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 基于C8051F350单片机的纺丝在线张力监控系统
2．2 张力传感器及信号调理电路设计

传感器选择主要通过分析丝线张力传感器的原理与种类，选择电阻应变式张力传感器，FK6张力传感器(Tension Sensor)可替代进口的张力传感器，具有指标优越稳定、免校准、测量精准、价格较低等优点。对于加弹应用环境具有针对性的抗干扰能力，抗破坏能力强，免维护，寿命长的特点。其性能指标如下：

FK6张力测量范围CN0-80／0-120／0-180；综合误差％FS1．2；长期零位漂移％FS1．2；一年长期增益漂移％FS1．2；一年零位漂移％FS1．2≥48 h(同上)；温度漂移％FS／10℃0．325～70℃；非线性％FS1．2。FK6传感器输出为DC 4～20 mA标准仪表信号(或电压信号DC 0～10 V／0～5 V)，接口电路形式较为简单。在此，主要对采用称重法的应变片传感器电路进行说明，图2为其接口电路图。

应变片组成的桥路包括恒压供电和恒流供电两种形式。设计采用恒流供电形式，电路采用OP07运算放大器形式。该电路形成恒流供电主要是运算放大器同相端接2 V稳压管，加在运算放大器U1反相端电阻R2(68 Ω)上的电压也为2 V。因此，流过电阻R2上的电流不因负载变化而变化。此外，在收放卷过程中，因张力变化引起桥路不平衡将有电压信号输出，输出的电压信号经仪表放大器AD623放大后传送至MPU的A／D

转换器。其中，W1为增益调整电位器；W0为零点电平调整电位器。控制电路及通信接口主要采用恒流信号输出控制，单片机与上位机通过MAX 232串行接口通信。

3 系统软件设计

3．1 控制程序设计

张力控制器软件采用PID控制方法完成对各功能模块的控制，实现参数标定、设置、张力测量、恒流信号输出等功能。软件完成初始化设置后，进行张力信号的数据采集与处理、恒流控制输出等。根据实际工况，张力信号数据采集需要进行滤波处理，采用基于提升框架的滤波算法进行仿真试验。实验结果表明，该算法可以有效消除各类噪声，与国外产品的相关技术相比具有一定的先进性。

控制算法采用积分分离式的PID控制，防止偏差较大时造成PID运算的积分积累，避免控制量超过制动器的最大动作范围。当控制量与设定值的偏差较大时，取消积分作用；当控制量接近设定值时，加入积分作用，以便消除静差，提高控制精度。在实际运行中，根据实际需要还可以取消微分的调节作用，图3为程序流程图。

3．2 通信模块设计

上机位采用PC机，控制器与上位机的通信采用RS 232串口通信。控制器采集的数据通过串口通信发送到上位机，实现数据自动上传。采用双通道多次转换，对两个通道进行多次采样取平均值，数据采集的时间间隔通过定时器来完成，发送数据和接收数据都通过中断方式实现。

3．3 上位机软件平台LabVIEW及软件设计

上位机软件平台采用NI公司的LabVIEW。LabVIEW采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。LabVI-EW用图标表示函数，用连线表示数据流向，提供了很多外观与传统仪器类似的控件，可方便地创建用户界面。用户界面在LabVIEW中被称为前面板。图4为纺丝张力监控系统的前面板，图中显示监控1状态界面，监控2界面包括表格显示多路张力信号数据。

系统设计采用表单文件对数据进行存储记录，有强大的文件I／O函数，可以将采集到的数据以一定的格式存储在文件中保存，用以满足用户不同的文件操作需要。表单文件可将数据数组转换成ASCII码存放在电子表格文件中，设计中将以测量日期作为文件的命名，每一天测量的数据存放在一个表格中。用户可以通过前面板界面输入日期来查看历史数据，还可以通过Excel等第三方软件进行查看。其他界面选区卡可实现显示纺丝卷筒落筒记录，跟踪调试以及系统信息，跟踪调试界面设计参数修改接口。当落筒或者断丝后，系统产生落筒记录，记录信息包含产品相关生产信息、张力信息等。同时将落筒记录和异常点数据上传到网络数据库，再通过网络分析系统使用以上的原始采集信息作为统计分析基础，根据目前厂家对产量、质量的分析需求提供不同的分析报表和图表。

4 结论

(1)利用C8051F350的全差分24位∑-△模／数转换器及抽取滤波器，有效地抑制各种干扰因素的影响，可以稳定地进行张力信号采集与恒流控制输出；

(2)利用LabVIEW图形化开发平台开发上位机控制软件，可方便快捷地实现控制系统及人机界面设计；

(3)张力控制系统经试验和实际运行证明，系统结构简单，设计合理，达到了所要求的张力控制。
 
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发表时间:2011年3月16日11:34:00