基于LabVIEW非接觸電纜長度測量系統設計

李 森，冷小冰，鮑繼強

(1.中山職業技術學院電子信息工程系，中國 中山 528404;2.廣東日豐電纜有限公司，中國廣州 528402)

基于LabVIEW非接觸電纜長度測量系統設計

李 森1*，冷小冰1，鮑繼強2

(1.中山職業技術學院電子信息工程系，中國 中山 528404;2.廣東日豐電纜有限公司，中國廣州 528402)

研究了基于LabVIEW的非接觸電纜長度測量系統.詳細介紹它的硬件組成原理及其軟件實現過程，實現了對電纜長度非接觸長度的在線測量.通過對實驗結果的分析可以看出，本設計達到了對在線電纜長度高精度長度測量的要求.這種方法可以廣泛用于電子機械、紡織機械、印刷機械等諸多行業中.

虛擬儀器;長度測量;非接觸測量;相位

目前，在國內電纜行業大部分廠家仍沿用傳統在線測長方法，即通過測量與線材之間存在滾動摩擦的輪子的轉數來定長，大致分成機械式與光電式兩種，但都離不開輪子與電纜之間摩擦力，即計數輪子與電纜線材必須有接觸.這種接觸式測量，在運行一段時間后，帶動計數器的輪子表面非常光滑，使計數輪子與電纜線材之間摩擦力大大減小，出現滑動現象，使得這種計量電纜長度誤差較大，超過國家規定的5‰.在制造價格較高電纜時采用電纜印碼機來測量在線電纜長度，誤差較小，但每臺電纜印碼機價格高(達30萬元/臺)，且計長速度較慢，要求運行條件高，很難在普通電纜廠及工程現場做電纜線材計長使用.本文介紹一種基于LabVIEW非接觸電纜長度測量系統，可以有效解決計量電纜長度誤差較大問題.

1 系統組成

電纜長度測量系統如圖1所示，大體有兩部分組成:機械部分和電氣部分.機械部分由放線盤、收線盤、左右固線輪、上下固線輪及支架組成，主要完成收放線，保證被檢測電纜線段平穩運動，使傳感器獲得可靠的長度信號.電氣部分由ZLS-Pa傳感器、三相電機、步進電機、變頻器及控制主機組成，完成系統運行控制，其中重要的組成之一——非接觸電纜長度測量.

圖1 電纜長度測量系統示意圖

非接觸電纜長度測量由ZLS-Pa傳感器、接口電路、NI USB-6009及控制主機組成，如圖2所示.ZLS-Pa傳感器通過非接觸方式給出電纜移動長度及移動方向信號，經過接口電路轉換成NI USB-6009數據采集卡能夠接受信號，最后主機軟件把電纜長度表示出來.

圖2 電纜長度測量系統組成框圖

2 ZLS-Pa測長傳感器

ZLS-Pa圖像象相位差法測長傳感器內嵌入高分辨率數字相機，通過快速拍攝運動物體的表面圖像分析獲得物體的X軸或Y軸水平位移量.該傳感器自帶紅色發光LED，用于保證被測物體表面有一定的光強，同時保護了傳感器使用者.主要技術指標:被測速度≤1 m/s;測量精度＜0.5%;長度分辨率最小可達15 μm;測量距離為15.50 mm±10%;光斑面積為＜4 mm2;工作電壓為直流10～30 V;接口為增量接口及RS232口;數據速率單軸不超過41 kHz，雙軸不超過20.5 kHz.其對外接口的接線管腳分布如圖3所示，其中管腳1為信號A正極，管腳2為信號A負，管腳3為信號B正極，管腳4為信號B負極，管腳5為工作電壓輸入端，管腳6為工作電壓接地端，管腳6－7為串行口RS232接入端.

串行口RS232為該傳感器與傳感器調試軟件接口，不對用戶開放.在具體應用時，通過增量信號A與信號B來獲得運動物體的長度信息和運動方向信息.信號A和信號B為相位差相差90度的方波信號(如圖4所示)，脈沖數量代表被測物體長度值的變化，信號A和信號B上升沿出現先后代表著被測物體運動的方向.每個脈沖信號代表長度信號值通過傳感器調試軟件來設置，對本設計所用的ZLS-Pa可以15～200 μm，通常設置為100 μm.

