Trace Software优秀论文之

《ELECWORKS实体化设计之电线管理》

作者：王强

一、引言

以终为始面向制造的设计：设计的目的就是为了加工制造产品。

电气控制系统是由电气设备及电气元件按照一定控制要求连接而成，为了表达电气系统结构，工作原理，及安装、调试、维修等技术要求，需要统一的工程语言（工程图）来表达。常用的电气图纸有三种：原理图、接线图和布局图。

Elecworks作为一款专业的智能电气设计软件，完全可以满足上述电气图纸的绘制，它不仅能使工程师们便捷高效的绘制电气原理图，而且能为电气项目管理及加工工艺提供了各种自动化解决方案。这使得工程师可以专注与电气设计而非把精力消耗在各种报表的统计上，从而大大提高设计效率，减少工艺错误，缩短产品的研发时间。

这一切得益于elecworks为我们提供面向制造的实体化设计方法。那么什么是实体化设计方法呢，我们如何用好这种方法来提高我们的设计效率呢？

二、什么是实体化设计

实体化设计就是图纸与实物的一一对应，对于电气图纸而言体现在组成原理图的符号与导线分别和实际物料中的设备与电线相对应。来看一下Elecworks是如何实现实体化设计方法的。

为了能将符号与具体的设备型号相对应，为此软件提供了设备和设备型号的概念（通常我们也可以称设备为元件、设备型号为元器件）。在实际绘图中每放置一个符号软件会默认为其分配一个设备，或者选择是否关联到已有的设备（图1），接下来为设备分配设备型号（图2、图3），软件就会自动关联符号与设备型号，从而完成符号与设备型号的对应，这样就实现了图纸中每一个符号都代表有具体型号的设备，并且符号的每一个连接点将与设备的接线端相对应。

（图1 通过符号属性分配设备或者关联已有设备）

（图2 通过符号属性可以为对应设备分配设备型号）

（图3 通过导航栏由设备直接为其分配设备型号或者通过设备属性为其分配设备型号）

还可以由以选型的设备插入符号（图4）。合理的使用这两种方法使设计选型一步到位。

（图4 通过已选型的设备来插入相关联的符号）

三、电线的实体化设计

以上简要讲述符号与设备型号的对应方法，接下来本文重点阐述软件如何将原理图中的导线与实际生产中的电线相对应以及具体实施中需要注意的一些细节。

原理图中的导线一般对应于实际生产中的电线或者电缆。相比于电缆电线的数量多，且用途多样。为了便于管理庞杂的电线，在实际生产中需要对电线按照使用功能进行不同形式的编号。软件提供电线样式来管理这些规则以及与实体电线的对应。实际上在原理图中绘制的任何一条电线都具有特定的电线样式，电线样式在哪里，它有哪些属性以及它是如何完成上述使命的（图5）？

（图5 电线样式管理器）

由图可知在电线样式位于工程菜单栏下、配置下拉菜单里面的电线样式管理器中，首先我们看到电线样式管理器会为我们罗列出当前工程可用的所有电线样式。

在进一步了解它之前让我们以一个实例来展开:

有一个项目需要使用（如表1所示）八种电线型号分别是：黄、绿、红、蓝、黄绿五种颜色的1.5平方软线和红、蓝、黄绿三种颜色的0.75平方软线；导线编号规则：除地线以外编号格式为：页码+列号（方便在原理图中查找）+前缀+电位编号（PLC直接使用通道地址）如图所示所有编号均由软件自动生成。软件支持电线、电位两种编号模式，本示例使用电位编号，同时还支持两种显示样式（图6）。

