基于Eplan二次開發(fā)的電氣輔助設(shè)計工具集的設(shè)計與實現(xiàn)

張 旭，姚 璋，袁友汶，黃 鵬

（中國核動力研究設(shè)計院 核反應堆系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)重點實驗室，成都 610213）

0 引言

隨著電氣設(shè)計行業(yè)的發(fā)展，計算機軟件在現(xiàn)代電氣產(chǎn)品的設(shè)計制造過程中的作用越來越大。計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）軟件最早應用于機械設(shè)計，后逐漸用于電氣設(shè)計，取代了電氣手工繪圖。使用計算機軟件輔助設(shè)計可提高設(shè)計效率，減少重復工作，使得設(shè)計更加規(guī)范，便于優(yōu)化設(shè)計和設(shè)計成果的重復使用。同時，該應用也大幅減輕設(shè)計人員的工作負荷，減少人因差錯的數(shù)量。傳統(tǒng)的CAD 軟件通過繪制簡單圖形來完成電氣原理設(shè)計，未賦予電氣設(shè)備電氣屬性，后期在進行圖樣修改、設(shè)備命名、線號編制及物料統(tǒng)計時會帶給設(shè)計人員大量繁瑣的工作。隨著制造能力的發(fā)展和產(chǎn)品設(shè)計復雜程度的提高，計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）逐漸取代了傳統(tǒng)的CAD 設(shè)計。CAE 軟件可以更好地滿足自動化設(shè)計的整體需求，輔助工程項目的整體實施，提供高效的電氣設(shè)計與管理。

Eplan 軟件作為較早被引入國內(nèi)的專業(yè)CAE 軟件，在專業(yè)設(shè)計平臺的標準化工作上體現(xiàn)很好的效果，涵蓋了大量標準的符號庫、部件庫和圖框等，作為基于數(shù)據(jù)庫的專業(yè)電氣設(shè)計軟件，對設(shè)計數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)一化管理[1]。但是，面對不同使用者在設(shè)計過程中的特殊需求，Eplan 在功能上無法給予完全適合的響應，此時可對Eplan 進行二次開發(fā)，增加相應合適的功能。輔助設(shè)計工具的開發(fā)可以極大地便利設(shè)計人員，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。本文以幾種不同功能需求為例，分別針對自動畫圖、中斷點批量編輯、邏輯仿真交互、快速增加云狀圖標識和標簽標識表自動生成功能，有效地解決了大量重復性、機械性的作業(yè)，借助計算機來規(guī)避設(shè)計人員可能由于疏忽造成的錯誤。

1 功能需求

基于DCS 電氣設(shè)計人員日常設(shè)計過程中的反饋，自動畫圖、中斷點批量編輯、邏輯仿真交互、快速增加云狀圖標識和標簽標識表自動生成等功能，存在較為強烈的開發(fā)需求。

1.1 自動畫圖

對于一些冗余性較強的系統(tǒng)，其電氣圖紙中存在大量重復、相似的線路內(nèi)容。傳統(tǒng)的畫圖方法可以由設(shè)計人員在以其他類似已完成項目的圖紙基礎(chǔ)上進行修改，或手動插入頁宏后進行修改，但這樣工作量較大，設(shè)計人員更希望能夠通過自動化的方式，實現(xiàn)格式固定的圖紙的生成。應用二次開發(fā)的方式，可以更加高效地進行使用頁宏，實現(xiàn)自動畫圖、快速畫圖的目的[2]。

1.2 中斷點批量編輯

Eplan 軟件中自帶有表格式編輯的功能，能夠有效地提高設(shè)計效率。表格式編輯是Eplan 中針對批量元件的屬性進行修改時提供的快速編輯的功能，使用時可同時選取多個元件，如端子、連接點等在屬性列表中進行修改。表格式編輯與Excel 軟件同時使用，可充分利用Excel 軟件對于表格數(shù)據(jù)強大的處理能力，將處理好的數(shù)據(jù)直接粘貼回Eplan 中，實現(xiàn)快速填充。

Eplan 通過中斷點在同一頁面或不同頁面內(nèi)實現(xiàn)信號的連續(xù)，在電氣設(shè)計中的應用十分普遍。某些頁面會通過大量中斷點的使用，來避免電氣線路的錯綜交叉。但Eplan對于中斷點沒有提供表格式批量編輯的功能，當涉及到大量中斷點修改時，設(shè)計人員的工作會尤為繁瑣，因此設(shè)計人員對中斷點進行批量表格式編輯存在迫切的開發(fā)需求。

