Внедрение CADdy++Электротехника в разработку АСУТП на ОАО «Электромеханика»

Юрий Соколов, Евгений Страхов

Схемы и перечни — в реальном времени

Создание чертежей компоновки

Планы разводки кабельных сетей

Итоговая документация

Приобретение опыта работы в CADdy

Пример поэтапного проектирования и изготовления

В первой части статьи («САПР и графика» № 8’2002) рассказывалось об истории внедрения САПР CADdy++Электротехника в технологию проектирования АСУТП для современного оборудования, выпускаемого ржевским ОАО «Электромеханика» — наукоемких установок для сварки, термической обработки, литья в вакууме сталей и сплавов. Публикуемый материал продолжает рассмотрение возможностей различных конфигураций этой САПР в разработке электрической части систем управления, в том числе в связи с программированием системы визуализации АСУ.

Напомним, что ОАО «Электромеханика» предлагает автоматизированные участки термообработки на базе установок «УВН-1500М», «ПВ-850», «ЭТА-2», «ПАП-8»; вакуумного литья на базе установок «УППФ-3МК», «ВПДС-1», «УВНК-9». Многие установки представляют собой сложный технологический комплекс, состоящий из металлоконструкций, вакуумной системы, систем охлаждения и автоматического управления. Следовательно, важнейшей задачей является достижение «сквозной» технологии проектирования — параллельной работы нескольких отделов предприятия.

Современный уровень развития информационных технологий на ОАО «Электромеханика» позволяет разрабатывать проекты в рамках сквозного процесса безбумажного проектирования, включающего анализ технического задания, разработку конструкторской документации в среде системы автоматизированного проектирования CADdy, проектирование математической модели и моделирование технологического процесса, формирование технологии и подготовку программного обеспечения контроллеров.

Ниже на примере проектирования систем управления установок «УППФ-3МКН», «СНВ-80», «ПАП-8» мы проиллюстрируем некоторые возможности CADdy++ Электротехника, используемые на разных этапах разработки проекта — от создания принципиальных схем и чертежей компоновки до автоматической генерации выходных документов.

Схемы и перечни — в реальном времени

Прежде всего, следует отметить, что при создании принципиальной электрической схемы разработчику проекта фактически не приходится заниматься черчением, так как CADdy++Электротехника сама предлагает все необходимое для проектирования, начиная с обширных библиотек символов и баз данных электрических аппаратов. При этом система автоматически генерирует ссылки на используемые контакты (катушек, автоматов и пр.), а также ссылки на одноименные цепи между различными листами принципиальной схемы. Возможность навигации по этим ссылкам позволяет быстро переключаться между листами.

CADdy++Электротехника — это система реального времени, не требующая нажатия никаких клавиш для актуализации данных. При работе с ней все данные автоматически включаются в соответствующий раздел проекта. При этом, наряду с отображением иерархической структуры проекта в соответствующем окне, разработчик в любой момент может получить расширенную информацию по всем частям проекта (рис. 1).

Одновременно всегда обеспечивается однозначное соответствие между графической и текстовой частью проекта. При внесении изменений в принципиальную схему в процессе работы CADdy++Электротехника автоматически в реальном времени обновляет все документы. И наоборот, при внесении изменений в базы данных проектировщику не приходится заботиться о переносе этих изменений на схему — программа все выполняет автоматически. В частности, одним из возможных способов модификации базы данных проекта является использование редактора перечня аппаратов (рис. 2), аналогичного другим встроенным в систему редакторам перечней — проводов, кабелей, клемм и пр.

Сразу после создания принципиальной схемы (или любой ее части) CADdy++Электротехника немедленно сгенерирует полный набор соответствующих перечней: элементов, клемм (с адресами подключенных к ним аппаратов), проводов, жил кабелей (с адресами подключений), программируемых логических контроллеров (ПЛК). Одновременно генерируются содержание проекта, таблица контактов, таблица сигналов ввода-вывода контроллеров и кабельный журнал. Достаточно описать требуемые аппараты в базе данных необходимым набором характеристик и параметров, чтобы автоматически получать перечни элементов и спецификации на шкафы.

