基于LabVIEW非接触电缆长度测量系统设计

李 森，冷小冰，鲍继强

(1.中山职业技术学院电子信息工程系，中国 中山 528404;2.广东日丰电缆有限公司，中国广州 528402)

基于LabVIEW非接触电缆长度测量系统设计

李 森1*，冷小冰1，鲍继强2

(1.中山职业技术学院电子信息工程系，中国 中山 528404;2.广东日丰电缆有限公司，中国广州 528402)

研究了基于LabVIEW的非接触电缆长度测量系统.详细介绍它的硬件组成原理及其软件实现过程，实现了对电缆长度非接触长度的在线测量.通过对实验结果的分析可以看出，本设计达到了对在线电缆长度高精度长度测量的要求.这种方法可以广泛用于电子机械、纺织机械、印刷机械等诸多行业中.

虚拟仪器;长度测量;非接触测量;相位

目前，在国内电缆行业大部分厂家仍沿用传统在线测长方法，即通过测量与线材之间存在滚动摩擦的轮子的转数来定长，大致分成机械式与光电式两种，但都离不开轮子与电缆之间摩擦力，即计数轮子与电缆线材必须有接触.这种接触式测量，在运行一段时间后，带动计数器的轮子表面非常光滑，使计数轮子与电缆线材之间摩擦力大大减小，出现滑动现象，使得这种计量电缆长度误差较大，超过国家规定的5‰.在制造价格较高电缆时采用电缆印码机来测量在线电缆长度，误差较小，但每台电缆印码机价格高(达30万元/台)，且计长速度较慢，要求运行条件高，很难在普通电缆厂及工程现场做电缆线材计长使用.本文介绍一种基于LabVIEW非接触电缆长度测量系统，可以有效解决计量电缆长度误差较大问题.

1 系统组成

电缆长度测量系统如图1所示，大体有两部分组成:机械部分和电气部分.机械部分由放线盘、收线盘、左右固线轮、上下固线轮及支架组成，主要完成收放线，保证被检测电缆线段平稳运动，使传感器获得可靠的长度信号.电气部分由ZLS-Pa传感器、三相电机、步进电机、变频器及控制主机组成，完成系统运行控制，其中重要的组成之一——非接触电缆长度测量.

图1 电缆长度测量系统示意图

非接触电缆长度测量由ZLS-Pa传感器、接口电路、NI USB-6009及控制主机组成，如图2所示.ZLS-Pa传感器通过非接触方式给出电缆移动长度及移动方向信号，经过接口电路转换成NI USB-6009数据采集卡能够接受信号，最后主机软件把电缆长度表示出来.

图2 电缆长度测量系统组成框图

2 ZLS-Pa测长传感器

ZLS-Pa图像象相位差法测长传感器内嵌入高分辨率数字相机，通过快速拍摄运动物体的表面图像分析获得物体的X轴或Y轴水平位移量.该传感器自带红色发光LED，用于保证被测物体表面有一定的光强，同时保护了传感器使用者.主要技术指标:被测速度≤1 m/s;测量精度＜0.5%;长度分辨率最小可达15 μm;测量距离为15.50 mm±10%;光斑面积为＜4 mm2;工作电压为直流10～30 V;接口为增量接口及RS232口;数据速率单轴不超过41 kHz，双轴不超过20.5 kHz.其对外接口的接线管脚分布如图3所示，其中管脚1为信号A正极，管脚2为信号A负，管脚3为信号B正极，管脚4为信号B负极，管脚5为工作电压输入端，管脚6为工作电压接地端，管脚6－7为串行口RS232接入端.

串行口RS232为该传感器与传感器调试软件接口，不对用户开放.在具体应用时，通过增量信号A与信号B来获得运动物体的长度信息和运动方向信息.信号A和信号B为相位差相差90度的方波信号(如图4所示)，脉冲数量代表被测物体长度值的变化，信号A和信号B上升沿出现先后代表着被测物体运动的方向.每个脉冲信号代表长度信号值通过传感器调试软件来设置，对本设计所用的ZLS-Pa可以15～200 μm，通常设置为100 μm.

图3 管脚分布

图4 传感器输出信号

3 接口电路

ZLS-Pa传感器输出的两路方波信号相位差为90度，但随被测物体运动方向的不同，A路信号与B路信号的相序也随着变化，精确计量在线电缆长度，系统必须时时检测电线运动方向.本设计利用光电耦合器4N28、与门及D触发器实现了信号隔离、电平转换及A路信号与B路信号的相序判断，具体电路图如图5所示.

图5 接口电路图

4 软件设计

4.1 算法

在整个电缆长度计量过程中，电缆运动的速度不可能是匀速运动，而且存在往复运动，为了使整个计量过程准确，必须采取适当计量时间间隔和考虑电缆的运动方向.设每个脉冲代表的长度值为S0，Δti内有Ni脉冲，所通过的长度为:

其中l0为使生产线运行预置长度，可以系统运行前通过键盘设置的常数;“±”符号代表电缆运动方向，正方向运动时取“+”号，负方向运动时取“－”号.

时间间隔我们采取等间隔计量长度，每隔一段时间Δt进行一次信号的采集和处理工作，判断运动方向.

4.2 软件

软件前面板对应的是一个实际仪器的面板，实现的是对仪表的控制和信号表达功能 ，设计包含了预置长度、预置总长度、即时电缆长度、开始和停止按钮等.非接触电缆长度测量系统VI的前面板如图6所示.

LabVIEW是通过利用数据采集助手(DAQmx)节点来控制DAQmx设备完成数据采集的，拖出DAQ Assist子模板，并完成设备和通道的选择，以及相关属性设定，然后在DAQ Assistant对应的引脚上添加了扫描率、采样数、停止按钮、以及一次采样的周期.DAQ Assistant的数据输出信号经过简单处理连接到显示模块 ，这样就可以把经数据采集板卡USB-6009处理的电缆长度信号实时显示出来.

图6 VI面板

添加while循环框，把整个设计的模块框住，使得电缆长度变化信号和运动方向信号在完成一次采集周期后再继续下一次采样周期，以实现连续信号采集的目的，达到动态、实时显示电缆长度.非接触电缆长度测量系统Vl的程序框图如图7所示.

图7 程序框图

5 结果分析

为了验证本系统的性能，我们采取100 m、200 m、300 m、400 m、500 m 5种不同线经的电缆进行现场测量，去掉奇异数据，得到表1的实验数据，并进行了误差分析.

表1 实验数据

6 结论

从表2结果可以看出，本系统测量误差比较小，较好解决了电缆在线长度计量误差大问题.基于Lab-VIEW非接触电缆长度测量系统克服了接触式测量时出现滑动现象，使得这种计量电缆长度误差小，且整个系统成本相对较低，是一种比较适合我国实际情况的电缆长度测量系统.

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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

广东省部产学研结合基金资助项目(2010B0904004027)

*

，E-mail:lisonluwen@sohu.com

(编辑 陈笑梅)