圖形識別和通訊技術(shù)在母線槽冷彎生產(chǎn)線的應(yīng)用

陸寅

（寧波通誠電氣有限公司，浙江 寧波 710032）

可編程控制器（PLC）以其運行可靠、易學(xué)易用、抗干擾性強等特點，在冷彎生產(chǎn)線得到廣泛應(yīng)用。在絕大多數(shù)場合，其僅作為控制流水線加工動作的時序控制。當(dāng)產(chǎn)品參數(shù)改變時，需要人工將大量的加工參數(shù)手工輸入，造成效率下降，易出現(xiàn)錄入錯誤的問題。而母線槽恰恰是一個多變產(chǎn)品，一個工程就會有幾十種的產(chǎn)品規(guī)格出現(xiàn)。因此利用計算機的圖形識別和分析，將設(shè)計文件直接分析和轉(zhuǎn)化為加工信息，并傳送到PLC 上，為自動化加工提供了應(yīng)用條件。

本文介紹在一條冷彎自動生產(chǎn)線上，使用計算機自動圖形分析和數(shù)據(jù)錄入的應(yīng)用，該系統(tǒng)在公司得到很好的應(yīng)用。

1 整體設(shè)計概述

本系統(tǒng)采用編程軟件VB 編寫而成，具有應(yīng)用DXF 圖形讀入、圖形識別分析和PLC 串口通信的功能，以期最大限度提高工作效率。作為一個完整的軟件，應(yīng)用到生產(chǎn)中，包括輸入、處理和輸出幾個部分。具體流程框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)流程框圖

2 DXF 文件圖形讀入模塊的設(shè)計

2.1 DXF 文件特征

DXF 的文件結(jié)構(gòu)，在許多文獻(xiàn)中有詳細(xì)介紹，這里不再贅述。本文僅對圖形讀取有用的部分做簡單介紹。

DXF 文件的圖元文件存放在Entites 段，本軟件分析需要使用的圖元是直線、圓弧、多邊形。

Entites 段：段的識別特征，是有字符串”ENTITIES”直線連續(xù)兩行的特征是：

第一行字符是“0”,第二行”LINE”；

直線坐標(biāo) 起點 連續(xù)兩行：第一行是”10”第二行就是X 坐標(biāo)值，

連續(xù)兩行：第一行是”20”第二行就是Y 坐標(biāo)值

終點 連續(xù)兩行：第一行是”11”第二行就是X 坐標(biāo)值，

連續(xù)兩行：第一行是”21”第二行就是Y 坐標(biāo)值

圓形連續(xù)兩行特征：

第一行字符是“0”,第二行”CIRCLE”

中心點：連續(xù)兩行：第一行是”10”第二行就是X 坐標(biāo)值，

連續(xù)兩行：第一行是”20”第二行就是Y 坐標(biāo)值

半徑： 連續(xù)兩行：第一行是”40”第二行就是半徑值

圓弧連續(xù)兩行的特征是：

第一行字符是“0”,第二行”ARC”

弧的中心坐標(biāo) 連續(xù)兩行：第一行是”10”第二行就是X 坐標(biāo)值，

連續(xù)兩行：第一行是”20”第二行就是Y 坐標(biāo)值

半徑 連續(xù)兩行：第一行是”40”第二行就是半徑值，

角度1 連續(xù)兩行：第一行是”50”第二行就是角度值

角度2 連續(xù)兩行：第一行是”51”第二行就是角度值

多邊形連續(xù)兩行的特征是：

第一行字符是“0”,第二行”LWPOLYLINE”

頂點： 連續(xù)兩行第一行是”90”第二行是頂點的序號

多邊形是否閉合 連續(xù)兩行第一行是”70”第二行是閉合值

頂點的坐標(biāo) 連續(xù)兩行：第一行是”10”第二行就是X 坐標(biāo)值，

連續(xù)兩行：第一行是”20”第二行就是Y 坐標(biāo)值

圖2 為讀取DXF 中實體圖元的流程圖。

圖2 讀取DXF 中實體圖元的流程圖

2.2 DXF 讀取及存儲

具體實現(xiàn)的VB 代碼主要部分如下：

DXF 讀取及存儲（可支持圖元：線/ 弧/ 圓/ 橢圓/多段線/塊）

ImportDXF(MFP,MyDXF) *打開DXF 文件*

StorePoint()*存儲圖元信息到數(shù)組****存儲圖元信息函數(shù)StorePoint()***

3 圖形分析處理模塊的設(shè)計

圖3 是一個典型的母線槽蓋板孔位圖。由于蓋板的寬度相對固定，而各孔位數(shù)量，品種，間距和板長因產(chǎn)品需要隨機變化。因此加工前要換算出各孔位數(shù)量，品種和相對于板材加工起始點橫向距離。

圖3 典型的母線槽蓋板孔位圖

工程師在設(shè)計產(chǎn)品完成并出圖后，各孔位相對于板材加工起始點橫向距離已經(jīng)確立。多數(shù)情況下設(shè)計的加工文件，夾雜著許冗余圖元和非封閉圖元，這是由于設(shè)計人員畫圖時多次拷貝、打斷、刪除等操作造成的。這些冗余圖元和非封閉圖元，對出圖沒有任何影響，但對于軟件的圖形識別分析，有嚴(yán)重影響。但要在計算機上人工清除這些圖元，也非常困難和耗時。因此軟件在對圖形分析前，要對這些圖元進(jìn)行有選擇的篩選、刪除和封閉化。

