基于E-CAE軟件EPLAN 21的煙機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的解決方案1

一、前言

電氣控制系統(tǒng)是先進(jìn)、復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備的大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，它關(guān)聯(lián)了機(jī)器各部分的通訊，提供了機(jī)器的動(dòng)力、各部件的測(cè)量及控制，包含了大量的元器件、電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)、控制電纜等，其設(shè)計(jì)的好壞與機(jī)器性能和質(zhì)量息息相關(guān)。在電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要綜合分析、處理與系統(tǒng)相關(guān)的各類(lèi)電氣信息、機(jī)械信息、物料信息、標(biāo)準(zhǔn)化信息和管理信息。傳統(tǒng)的煙草設(shè)備電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需完成如下任務(wù)：

1、根據(jù)設(shè)備的工藝特性作出整體控制方案，繪出控制流程簡(jiǎn)圖。

2、根據(jù)控制流程，依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)原則對(duì)關(guān)鍵元器件（如PLC、IPC、HMI、驅(qū)動(dòng)器件、傳感器及主要執(zhí)行器件）選型。對(duì)沒(méi)有編碼的新增元器件寫(xiě)出采購(gòu)資料并提出物料代碼的申請(qǐng)。

3、根據(jù)控制流程及主控器件的選型繪出相應(yīng)的控制草圖，對(duì)輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并作出I/O分配表。

4、編寫(xiě)應(yīng)用程序。

5、根據(jù)圖樣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，完善原理圖設(shè)計(jì)及器件選型，并對(duì)沒(méi)有編碼的新增元器件寫(xiě)出采購(gòu)資料并提出物料代碼的申請(qǐng)。

6、手工統(tǒng)計(jì)所用器件，完成設(shè)備元件表。

7、根據(jù)機(jī)械部件的設(shè)計(jì)，畫(huà)出位置圖、布置圖及電氣工藝設(shè)計(jì)資料（如接線(xiàn)圖或接線(xiàn)表）。

8、根據(jù)設(shè)備元件表及其它技術(shù)資料完成電氣BOM表的編寫(xiě)，并導(dǎo)入企業(yè)的PDM系統(tǒng)。

9、手工統(tǒng)計(jì)電氣圖樣，完成電氣圖樣文件目錄的編寫(xiě)。

隨著自動(dòng)化、信息化技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)各煙機(jī)制造企業(yè)均配置了各自的 CAD/CAE/CAM/PDM/OA平臺(tái)，提高了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。一般情況下，企業(yè)配置的CAD軟件為AUTOCAD、PRO/E、SOLIDWORKS等機(jī)械設(shè)計(jì)平臺(tái)，這些軟件對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)提高了設(shè)計(jì)速度，減少重復(fù)勞動(dòng)，縮短了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期。但由于電氣設(shè)計(jì)和工藝與機(jī)械不同，這些軟件并不能減少電氣設(shè)計(jì)工程師的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高設(shè)計(jì)效率，因而電氣設(shè)計(jì)工程師一直為設(shè)計(jì)資料過(guò)于煩瑣、重復(fù)工作太多、設(shè)計(jì)效率低下、錯(cuò)誤難以避免而困擾。

德國(guó)EPLAN公司開(kāi)發(fā)的E-CAE軟件EPLAN21解決了困擾電氣工程師的難題，它為每一個(gè)電氣工程項(xiàng)目提供了完善的解決方案。通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的、模塊化的系統(tǒng)和廣泛的特征選擇給予它們高度的靈活性，EPLAN21不僅提升了電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作效率，同時(shí)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)的每一個(gè)階段提供最適宜的支持。

二、EPLAN21的技術(shù)特點(diǎn)

根據(jù)我們的使用經(jīng)驗(yàn)，將EPLAN21的技術(shù)特點(diǎn)歸納如下：

1、強(qiáng)大的專(zhuān)案圖面管理功能

傳統(tǒng)的AUTCAD軟件必須一張圖一個(gè)命名，設(shè)計(jì)者無(wú)法了解命名與繪圖的關(guān)聯(lián)性。若需修改或增加圖面，必須花更長(zhǎng)的時(shí)間修改前后圖號(hào)或重新編排。EPLAN 21使用專(zhuān)案名（WORKING SET）來(lái)管理圖面（圖1），每一專(zhuān)案可容納32000張圖，對(duì)每一張圖可輕易調(diào)整圖號(hào)及修改圖框內(nèi)的任何內(nèi)容，無(wú)須象AUTOCAD軟件那樣反復(fù)修改圖面內(nèi)容。資料打印時(shí)，無(wú)須進(jìn)行煩瑣的設(shè)置便可選擇部分或全部頁(yè)面進(jìn)行打印。

