基于E-CAE軟件EPLAN 21的煙機電控系統設計的解決方案1

一、前言

電氣控制系統是先進、復雜的機械設備的大腦和中樞神經系統，它關聯了機器各部分的通訊，提供了機器的動力、各部件的測量及控制，包含了大量的元器件、電源線、信號線、控制電纜等，其設計的好壞與機器性能和質量息息相關。在電氣控制系統設計過程中，設計人員需要綜合分析、處理與系統相關的各類電氣信息、機械信息、物料信息、標準化信息和管理信息。傳統的煙草設備電控系統的設計需完成如下任務：

1、根據設備的工藝特性作出整體控制方案，繪出控制流程簡圖。

2、根據控制流程，依據相關設計標準及設計原則對關鍵元器件（如PLC、IPC、HMI、驅動器件、傳感器及主要執行器件）選型。對沒有編碼的新增元器件寫出采購資料并提出物料代碼的申請。

3、根據控制流程及主控器件的選型繪出相應的控制草圖，對輸入/輸出點進行統計并作出I/O分配表。

4、編寫應用程序。

5、根據圖樣設計標準，完善原理圖設計及器件選型，并對沒有編碼的新增元器件寫出采購資料并提出物料代碼的申請。

6、手工統計所用器件，完成設備元件表。

7、根據機械部件的設計，畫出位置圖、布置圖及電氣工藝設計資料（如接線圖或接線表）。

8、根據設備元件表及其它技術資料完成電氣BOM表的編寫，并導入企業的PDM系統。

9、手工統計電氣圖樣，完成電氣圖樣文件目錄的編寫。

隨著自動化、信息化技術的發展，國內各煙機制造企業均配置了各自的 CAD/CAE/CAM/PDM/OA平臺，提高了企業的核心競爭力。一般情況下，企業配置的CAD軟件為AUTOCAD、PRO/E、SOLIDWORKS等機械設計平臺，這些軟件對于機械設計提高了設計速度，減少重復勞動，縮短了設計開發周期。但由于電氣設計和工藝與機械不同，這些軟件并不能減少電氣設計工程師的勞動強度和提高設計效率，因而電氣設計工程師一直為設計資料過于煩瑣、重復工作太多、設計效率低下、錯誤難以避免而困擾。

德國EPLAN公司開發的E-CAE軟件EPLAN21解決了困擾電氣工程師的難題，它為每一個電氣工程項目提供了完善的解決方案。通過一個開放的、模塊化的系統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設計的工作效率，同時在項目設計的每一個階段提供最適宜的支持。

二、EPLAN21的技術特點

根據我們的使用經驗，將EPLAN21的技術特點歸納如下：

1、強大的專案圖面管理功能

傳統的AUTCAD軟件必須一張圖一個命名，設計者無法了解命名與繪圖的關聯性。若需修改或增加圖面，必須花更長的時間修改前后圖號或重新編排。EPLAN 21使用專案名（WORKING SET）來管理圖面（圖1），每一專案可容納32000張圖，對每一張圖可輕易調整圖號及修改圖框內的任何內容，無須象AUTOCAD軟件那樣反復修改圖面內容。資料打印時，無須進行煩瑣的設置便可選擇部分或全部頁面進行打印。

圖1

2、標準的電氣符號庫

電氣圖面的繪制是最難標準化的，大多數公司的繪圖軟件的電氣圖面的繪制細節均無標準可循，電氣符號也都是由設計者根據自己的經驗或公司以前的習慣拼湊而成。例如AUTOCAD提供的只是一個繪圖環境，太開放式的構架，無法控制每一位設計者的準則，不同的設計者繪制的圖形大小、位置、編號均無法統一。EPLAN 21提供標準的電器符號庫及元件編號（圖2），設計者可以輕易的建立標準，統一所有的電氣繪圖，也可在許多繪圖及資料編制細節上自行建立資料庫，從而形成公司自己的標準。

圖2

3、準確、靈活的器件庫

通過ODBC（圖3）將EPLAN 21的器件庫與公司的數據庫鏈接，使得器件設計選型的依據與公司的生產數據管理系統（PDM）的數據來自同樣的數據庫，這樣減少了中間環節，提高了工作效率，同時也提高了設計的準確率。

圖3

4、強大的電氣資料及圖表自動生成功能

AUTOCAD提供給電氣設計者的是100%的繪圖環境，任何電氣圖面、資料及圖表都由設計者自行繪制。使用EPLAN 21，設計者自行繪制的電路圖只占30%，剩下的70%的資料、圖表由EPLAN 21自動生成，如電氣圖樣清單、設備元件表、接線圖、接線表、連接器局部圖、接線端子局部圖、材料清單（BOM）等等。產生的材料清單（BOM）的數據又可通過ODBC直接與公司的數據庫鏈接，使其成為生產制造的數據源（圖4）。

