CN102489851B - 一种等离子切割机 - Google Patents
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Abstract
一种等离子切割机，包括切割枪、CPU控制单元及连接在切割枪和CPU控制单元之间的功率电源和气泵，所述切割枪与CPU控制单元之间连接有能够将采集到的切割枪喷嘴上的两个电极之间的电压与设定的电压阀值进行比较并能够将比较得出的逻辑电平隔离输出给CPU控制单元的保护电路单元。本发明由于采用在切割枪与CPU控制单元之间连接有保护电路单元，通过该保护电路单元能够快速地识别出切割枪喷嘴上的两个电极是否存在短路的情况，从而有效地避免了因电极短路而导致电极及其它部件的损坏，这样既有利于延长等离子切割机的电极及其它部件的使用寿命，又有利于提高等离子切割机整机的安全性能，而且还有利于提高切割质量。
Description
技术领域
本发明涉及等离子切割机技术领域，特别是涉及一种使用寿命长的等离子切割机。
背景技术
目前的等离子切割机（包括高频等离子切割机和低频等离子切割机）的切割枪的喷嘴和喷嘴上的电极所工作的环境是高温、高压，而且大电流，非常容易损坏，因此通常是采用比较昂贵的金属材料及先进的制作工艺来制作这些部件。然而，由于设计结构上的需要，高频等离子切割机的切割枪喷嘴上的两个电极间距会设计得很小；低频等离子切割机的切割枪喷嘴上的两个电极在开机之前是接触的。由此带来一系列使用问题，当喷嘴在经过多次切割后，由于切割过程金属渣飞溅、积炭等原因，造成喷嘴上两个电极容易短路，或者金属渣冷却后将两个电极黏住，轻则影响切割质量、缩短电极和喷嘴的使用寿命，重则损坏电极和喷嘴，甚至烧毁功率电源，而且两个电极黏住，除了开机后造成功率电源长期短路之外，还会加重气泵的负担而发热，从而缩短整个等离子切割机的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种能够有效避免因电极短路而导致电极及其它部件损坏，安全性能高，并能够提高切割质量的使用寿命长的等离子切割机。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的等离子切割机，包括切割枪、CPU控制单元及连接在切割枪和CPU控制单元之间的功率电源和气泵，其特点是所述切割枪与CPU控制单元之间连接有能够将采集到的切割枪喷嘴上的两个电极之间的电压与设定的电压阀值进行比较并能够将比较得出的逻辑电平隔离输出给CPU控制单元的保护电路单元，所述保护电路单元包括依序连接的分压取样电路单元、逻辑比较电路单元和隔离输出电路单元，其中分压取样电路单元的电路输入端与上述切割枪喷嘴上的两个电极相连接，隔离输出电路单元的电路输出端与上述CPU控制单元相连接，所述分压取样电路单元包括依序串联在电路中的分压电阻R1、分压电阻R2和分压电阻R3及并联在电路中的滤波电容C1、分压电阻R4、稳压二极管ZD1和滤波电容C2，其中分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3串联后，通过分压电阻R1的一端连接在检测电压输入插座CN6的第一脚上，在分压电阻R2与分压电阻R3之间对地电平GND_GaoYa加入滤波电容C1，分压电阻R4、稳压二极管ZD1和滤波电容C2并联后接到分压电阻R3一端与地电平GND_GaoYa之间，所述分压取样电路单元的输出电压从分压电阻R3的两端输出。
为了能够准确地检测出切割枪喷嘴上的两个电极是否存在短路的情况，经过大量的实验可知，上述电压阀值设定为1.6V，当保护电路单元检测到切割枪喷嘴上的两个电极之间的电压小于该设定的电压阀值超过3秒时限的时候，则认为切割枪喷嘴上的电极短路。
为了能够提醒用户及时检测和清理切割枪，以防止切割枪损坏及影响切割质量，上述CPU控制单元电连接有报警灯。
本发明由于采用在切割枪与CPU控制单元之间连接有保护电路单元，通过该保护电路单元能够实时采样切割枪喷嘴上的两个电极之间的电压，并能够将采样到的电压与设定的电压阀值进行比较，从而快速地识别出切割枪喷嘴上的两个电极是否存在短路的情况，同时结合目前等离子切割机的工作状态以及短路时限，通过CPU控制单元决定是让等离子切割机正常工作，还是给出报警信号和执行相关保护动作，从而有效地避免了因电极短路而导致电极及其它部件的损坏，这样既有利于延长等离子切割机的电极及其它部件的使用寿命，减少了电极及其它部件的更换频率，降低了机器的使用成本，又有利于提高等离子切割机整机的安全性能，使操作者在使用等离子切割机时可以更加专注于切割过程，而不是把注意力放到等离子切割机本身是否正常运作上面，从而有利于提高切割质量。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明保护电路单元的电路框图。