1.3 邏輯仿真交互

電氣設(shè)計圖紙中包括大量硬件元器件搭接的硬邏輯子模塊。Eplan 軟件本身不具備仿真運算功能，這為驗證硬邏輯電路搭接是否正確帶來了困難。對于復雜的硬邏輯功能，設(shè)計人員難以在設(shè)計過程中及時進行驗證。輔助工具可以提供此方面的功能，通過與其他仿真軟件的耦合來實現(xiàn)快速邏輯仿真的需求。

1.4 快速添加云狀圖標識

按照工程設(shè)計要求，在進行電氣設(shè)計圖紙升版或變更時需要對修改部分用“云狀圖”進行標識。設(shè)計人員反映在進行云圖標識時工作量較大，需要根據(jù)修改部分選取合適的區(qū)域，增加方框后再修改屬性為云狀圖。若能夠開發(fā)快速云圖編輯工具高效地對待標識區(qū)域進行標記，可有效地減輕設(shè)計人員負擔。

1.5 標簽標識表自動生成

在DCS 電氣設(shè)計的布置圖中，主要完成機柜及其內(nèi)部設(shè)備的布置，同時完成設(shè)備的標簽信息匯總。標簽信息主要對機柜內(nèi)部需要貼標的機箱、模塊等設(shè)備的標簽內(nèi)容進行詳細說明，用于確認機柜中各設(shè)備標簽詳細信息。標簽列表通常包含了標簽信息和設(shè)備描述，所有標簽按標簽編碼順序從上到下、從左到右依次排列。傳統(tǒng)的做法由設(shè)計人員根據(jù)安裝板上布置的設(shè)備，按順序手動填寫標簽信息，其步驟較為繁瑣。如能通過輔助工具讀取設(shè)備信息后，自動生成標簽匯總表，可以有效提高設(shè)計效率。

本文以上述需求為例，開發(fā)了一套電氣輔助設(shè)計工具集，覆蓋了上述功能需求，體現(xiàn)了Eplan 二次開發(fā)技術(shù)在電氣設(shè)計中的應用。

2 功能設(shè)計

2.1 自動畫圖

宏是經(jīng)常反復使用的部分電路或典型電路方案，是模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在設(shè)計過程中，可以將經(jīng)常使用的電路保存為宏，在未來使用時直接插入宏文件。Eplan 中的宏包括符號宏、窗口宏和頁宏，符號宏通常為一個設(shè)備，窗口宏可以是一個簡單的電路或一個單線或多線設(shè)備，頁宏則包括了一頁或多頁的圖紙。宏的使用將設(shè)計模式由傳統(tǒng)的圖形化設(shè)計改進為模塊化設(shè)計，有效避免了繁重的重復性工作，節(jié)約了設(shè)計時間。

自動畫圖通過調(diào)用頁宏的方式實現(xiàn)，其步驟如圖1 所示，包括：

1）讀取輸入信息，分析得到圖紙的頁數(shù)和選用的頁宏種類。

2）調(diào)用頁宏，將輸入信息填入頁宏中的對應元件。

3）刪除多余元件，添加缺少的元件。

4）逐頁實現(xiàn)圖紙的繪制。

其中，采用C#語言編寫的插入頁宏的代碼如下：

Insert i = new Insert();

圖1 自動畫圖工具實現(xiàn)流程Fig.1 Implementation process of automatic drawing tool

i.PageMacro(@"C:UsersPublicEPLAN 宏fan.emp",page, pj, true) ;

自動畫圖工具可實現(xiàn)在Eplan 環(huán)境下，根據(jù)提供的輸入信息自動調(diào)用不同類型的頁宏，生成的圖表滿足項目及規(guī)范要求，且支持批量處理功能。

2.2 中斷點批量編輯

本文實現(xiàn)了一種中斷點批量編輯的工具，對同頁面的中斷點進行批量表格式編輯，該工具的開發(fā)流程如圖2 所示。

該功能的入口方式采用右鍵點擊菜單的入口方式，借助Form 控件為框架制作人機界面對話框，供用戶操作，如圖3、圖4 所示。

實現(xiàn)流程及主要功能代碼如下：

1）獲取選擇元件集合代碼

SelectionSetss = new SelectionSet();

StorableObject[] SelectedFuns = ss.Selection;

2）篩選中斷點代碼

if (SelectedFuns[i].GetType().Name == "InterruptionPoint"){……}

結(jié)合用戶實際使用的情況，用戶要填入Form 上的表格控件中的內(nèi)容多是由MS Excel 軟件中復制而來的，如果在Form 控件上直接進行Ctrl+V 操作，會被Eplan 軟件誤認為用戶想要復制圖紙的內(nèi)容，而不是來自Excel 的內(nèi)容。考慮到Eplan 軟件的上述特性，故不能采用Ctrl+V 的方式粘貼，因而設(shè)置“粘貼”按鈕實現(xiàn)粘貼功能。