电线型号与编号要求

导线型号	线径	颜色	用途	编号规则
BVR1.5YL	1.5	黄	L1	交流系统编号规则（220/380V电位编号介于1~999之间）其他等级由1001开始	“页码”（数字）“列号”（字母）	“U”-“编号”
BVR1.5GN	1.5	绿	L2			“V”-“编号”
BVR1.5RD	1.5	红	L3			“W”-“编号”
BVR1.5BU	1.5	蓝	N			“N”-“编号”
BVR0.75RD	0.75	红	L/+	直流系统编号		“24V”-“编号”
BVR0.75BU	0.75	蓝	N/-	直流系统编号		“M24”-“编号”
BVR1.5YL/GN	1.5	黄绿	GND	地线（GND）		PLC：通道地址
BVR0.75YL/GN	0.75	黄绿	GND	地线（GND）		PLC：通道地址

（图6 两种编号方式和显示样式）

我们先看一下设置好电线样式后软件自动生成电线编号，并显示相应电线标注的最终效果（图7）。

（图7 自动电线编号）

1. 电线样式属性

接下来详细了解一下电线样式的属性（图8），我们便可以明白为什么电线样式可以担此重任。

（图8 电线样式属性）

1) 名称

首先是电线样式的名称，在图5中可以看出简洁形象的名称有利于我们绘图时选择正确的电线样式（如：直流使用“=”+电压等级，单相交流使用“~”+电压等级）。

2) 基本信息

其次是基本信息，它主要是为绘图服务的。

导线

软件提供了八种导线类型（图9），其中1相、2相、3相和中性线常用于绘制交流系统回路；

线颜色、线形、线宽

设置图纸上的电线显示效果，设置原则是符合相关标准（国标、企标）同时兼顾能够清晰打印；

电位、电线格式

设置导线编号规则，本次以编辑电位编号规则为例；

延伸数据

是否允许数据延伸，在处理菜单下由延伸数据命令可以实现PLC、端子、导线之间交换属性信息，常用于PLC线号标注。

3) 布线

布线信息忠实的与我们的实体电线，它包含了电线的主要信息。

电缆型号

为什么先从电缆型号开始？因为电缆型号就是按照实物创建的，实际使用中我们将单线（电线）也作为电缆来创建，当我们为电线样式关联了对应电缆型号后，电缆的信息会自动传递到电线样式的布线信息里，这样即实现了数据的最大化重用，又确保了信息的准确性，数据传递关系如图10，除了说明和电线颜色来自于缆芯其余的布线信息均来自电缆型号属性信息；

直径、电线颜色、弯曲半径

这些信息均会影响三维布线，它们是电线的外观与机械参数。

截面积规格、标准电线尺寸

是电线的电气参数。

（图9 导线相分类）

（图10 电缆型号与电线样式数据对应关系）

由此可以看出电线样式是通过基本信息的电位或电线格式实现了编号规则的设置，通过布线下的电缆型号实现与实物的对应。在完成上述的设置后，使用该电线样式绘制的导线既对应了明确的电线型号又确定了相应的编号格式，这样就完成了电线的实体化设计。

2. 编号公式的设定

有了明确的思路，再回到表1所描述的实例看看电位格式如何设定，对于电缆型号的创建在此不做详细介绍（电线只需要创建单芯电缆并确保图10所示关键信息准确即可）。实例中的编号规则可以概阔为五类：

常规电压等级交流回路；
其他电压等级交流回路；
接地回路；
直流回路；
PLC回路。

在软件中编号规则是由公式（表达式）来实现的，公式由变量和函数组成。图11是电位格式管理器的不同界面以及操作说明：可以在预定义格式标签下选用、删除已有格式或保存新编辑的格式；变量和简单格式标签下，列出了系统支持的常用变量，双击变量或选中变量点击添加简单格式即可将变量填入编辑框；功能标签下显示了系统提供的可用函数，添加方式与变量相同。下面给出五类编号规则所对应的公式并作简要说明。

（图11 电位格式管理器）

1) 常规电压等级交流回路编号公式

STRZ(VAL(FILE_ORDERNO),2,0)+COLUMN_TAG+SWITCH(VAL(LINETYPE_PHASE_TYPE),”U”,”V”,”W”,”N”,”PE”,””)+”-“+STRZ(VAL(EQUIPOTENTIAL_ORDERNO),3,0)

