САПР

В настоящее время автоматизация проектирования является одним из основных способов повышения производительности труда инженеров-проектировщиков и конструкторов.

Практическая реализация целей, идей и методов автоматизированного проектирования возможна при создании и эксплуатации систем автоматизированного проектирования (САПР), что требует подготовки инженерных кадров разработчиков и пользователей САПР.

Опыт, накопленный при создании и эксплуатации САПР радиоэлектронной промышленности, вычислительной техники, машиностроения, строительства и других отраслей науки и техники, может быть использован в САПР электроснабжения.

Выполнить проект современной высокоэффективной СЭС с учетом требований Государственных стандартов к качеству электрической энергии при ограниченной численности проектировщиков и в приемлемые сроки можно только за счет внедрения систем автоматизированного проектирования электроснабжения (САПР ЭС).

В процессе неавтоматизированного проектирования преимущественно используются экспериментальные методы исследования и оценки качества проектных решений, получаемых на основе опыта и интуиции инженеров, эмпирическим путем, без привлечения формальных методов. Развитие вычислительной математики и информатики позволило алгоритмизировать и автоматизировать ряд проектных процедур, имеющих однозначную математическую интерпретацию.

Эта задача особенно актуальна в жестких условиях рынка проектирования систем ЭС с ограничениями по экономическим показателям (потери электроэнергии, обоснования выбора того или иного вида оборудования с учетом его стоимости, расположения, топографии схемы, значительной номенклатуры продукции и др.).

Однако для большинства традиционных проектных процедур математическая постановка не очевидна, а их последующая (прямая) алгоритмическая реализация известными математическими методами зачастую неэффективна. Поэтому формализация задач, разработка и выбор математических моделей, методов и алгоритмов выполнения проектных процедур существенно определяют содержание, как общей теории автоматизированного проектирования, так и теории автоматизации проектирования систем электроснабжения. При этом ведущая роль в процессе проектирования и принятия проектных решений в САПР сохраняется за человеком, поскольку существуют функции, невыполнимые формальными методами с приемлемыми затратами времени и средств. В результате процесс автоматизированного проектирования сводится к решению конечной последовательности задач приемлемой сложности в режиме взаимодействия человека и ЭВМ.

Дальнейшее развитие общей теории автоматизированного проектирования, вычислительной техники и математики, а также теоретических основ электроснабжения промышленных предприятий позволит существенно сократить сроки проектирования СЭС и повысить их надежность и эффективность.

Опыт показывает, что проще и эффективнее обучить специалистов по электроснабжению одной новой дисциплине — аппаратным и программным средствам вычислительной техники и САПР, чем специалистам-разработчикам САПР и программного обеспечения овладеть многими электротехническими дисциплинами, составляющими основное содержание специальности «Электроснабжение промышленных предприятий и городов». А без этого невозможны разработка и скорейшее внедрение эффективных САПР электроснабжения. Это положение подкрепляется современной тенденцией развития средств вычислительной техники — ориентацией на массовый выпуск и широкое внедрение персональных ЭВМ.

При этом пользователь не только получает возможность непосредственного общения с ЭВМ на основе стандартного программного обеспечения, но и приходит к необходимости разработки собственного прикладного программного обеспечения, ориентированного на проблематику его специальности. Поэтому существующее разделение на инженеров-разработчиков и инженеров-пользователей САПР в условиях повсеместного внедрения персональных ЭВМ в проектную практику становится в значительной степени условным.

Специфика проектирования систем электроснабжения имеет ряд требований к техническим средствам САПР:

1. автоматизированный расчет всех этапов проекта, которые поддаются математической алгоритмизации;
2. возможность сохранения результатов и необходимых промежуточных значений в файл базы данных (который может быть использован другими программами);
3. создание и возможность обновления базы данных оборудования (его технических параметров);
4. по расчетным данным должен выполнятся запрос из базы оборудования (САПР должна лишь предлагать оборудование, удовлетворяющее данным условиям, а окончательный выбор выполняет оператор ЭВМ в зависимости от других условий, которые не поддаются алгоритмизации);
5. визуальное (графическое) представление схемы электроснабжения рассчитываемого проекта.

Подобные продукты

Мы не первые, кто берется за решения подобных проблем. Существует множество мелких программ, которые выполняют электротехнические расчеты, но, как правило, они ограничиваются выполнением лишь нескольких операций.