圖4 為圖元預(yù)處理和圖形分析模塊的流程圖。

圖4 圖元預(yù)處理和圖形分析模塊的流程圖

在程序設(shè)計時，每個功能單元作為一個獨立的處理單元，每個處理單元采用遞歸遍歷算法，然后將各功能單元順序執(zhí)行，最終輸出孔位加工數(shù)據(jù)。

由于實際程序太長，節(jié)選處理單元處理功能函數(shù)的流程進(jìn)行說明：

***模具參數(shù)存儲和讀取圖元***

Public Sub StoreIni()*存儲模具參數(shù)*

Function GetShape() *讀取存儲的圖元*

***重合圖元信息處理***

Function SimplifyShape()*重合圖元單一化*

***構(gòu)建封閉圖元***

（1）**弧與線處理函數(shù)塊**

Function DompareAL() * 弧與線雙向查找遞歸函數(shù)*

Function DistanceAL() * 判斷弧與線是否有重合點*

Function CellAL() *弧與線找到重合點時執(zhí)行*

（2）**線與線圖形判斷函數(shù)塊**

Function CompareLL() * 線與線雙向查找遞歸函數(shù)*

Function DistPLL()*判斷線與線是否有重合點*

Function CellLL() *線與線找到重合點時執(zhí)行*

（3）**去除非封閉圖形**

Function RemoveUnclose()*去除非封閉圖圖元****判斷閉合及形狀,然后判斷并取出外框函數(shù)塊***

Function JudgeLargeShape() *判斷最大圖元*

Function RemoveOut() *篩除框外圖元*

***判斷圖形對稱函數(shù)塊***

Function JudgeSym() *判斷對稱性*

***判斷圖形模具的匹配函數(shù)***

Function MatchMolde()*判斷與模具匹配性*

***排序圖元***

Function Sortshape() *排序合格的圖元*

***輸出加工信息***

Function ExportDate() *輸出加工信息*

4 通訊程序的設(shè)計

工廠原有的母線槽冷彎生產(chǎn)線采用的PLC，是三菱FX1N 系列。故在PC 機與PLC 通信之前，必須對RS232 通訊端口進(jìn)行初始化，同時保證通訊時符合三菱FX1N 系列PLC 的格式通訊。通訊時要初始化PC機RS232 端口參數(shù)：波特率、起始位、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗等。FX1N 的通訊口默認(rèn)設(shè)置為9600bps、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位、偶校驗。傳輸數(shù)據(jù)用到的三菱FX1N 型PLC 編程口通信協(xié)議如下：

命令命令字控制元件備注

讀元件0 X，Y，M，S，T，C，D

寫元件1 X，Y，M，S，T，C，D

通信格式：

起始符命令字首地址數(shù)據(jù)區(qū)結(jié)束符和校驗

確定了通訊參數(shù)后，我們用VB6.0 提供串口通信控件MSComm 來進(jìn)行通信編程。在本系統(tǒng)中，我們采用通信命令響應(yīng)模式，由PC 機對PLC 發(fā)送命令幀，等到PLC 返回響應(yīng)幀確認(rèn)通信正常，才繼續(xù)發(fā)下一幀命令。整個通信過程就是PC 機和PLC 以“命令—響應(yīng)—命令”的模式循環(huán)進(jìn)行的。

具體實現(xiàn)的VB 代碼如下：

5 軟件的人機界面設(shè)計

軟件的界面設(shè)計，主要是方便人機交互，由于工廠自用，突出操作的方便性和直觀性，具體界面設(shè)計如圖5 所示。

圖5 人機界面設(shè)計

6 結(jié)束語

計算機圖形識別和處理技術(shù)，在很多方面有著廣泛的應(yīng)用。通過在母線槽冷彎生產(chǎn)線的應(yīng)用，解決了生產(chǎn)線加工數(shù)據(jù)錄入效率低下、易出現(xiàn)錄入錯誤的問題，同時推動了無紙化生產(chǎn)。本系統(tǒng)的開發(fā)中，充分利用現(xiàn)有的計算機和PLC 的資源，在幾乎不增加設(shè)備開支的情況下，成功地實現(xiàn)了圖紙到加工數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，快速地導(dǎo)入了加工設(shè)備。

[1] 美國微軟公司. M icrosoft Visual Basic 6.0 Controls Reference控件參考手冊(上，下) [K]. 北京：北京希望電腦公司、北京希望電子出版社,1999.

[2] 譚浩強. Visual Basic 簡明教程[M]. 北京：電子科技出版社，2000.

[3] 李 阜，陳小歐. Windows 環(huán)境下串口異步通信程序設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用，1997, 23（2）: 37-40.

[4]李芳珍，許倫輝.DXF 文件格式及其外部接口的研究[J].兵工自動化，2008，27(7)：83-85.

[5] 劉傳亮，陸建德．AutoCAD DXF 文件格式與二次開發(fā)圖形軟件編程[J].微機發(fā)展，2004，14(9)：101-104.