图3为本发明保护电路单元的电路原理图。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明所述的等离子切割机，包括切割枪1、CPU控制单元4及连接在切割枪1和CPU控制单元4之间的功率电源2和气泵3，而且在切割枪1与CPU控制单元4之间连接有能够将采集到的切割枪喷嘴上的两个电极之间的电压与设定的电压阀值进行比较并能够将比较得出的逻辑电平隔离输出给CPU控制单元4的保护电路单元5，而且该保护电路单元5的电路输入端是与切割枪喷嘴上的两个电极电连接。如图1所示，功率电源2、气泵3、CPU控制单元4和保护电路单元5设置在机壳7内，而切割枪1的导管（包含电线和气管）则固定在机壳7上且切割枪喷嘴位于机壳7的外侧。为了能够准确地检测出切割枪喷嘴上的两个电极是否存在短路的情况，经过大量的实验可知，电压阀值设定为1.6V，当等离子切割机的功率电源2正常供电压给切割枪切割工作时，保护电路单元5一旦检测到切割枪喷嘴上的两个电极之间的电压小于该设定的电压阀值超过3秒时限的时候，则认为切割枪喷嘴上的电极短路，CPU控制单元4立即控制机器进入保护状态。为了能够提醒用户及时检测和清理切割枪1，以防止切割枪1损坏及影响切割质量，CPU控制单元4电连接有报警灯6，该报警灯6固定在机壳7的外侧面上。如图2所示，保护电路单元5包括依序连接的分压取样电路单元51、逻辑比较电路单元52和隔离输出电路单元53，其中分压取样电路单元51的电路输入端与切割枪喷嘴上的两个电极相连接，隔离输出电路单元53的电路输出端与CPU控制单元4相连接。而保护电路单元5具体的电路组成及连接，如图3所示，其中分压取样电路单元51包括依序串联在电路中的分压电阻R1、分压电阻R2和分压电阻R3及并联在电路中的滤波电容C1、分压电阻R4、稳压二极管ZD1和滤波电容C2，其中分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3串联后的通过分压电阻R1的一端连接在检测电压输入插座CN6的第一脚上，在分压电阻R2与分压电阻R3之间对地电平GND_GaoYa加入滤波电容C1，分压电阻R4、稳压二极管ZD1和滤波电容C2并联后接到分压电阻R3一端与地电平GND_GaoYa之间，分压取样电路单元51的输出电压从分压电阻R3的两端取出；逻辑比较电路单元52包括比较器IC1A和比较器IC1B及依序串联在电路中的分压电阻R5、分压电阻R6和分压电阻R7，其中分压电阻R5、分压电阻R6、分压电阻R7串联后接在+12V电源与地电平GND_GaoYa之间，比较器IC1A的负输入端接至分压电阻R6与分压电阻R7之间，比较器IC1B的正输入端接至分压电阻R5与分压电阻R6之间，比较器IC1A的正输入端和比较器IC1B的负输入端与上述分压取样电路单元51的电路输出端连接，上述分压取样电路单元51的电路输出端与+12V电源之间连接有保护二极管D1，该保护二极管D1的阳极端与分压取样电路单元51的电路输出端连接，在比较器IC1A与IC1B的正电源与地电平GND_GaoYa之间还连接有去耦电容C3，比较器IC1A的输出端和比较器IC1B的输出端与隔离输出电路单元53的电路的正负输入端连接，且比较器IC1B的输出端与+12V电源之间连接有上拉电阻R9，比较器IC1B的正输入端与其输出端之间连接有反馈电阻R8，而且+12V电源通过分压电阻R5、分压电阻R6和分压电阻R7的分压后取得1.6V和7.5V，其中1.6V接入比较器IC1A的负输入端，7.5V接入比较器IC1B的正输入端，而1.6V的电压阀值是根据两个电极之间的阀值电压来设计取得的，当采集到的切割枪喷嘴上的两个电极之间的电压位于37V~40V之间时，将其转换为原电压的13/313，那么37V~40V经分压后就变成了1.54V~1.66V，由于电阻元件阻值的分散性，因此取1.6V为设计判断值，根据这样的设计，从而在比较器IC1A中接入1.6V的电压阀值，这样就直接决定了逻辑电路动作判断待判定输入电压是否低于37V~40V，从而判断出机器所处的状态；隔离输出电路单元53包括光电耦合器TLP521及连接在光电耦合器TLP521输出端的上拉电阻R10和滤波电容C4，其中上拉电阻R10接至光电耦合器TLP521的集电极输出与+5V电源之间，光电耦合器TLP521的发射极输出接至地电平GND_Singal，滤波电容C4接至光电耦合器TLP521的集电极输出与地电平GND_Singal之间。
本发明所述的保护电路单元5的工作原理是：