Существуют и более профессиональные программы, но они зачастую не удовлетворяют всем условиям САПР электроснабжения. Профессиональные приложения, которые способны произвести расчет систем электроснабжения, как правило, перегружены дополнительными функциями, которые только мешают оператору выполнить узконаправленный расчет. Такие программы часто выполняются в виде дополнительных модулей, которые устанавливаются на более мощные системы проектирования (расширяя их возможности), такие как AutoCAD, Compass и др. Это с одной стороны преимущество, т.к. расчет может вестись по уже готовому проекту (если таковой имеется) подготовленному, например, в системе AutoCAD. Но большим минусом в таком варианте является финансовая сторона, т.к. все программные продукты, которые более или менее решают поставленные нами задачи, стоят порядка 2000-7000 грн. При этом надо учитывать, что если эта программа является модулем для более мощной системы, естественно необходимо будет покупать и основную систему проектирования, т.к. установка этих модулей на нелицензионные версии невозможна. Например, на сегодняшний день, система проектирования AutoCAD стоит порядка 25000-30000 грн. Также подобные системы требовательны к ресурсам ЭВМ, что тоже приводит к дополнительным затратам.

Исходя из этого, было решено разработать собственную САПР, которая позволит решать поставленные задачи. Языком программирования был выбран Visual Basic 6.0, т.к. он является объектно-ориентированным языком высокого уровня, поддерживает построение графических схем, работает с базами данных mdb (Microsoft Access), поддерживает язык запросов SQL. Также программы, написанные на этом языке, могут быть скомпилированы как самостоятельные приложения, так и в виде модулей для более мощных систем проектирования.

О программе

После запуска программы открывается родительская форма (MDI) в которой размещена дочерняя форма для ввода исходных данных.В верхней части формы находится графическая часть, в нижней таблицы с данными о потребителях. При добавлении нового потребителя он автоматически добавляется в графическую часть (с его № по плану и Номинальной мощностью Р) и в таблицу (с № по плану, Наименованием потребителя, Номинальной мощностью Р, tg(f) и Ки ). Для добавления нового потребителя(ей) нажимаем на кнопку «Добавить объект». После чего открывается новая форма.

При открытии данной формы, предыдущая форма становится неактивной, для избегания ошибок в порядке выполнения действий. Окно имеет следующие составляющие. В верхней части указан № потребителя по плану (он присваивается автоматически и изменять его нельзя). Ниже мы можем выбрать необходимое число добавляемых элементов. По умолчанию это число = 1. Эта опция упрощает добавление нескольких потребителей с одинаковыми параметрами.

В поле «Наименование потребителя(ей) по плану» по умолчанию установлено наименование – «Потребитель». При желании его можно заменить на любое другое имя. В таблицу основной формы наименование будет сохранено в формате «Наименование потребителя (ей) по плану» + «№ по плану». При добавлении нескольких потребителей за один раз, каждому будет добавлен свой собственный №.

Далее следует заполнить поля «Номинальная мощность», «Ки», «tg(F)». По умолчанию они пустые. Кнопка «Принять» заносит данные в таблицу предыдущей формы, добавляет элементы в графической части и закрывает форму «Параметры потребителя». По умолчанию кнопка «Принять» неактивная. Нажать ее можно только после заполнения всех полей.

После нажатия кнопки «Принять» мы возвращаемся в предыдущую форму и видим там заполненную таблицу и упрощенную графическую схему.

Для наглядности мы добавили еще 5 потребителей с наименованием «Насос». Строки в данной таблице можно сортировать нажатием на наименование столбца, по данным которого необходимо выполнить сортировку.

В левом нижнем углу находятся две кнопки: «Сброс», «Выход». При нажатии кнопки «Выход» форма закрывается. При нажатии кнопки «Сброс» очищаются таблицы и графическая схема – форма принимает исходное состояние, после чего можно заново вводить данные. После ввода всех потребителей, мы разбиваем их на группы, для чего нажимаем кнопку «Разбить на группы».

Разбиение происходит по значению Номинальной мощности и Коэффициенту использования потребителя. В одну группу попадают потребители, у которых одинаковые мощность и коэффициент использования.

В первой колонке этой таблицы указан номер группы. Во второй – номера потребителей по плану, попавших в эту группу. В третей – количество ЭП в данной группе. В четвертой, пятой и шестой колонках указаны параметры потребителей данной группы. Все эти данные сохранятся в файле базы данных (*.mdb), который можно открыть с помощью программы Microsoft Access.

Форма «Расчет электрических нагрузок» берет исходные данные из этого же файла. Причем за счет использования более мощного объекта работы с базой данных Adodc, возможно изменение данных прямо в таблице, при этом все изменения будут автоматически сохранятся в файле базы данных. После нажатия кнопки «Расчет» программа выдает результат в нижней таблице: «Ки, Nэф, Кн, Акт. , Реакт. и Полную нагрузки». Для подсчета Кн использовалась созданная ранее база констант, которая также хранится в файле базы данных и доступна для правки.

Была также создана форма для автоматизации подбора распределительного пункта.