圖1

2、標(biāo)準(zhǔn)的電氣符號(hào)庫(kù)

電氣圖面的繪制是最難標(biāo)準(zhǔn)化的，大多數(shù)公司的繪圖軟件的電氣圖面的繪制細(xì)節(jié)均無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可循，電氣符號(hào)也都是由設(shè)計(jì)者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)或公司以前的習(xí)慣拼湊而成。例如AUTOCAD提供的只是一個(gè)繪圖環(huán)境，太開(kāi)放式的構(gòu)架，無(wú)法控制每一位設(shè)計(jì)者的準(zhǔn)則，不同的設(shè)計(jì)者繪制的圖形大小、位置、編號(hào)均無(wú)法統(tǒng)一。EPLAN 21提供標(biāo)準(zhǔn)的電器符號(hào)庫(kù)及元件編號(hào)（圖2），設(shè)計(jì)者可以輕易的建立標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一所有的電氣繪圖，也可在許多繪圖及資料編制細(xì)節(jié)上自行建立資料庫(kù)，從而形成公司自己的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2

3、準(zhǔn)確、靈活的器件庫(kù)

通過(guò)ODBC（圖3）將EPLAN 21的器件庫(kù)與公司的數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接，使得器件設(shè)計(jì)選型的依據(jù)與公司的生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）的數(shù)據(jù)來(lái)自同樣的數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣減少了中間環(huán)節(jié)，提高了工作效率，同時(shí)也提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率。

圖3

4、強(qiáng)大的電氣資料及圖表自動(dòng)生成功能

AUTOCAD提供給電氣設(shè)計(jì)者的是100%的繪圖環(huán)境，任何電氣圖面、資料及圖表都由設(shè)計(jì)者自行繪制。使用EPLAN 21，設(shè)計(jì)者自行繪制的電路圖只占30%，剩下的70%的資料、圖表由EPLAN 21自動(dòng)生成，如電氣圖樣清單、設(shè)備元件表、接線(xiàn)圖、接線(xiàn)表、連接器局部圖、接線(xiàn)端子局部圖、材料清單（BOM）等等。產(chǎn)生的材料清單（BOM）的數(shù)據(jù)又可通過(guò)ODBC直接與公司的數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接，使其成為生產(chǎn)制造的數(shù)據(jù)源（圖4）。

圖4

5、方便、快捷的PLC I/O設(shè)計(jì)功能

當(dāng)今可編程控制器（PLC）在控制回路的應(yīng)用是相當(dāng)普遍的，EPLAN 21提供了許多世界知名廠商（如SIEMENS、AB、GE、HITACHI等等）的PLC畫(huà)面（圖5），設(shè)計(jì)者只需提供必要的文字信息，便可在最短的時(shí)間完成PLC I/O設(shè)計(jì)。同時(shí)設(shè)計(jì)者也可將公司常用的其它廠商的PLC畫(huà)面補(bǔ)充進(jìn)去，形成公司自己的PLC資料庫(kù)。

圖5

6、豐富的圖面輸入、輸出接口

EPLAN 21圖面（圖6）可以以DXF、DWG、PDF等多種文件格式輸出，并且可以讀取DXF、DWG等格式的圖面進(jìn)行修改。

圖6

7、自動(dòng)翻譯功能

EPLAN 21支持16種主要語(yǔ)言，通過(guò)設(shè)計(jì)者定制，所設(shè)計(jì)的圖面、資料及圖表的文字信息可以在多種語(yǔ)言間自動(dòng)切換（圖7）。對(duì)于有國(guó)際市場(chǎng)的公司，應(yīng)用該功能是十分有利的。

圖7

三、基于E-CAE軟件EPLAN21的煙機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

下面筆者以YF14卷煙儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)的電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例，介紹使用EPLAN21進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程和方法。

1、建立一個(gè)新專(zhuān)案（working set），命名為YF14。

2、建立一個(gè)新項(xiàng)目（project）YF14。

在該步驟首先要選用一個(gè)模板（template），該模板可以是各種標(biāo)準(zhǔn)模板（IEC、DIN以及JIC等等），也可以是本企業(yè)自定義的模板。筆者根據(jù)實(shí)際要求，定義了一個(gè)模板ctmtc（中煙機(jī)械技術(shù)中心的縮寫(xiě)）。在模板中主要對(duì)所采用的圖形符號(hào)庫(kù)（symbol file）、圖框（plot frame）以及自動(dòng)生成的各種文件或圖樣的格式（form）進(jìn)行定義。對(duì)應(yīng)于上述的symbol file、plot frame以及form,在EPLAN 21中均有各種標(biāo)準(zhǔn)的格式供用戶(hù)選擇，一般情況下企業(yè)都根據(jù)自己的要求形成自己的symbol file、plot frame以及form，從而形成滿(mǎn)足企業(yè)要求的模板。