含义：两位图纸页码+列标注+相类型前缀+”-“+三位电位编号

函数与参数的具体含义如下：

STRZ( 函数：将数字类型参数1格式化为字符串输出，参数2指定总宽度，参数3指定小数位数

VAL( 函数：将字符串转换为数字

FILE_ORDERNO) 整数型变量：文件序号即页码

,2,0)

+COLUMN_TAG 字符串型变量：列标注（本例需要在工程配置标注里面设置为字母）

+SWITCH( 函数：分支结构，由数字型参数1的值，指定返回后续对应参数

VAL(

LINETYPE_PHASE_TYPE) 整数型变量：相类型，如图九分别对应0~7

,”U”,”V”,”W”,”N”,”PE”,””)

+”-” 字符串型常量

+STRZ(

VAL(

EQUIPOTENTIAL_ORDERNO) 整数型变量：电位计数器

,3,0)

注：公式中字符串可以直接由加号连接，双引号括起来构成字符串常量

2) 其他电压等级交流回路编号公式

STRZ(VAL(FILE_ORDERNO),2,0)+COLUMN_TAG+SWITCH(VAL(LINETYPE_PHASE_TYPE),”U”,”V”,”W”,”N”,”PE”,””)+”-“+STRZ(VAL(EQUIPOTENTIAL_ORDERNO),4,0)

含义：两位图纸页码+列标注+相类型前缀+”-“+四位电位编号

与电压常规电压等级公式相同只是最后的电位号采用4位输出（实际上函数STRZ 的第一个数字参数整数部分超过第二个参数所限制的位数，参数一将会原样输出并不受参数二的限制，只有不足时才会使用前导0来补齐，小数部分的0会忽略，小数点也占一位字符串长度），因为我们想要让其由1001开始编号，那么如何指定起始编号，一种是可以人为的为电位计数器（EQUIPOTENTIAL_ORDERNO）加上1000再格式化输出如：

STRZ(VAL(EQUIPOTENTIAL_ORDERNO +1000),4,0)

本例中使用软件编号群属性提供的一个功能：开始编号自（如图12）

（图12 编号群属性）

3) 接地回路编号公式

“GND”直接使用字符串常量即可。

4) 直流回路编号公式

STRZ(VAL(FILE_ORDERNO),2,0)+COLUMN_TAG+”24V”+”-“+STRZ(VAL(EQUIPOTENTIAL_ORDERNO),3,0)

STRZ(VAL(FILE_ORDERNO),2,0)+COLUMN_TAG+”M24″+”-“+STRZ(VAL(EQUIPOTENTIAL_ORDERNO),3,0)

含义：两位图纸页码+列标注+”24V”或者”M24″+”-“+三位电位编号

5) PLC回路编号公式

STRZ(VAL(FILE_ORDERNO),2,0)+COLUMN_TAG+EQUIPOTENTIAL_USERDATA_0+”-“+EQUIPOTENTIAL_USERDATA_1

含义：两位图纸页码+列标注+电位用户数据一+”-“+电位用户数据二

这里为什么使用电位用户数据而不是PLC通道地址，二者有什么联系呢？我们看一下软件提供的另一个功能：数据延伸（图13）。数据延伸功能支持导线与其连接的PLC和端子类设备之间交换数据（属性内容），使用该功能很方便的将PLC的通道地址或端子号的信息作为导线标注来显示（此处导线必须允许延伸命令设置见图8）。本例中先将PLC标注和PLC通道地址分别延伸至电位用户数据一和电位用户数据二，即公式中的EQUIPOTENTIAL_USERDATA_0和EQUIPOTENTIAL_USERDATA_1变量，再在公式中使用该变量，在需要对PLC部分导线编号时只需执行数据延伸并选中更新电线标注即可。

