué)實驗及過級考試平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種YAG激光焊接電源智能化教學(xué)實驗及過級考試平臺，所述YAG激光焊接實體電源、學(xué)生實驗考試低電壓小電流模擬電路、學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊均通過CAN總線與上位機(jī)電性連接，所述學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊包括檢測電路和故障模擬電路。該發(fā)明通過用一套在安全電壓下的低電壓低電流電路模擬實體的高電壓高電流電源電路與實體電源同步工作。把本發(fā)明應(yīng)用于教學(xué)上，不僅能讓學(xué)生看到Y(jié)AG激光焊接電源的實體，本發(fā)明還能夠自動模擬產(chǎn)生各種電路故障讓學(xué)生去尋找故障點(diǎn)排除故障，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力。
【專利說明】
一種YAG激光焊接電源教學(xué)實驗及過級考試平臺
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于激光焊接工業(yè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種YAG激光焊接電源教學(xué)實驗及過級考試平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]由于YAG激光焊接電源是一套高電壓大電流的設(shè)備，在教學(xué)上應(yīng)用存在一定的安全危險性，目前的YAG激光焊接電源的教學(xué)設(shè)備主要是把一臺工業(yè)應(yīng)用的YAG激光焊接電源平鋪安裝，然后放置在一個封閉的透明的展示箱里，學(xué)生只能看不能上手操作電路，或者親自動手連接線路進(jìn)行實驗，這樣就限制了學(xué)生的動手操作能力的訓(xùn)練。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種YAG激光焊接電源教學(xué)實驗及過級考試平臺，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種YAG激光焊接電源教學(xué)實驗及過級考試平臺，包括上位機(jī)電性連接、學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊、YAG激光焊接實體電源、學(xué)生實驗考試低電壓小電流模擬電路、檢測電路、故障模擬電路，所述YAG激光焊接實體電源、學(xué)生實驗考試低電壓小電流模擬電路、學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊均通過CAN總線與上位機(jī)電性連接，所述學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊22包括檢測電路和故障模擬電路。
[0005]優(yōu)選的，所述YAG激光焊接實體電源的總體電路包括220V交流市電、大電流空芯功率電感器、LPl為氙燈、IGBT模塊、回路續(xù)流二極管、IGBT驅(qū)動保護(hù)電路、主控模塊、霍爾電流互感器模塊，所述220V交流市電的一端連接在Dl、D2之間，所述Cl、C2分別于Dl、D2連接，所述220V交流市電的另一端連接在Cl、C2之間，所述霍爾電流互感器模塊分別與主控模塊和大電流空芯功率電感器連接，所述IGBT驅(qū)動保護(hù)電路分別與主控模塊及IGBT模塊連接，所述氙燈連接在IGBT模塊和大電流空芯功率電感器之間，所述回路續(xù)流二極管連接在霍爾電流互感器模塊和氙燈的兩端。
[0006]優(yōu)選的，所述學(xué)生實驗考試低電壓小電流模擬電路包括9V交流電源、小電流功率電感、大功率LED、小功率IGBT、回路續(xù)流二極管、霍爾電流互感器、IGBT驅(qū)動保護(hù)電路、實驗電路主控模塊、雙觸頭繼電器，所述實驗電路主控模塊與分別于IGBT驅(qū)動模塊和大功率LED連接，所述9V交流電源的一端連接在C1、C2之間，所述9V交流電源的另一端連接在D1、D2之間，所述霍爾電流互感器連接在小電流功率電感和Dl的兩端，所述回路續(xù)流二極管連接在大功率LED和霍爾電流互感器的兩端，所述IGBT驅(qū)動保護(hù)電路連接在主控模塊和小功率IGBT之間，所述電路中每一條連線都增加了一個雙觸頭繼電器，所述繼電器觸頭串聯(lián)在連接線的兩端。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn):該發(fā)明通過用一套在安全電壓下的低電壓低電流電路模擬實體的高電壓高電流電源電路與實體電源同步工作。