圖3 管腳分布

圖4 傳感器輸出信號

3 接口電路

ZLS-Pa傳感器輸出的兩路方波信號相位差為90度，但隨被測物體運動方向的不同，A路信號與B路信號的相序也隨著變化，精確計量在線電纜長度，系統必須時時檢測電線運動方向.本設計利用光電耦合器4N28、與門及D觸發器實現了信號隔離、電平轉換及A路信號與B路信號的相序判斷，具體電路圖如圖5所示.

圖5 接口電路圖

4 軟件設計

4.1 算法

在整個電纜長度計量過程中，電纜運動的速度不可能是勻速運動，而且存在往復運動，為了使整個計量過程準確，必須采取適當計量時間間隔和考慮電纜的運動方向.設每個脈沖代表的長度值為S0，Δti內有Ni脈沖，所通過的長度為:

其中l0為使生產線運行預置長度，可以系統運行前通過鍵盤設置的常數;“±”符號代表電纜運動方向，正方向運動時取“+”號，負方向運動時取“－”號.

時間間隔我們采取等間隔計量長度，每隔一段時間Δt進行一次信號的采集和處理工作，判斷運動方向.

4.2 軟件

軟件前面板對應的是一個實際儀器的面板，實現的是對儀表的控制和信號表達功能 ，設計包含了預置長度、預置總長度、即時電纜長度、開始和停止按鈕等.非接觸電纜長度測量系統VI的前面板如圖6所示.

LabVIEW是通過利用數據采集助手(DAQmx)節點來控制DAQmx設備完成數據采集的，拖出DAQ Assist子模板，并完成設備和通道的選擇，以及相關屬性設定，然后在DAQ Assistant對應的引腳上添加了掃描率、采樣數、停止按鈕、以及一次采樣的周期.DAQ Assistant的數據輸出信號經過簡單處理連接到顯示模塊 ，這樣就可以把經數據采集板卡USB-6009處理的電纜長度信號實時顯示出來.

圖6 VI面板

添加while循環框，把整個設計的模塊框住，使得電纜長度變化信號和運動方向信號在完成一次采集周期后再繼續下一次采樣周期，以實現連續信號采集的目的，達到動態、實時顯示電纜長度.非接觸電纜長度測量系統Vl的程序框圖如圖7所示.

圖7 程序框圖

5 結果分析

為了驗證本系統的性能，我們采取100 m、200 m、300 m、400 m、500 m 5種不同線經的電纜進行現場測量，去掉奇異數據，得到表1的實驗數據，并進行了誤差分析.

表1 實驗數據

6 結論

從表2結果可以看出，本系統測量誤差比較小，較好解決了電纜在線長度計量誤差大問題.基于Lab-VIEW非接觸電纜長度測量系統克服了接觸式測量時出現滑動現象，使得這種計量電纜長度誤差小，且整個系統成本相對較低，是一種比較適合我國實際情況的電纜長度測量系統.

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Non-Contact Wire Length Survey System Design on LabVIEW

LI Sen1*，LENG Xiao-bing1，BAO Ji-qiang2
(1.Department of Electronic and Information Engineering，Zhongshan Polytechnic College，Zhongshan 528404，China;2.Guangdong RiFeng Electric Cable Co.，Ltd，Guangzhou 528402，China)

The system concentrated on Non-contact Wire Length Survey and Design on LabVIEW is studied.Details of its component of hardware and the process to realize of software is intvuduced.Realized its non-contact wire length survey on-line.Through the analysis on the experimental results，it is showed that the design of this system reached the requirements to survey wire length on-line.This method can be widely used in electronic machinery，textile machinery，printing machinery and many other industries.

virtual instrument;length survey;non-contact survey;phase

R540;TH772

A

1000-2537(2011)05-0037-04

2011-07-15

廣東省部產學研結合基金資助項目(2010B0904004027)

*

，E-mail:lisonluwen@sohu.com

(編輯 陳笑梅)