Электротехническое проектирование в E3.CADdy—СхемаE3.CADdy—Компоновка

Вячеслав Ефименко

Технология ведения проекта

Переход к компоновке

В предыдущем номере журнала «САПР и графика» мы познакомили читателей с функциональными возможностями прикладного модуля E3.CADdy—Кабель, входящего в САПР E3.CADdy и предназначенного для разводки проводных и кабельных соединений электрических и электронных изделий. Система E3.CADdy включает набор развитых средств разработки электротехнического проекта (модуль E3.CADdy—Схема), приложение для проектирования монтажных панелей и шкафов с выполнением внутренней разводки (модуль E3.CADdy—Компоновка), а также два новых модуля E3.CADdy—Электроника и E3.CADdy—Печатные платы, выход которых на рынок САПР ожидается во втором квартале 2003 года.
Настоящий материал представляет подробное описание функциональных возможностей модулей E3.CADdy—Схема E3.CADdy—Компоновка.

Как уже говорилось в предыдущей статье («САПР и графика» № 11’2002), отличительной особенностью E3.CADdy—Кабель является работа с общей схемой соединений (включающей логические блоки, связи между ними через разъемы и т.д.), при этом каждый блок может быть «раскрыт» либо в виде совокупности других блоков, либо — в случае отдельного блока — как соответствующая принципиальная схема. В рамках автоматизации процесса разработки проекта шкафа или панели модуль E3.CADdy—Схема является инструментом для создания принципиальной электрической схемы изделия и выпуска комплекта конструкторской документации, а вместе с E3.CADdy—Компоновка представляет полноценное и высокоэффективное электротехническое приложение.

E3.CADdy—Схема, как и другие распространенные на российском рынке САПР, поддерживает многолистовые проекты, работу с базой данных изделий, функции обработки программируемых логических контроллеров, автоматическое ведение документации. Поэтому в рамках журнальной статьи нам не хотелось бы описывать «традиционные» функции САПР для электротехники. Остановимся только на принципиальных отличиях модуля E3.CADdy—Схема от других аналогичных САПР. Принципиальным его отличием от всех остальных известных пакетов является разделение таких понятий, как таблица цепей, под которой понимается совокупность логических связей между выводами элементов чертежа, и таблица проводов, представляющая собой описание физических проводов, соединяющих выводы конкретных аппаратов при реальном монтаже шкафа.

Таким образом, создавая принципиальную электрическую схему, проектировщик представляет ее так, чтобы схему было удобно читать как при монтаже проектируемого изделия, так и при его эксплуатации. Однако реальный монтаж ведется, как правило, не в той последовательности, в которой отрисована схема. Например, при компоновке принято располагать силовую часть в нижних рядах, а слаботочную часть — вверху шкафа. Поэтому физический монтаж кардинально отличается от картины связей на принципиальной схеме.

Иными словами, из принципиальной схемы можно получить перечень элементов, кабельный журнал и прочие документы, но как только дело доходит до выпуска документов по компоновке шкафа, вступают в силу определенные правила. Здесь требуется сформировать чертеж компоновки шкафа и снабдить его таблицей проводов, в соответствии с которой будет выполняться монтаж. Известные нам пакеты электротехнического проектирования предлагают только список цепей, полученный из принципиальной схемы, а монтаж отдают полностью «на откуп» самим монтажникам, тогда как мощные функции модуля E3.CADdy—Компоновка (включая автотрассировку проводов) формируют в итоге «правильную» таблицу проводов. Этим обеспечивается не только резкое снижение числа ошибок проектирования и изготовления сложных изделий, но и прирост экономической эффективности их производства, что особенно важно, например, при сжатых сроках проектирования.

Технология ведения проекта

Рассмотрим типичную последовательность шагов при создании проекта в E3.CADdy. В соответствии с шаблоном (проекта) формируются правила ведения проекта: маркировка проводов, позиционные обозначения, форматки, типы сопроводительной конструкторской документации и др.