把本發(fā)明應(yīng)用于教學(xué)上，不僅能讓學(xué)生看到Y(jié)AG激光焊接電源的實體，而且還能在絕對安全的情況下讓學(xué)生在模擬電路平臺下搭建像實體電源電路一樣的電子線路進(jìn)行實驗，并且在學(xué)生上電操作之前能夠在線自動檢測出電子線路連接是否正確，從而避免了因為連接不當(dāng)而造成電子元器件燒壞的后果；本發(fā)明還能夠自動模擬產(chǎn)生各種電路故障讓學(xué)生去尋找故障點(diǎn)排除故障，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力；與此同時在過級考試時能夠自動地從命題庫里出題，自動的把學(xué)生考試成績以及所動手搭建的電子線路圖能夠以文檔的方式保存下來，為學(xué)生成績查檔保留依據(jù)。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為YAG激光焊接實體電源的總體電路；
[0010]圖3為學(xué)生進(jìn)行動手實驗操作電路；
[0011]圖4為檢測電路；
[0012]圖5為電子線路錯誤的一種連接；
[0013]圖6為電子線路錯誤的一種連接；
[0014]圖7為電子線路錯誤的一種連接。
[0015]圖中:21上位機(jī)電性連接、22學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊、23YAG激光焊接實體電源、24學(xué)生實驗考試低電壓小電流模擬電路、25檢測電路、26故障模擬電路。
【具體實施方式】
[0016]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0017]本發(fā)明提供了如圖1所示的一種YAG激光焊接電源教學(xué)實驗及過級考試平臺，包括上位機(jī)電性連接21、學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊22、YAG激光焊接實體電源23、學(xué)生實驗考試低電壓小電流模擬電路24、檢測電路25、故障模擬電路26，所述YAG激光焊接實體電源23、學(xué)生實驗考試低電壓小電流模擬電路24、學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊22均通過CAN總線與上位機(jī)21電性連接，所述學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊22包括檢測電路25和故障模擬電路26。
[0018]本發(fā)明的總體設(shè)計框圖如圖1，YAG激光焊接實體電源的總體電路如圖2，圖中4為220V交流市電輸入，經(jīng)過Dl，D2及Cl，C2倍壓整流后產(chǎn)生的總線直流電壓Vbus大約為620V，LI為180uH的大電流空芯功率電感器，LPl為氙燈，Ql為400A/1200V的IGBT模塊，D3為回路續(xù)流二極管，I為IGBT驅(qū)動保護(hù)電路，2為主控模塊，3為額定電流為400A的霍爾電流互感器模塊。電路工作控制原理為:設(shè)定給定的參考電流，由霍爾電流互感器量測主回路電流回饋給主控器，主控制器通過PWM控制IGBT，使回路中流過氙燈的電流穩(wěn)定于設(shè)定的參考電流。
[0019]由于YAG激光焊接實體電源總線電壓Vbus達(dá)到620V，主回路電流最大可達(dá)到400A，如此大的電壓電流不適合應(yīng)用于學(xué)生教學(xué)實驗，所以本解決方案中增加了一套在安全電壓下的低電壓小電流實驗電路，其電路原理和實體電源的電路原理完全相同，模擬實驗電路模塊與實體電源電路模塊通過CAN總線進(jìn)行通信實現(xiàn)操作控制同步；同時為了能夠在線自動檢測學(xué)生所搭建連接的電子線路，在電路中每一條連接線的兩端各串接一個可控制的開關(guān)，這種可控制開關(guān)可使用但不限于MOSFET、繼電器等，本解決方案使用了一個雙觸頭繼電器，繼電器觸頭各串聯(lián)在連接線的兩端，這樣在檢測連接線時就可以把這條連接線與電路中其它連接線隔離開，就可以單獨(dú)的測量這條連接線是否正確連接。用于學(xué)生進(jìn)行動手實驗操作的電路如圖3所示，圖中5為9V交流電源，其經(jīng)過倍壓整流后產(chǎn)生的總線直流電壓Vbus大約為25V，L2為180uH的小電流功率電感，LP2為一個額定電流為IA前向壓降為6V的大功率LED用來代替氙燈，Q2為10A/600V的小功率IGBT，D4為回路續(xù)流二極管，6為額定電流為IA的霍爾電流互感器，7為IGBT驅(qū)動保護(hù)電路，8為實驗電路主控模塊，S為繼電器常閉觸頭。其工作控制原理和實體電源的控制原理相同。為了讓實驗?zāi)M電路和實體電源電路同步運(yùn)行工作，使學(xué)生感覺到控制模擬電路就像在控制實體電源一樣，用CAN總線把實驗?zāi)M電路和實體電源電路連接在一起進(jìn)行通信，操作設(shè)置實體電源上的參數(shù)，實體電源上的主控制器通過CAN通信就會把同樣的參數(shù)傳送到實驗?zāi)M電路的主控制器，操作執(zhí)行實體電源的每一個動作都會通過CAN總線通知實驗?zāi)M電路，這樣就達(dá)到了總體同步。