至此基本完成了电位编号规则的设定，接下来应该是在不同电线样式下选择相应的规则并关联对应的电缆。但是在实际绘图中直流回路常常与PLC一起绘制，为了减少在绘图时对电线样式的选择我们将直流系统编号公式与PLC部分合并，结果如下：

直流正：

STRZ(VAL(FILE_ORDERNO),2,0)+COLUMN_TAG+IIF(ISASCII(EQUIPOTENTIAL_USERDATA_1),(EQUIPOTENTIAL_USERDATA_0+”-“+EQUIPOTENTIAL_USERDATA_1),(“24V”+”-” +STRZ(VAL(EQUIPOTENTIAL_ORDERNO),3,0)))

直流地：只需将公式中的”24V”换为”M24″即可

STRZ(VAL(FILE_ORDERNO),2,0)+COLUMN_TAG+IIF(ISASCII(EQUIPOTENTIAL_USERDATA_1),(EQUIPOTENTIAL_USERDATA_0+”-“+EQUIPOTENTIAL_USERDATA_1),(“M24″+”-” +STRZ(VAL(EQUIPOTENTIAL_ORDERNO),3,0)))

（图13 数据延伸）

IIF( 分支函数：参数一为真，结果为参数二即PLC编号，否则结果为参数三即普通直流编号前半部分在前面做过说明，看一下合并部分内容：

ISASCII(EQUIPOTENTIAL_USERDATA_1) 逻辑函数：判断参数首字母是否为ASCII

,(EQUIPOTENTIAL_USERDATA_0+”-“+EQUIPOTENTIAL_USERDATA_1),

(“24V”+”-” +STRZ(VAL(EQUIPOTENTIAL_ORDERNO),3,0))

)

如此以来会减少电线样式创建，同时节约绘图时电线样式选择的时间，使绘图更加高效流畅（实际绘图时可以先不考虑所使用的电线样式，随后可以方便的另行指定在此不做详解）。

最终的电线样式（图14），使用到的编号规则（图15），用到的电线（单芯电缆图16），接线报表的体现（图17）。

（图14 工程所需电线样式）

（图15 所有编号规则）

（图16 工程用到的电线（单芯电缆））

（图17 接线报表局部）

3. 电线样式小节

梳理一下电线样式的创建过程（图18）：

打开电线样式管理器；
创建电线样式或选择已有样式进行编辑；
分别设置编号规则与关联电缆。

（图18 电线样式的创建过程）

绘制完成原理图后想要完成编号，最终实现图7效果（关于电线标签符号的创建与配置此处不做介绍），还需最后一步：运行编号（图19），在处理下有为新电线编号和重编线号可以使用。

（图19 重编线号）

四、总结

1. 方案成果

相比于传统的电气设计，elecworks可以更好的管理电线物料。并带来以下好处：

1) 提高设计效率

电线样式的使用使工程师无需进行繁琐的手动编号，且在设计发生变更时能够实现一键式重新编号，极大的提高设计效率。

2) 优化研发流程

由于软件能够管理详尽的电线物料信息，同时支持与三维软件无缝集成真正的实现机电一体化设计，使得线长信息准确可靠。很大程度免去样机制作，缩短研发时间。

3) 降低接线员要求

软件可以生成严谨的接线表、灵活的接线图、形象的端子排图纸，从而降低对接线人员的专业要求，同时提高接线的准确性。

4) 提高设备一致性

得益于数据的完整性与准确性，可以实现详尽的接线工艺，从而确保产品具有良好的一致性，提高产品可维护性。

2. 结束语

以终为始的实体化设计，使得设计与制造不再脱节，极大的节约研发时间，也为企业数字样机的创建提供了基础。本文介绍了elecworks实现这一过程的方法，并通过实例演示了电线样式管理的详细步骤。通过本文我们了解elecworks管理物料的思路，同时能够学会正确使用电线样式来应对企业绝大多数的电线物料管理及编号需求。

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