3、對(duì)項(xiàng)目（project）的屬性進(jìn)行定義，以符合項(xiàng)目的實(shí)際情況（圖8）。

4、將已選型的器件從企業(yè)的物料庫(kù)中以EXCEL文件格式導(dǎo)出，通過(guò)ODBC與EPLAN 21軟件的器件庫(kù)相關(guān)聯(lián)（圖9）。

圖9

5、將PLC的I/O分配表按EXCEL的.csv格式編制，存入PLC資料庫(kù)。

6、繪制電氣原理圖（圖10）。

圖10

電氣原理圖應(yīng)反映所有器件的電氣信息、幾何信息、物料信息、標(biāo)準(zhǔn)化信息。由于在EPLAN 21軟件中的幾何信息和標(biāo)準(zhǔn)化信息均已定制或自動(dòng)生成，在電氣信息中，其連接特性也可自動(dòng)形成，因而只需要對(duì)部分電氣信息進(jìn)行說(shuō)明和對(duì)物料信息進(jìn)行選擇即可。

在EPLAN 21軟件中，每個(gè)器件（包括連線(xiàn)）都有其自身的屬性表，由以下5部分組成：

⑴ DEVICE TAG：主要反映器件的文字符號(hào)信息，一般在模板里就已定制，可根據(jù)需要進(jìn)行修改。

⑵ PROPERTIES：器件的位置信息、連接特性、說(shuō)明及電氣信息。

⑶ INSTANCE：顯示信息，規(guī)定需顯示的PROPERTIES以及顯示位置及格式。

⑷ SYMBOL DATA：器件的圖形符號(hào)信息。

⑸ PART：器件的物料信息，在前面已關(guān)聯(lián)好的物料庫(kù)中選取。

7、根據(jù)機(jī)械安裝位置，繪制電氣位置圖和布置圖(圖11)。

圖11

8、選用適當(dāng)?shù)腇ORM，自動(dòng)生成電氣工藝圖樣及文件（包括接線(xiàn)圖或接線(xiàn)表、連接器和端子排清單等等，見(jiàn)圖12）。

圖12

9、選用適當(dāng)?shù)腇ORM，自動(dòng)生成電氣設(shè)備元件表（圖13）。

圖13

10、自動(dòng)生成圖樣文件目錄（圖14）。

圖14

11、自動(dòng)生成EXCEL文件格式的BOM表，再與其它機(jī)械信息整合，形成完整的電氣控制系統(tǒng)BOM表后，導(dǎo)入企業(yè)的PDM系統(tǒng)。

四、結(jié)論

EPLAN 21軟件是基于WINDOWS操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)的E-CAE設(shè)計(jì)平臺(tái)，強(qiáng)調(diào)了電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)整體構(gòu)架，將系統(tǒng)的電氣信息、幾何信息、物料信息、標(biāo)準(zhǔn)化信息和管理信息構(gòu)造成一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)架，供用戶(hù)靈活選擇和定制。其設(shè)計(jì)界面友好，操作性強(qiáng)，電氣工程師只需錄入必要的真正的設(shè)計(jì)信息，而將大量的煩瑣的統(tǒng)計(jì)和機(jī)械式重復(fù)的工作交由計(jì)算機(jī)完成，大大地提高了設(shè)計(jì)效率，在設(shè)計(jì)更改上尤為簡(jiǎn)單、方便。EPLAN 21軟件的接口兼容性強(qiáng)，其圖形接口可與GUI、AUTOCAD兼容，數(shù)據(jù)接口可通過(guò)ODBC可輕松地與企業(yè)的PDM系統(tǒng)整合，保證了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的一致性。

處于信息時(shí)代的中國(guó)煙機(jī)制造企業(yè)，采用E-CAE電氣專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件EPLAN 21，有利于提高電氣設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)性、準(zhǔn)確性，有利于提高企業(yè)的開(kāi)發(fā)速度、開(kāi)發(fā)質(zhì)量，有利于提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，有利于與國(guó)際接軌。