[0020]為了能夠在線實時檢測實驗?zāi)M電路的電子連接線路，還需要增加檢測電路，如圖4所示，連接線與連接線之間的交點(diǎn)稱為端點(diǎn)，實驗平臺上的連線插座與端點(diǎn)連接，實驗電路中每個端點(diǎn)有幾條連接線與之連接則此端點(diǎn)就安裝有幾個連線端子插座，或者最多多出一個連線端子插座(如對地的接線端子座，多出一個作為其它檢測用端子)，檢測每一條連接線以端點(diǎn)為檢測單位，每個端點(diǎn)都有17這樣一個檢測電路，圖中S為繼電器常閉觸頭，10，11為實驗平臺端點(diǎn)連線插座，12，13為需要正確的連接線，23中的9為由實驗?zāi)M電路主控模塊控制的輸出線路檢測電壓，電壓值為5V，連線的另一端點(diǎn)21中的14為由實驗?zāi)M電路主控模塊控制的輸出使能檢測電平信號，Ul為一個比較器，Vref為比較器參考電壓一2.5V，15為比較器輸出信號。為了方便說明連接線檢測原理，約定如下術(shù)語:1.在檢端點(diǎn):正在檢測本端點(diǎn)是否與其它端點(diǎn)有連接線的端點(diǎn)為在檢端點(diǎn)，例如圖4中正要檢測端點(diǎn)10與其它端點(diǎn)(如端點(diǎn)11，、19、22)是否有連接線連接，則端點(diǎn)10為在檢端點(diǎn)。2.掃描端點(diǎn):掃描檢測非在檢端點(diǎn)的其它端點(diǎn)是否與在檢端點(diǎn)有連接線連接稱為掃描端點(diǎn)。3.端點(diǎn)檢測電壓信號:實驗?zāi)M電路主控模塊控制輸出到在檢端點(diǎn)23中9的電壓，端點(diǎn)檢測電壓信號為5V時有效，OV時無效；任意時刻有且僅有一個端點(diǎn)檢測電壓信號有效，或者全部無效。4.端點(diǎn)掃描使能信號:實驗?zāi)M電路主控模塊控制輸出使能信號到掃描端點(diǎn)21中的14檢測電平信號，允許檢測本掃描端點(diǎn)是否與在檢端點(diǎn)有連接線連接，當(dāng)電平信號為高電平時為使能信號有效，低電平時為使能信號無效；任意時刻有且僅有一條連接線檢測使能信號有效，或者全部無效；在掃描檢測掃描端點(diǎn)期間，在檢端點(diǎn)23中的9端點(diǎn)檢測電壓保持有效。任意時刻同一端點(diǎn)的端點(diǎn)檢測電壓和端點(diǎn)掃描使能信號不能同時有效。
[0021]連接檢測電路工作原理如下:當(dāng)學(xué)生把要試驗的電路連接好后，按下啟動按鈕讓電路工作，主控模塊檢測到啟動信號后，此時主控模塊還不允許實驗電路工作，它先輸出信號讓所有繼電器動作，把所有常閉觸點(diǎn)斷開，然后逐個端點(diǎn)檢測，例如圖4中端點(diǎn)10與端點(diǎn)11之間12連線為正確連接，現(xiàn)在檢測端點(diǎn)10的連接狀態(tài)，此時端點(diǎn)10為在檢端點(diǎn)，主控制器輸出端點(diǎn)檢測電壓信號有效到端點(diǎn)10上，同時輸出端點(diǎn)掃描使能信號有效到端點(diǎn)11上，如果12有正確的連接線，此時因為14為高電平，PNP三極管Q3E-C極連通，這樣端點(diǎn)檢測電壓信號 9 經(jīng)過 D5，Rl ( = 1K)，連接線 12，R2 ( = IK)，PNP 三極管 Q3，R3 ( = 100K)，(R4 =30K，R5 = 30K，R6 = 1K)最后連接到地，這樣在16產(chǎn)生的電壓將會高于參考電壓Vref，比較器Ul輸出15就會輸出一個高電平；如果12沒有連接線連接則15的輸出就是低電平。所以當(dāng)主控模塊輸出端點(diǎn)檢測電壓信號到9有效，端點(diǎn)掃描使能信號到14有效后，在15檢測到高電平則12就有正確的連接線連接，如果為低電平就沒有連接線連接。之后實驗?zāi)M電路主控制器輸出端點(diǎn)掃描使能信號依次掃描檢測其它剩余沒有檢測到的端點(diǎn)，如果其它端點(diǎn)的17中15有高電平輸出則此端點(diǎn)與本在檢端點(diǎn)有連接線連接，如果為低電平則沒有連接。
[0022]圖5，圖6，圖7為電子線路錯誤連接的示意圖。