Следующий пример иллюстрирует возможности онлайнового контроля за корректностью проектирования. При добавлении на принципиальной схеме нового провода или удалении уже существующего проектировщик немедленно получает обновленный перечень проводов. Если заменить номер клеммы в клеммной колодке или добавить новую клемму, то мгновенно произойдет актуализация всех перечней, спецификаций, ссылок, а также таблиц и схем подключений. Все изменения выполнятся автоматически, а разработчику проекта достаточно только следить за протоколами контроля ошибок (рис. 3).

В первой части статьи мы уже упоминали, что конфигурация Professional системы CADdy++Электротехника содержит широкий набор специализированных средств для работы с программируемыми логическими контроллерами. Специальный механизм описания в базе данных модулей ввода-вывода ПЛК позволяет создавать легко читаемые принципиальные схемы с использованием программируемых контроллеров (рис. 4). Система также обеспечивает автоматическую генерацию связей между модулями ПЛК и его соответствующими каналами на других листах чертежа (рис. 5).

Создание чертежей компоновки

Выпущенный в конце 2001 года новый модуль компоновки шкафов для CADdy++Электротехника позволяет распределять аппараты по шкафам уже при проектировании принципиальной схемы. При этом автоматически генерируются списки элементов, необходимых для компоновки этих шкафов, а сами элементы отображаются в виде соответствующих конструктивных символов. Достаточно выбрать нужную конструкцию шкафа из базы данных, расположить в нем короба и рейки — и можно приступать к компоновке. Данные о конструктивных размерах аппаратов считываются из базы данных, позволяющей использовать их в произвольном масштабе. Добавление в шкаф нового изделия или изменение его типа автоматически регистрируется.

Создание чертежа компоновки шкафа или панели на основе перечня элементов принципиальной схемы (рис. 6) — это лишь один из возможных путей получения компоновочных чертежей. Иногда удобнее использовать другой — «обратный» способ разработки проекта. При этом достаточно в новом проекте выбрать из базы данных нужные аппараты и скомпоновать шкаф (рис. 7). Тогда проектировщик сразу получит список аппаратов для формирования принципиальной схемы, в которую будут передаваться соответствующие схемные символы. Следует, правда, отметить, что этот механизм удобен для разработки только простых шкафов и панелей.

Для ускорения процесса проектирования шкафов, пультов и лицевых панелей можно использовать различные графические базы элементов, обращаясь к соответствующим электронным планшетам.

Также важен инструмент для работы с так называемыми направленными соединениями, когда на чертеже можно задавать ту или иную последовательность проводов, в соответствии с которой будет вестись монтаж. Направленные соединения формируются после компоновки шкафов, когда становятся известными размещение элементов внутри шкафа и длины требуемых проводов. Изменив направление последовательности соединений на схеме, проектировщик тем самым автоматически преобразует базу данных проекта и отчетные документы. В результате монтажник получает такую таблицу проводов, которая строго соответствует реальному процессу монтажа.

Планы разводки кабельных сетей

Нам кажется необходимым упомянуть о модуле CADdy++Электротехника, предназначенном для раскладки кабелей при проектировании кабельных сетей на монтажных планах. Указанный модуль готовится к включению в систему в нынешнем году.

Сегодня на практике разработчик большого электротехнического проекта (участка, цеха и т.п.) сначала создает функциональную и/или принципиальную схему, а затем компонует шкафы, которые соединяются между собой кабелями. Далее скомпонованные шкафы размещаются на поэтажных планах. При этом проектировщик размещает на планах именно те шкафы, приборы, двигатели, которые он использовал в конкретном проекте, и соответственно раскладывает кабели, имеющиеся в этом проекте. Единственное ограничение, которое пока характерно для CADdy++ в разделе прокладки кабелей, — то, что проектирование является двухмерным, хотя и с использованием высотных отметок.

