引领电气CAD、PLM以及模拟仿真的未来

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浅析基于电气接线表的原理图计算生成方法

发表时间:2017-10-23 作者: 高鼎盛   来源: 互联网
目前信息化系统在各企事业单位中得到广泛应用,在提高管理水平、管理效率的同时,应充分利用企业信息化平台的软硬件资源,为一线工人的生产提供服务。文章阐述了一种将电气系统中各设备接线表信息化存储,随后利用计算机软件生成电气原理图的方法,通过该方法可极大地减少电气原理图的绘制时间,同时为修理人员提供可视化参考,提高修理效率。

1 研究背景

    在对电气设备的保障过程中,特别是线路长、分布广的电气系统,例如一路控制信号需经过数个控制机柜或接线柜内的电气元件,机柜又分布于不同楼层甚至不同楼宇,对电气线路故障点的查找往往需要翻阅多套设备的资料,效率较低。目前资料形式以纸质为主,修理现场检索的难度较大,资料的应用效率较低,而信息化是解决这一低效问题的有效途径。本文就如何利用设备资料中的接线表,对其进行信息化后提高修理保障效率的方法方面进行了一定的探索。

2 信息化的需求

    一套完整的电气系统中可能包括多套独立的控制设备和用电负载,任何一路电源或控制线路在连接到它的负载前可能经过多个机柜、机箱的插头(座)、接线端或接触器(继电器)等电气部件。当一个电气故障发生后,修理人员需要根据故障现象对设备或是线路故障做出判断。在判断故障原因期间需要修理人员充分掌握电气线路的来源及去向,并根据对各个电气连接节点(包括接线及焊点)检查及测量结果,系统性的分析、判定故障原因并进行修理。

    电气线路的资料参考主要由设备的电缆芯线表、接线表等文件提供,表中定义了例如“线缆号”“线号”“连接点”等信息。以表1为例,表中数据代表了“设备El”内部一个电源开关的接线情况。XS1为插座,S1为开关,绘制成原理图后如图1所示。原理图比接线表更能直观地表示出电气线路的信息,但电气线路如果经过多个设备、串联了多个电动或手动电气开关,则可能在系统内需要修理人员对来自不同厂家的多套资料进行查阅、找到对应接线在原理上进行拼接。因此通过将整个电气系统的接线定义数据进行信息化存储,配合计算机的运算能力,将电气系统的电气信号以系统原理图形式串联显示,将为修理人员节省翻阅图纸资料的时间,提高排除电气故障的效率。

   

3 接线数据的存储

    目前信息化管理系统己在各企事业单位、工厂中普遍应用,以浏览器/月艮务器的架构最为普遍,用户对数据交换均通过浏览器与服务器的HTTP协议方式传送,服务器端后台管理软件再与工厂部署的数据库进行数据请求。因此利用目前的信息化平台架构,在已有的硬件上添设客户端与服务器端应用软件,将装备资料数据信息化至数据库便可以充分利用现有资源,以有线、无线的网络形式,发挥信息化系统中空闲的软、硬件资源。而数据资源也可以为信息化平台提供服务接口,发挥更大的作用。

    电气设备资料以图文文本、数据表格与图纸形式最为普遍。图纸、图文文本可存储为二进制文件,同时提供文件内容的关键词提供应的索引,有助于用户更迅速地搜索到信息。电缆芯线表、接线表的数据构成类似均为数据表格,其与数据库表的特性完全一致,可直接以字段形式进行存储。由于表中字段宽度较短,为保证兼容性以及处理的简易度,使用定长记录文件形式存储(见表2)。另外控制类电气元件(如手动开关、电控开关,甚至熔断器)在电气系统中发挥着接通、断开电气线路的功能并串联在电气线路中,根据不同型号电气元件的原理,应将常开、常闭触点与公共端之间均视为电气接线,并将电气元件的类别、型号纳入数据表格中,为数据处理提供依据。

表2 接线表存储数据结构

   

4 接线数据的处理

4.1 系统电气原理图的建立

    为了生成系统电气原理图,首先需要将接线数据从数据库中检索出来。数据库的检索使用微软ADO.NET库类的方法,通过连接字符串与数据库软件(~DSQL Server,Access等)建立连接,再通过数据库查询方法,将所有接线数据读取到计算机内存。每条接线数据中包括了连接点1、连接点2以及节点之间的连接情况:电气导线连接的电气节点之间为无向连接;具有常开、常闭触点的元件内部开与闭触点之间不可能导通,因此此类节点间为有向连接。将所有的节点连接组合在一起后,就形成了包含整个系统电气节点的有向图结构。对系统电气线路的检索计算,就是对这个有向图结构的搜索。在定义节点数据结构时按数据库中字段的类型定义,另外为了区分有向及无向链接需要定义相邻节点指针(c语言)或对象实例(C≠)。在此以c≠}语法定义了电气节点类ElecNode如下:

   

   

    类型中的strUnicode属性表示为设备名、元件类型、电气元件编号以及端子号组成的字符串,由于以上各编号在各自单元内能保证唯一性,因此其组合能在整个电气系统中能保证唯一性。在从数据库中读取了各节点的字符串数据后,只有将他们串联起来才能完成图结构的搭建。以表1中序号001的数据为例,根据检索所得的接线数据得ElecNode实例E1(xS1插座)、E2(S1开关)、Wire(X1-1导线),并执行以下代码来将整个图结构建立起来:

   

4.2 图的搜索

    在图结构建立完成后就可以通过图算法来完成所有顶点节点之间通路的搜索,成为系统级的电气原理图。图结构搜索的算法包括有广度优先搜索与深度优先搜索等,其中深度优先搜索与修理过程一致,因此在此使用深度优先算法对图进行遍历。深度优先搜索算法具有以下特征:(1)在计算时尽可能深地搜索一个图;(2)将源顶点到任意一个顶点的路径保存为一个深度优先树;(3)一个源顶点至所有顶点的路径被发现后,重新选择一个未被搜索的节点作为源顶点重新开始搜索计算。最终图被分解为由深度树组成的森林。另外根据ElecNode的定义,当“plstAdjNodes”列表中只包含唯一节点时,此类节点为顶节点,搜索递归将在此回溯,图中一条完整的电气线路搜索完成。假设输入图G为完整的接线数据图,算法伪代码如下:

   

   

4.3 电气原理图的表现形式

    DFS.Visit算法中的print讲所有搜索到顶点的电气线路通过唯一识别号字符串的形式打印输出,通过对字符串的分析可以将唯一标示号转换为图形化的原理图,图2为某电气系统中电源模块A1的1号接线端子相关电气线路的搜索结果。

   

    图2 图形化电气原理

5 结语

    本文对接线表数据进行了系统级的遍历,并将源顶点到各顶点的线路进行了系统电气原理图的生成展示。除此之外可以对遍历结果进行进一步的分析,将线路展示得更为科学。例如交流两相、三相或直流正负线路并行显示、将接触器(继电器)的控制线路与触点线路关联显示等。通过计算机应用软件功能的不断提升,计算机辅助手段将为一线修理工作提供更高效的帮助。