[0023]如果只是作為學(xué)生實驗應(yīng)用，則實驗?zāi)M電路就可以完成了各種線路故障的模擬，因為電路中的每一條連接線都有一個繼電器與其連接，這些繼電器又是可以單獨(dú)控制的。但是當(dāng)進(jìn)行過級考試時，如果學(xué)生所連接的電路不正確，則電路就不能正常工作，所以電路就不能模擬故障讓學(xué)生進(jìn)行故障排查的題目考試。為了解決這個問題，本套設(shè)備又增加了一套電路和實驗?zāi)M電路一模一樣，稱之為故障模擬電路，故障模擬電路中的每一個連接線的端點(diǎn)都和實驗?zāi)M電路相對應(yīng)的端點(diǎn)連接，這樣故障模擬電路就好像實驗?zāi)M電路的影子一樣。在正常情況下，故障模擬電路中的所有繼電器觸點(diǎn)是斷開的，故障模擬電路不參加工作，這樣就不會影響到實驗?zāi)M電路的運(yùn)行，只有在故障排查題目考試時它才參與工作。當(dāng)故障模擬電路工作時，實驗?zāi)M電路的所有繼電器全部斷開，使實驗?zāi)M電路不影響故障模擬電路的正常運(yùn)行。故障模擬電路中主控模塊控制某個繼電器斷開觸點(diǎn)就模擬出相關(guān)聯(lián)的線路出現(xiàn)了故障，當(dāng)學(xué)生找到了故障點(diǎn)的正確位置，就說明其能正確排除了故障。
[0024]為了便于老師對學(xué)生過級考試的命題以及學(xué)生考試檔案等管理，上位機(jī)有專門的應(yīng)用管理軟件用來編寫命題題庫以及學(xué)生考試成績檔案數(shù)據(jù)庫，通過CAN總線下發(fā)命題庫給YAG激光焊接實體電源主控模塊，學(xué)生的考試成績也通過CAN總線由實體電源主控模塊上傳給上位機(jī)數(shù)據(jù)庫。由于本方案實現(xiàn)了學(xué)生連接實驗電路的在線自動檢測，這樣學(xué)生考試所要求完成的動手連接線路圖的自動歸檔成為了可能，實體電源主控模塊對實驗?zāi)M電路進(jìn)行完全控制，實驗?zāi)M電路的所有控制指令都是由實體電源主控模塊來執(zhí)行，考試連接線路的在線自動檢測由實體電源主控模塊和實驗電路主控模塊協(xié)同完成，連接線路中的每一條連線，每一個元器件都編成唯一的編碼，實體電源把這些編碼上傳給上位機(jī)，上位機(jī)管理軟件自動把它轉(zhuǎn)化為CAD的dxf文件格式保存起來。
[0025]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種YAG激光焊接電源智能化教學(xué)實驗及過級考試平臺，包括上位機(jī)電性連接(21)、學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊(22)、YAG激光焊接實體電源(23)、學(xué)生實驗考試低電壓小電流模擬電路(24)、檢測電路(25)、故障模擬電路(26)，其特征在于:所述YAG激光焊接實體電源(23)、學(xué)生實驗考試低電壓小電流模擬電路(24)、學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊(22)均通過CAN總線與上位機(jī)(21)電性連接，所述學(xué)生實驗考試低壓小電流故障模擬模塊(22)包括檢測電路(25)和故障模擬電路(26)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于教學(xué)的YAG激光焊接電源演示器，其特征在于:所述YAG激光焊接實體電源(23)的總體電路包括220V交流市電、大電流空芯功率電感器、LPl為氙燈、IGBT模塊、回路續(xù)流二極管、IGBT驅(qū)動保護(hù)電路、主控模塊、霍爾電流互感器模塊，所述220V交流市電的一端連接在D1、D2之間，所述Cl、C2分別于D1、D2連接，所述220V交流市電的另一端連接在Cl、C2之間，所述霍爾電流互感器模塊分別與主控模塊及大電流空芯功率電感器連接，所述IGBT驅(qū)動保護(hù)電路分別與主控模塊及IGBT模塊連接，所述氙燈連接在IGBT模塊和大電流空芯功率電感器之間，所述回路續(xù)流二極管連接在霍爾電流互感器模塊和氙燈的兩端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于教學(xué)的YAG激光焊接電源演示器，其特征在于:所述學(xué)生實驗考試低電壓小電流模擬電路(22)包括9V交流電源、小電流功率電感、大功率LED、小功率IGBT、回路續(xù)流二極管、霍爾電流互感器、IGBT驅(qū)動保護(hù)電路、實驗電路主控模塊、雙觸頭繼電器，所述實驗電路主控模塊與分別于IGBT驅(qū)動模塊和大功率LED連接，所述9V交流電源的一端連接在C1、C2之間，所述9V交流電源的另一端連接在D1、D2之間，所述霍爾電流互感器連接在小電流功率電感和Dl的兩端，所述回路續(xù)流二極管連接在大功率LED和霍爾電流互感器的兩端，所述IGBT驅(qū)動保護(hù)電路連接在主控模塊和小功率IGBT之間，所述電路中每一條連線都增加了一個雙觸頭繼電器，所述繼電器觸頭串聯(lián)在連接線的兩端。
【文檔編號】G09B23/18GK105989768SQ201510394613
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年7月8日
【發(fā)明人】樊永康, 蘇鎮(zhèn)耿, 其他發(fā)明人請求不公開姓名
【申請人】深圳市普達(dá)鐳射科技有限公司