選擇待粘貼區(qū)域的左上角或選擇完整的粘貼區(qū)域，再點擊“粘貼”按鈕，此時剪切板上的內(nèi)容會粘貼到Form 上的表格控件上。用戶點擊“確認”按鈕后，遍歷表格控件的每行，獲取用戶輸入的中斷點信息，并回填Eplan 圖紙中。隨后清空中斷點信息，結(jié)束本次操作。

圖2 中斷點批量編輯工具實現(xiàn)流程Fig.2 Breakpoint batch editing tool implementation process

圖3 中斷點批量編輯功能入口Fig.3 Function entry for batch editing of breakpoints

Form 的三列中，“原標識符”不可修改，用于為用戶直觀地對應每個元件。新標識符默認填充原標識符相同的信息，可以修改。連接點描述信息對應中斷點的連接點描述屬性，該屬性也是常用的填充屬性之一。新標識符和連接點描述信息在點擊確認后，會填入Eplan。

2.3 邏輯仿真交互

借助Simulink 等仿真軟件或自研的仿真邏輯運算程序，可實現(xiàn)邏輯仿真交互功能。為了實現(xiàn)和仿真軟件的對接，應對Eplan 二次開發(fā)兩種功能，即導出硬邏輯信息的功能和與仿真程序數(shù)據(jù)交互的功能。

2.3.1 導出硬邏輯信息的功能

導出信息包括元部件信息、連接線信息，見表1、表2。

2.3.2 與仿真程序交互數(shù)據(jù)功能

利用進程間通信技術(shù)，實現(xiàn)兩個軟件的數(shù)據(jù)交互。如圖5 所示，采用共享內(nèi)存的方法，二者共同維護共享內(nèi)存的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的賦值和輸出數(shù)據(jù)的讀取。

圖4 中斷點批量編輯界面Fig.4 Batch editing interface of breakpoints

圖5 仿真程序數(shù)據(jù)交互示意圖Fig.5 Simulation program data interaction diagram

圖6為Eplan 中通過繼電器搭接的邏輯“與”電路，與仿真程序交互后，可在圖中K1、K2 和300UM 元件旁直接看到邏輯運算結(jié)果。

2.4 快速添加云狀圖標識

本文實現(xiàn)了一種快捷工具可以對圖紙中修改部分進行云狀圖標識，流程圖如圖7 所示。

實現(xiàn)流程及部分代碼如下：

1）獲取選中元件集合

StorableObject[] SelectedFuns = ss.Selection;

2）遍歷各元件位置坐標

foreach (StorableObject f in SelectedFuns){……}

3）按類別獲取元件位置坐標

if (f.GetType().Name == "InterruptionPoint"){

x = ((InterruptionPoint)f).Location.X;

表1 元部件信息表Table 1 Component information table

表2 連線信息表Table 2 Connection information table

圖6 邏輯“與”電路Fig.6 The circuit of logical "and"

y = ((InterruptionPoint)f).Location.Y;

}

else if (f.GetType().Name == "Text"){

x = ((Text)f).Location.X;

y = ((Text)f).Location.Y;

}

else if (f.GetType().Name == "Function"){

x = ((Function)f).Location.X;

y = ((Function)f).Location.Y;

}

4）插入矩形，修改線型

Rectangle rec = new Rectangle();

rec.Create((Page)ss.Document);

Pen pen = new Pen();

pen.ColorId = Color.Id.Green;

pen.StyleId = 41;

rec.Pen = pen;

圖7 快速增加云狀圖工具實現(xiàn)流程Fig.7 Implementation process of rapidly adding cloud graph tool

圖8 標簽標識表自動生成實現(xiàn)流程Fig.8 Implementation process of automatic generation of label identification table

圖9 自動生成的標簽標識表Fig.9 Automatic label generation table

2.5 標簽標識表自動生成

本文實現(xiàn)了一種快捷工具可以自動生成標簽標識表，流程圖如圖8 所示。

獲取布置圖中元件的名稱的代碼如下：

foreach (ArticleReference a in f.ArticleReferences){

string name = (a.IdentifyingName.Contains("-")) ?a.IdentifyingName.Split('-')[1]: a.IdentifyingName;

……}

該工具自動生成的標簽標識表如圖9 所示。

3 總結(jié)

針對電氣設(shè)計軟件Eplan 的二次開發(fā)可以有效地解決軟件在實際項目中的不足。本文使用C#語言編寫了動態(tài)鏈接庫格式的函數(shù)庫，通過Eplan 中的API 接口加載運行，設(shè)計并實現(xiàn)了幾種輔助設(shè)計工具，針對DCS 系統(tǒng)電氣設(shè)計中的實際問題而開發(fā)，幾種輔助工具的應用均取得了良好的效果。