Прежде всего, рассмотрим, как устроена база данных проекта (рис. 1-2). Она состоит из трех связанных частей: графическая схемная часть базы данных интегрирована с описательной и «конструктивной» (трехмерные габариты и др.). Таким образом, каждому изделию соответствует его схемное изображение, текстовое описание и образ для компоновки.

Если схемная часть включает обязательные атрибуты, характерные для всех САПР (позиционное обозначение, ссылка на

устройство и место расположения), то компоновочная часть E3.CADdy принципиально отличает этот пакет от других.

В частности, в дополнение к внешнему виду (физическим габаритам) каждого изделия в базе данных описаны его монтажные зоны — специальные ограничительные допуски, в пределах которых запрещено расположение других соседних элементов. Кроме того, каждый вывод элемента описывается такими атрибутами, как число проводов, которое можно одновременно подключать к данному выводу, допустимое сечение отдельного провода и суммарное сечение всех проводов, подключенных к этому выводу.

Важный момент — наличие у каждого вывода третьей координаты (высотной отметки над «нулевой» плоскостью изделия), что позволяет точно рассчитать длины проводов (рис. 3-4).

Некоторые категории изделий допускают совмещение нескольких изделий в одном. Например, если изделие представляет собой реле, на которое можно установить дополнительные контакты, то при описании этого реле можно задать атрибуты места подключения этих контактов (в том числе высотные отметки). Тогда при расчете высотных отметок дополнительных контактов система корректно вычислит требуемую сумму высотных отметок самих дополнительных контактов и их места подключения. Кроме того, каждому изделию в базе данных назначается атрибут, содержащий информацию о конкретном размере монтажной рейки, на которой оно крепится. Далее, в процессе компоновки и трассировки шкафов система контролирует вышеуказанные параметры.

Таким образом, в модуле E3.CADdy—Компоновка у каждого элемента задан целый перечень атрибутов, позволяющий правильно рассчитывать физические длины проводов. Это еще одно принципиальное отличие системы E3.CADdy от других известных программ, предлагаемых на российском рынке САПР.

Поскольку при формировании базы данных проекта некоторого сложного изделия все его конструктивные особенности уже заложены в базе, это позволяет пользователю вызывать элементы из базы данных не по схемному образу, а по конкретному наименованию, совпадающему, как правило, с каталожным номером изделия у фирмы-изготовителя.

При работе с базой данных можно вести контекстный поиск нужного изделия по его характеристикам с использованием фильтров и сортировки. При этом допускается поиск одновременно по нескольким полям базы данных, отобранным по желанию пользователя.

Что представляет собой проектирование в E3.CADdy—Схема? Принципиальная схема формируется путем вызова на схему изделий из базы данных с использованием всех богатейших возможностей, уже описанных в предыдущей статье (режим «резиновых нитей», автоматическое динамическое удлинение ортогональных отрезков соединений при произвольном перемещении схемного образа изделия и т.д.). Как правило, такие функциональные возможности характерны для САПР, используемых при проектировании печатных плат. Однако в системе E3.CADdy (куда также входят модули разработки электронных изделий и разводки печатных плат) все эти функции редактора принципиальных схем используются и при разработке электротехнического проекта.

Для поиска того или иного изделия в проекте существует удобный механизм. Если выбрать на схеме некоторое изделие, то система автоматически показывает в структуре проекта соответствующую ему запись со всеми атрибутами. Если же выбрать изделие в структуре проекта, то автоматически подгружается нужный лист схемы и в окне выделяется искомый элемент (рис. 5).

При создании принципиальной схемы актуальной является возможность формирования витых пар, экранов и т.д. Актуальность такой информации связана, в частности, со все более широким использованием сетевых технологий при проектировании АСУТП и автоматики. Данные о том, какие провода составляют витую пару, а какие входят в экран, отображаются в структуре проекта и позволяют получить отдельный конструкторский документ по каждому типу таких проводов (или, например, соответствующая информация может быть размещена в разделе «Примечание» таблицы проводов).

