圖形識(shí)別和通訊技術(shù)在母線(xiàn)槽冷彎生產(chǎn)線(xiàn)的應(yīng)用

陸寅

（寧波通誠(chéng)電氣有限公司，浙江 寧波 710032）

可編程控制器（PLC）以其運(yùn)行可靠、易學(xué)易用、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，在冷彎生產(chǎn)線(xiàn)得到廣泛應(yīng)用。在絕大多數(shù)場(chǎng)合，其僅作為控制流水線(xiàn)加工動(dòng)作的時(shí)序控制。當(dāng)產(chǎn)品參數(shù)改變時(shí)，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(cuò)誤的問(wèn)題。而母線(xiàn)槽恰恰是一個(gè)多變產(chǎn)品，一個(gè)工程就會(huì)有幾十種的產(chǎn)品規(guī)格出現(xiàn)。因此利用計(jì)算機(jī)的圖形識(shí)別和分析，將設(shè)計(jì)文件直接分析和轉(zhuǎn)化為加工信息，并傳送到PLC 上，為自動(dòng)化加工提供了應(yīng)用條件。

本文介紹在一條冷彎自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上，使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(jì)概述

本系統(tǒng)采用編程軟件VB 編寫(xiě)而成，具有應(yīng)用DXF 圖形讀入、圖形識(shí)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(gè)完整的軟件，應(yīng)用到生產(chǎn)中，包括輸入、處理和輸出幾個(gè)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(jì)

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(duì)圖形讀取有用的部分做簡(jiǎn)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(xiàn)、圓弧、多邊形。

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

第一行字符是“0”,第二行”LINE”；

直線(xiàn)坐標(biāo) 起點(diǎn) 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(diǎn) 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(diǎn)：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(diǎn)： 連續(xù)兩行第一行是”90”第二行是頂點(diǎn)的序號(hào)

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(diǎn)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(shí)體圖元的流程圖。

圖2 讀取DXF 中實(shí)體圖元的流程圖

2.2 DXF 讀取及存儲(chǔ)

具體實(shí)現(xiàn)的VB 代碼主要部分如下：

DXF 讀取及存儲(chǔ)（可支持圖元：線(xiàn)/ 弧/ 圓/ 橢圓/多段線(xiàn)/塊）

ImportDXF(MFP,MyDXF) *打開(kāi)DXF 文件*

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

3 圖形分析處理模塊的設(shè)計(jì)

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

圖3 典型的母線(xiàn)槽蓋板孔位圖

工程師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品完成并出圖后，各孔位相對(duì)于板材加工起始點(diǎn)橫向距離已經(jīng)確立。多數(shù)情況下設(shè)計(jì)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(jì)人員畫(huà)圖時(shí)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(duì)出圖沒(méi)有任何影響，但對(duì)于軟件的圖形識(shí)別分析，有嚴(yán)重影響。但要在計(jì)算機(jī)上人工清除這些圖元，也非常困難和耗時(shí)。因此軟件在對(duì)圖形分析前，要對(duì)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(jì)時(shí)，每個(gè)功能單元作為一個(gè)獨(dú)立的處理單元，每個(gè)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(shí)際程序太長(zhǎng)，節(jié)選處理單元處理功能函數(shù)的流程進(jìn)行說(shuō)明：

***模具參數(shù)存儲(chǔ)和讀取圖元***

Public Sub StoreIni()*存儲(chǔ)模具參數(shù)*

Function GetShape() *讀取存儲(chǔ)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(xiàn)處理函數(shù)塊**

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

Function DistanceAL() * 判斷弧與線(xiàn)是否有重合點(diǎn)*

Function CellAL() *弧與線(xiàn)找到重合點(diǎn)時(shí)執(zhí)行*

（2）**線(xiàn)與線(xiàn)圖形判斷函數(shù)塊**

Function CompareLL() * 線(xiàn)與線(xiàn)雙向查找遞歸函數(shù)*

Function DistPLL()*判斷線(xiàn)與線(xiàn)是否有重合點(diǎn)*

Function CellLL() *線(xiàn)與線(xiàn)找到重合點(diǎn)時(shí)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(duì)稱(chēng)函數(shù)塊***

Function JudgeSym() *判斷對(duì)稱(chēng)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(jì)

工廠(chǎng)原有的母線(xiàn)槽冷彎生產(chǎn)線(xiàn)采用的PLC，是三菱FX1N 系列。故在PC 機(jī)與PLC 通信之前，必須對(duì)RS232 通訊端口進(jìn)行初始化，同時(shí)保證通訊時(shí)符合三菱FX1N 系列PLC 的格式通訊。通訊時(shí)要初始化PC機(jī)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(yàn)等。FX1N 的通訊口默認(rèn)設(shè)置為9600bps、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位、偶校驗(yàn)。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(xiě)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(yàn)

確定了通訊參數(shù)后，我們用VB6.0 提供串口通信控件MSComm 來(lái)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(jī)對(duì)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(gè)通信過(guò)程就是PC 機(jī)和PLC 以“命令—響應(yīng)—命令”的模式循環(huán)進(jìn)行的。

具體實(shí)現(xiàn)的VB 代碼如下：

5 軟件的人機(jī)界面設(shè)計(jì)

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

圖5 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

6 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)圖形識(shí)別和處理技術(shù)，在很多方面有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)在母線(xiàn)槽冷彎生產(chǎn)線(xiàn)的應(yīng)用，解決了生產(chǎn)線(xiàn)加工數(shù)據(jù)錄入效率低下、易出現(xiàn)錄入錯(cuò)誤的問(wèn)題，同時(shí)推動(dòng)了無(wú)紙化生產(chǎn)。本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，充分利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)和PLC 的資源，在幾乎不增加設(shè)備開(kāi)支的情況下，成功地實(shí)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。

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