Итоговая документация

Один из рисунков, приведенных в предыдущей части статьи, иллюстрировал пример автоматической генерации перечня клемм и таблицы подключений. Подчеркнем, что в состав комплекта проектной документации, генерируемой в CADdy++ Электротехника, входят схемы и таблицы подключений, содержащие всю требуемую информацию по клеммным колодкам, перемычкам, кабелям и адресам внешних подключаемых устройств.

Таблица подключений содержит обозначение клеммной колодки с номерами клемм, внутренними и внешними адресами всех аппаратов и кабелей, подключенных к соответствующим клеммам. Схема подключений содержит обозначение клеммной колодки с номерами клемм, адреса подключенных к клеммам аппаратов, размещенных в шкафе с клеммной колодкой, а также графическое отображение фрагментов принципиальной схемы, расположенных вне шкафа и связанных с клеммной колодкой.

При генерации итоговых документов по проектам создаваемых установок мы широко используем модуль CADdy—Таблицы/Спецификации/Перечни. Он содержит необходимые нам шаблоны «стандартных» документов, а также удобные средства для разработки новых форматов документации. Это, во-первых, обеспечивает полное соответствие выпускаемой документации по проектам (спецификаций, ведомостей и т.д.) стандартам ЕСКД (рис. 8), а во-вторых, позволяет проектировщику создавать дополнительные шаблоны документов, если этого требуют отраслевые стандарты или стандарты конкретного предприятия.

Приобретение опыта работы в CADdy

После приобретения системы нам понадобилось два месяца на первоначальное освоение технологии проектирования в CADdy++Электротехника. Благодаря широким возможностям и удобному интерфейсу системы сроки разработки каждого следующего проекта резко сокращались. Возникающие при этом проблемы были связаны не с техникой проектирования, а с его «методологией».

Приведем один характерный пример. У нас возникла потребность определить понятия «устройство» и «место» в рамках электротехнического проекта таким образом, чтобы выпускаемые перечни, таблицы соединений (между «местами»), спецификации и ведомости соответствовали особенностям выпускаемого на заводе оборудования. Благодаря успешному решению этой задачи мы сегодня автоматически получаем «правильные» таблицы соединений для панелей, шкафов, и даже таблицы внешних соединений. Расскажем об этом немного подробнее.

Вначале мы попытались определить понятия «устройство» и «место» на основе информации о функциональности тех или иных проектируемых устройств. Этот путь оказался не вполне приемлемым, и впоследствии мы приняли решение идти «от обратного». Иными словами — основываться на монтажных планах, принимая в качестве «места» тот или иной аппарат (например, клапан), расположенный в установке. В результате сегодня «наша» CADdy++Электротехника прекрасно понимает, как выделить жгут, идущий от конкретной панели до этого клапана, что и позволяет, например, получить документацию по внешним соединениям.

По нашей терминологии каждый шкаф состоит из нескольких «мест»: панели управления, панели с аппаратурой, каркаса. При необходимости получения документов раздельно для каждого «места» система мгновенно их сгенерирует. А соответствующее задание на выдачу таблицы соединений по шкафу заставит CADdy++ объединить информацию по всем трем указанным «местам».

Можно привести и другие примеры эффективной «заточки» CADdy++Электротехника для наших конкретных условий. В результате сопоставления возможностей данного модуля с другими САПР мы приняли решение не приобретать какую-либо другую систему для проектирования АСУТП. Главная причина этого состоит в том, что нашей задачей является не только проектирование, но и производство технологических установок, а проекты АСУ, разработанные в рамках CADdy++Электротехника, очень удобны для монтажников.

Пример поэтапного проектирования и изготовления

Проиллюстрируем пошаговый механизм технологии создания электрической части АСУТП для типичной установки:

1. Проектировщик АСУТП получает от конструктора-механика перечень механизмов, входящих в установку.
2. Производится подбор электроаппаратуры для управления этими механизмами.
3. Определяются значения параметров «устройство» и «место» для всех подобранных аппаратов с учетом удобства выдачи документации.
4. Осуществляется «прорисовка» принципиальной схемы в CADdy++ Электротехника. На этом этапе «включаются» все вышеописанные богатые функциональные возможности системы, экономящие время и устраняющие ошибки проектирования. Разумеется, на этом этапе неизбежно затрачивается значительное время на создание базы данных отечественных аппаратов. Эти базы приходится дополнять вручную, в отличие от западных каталогов и прайс-листов, имеющихся в готовой для импорта электронной форме. В то же время, единожды выполненная, такая работа позволяет использовать указанные базы данных во всех последующих проектах.
5. Генерируется комплект выходной документации (таблиц, спецификаций, ведомостей покупных) для производства.
6. Выполняется монтаж шкафов. Технология монтажа, применяемая в цехах ОАО «Электромеханика», выглядит следующим образом. Вначале монтируется лицевая панель с кнопками, приборами управления, индикаторами и т.п. Происходит установка аппаратуры на соответствующую панель. Затем берется таблица для разводки этой панели по «месту», сгенерированная с помощью CADdy++Электротехника. Важно, что для этой работы не требуется квалифицированный монтажник, так как каждый провод в таблице выделен отдельно и имеет две точки подключения, причем показан его тип, цвет и другие характеристики. Все это значительно облегчает и ускоряет процесс монтажа.

   Здесь необходимо упомянуть еще одну особенность CADdy++, ускоряющую работу монтажника. Уже при создании принципиальной схемы мы задаем в проекте трассировку к панелям, которая отображается на этой схеме. В пакет выпускаемой нами основной документации включаются и монтажные схемы. В то же время, сейчас на принципиальной схеме указаны точки приложения каждого провода в проекте. Поэтому нет необходимости отправлять эксплуатационникам такой, по сути, устаревший документ, как схема соединений. Кроме того, монтажнику не приходится заниматься трассировкой соединений, так как начало и конец каждого провода видны по принципиальной схеме и соответствующей таблице.

7. Когда лицевая панель шкафа смонтирована, аналогичные шаги выполняют для панели с пускорегулирующей аппаратурой — с разводкой по «месту» ПЛК, пускателей и пр.
8. Оборудование, смонтированное в соответствии с вышеприведенным описанием, устанавливается на шкаф. У монтажника имеется выданная системой CADdy++Электротехника таблица соединений шкафа между «местами» (например, между лицевой панелью и панелью с аппаратурой). Все необходимые характеристики указаны для каждого проводника. Следовательно, от монтажника, во-первых, не требуется высокой квалификации, а во-вторых, несколько монтажников могут одновременно работать над монтажом одной панели.
9. На последнем этапе остается подсоединить шкаф к аппаратуре. Для этого берется таблица внешних соединений, сгенерированная системой (например, жгут с определенным номером — от шкафа до затвора вакуумного или другого управляющего внешнего механизма). И снова все операции монтажа выполнить очень легко: в таблице указаны номера, типы, цвета проводов, длина жгута. Монтажнику остается собрать жгут, уложить его в короб и подсоединить с двух сторон к соответствующему электрооборудованию. Видно, насколько вся технология проста и удобна для производственных подразделений предприятия.

Кроме того, функциональные возможности CADdy++Электротехника облегчают взаимодействие проектировщиков не только с монтажниками, но и с разработчиками программной части АСУТП, осуществляющими программирование контроллеров и создание верхнего уровня АСУ, реализующего графический интерфейс с оператором и интеллектуальную поддержку функций управления и контроля (рис. 9). Можно ожидать, что планируемое на текущий год включение в структуру CADdy++Электротехника нового модуля разработки функциональных схем обеспечит еще большую эффективность совместной деятельности всех разработчиков систем управления.

Рассмотренные выше установки в настоящий момент изготовлены и передаются заказчику. Проектируемые сейчас системы управления установок для термической обработки «УВН-1500-1» и «УВН-1545-1» относятся к аналогичному классу, что позволяет нам переносить ряд готовых листов из одного проекта в другой. Это удобно для заказчика, но особенно важно для ОАО «Электромеханика», поскольку мы специализируемся на нестандартном оборудовании. И хотя, по нашему твердому мнению, система CADdy++ пригодна для любых проектных организаций, ее применение наиболее выгодно для предприятия, подобного нашему заводу.

«САПР и графика» 9'2002