圖形識別和通訊技術在母線槽冷彎生產線的應用

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、易學易用、抗干擾性強等特點，在冷彎生產線得到廣泛應用。在絕大多數場合，其僅作為控制流水線加工動作的時序控制。當產品參數改變時，需要人工將大量的加工參數手工輸入，造成效率下降，易出現錄入錯誤的問題。而母線槽恰恰是一個多變產品，一個工程就會有幾十種的產品規格出現。因此利用計算機的圖形識別和分析，將設計文件直接分析和轉化為加工信息，并傳送到PLC 上，為自動化加工提供了應用條件。

本文介紹在一條冷彎自動生產線上，使用計算機自動圖形分析和數據錄入的應用，該系統在公司得到很好的應用。

1 整體設計概述

本系統采用編程軟件VB 編寫而成，具有應用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，應用到生產中，包括輸入、處理和輸出幾個部分。具體流程框圖如圖1。

圖1 系統流程框圖

2 DXF 文件圖形讀入模塊的設計

2.1 DXF 文件特征

DXF 的文件結構，在許多文獻中有詳細介紹，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”直線連續兩行的特征是：

第一行字符是“0”,第二行”LINE”；

直線坐標 起點 連續兩行：第一行是”10”第二行就是X 坐標值，

連續兩行：第一行是”20”第二行就是Y 坐標值

終點 連續兩行：第一行是”11”第二行就是X 坐標值，

連續兩行：第一行是”21”第二行就是Y 坐標值

圓形連續兩行特征：

第一行字符是“0”,第二行”CIRCLE”

中心點：連續兩行：第一行是”10”第二行就是X 坐標值，

連續兩行：第一行是”20”第二行就是Y 坐標值

半徑： 連續兩行：第一行是”40”第二行就是半徑值

圓弧連續兩行的特征是：

第一行字符是“0”,第二行”ARC”

弧的中心坐標 連續兩行：第一行是”10”第二行就是X 坐標值，

連續兩行：第一行是”20”第二行就是Y 坐標值

半徑 連續兩行：第一行是”40”第二行就是半徑值，

角度1 連續兩行：第一行是”50”第二行就是角度值

角度2 連續兩行：第一行是”51”第二行就是角度值

多邊形連續兩行的特征是：

第一行字符是“0”,第二行”LWPOLYLINE”

頂點： 連續兩行第一行是”90”第二行是頂點的序號

多邊形是否閉合 連續兩行第一行是”70”第二行是閉合值

頂點的坐標 連續兩行：第一行是”10”第二行就是X 坐標值，

連續兩行：第一行是”20”第二行就是Y 坐標值

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

3 圖形分析處理模塊的設計

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，而各孔位數量，品種，間距和板長因產品需要隨機變化。因此加工前要換算出各孔位數量，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

工程師在設計產品完成并出圖后，各孔位相對于板材加工起始點橫向距離已經確立。多數情況下設計的加工文件，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，要對這些圖元進行有選擇的篩選、刪除和封閉化。

圖4 為圖元預處理和圖形分析模塊的流程圖。

圖4 圖元預處理和圖形分析模塊的流程圖

在程序設計時，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行，最終輸出孔位加工數據。

由于實際程序太長，節選處理單元處理功能函數的流程進行說明：

***模具參數存儲和讀取圖元***

Public Sub StoreIni()*存儲模具參數*

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*

***構建封閉圖元***

（1）**弧與線處理函數塊**

Function DompareAL() * 弧與線雙向查找遞歸函數*

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行*

（2）**線與線圖形判斷函數塊**

Function CompareLL() * 線與線雙向查找遞歸函數*

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*

***判斷圖形對稱函數塊***

Function JudgeSym() *判斷對稱性*

***判斷圖形模具的匹配函數***

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 通訊程序的設計

工廠原有的母線槽冷彎生產線采用的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：波特率、起始位、數據位、停止位和奇偶校驗等。FX1N 的通訊口默認設置為9600bps、8個數據位、1個停止位、偶校驗。傳輸數據用到的三菱FX1N 型PLC 編程口通信協議如下：

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據區結束符和校驗

確定了通訊參數后，我們用VB6.0 提供串口通信控件MSComm 來進行通信編程。在本系統中，我們采用通信命令響應模式，由PC 機對PLC 發送命令幀，等到PLC 返回響應幀確認通信正常，才繼續發下一幀命令。整個通信過程就是PC 機和PLC 以“命令—響應—命令”的模式循環進行的。

具體實現的VB 代碼如下：

5 軟件的人機界面設計

軟件的界面設計，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，具體界面設計如圖5 所示。

圖5 人機界面設計

6 結束語

計算機圖形識別和處理技術，在很多方面有著廣泛的應用。通過在母線槽冷彎生產線的應用，解決了生產線加工數據錄入效率低下、易出現錄入錯誤的問題，同時推動了無紙化生產。本系統的開發中，充分利用現有的計算機和PLC 的資源，在幾乎不增加設備開支的情況下，成功地實現了圖紙到加工數據轉換，快速地導入了加工設備。

[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 環境下串口異步通信程序設計[J].電子技術應用，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圖形軟件編程[J].微機發展，2004，14(9)：101-104.