При задании связей между элементами E3.CADdy—Схема самостоятельно нумерует все получающиеся цепи, причем пользователь может дополнительно задавать и изменять правила наименования цепей (сигналов). В результате получается таблица цепей (напомним, что это не таблица проводов, а совокупность логических связей между выводами). Однако каждой цепи, реализуемой впоследствии в виде отдельного провода, можно назначить в качестве атрибутов марку провода, которым предполагается вести монтаж. Цепи в программе играют важную роль, и при создании линий связи они формируются автоматически. В процессе редактирования (например, при переносе символов изделий с одного листа на другой или при перемещении символа в пределах листа) при удалении линии связи цепь сохраняется между выводами элементов в виде «резиновой нити». Разумеется, ее можно отключить от вывода. Указанный механизм позволяет проектировщику «помнить» те связи, которые в дальнейшем необходимо построить.

Теперь рассмотрим механизм работы с кабелями. Описание кабеля в базе данных включает наименование, число жил, сечение, внешние размеры, параметры изоляции, а также описания экранов и витых пар, если они имеются (рис. 6). Когда пользователь выбирает из базы данных некоторый кабель, то он включается в проект, а в соответствующем разделе дерева проекта автоматически появляется новая «ветвь». Поскольку все изделия, входящие в состав проекта, сгруппированы по категориям, проектировщику очень удобно с ними работать.

Далее, выбирая нужные жилы, проектировщик назначает их конкретным цепям на схеме, используя, например, механизм drag&drop. Использованные жилы отображаются в дереве проекта одним цветом, а неиспользованные — другим. Аналогично можно описать жгуты в проекте, задать число проводов, которое планируется включить в каждый жгут (впоследствии все это можно изменять). Так же, как в случае с кабелем, каждый провод жгута назначается некоторой цепи. Но, поскольку провода в жгуте имеют, как правило, разное сечение, система выдаст по требованию проектировщика документацию с выделением всех проводов, входящих в тот или иной жгут.

Включенный в систему E3.CADdy язык программирования Visual Basic обеспечивает гибкость в формировании выходных документов, таких как перечень элементов, таблица цепей, таблица проводов и другие (рис. 7). Результаты расчетов могут быть выведены как на лист схемы или отдельный лист проекта, так и в ASCII-файл или в приложения MS Office (например, в Excel). При этом связь c офисными приложениями является двусторонней, так что изменения в таблице цепей, перечне элементов или любом другом документе, внесенные в рамках Excel, автоматически отразятся в структуре проекта, в принципиальной схеме и т.д. Это предоставляет некоторым предприятиям (например, получающим «со стороны» проекты, созданные в другом программном пакете) привлекательную возможность создавать чертежи компоновки на основе текстового файла таблицы цепей, вообще не занимаясь рисованием принципиальной схемы.

Вышеописанный механизм связан с преимущественной ориентацией системы E3.CADdy на производственные фирмы, на изготовление изделий (шкафов, панелей, стоек и пр.). Вот почему система обладает такими средствами и удобствами, которые отсутствуют в большинстве подобных САПР.

Переход к компоновке

Поскольку в базе данных каждое изделие описано и схемным, и «конструктивным» символом, то, создавая принципиальные схемы, проектировщик автоматически получает чертеж компоновки, где связи схемных элементов превращаются в «резиновые нити», соединяющие конструктивные элементы (рис. 8). При этом E3.CADdy—Компоновка использует фактически не плоскую поверхность компоновки, а трехмерное пространство, благодаря высотным отметкам изделий, выводов и пр. Проектировщик имеет возможность свободной работы со всеми плоскостями, на которых будет вестись монтаж (лицевая панель, задняя панель, боковые стенки, монтажная плоскость, дверца).