采集到的切割枪喷嘴上的两个电极之间的电压输入到电路中经分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4及滤波电容C1的分压及滤波后，所得电压信号分别到达比较器IC1A和比较器IC1B的正负输入端。由于比较器IC1A和比较器IC1B分别对电压1.6V和7.5V敏感，如果输入电压经过分压后位于1.6V~7.5V这个区间内的时候，由于比较器是OC输出，那么比较器IC1A和比较器IC1B输出高阻态，光电耦合器TLP521不导通；如果输入电压经过分压后小于1.6V的时候，那么比较器IC1A输出对地短路，比较器IC1B输出高阻态，+12V电源通过上拉电阻R9给光电耦合器TLP521供给电流，并通过比较器IC1A内输出管回流至地，光电耦合器TLP521导通；如果输入电压经过分压后大于7.5V的时候，那么比较器IC1A输出高阻态，比较器IC1B输出对地短路，光电耦合器TLP521不导通；如果输入电压经过分压后大于9.1V的时候，那么稳压二极管ZD1起作用，保护各比较器输入不会过压，造成不可预测的输出状态；如果输入电压经过分压后大于12V的时候，那么保护二极管D1导通起作用，将过压电流释放至+12V电源。
比较器通过生成的逻辑电平来控制光电耦合器TLP521的通断。当机器不工作或切割枪喷嘴上的两个电极短路，即输入电压为经过分压后小于1.6V的电压阀值时，光电耦合器TLP521导通，保护电路单元5输出低电平信号给CPU控制单元4；当正常切割作业或机器电源打开但是处于空载状态时，光电耦合器TLP521不导通，保护电路单元5输出高电平信号给CPU控制单元4。而CPU控制单元4通过在等离子切割机目前处于何种工作情况下切割枪喷嘴应该处于的对应的电平状态来判断切割枪喷嘴上的两个电极是处于正常工作状态，还是处于短路需保护的状态，进而控制机器是正常工作，还是让其进入保护状态。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (5)
1.一种等离子切割机，包括切割枪（1）、CPU控制单元（4）及连接在切割枪（1）和CPU控制单元（4）之间的功率电源（2）和气泵（3），其特征在于所述切割枪（1）与CPU控制单元（4）之间连接有能够将采集到的切割枪喷嘴上的两个电极之间的电压与设定的电压阀值进行比较并能够将比较得出的逻辑电平隔离输出给CPU控制单元（4）的保护电路单元（5），所述保护电路单元（5）包括依序连接的分压取样电路单元（51）、逻辑比较电路单元（52）和隔离输出电路单元（53），其中分压取样电路单元（51）的电路输入端与上述切割枪喷嘴上的两个电极相连接，隔离输出电路单元（53）的电路输出端与上述CPU控制单元（4）相连接，所述分压取样电路单元（51）包括依序串联在电路中的分压电阻R1、分压电阻R2和分压电阻R3及并联在电路中的滤波电容C1、分压电阻R4、稳压二极管ZD1和滤波电容C2，其中分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3串联后，通过分压电阻R1的一端连接在检测电压输入插座CN6的第一脚上，在分压电阻R2与分压电阻R3之间对地电平GND_GaoYa加入滤波电容C1，分压电阻R4、稳压二极管ZD1和滤波电容C2并联后接到分压电阻R3一端与地电平GND_GaoYa之间，所述分压取样电路单元（51）的输出电压从分压电阻R3的两端输出。
2.根据权利要求1所述等离子切割机，其特征在于上述逻辑比较电路单元（52）包括比较器IC1A和比较器IC1B及依序串联在电路中的分压电阻R5、分压电阻R6和分压电阻R7，其中分压电阻R5、分压电阻R6、分压电阻R7串联后接在+12V电源与地电平GND_GaoYa之间，比较器IC1A的负输入端接至分压电阻R6与分压电阻R7之间，比较器IC1B的正输入端接至分压电阻R5与分压电阻R6之间，比较器IC1A的正输入端和比较器IC1B的负输入端与上述分压取样电路单元（51）的电路输出端连接，上述分压取样电路单元（51）的电路输出端与+12V电源之间连接有保护二极管D1，该保护二极管D1的阳极端与分压取样电路单元（51）的电路输出端连接，在比较器IC1A和比较器IC1B的正电源与地电平GND_GaoYa之间还连接有去耦电容C3，比较器IC1A的输出端和比较器IC1B的输出端与上述隔离输出电路单元（53）的电路的正负输入端连接，且比较器IC1B的输出端与+12V电源之间连接有上拉电阻R9，比较器IC1B的正输入端与其输出端之间连接有反馈电阻R8。
3.根据权利要求1所述等离子切割机，其特征在于上述隔离输出电路单元（53）包括光电耦合器TLP521及连接在光电耦合器TLP521输出端的上拉电阻R10和滤波电容C4，其中上拉电阻R10接至光电耦合器TLP521的集电极输出端与+5V电源之间，光电耦合器TLP521的发射极输出端接至地电平GND_Singal，滤波电容C4接至光电耦合器TLP521的集电极输出端与地电平GND_Singal之间。
4.根据权利要求1所述等离子切割机，其特征在于上述电压阀值设定为1.6V。
5.根据权利要求1所述等离子切割机，其特征在于上述CPU控制单元（4）电连接有报警灯（6）。
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