Павлюков В.А., Бухамди Хассан

Донецкий государственный технический университет

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ CAD-ТЕХНОЛОГИЙ В КУРСОВОМ И ДИПЛОМНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ»

     Современный этап развития вычислительной техники характеризуется широким внедрением средств автоматизации обработки информации. Примерами таких средств автоматизации могут служить гео-информационные системы (ГИС) для работы с картографической информацией, SKADA-технологии для управления производственными процессами, CAD – технологии для автоматизации широкого круга инженерных и научных задач. Указанные системы являются альтернативными применению традиционного программирования на алгоритмических языках высокого уровня. Они позволяют значительно сократить трудозатраты на решение тех или иных задач, путем сокращения этапа программирования и отладки программ; оперируют категориями предметной области, имеют хороший интерфейс пользователя, отличаются надежностью работы, легки в освоении и эффективны в работе. В данной статье рассмотрено применение в учебном процессе на кафедре «Электрические станции» электротехнического факультета двух CAD–систем для автоматизации математических расчетов MathCad и автоматизации формирования чертежей AutoCad.
     Пакет программ MathCad завоевал широкую популярность, как благодаря перечисленным выше преимуществам автоматизированных систем, так и рядом присущих ему особенностей. Основными среди них являются: наглядность алгоритма решения, широкие возможности по документируемости программы расчета, эффективность решения широкого класса математических задач и визуализации их результатов расчета в виде различного рода графиков, диаграмм, графической анимации и др. Кроме того, рассматриваемый пакет программ не критичен к вычислительным характеристикам ПЭВМ. Ее версия 2.5, работающая в операционной системе DOS, занимает всего 600 кб дисковой памяти и может эксплуатироваться даже на машинах без винчестера. Последняя особенность пакета позволила внедрить пакет на устарелых ПЭВМ кафедры типа «Искра 1060».
     Благодаря перечисленным преимуществам пакета MathCad представилось возможным переписать все основные учебные программы, созданные ранее с использованием алгоритмических языков и используемые в учебном процессе студентами специальности ЭС, для работы в среде рассматриваемого пакета. Это в первую очередь программы расчета установившихся и переходных режимов работы тепловых и электрических схем, основанные на использовании матричного анализа, решении линейных и нелинейных систем алгебраических уравнений и др. В разработке программ расчета широкое участие принимали студенты кафедры в процессе выполнения своих курсовых и дипломных работ.
     На кафедре создан сборник учебных MathCad-программ, включающий более 10 программ по основным разделам профилирующих дисциплин кафедры, а также для курсового и дипломного проектирования. Указанные программы широко применяются в течение ряда последних лет при выполнении курсовых и дипломных проектов, расчетных и лабораторных работ. Среди этих программ:
- расчет установившихся режимов работы тепловых схем энергоблоков и электрических схем участков энергосистем;
- расчет симметричных и несимметричных токов короткого замыкания в схемах электрических станций и сетей;
- расчет режимов пуска и самозапуска электродвигателей в одно- и многоузловых схемах электроснабжения с источниками большой и ограниченной мощности;
- выбор и проверка оборудования и токопроводов;
- выбор устройств релейной защиты и расчет их уставок;
- расчет параметров математических моделей мощных асинхронных и синхронных двигателей.
     Однако, в пакете MathCad отсутствует внутренний графический редактор, что не позволяет сформировать на экране монитора исходные расчетные схемы исследуемых объектов. Указанный недостаток пакета значительно снижает эффективность его применения в случае решения задач со сложными схемами соединений (электрическими, тепловыми и др.).
     Для их решения был применен графический пакет AutoCad. Указанный пакет имеет ряд преимуществ по сравнению с другими графическими редакторами, среди которых основными являются:
- применение более точной (по сравнению с растровой) векторной графики;
- возможность работы с плоской и объемной графикой;
- применение многослойной графики, позволяющей эффективно осуществлять фрагментацию сложных графических образов;
- наличие внутренних алгоритмических языков программирования (AutoLisp, VisualLisp и VisualBasic), позволяющих реализовать любой вычислительный алгоритм;
- наличие встроенного интерфейса с внешними базами символьных данных позволяет значительно облегчить работу по подготовке объемных исходных данных схем и оборудования или создать эффективные информационно-справочные системы;
- расширенные возможности по подготовке твердых копий документов, что позволяет автоматизировать процесс формирования графических частей курсовых и дипломных проектов;
- возможность присоединения к любому графическому элементу чертежа 32 кб дополнительной символьной информации, что расширяет информационные ресурсы математических моделей;
- возможность изменения структуры главного меню пакета, что позволяет легко формировать интерфейс прикладной задачи
     Указанные выше особенности пакета были использованы при разработке ряда прикладных программ расчета установившихся и переходных режимов работы электрических и тепловых схем, а также тренажеров по оперативным переключениям в них. В настоящее время на кафедре создан банк схем электрических соединений основных ТЭС Донецкого региона. Кроме того в среде пакета Access созданы базы справочных данных основного электротехнического оборудования электрических станций и подстанций. В указанных разработках также активно участвовали студенты специальности. Созданные программные продукты используются как в учебном процессе, так и при выполнении реальных дипломных проектов для указанных ТЭС.
     В качестве примера создания прикладной технологии, основанной на использовании AutoCad, рассмотрим расчет на ПЭВМ переходных процессов в схеме главных электрических соединений одной из гидроэлектростанций Марокко - Дауя ГЭС. Технология ее создания заключалась в следующем. Растровый чертеж с названной схемой был получен по электронной почте из Марокко. Затем в среде AutoCad он был превращен из растрового в векторный вид. Оборудование схемы в зависимости от функционального его назначения было распределено по отдельным слоям: измерительных трансформаторов, рабочей и резервной системы собственных нужд, нейтралей генераторов, разрядников и заградительных фильтров и др. На рисунке 1 показана фрагментация общей схемы ГЭС по слоям.
     К оборудованию основного слоя были присоединены необходимые для расчетов



Рисунок 1 - Дефрагментация схемы электрических соединений Дауя ГЭС

справочные данные. Главное меню AutoCad было адаптировано к условиям выполнения расчетов переходных процессов и, наконец, были сформированы диалоговые окна результатов расчетов. На рисунке 2 показан пример работы программы расчета токов короткого замыкания в схеме главных электрических соединений Дауя ГЭС.



Рисунок 2 - Пример интерфейса программы расчета токов короткого замыкания

Выводы
1. Использование Cad-технологий в учебном процессе по специализации «электроэнергетика» позволило повысить уровень как компьютерной, так и общей профессиональной подготовки специалистов.
2. Разработанные программные продукты после доработки могут быть использованы при подготовке специалистов по другим специальностям.