Чтобы скомпоновать шкаф, достаточно вызвать подходящий шкаф как изделие из базы данных и выполнять компоновочный чертеж на развертке шкафа. При этом в дереве проекта формируются два новых раздела: «Размещенные» и «Неразмещенные» изделия. Перед началом компоновки все изделия, естественно, находятся во втором разделе. Подчеркнем, что еще при создании принципиальной схемы можно было использовать традиционные понятия «Устройство» и «Место размещения», чтобы автоматически назначить группе изделий конкретный шкаф. Тогда в начале работ с чертежом компоновки можно отфильтровать необходимые изделия и работать именно с ними.

Проектировщик вызывает из базы данных монтажные рейки, длину которых, если потребуется, можно динамически менять, а система затем сама подсчитает суммарную длину однотипных реек. Аналогично из базы данных вызываются и размещаются на чертеже компоновки типовые короба. При попытке разместить на чертеже изделие из списка еще не размещенных (или группу изделий на заданном расстоянии одно от другого) модуль E3.CADdy—Компоновка подсвечивает те рейки, на которых такая установка возможна. Одновременно система отслеживает расположение изделий в пределах зон допуска, указанных в базе данных.

При попытке переместить изделие с одной монтажной рейки на другую все связанные с ним «резиновые нити» автоматически переключаются до близлежащих проводов (за исключением тех проводов, для которых проектировщик предварительно задал фиксированный порядок монтажа между выводами). При размещении клеммных колодок система автоматически учитывает дополнительные элементы (например, боковые фиксаторы).

Задача трассировки проводов в шкафу сводится к минимизации общей длины проводов. Система позволяет пользователю прокладывать провод или группу проводов как вручную (как это обычно делается в случае отдельных важных цепей), так и с использованием механизма автотрассировки. В процессе перемещения по чертежу компоновки некоторого изделия, к выводам которого уже проложены провода, все соответствующие провода динамически удлиняются или укорачиваются (как в случае «резиновых нитей» для цепей). При нарушении условия минимизации длины происходит автоматическая перетрассировка указанных проводов. E3.CADdy—Компоновка учитывает не только высотные отметки выводов, но и степень заполнения коробов. При этом система автоматически принимает во внимание внешние габариты проводов (с изоляцией, оплеткой и пр.). При этом также рассчитывается заполнение короба при изгибе проводов, как, например, при переходе от горизонтально расположенного короба к вертикальному (рис. 9-10).

При попытке проложить провод, не помещающийся в короб при заданном предельном уровне его заполнения, система оттрассирует его по другому пути. Если проектировщик по ошибке назначил для конкретного вывода провод недопустимого сечения, то E3.CADdy не позволит его оттрассировать и выдаст сообщение об ошибке в окне протокола работы. Сообщения, выдаваемые в этом окне в реальном времени, содержат все необходимые комментарии и рекомендации. Если окно протокола скрыть, то проектировщику в каждый момент времени будет доступно сообщение о последней выполненной операции, хотя весь сеанс работы протоколируется полностью.

После того как трассировка закончена, проектировщик получает данные о длине каждого провода (рис. 11). Тем самым автоматически формируется таблица проводов с их длинами, а также отдельная таблица для каждого короба с описанием всех проложенных в нем проводов.

Для безошибочного выполнения физического монтажа важно, что E3.CADdy включает специальный интерфейс со многими программными системами автоматической нарезки провода с заделкой и обработкой их концов на станках с ЧПУ. При описании каждого вывода в базе данных изделий кроме информации о высотной отметке вывода и сечении провода указывается еще и способ, которым монтируется провод (скрутка, зажим, под шлиц и пр.). Эта информация используется в E3.CADdy для экспорта необходимых данных для станков-автоматов нарезки провода. Для станков-автоматов выдаются также данные о маркировке концов провода, специальных бирках и наклейках, а также файлы с информацией о надписях на проводах.

Кроме того, еще до выполнения монтажа необходимо сделать заказ на необходимые провода, кабели, аппараты и пр. Для этого в E3.CADdy имеется интерфейс для связи со многими складскими системами.

«САПР и графика» 12'2002