圖4

5、方便、快捷的PLC I/O設計功能

當今可編程控制器（PLC）在控制回路的應用是相當普遍的，EPLAN 21提供了許多世界知名廠商（如SIEMENS、AB、GE、HITACHI等等）的PLC畫面（圖5），設計者只需提供必要的文字信息，便可在最短的時間完成PLC I/O設計。同時設計者也可將公司常用的其它廠商的PLC畫面補充進去，形成公司自己的PLC資料庫。

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等格式的圖面進行修改。

圖6

7、自動翻譯功能

EPLAN 21支持16種主要語言，通過設計者定制，所設計的圖面、資料及圖表的文字信息可以在多種語言間自動切換（圖7）。對于有國際市場的公司，應用該功能是十分有利的。

圖7

三、基于E-CAE軟件EPLAN21的煙機電控系統設計實例

下面筆者以YF14卷煙儲存輸送系統的電控系統的設計實例，介紹使用EPLAN21進行設計的過程和方法。

1、建立一個新專案（working set），命名為YF14。

2、建立一個新項目（project）YF14。

在該步驟首先要選用一個模板（template），該模板可以是各種標準模板（IEC、DIN以及JIC等等），也可以是本企業自定義的模板。筆者根據實際要求，定義了一個模板ctmtc（中煙機械技術中心的縮寫）。在模板中主要對所采用的圖形符號庫（symbol file）、圖框（plot frame）以及自動生成的各種文件或圖樣的格式（form）進行定義。對應于上述的symbol file、plot frame以及form,在EPLAN 21中均有各種標準的格式供用戶選擇，一般情況下企業都根據自己的要求形成自己的symbol file、plot frame以及form，從而形成滿足企業要求的模板。

3、對項目（project）的屬性進行定義，以符合項目的實際情況（圖8）。

4、將已選型的器件從企業的物料庫中以EXCEL文件格式導出，通過ODBC與EPLAN 21軟件的器件庫相關聯（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。

6、繪制電氣原理圖（圖10）。

圖10

電氣原理圖應反映所有器件的電氣信息、幾何信息、物料信息、標準化信息。由于在EPLAN 21軟件中的幾何信息和標準化信息均已定制或自動生成，在電氣信息中，其連接特性也可自動形成，因而只需要對部分電氣信息進行說明和對物料信息進行選擇即可。

在EPLAN 21軟件中，每個器件（包括連線）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信息，一般在模板里就已定制，可根據需要進行修改。

⑵ PROPERTIES：器件的位置信息、連接特性、說明及電氣信息。

⑶ INSTANCE：顯示信息，規定需顯示的PROPERTIES以及顯示位置及格式。

⑷ SYMBOL DATA：器件的圖形符號信息。

⑸ PART：器件的物料信息，在前面已關聯好的物料庫中選取。

7、根據機械安裝位置，繪制電氣位置圖和布置圖(圖11)。

圖11

8、選用適當的FORM，自動生成電氣工藝圖樣及文件（包括接線圖或接線表、連接器和端子排清單等等，見圖12）。

圖12

9、選用適當的FORM，自動生成電氣設備元件表（圖13）。

圖13

10、自動生成圖樣文件目錄（圖14）。

圖14

11、自動生成EXCEL文件格式的BOM表，再與其它機械信息整合，形成完整的電氣控制系統BOM表后，導入企業的PDM系統。

四、結論

EPLAN 21軟件是基于WINDOWS操作系統開發的專業的E-CAE設計平臺，強調了電氣控制系統設計的一個整體構架，將系統的電氣信息、幾何信息、物料信息、標準化信息和管理信息構造成一個個標準的構架，供用戶靈活選擇和定制。其設計界面友好，操作性強，電氣工程師只需錄入必要的真正的設計信息，而將大量的煩瑣的統計和機械式重復的工作交由計算機完成，大大地提高了設計效率，在設計更改上尤為簡單、方便。EPLAN 21軟件的接口兼容性強，其圖形接口可與GUI、AUTOCAD兼容，數據接口可通過ODBC可輕松地與企業的PDM系統整合，保證了設計數據的一致性。

處于信息時代的中國煙機制造企業，采用E-CAE電氣專業設計軟件EPLAN 21，有利于提高電氣設計的標準性、準確性，有利于提高企業的開發速度、開發質量，有利于提升企業的競爭力，有利于與國際接軌。