При выборе (либо изменении) в выпадающих полях номинального тока и числа 1-фазных и 3-фазных подключений, в правом фрейме высвечиваются наименования распределительных пунктов, которые удовлетворяют заданным параметрам. Далее можно отметить интересующие нас пункты и нажать на кнопку «Параметры выделенных пунктов». Нижняя таблица заполнится отмеченными РП с их техническими параметрами. Эти подборы осуществляется обращением к базе данных посредством языка запросов SQL, который поддерживает запросы к БД с фильтрацией по критериям.

После выбора интересующего нас РП (щелчком мыши в таблице по пункту) мы нажимаем кнопку «Выбрать» и открывается новая форма для выбора автоматов для данного РП. В этой форме, как и в предыдущей, посредством SQL запросов к базе данных, можно подобрать автоматические выключатели из базы данных.

Все базы данных которые используются в этой программе хранятся в отдельных файлах, которые могут редактироваться и дополняться пользователем, не имеющим представление о программировании. Таким образом, для пополнения базы данных новым оборудованием (или внесения поправок), нет надобности что-либо изменять в программе, достаточно обновить базу данных с помощью популярного Microsoft Access.

По исходным данным и расчетным данным выбираются автоматы, сечения проводов и осуществляется проверку по токам КЗ, коэффициенту чувствительности, коэффициенту защиты.В завершении формируются отчеты с возможностью распечатки результата в виде таблицы. Недостатком данной САПР является ограниченные возможности при проектировании реальных цеховых систем электроснабжения с разветвленной структурой, большим количеством РП, с шинопроводами (распределительными, магистральными). Для устранения этого недостатка предлагается следующая схема работы приложения. Планируется добавление отдельных электроприемников к элементам питающей или групповой сети. Например, из списка отдельных электроприемников можно организовать их подключение к РП, к ШРА, к ШМА. В процессе подключения электроприемников к РП требуется проверка допустимого тока и количества присоединений.

Список литературы:

1. Автоматизация проектирования систем электроснабжения/ В.Н. Винославский, В.И. Тарадай, У. Бутц, Д. Хайнце, ¬– К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988. – 208 с.
2. Евангелос Петрусос. Visual Basic 6. Руководство разроботчика: В 2т.: Пер. с англ. – К.: Издательская группа BHV, 2000. – Т.1. – 576 с., ил.
3. Реселман Боб, Писли Ричард.. Использование Visual Basic 6.: Пер. с англ. ¬– К.; М.; СПб.; Издательский дом „Вильямс”, 1999. – 608 с.
4. Титаренко Г.. Visual Basic 6.0: – К.: Издательская группа BHV, 2001. – 448 c., ил. (Серия „Коллекция BHV”)
5. Справочник по проектированию электроснабжения/ под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1990.
6. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. –М.: Издательство «Мастерство», 2001. -320 с.
7. Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учеб. Пособие для вузов. - М.; Энергатомиздат, 1989.- 608 с.
8. Рожкова Л.Д. Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
9. Справочник по расчету электрических сетей / И.Ф. Шаповалов. – К.: Будівельник, 1986. 224 с.
10. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. –Л.: Энергоатамиздат, 1988. – 176 с.
11. Электротехнический справочник. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства / Пож общ. Ред. Профессоров МЭИ. – М.: Энергоатомиздат, 1986. -712 с.
12. Переходные процессы в системах электроснабжения / В.Н. Винославский, Г.Г. Пивняк и др. – К.: Выща шк., 1989. 422 с.
13. Уилсон Р. Человек за компьютером. Мир ПК, № 1-1991.
14. Сибаров К.Г., Сколотнев Н.Н., Васин В.К., Начинаев В.Н. Охрана труда в вычислительных центрах: Учебное пособие. М.: Машиностроение, 1985.
15. СНиП 2.2.2.542-96. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам (ВДТ). персональным электронно-вычислительным машинам (ПЭВМ) и организации работы. М.: Информационно-издательский центр Госкомэпиднадзора России, 1996.
16. Временные санитарные нормы и правила для работников вычислительных центров, 1992 г.
17. Справочная книга для проектирования электрического освещения/Под ред. Г.М. Кнорринга, Л.: Энергия, 1976.
18. Стерлигов В.Е., Сабер Ажили, Бершадский И.А. Проектирование элементов САПР цехового электроснабжения // Наукова-технічна конференція студентів ДонНТУ. День науки 2005. Секція „Електротехнічні системи електроспоживання”.- с.39-40.
19. Бершадский И.А., Ильюшенкова Л.Д.. Вопросы программной реализации алгоритмов системы автоматизированного проектирования (САПР) электроснабжения участка цеха // Взрывозащищенное электрооборудование: Сб. научн. Трудов УкрНИИВЭ. –Донецк, 2006. В печати.