Автоматизированное проектирование низковольтных электрических установок

Традиционно проектирование низковольтных электрических систем было трудоёмким и времязатратным процессом, состоящим из недель инженерных схем, проверки цепей и заказа оборудования по тщательным спискам, составленным в электронных таблицах. Появление автоматизированных инструментов для проектирования низковольтных систем значительно изменило ситуацию. Автоматизированное программное обеспечение теперь позволяет автоматически создавать схемы, выбирать оборудование, рассчитывать кабели и составлять компоновки электрических щитов с возможной экономией времени в районе 30-70%. Именно поэтому появление этой технологии представляет собой большой шаг в развитии инженерного дела для поколения новых инженеров, изготовителей щитов и производителей.

Этот текст пытается предоставить более полную информацию о технологии автоматизированного проектирования НН.

Вкратце: автоматизированное проектирование низковольтных электрических установок заключается в использовании электротехнических CAD/CAE платформ (таких как EPLAN Electric P8, AutoCAD Electrical, SEE Electrical и др.) вместе с использованием библиотеки устройств и данных спецификаций для автоматизации процесса создания электрических проектов.

Что такое автоматизированное проектирование НН?

Автоматизированное проектирование низковольтных электрических систем — это использование программного обеспечения для электротехнического проектирования (электрический CAD или CAE) для проектирования, проверки и реализации электрических проектов в автоматическом режиме, а не создание схем и соединений вручную. Под низковольтными системами мы понимаем определение IEC, означающее электрические установки до 1000 В переменного тока (или 1500 В постоянного тока) — это могут быть шкафы распределения электроэнергии, центры управления двигателями (MCC), управления машинами, распределительные устройства и т.д.

Аспекты, которые могут быть автоматизированы:

• Создание схем — создание диаграмм путём вставки символов и их соединения, а также нумерация проводов выполняется автоматически.
• Проверка правил проектирования — программное обеспечение проверяет возможность подключения устройств и их соответствие стандартам.
• Выбор и подбор устройств — возможно выбирать устройства из баз данных производителей с использованием правил подбора (например, расчёты для координации защит).
• Размещение устройств в щите или корпусе — это установление компоновки устройств на 2D или 3D панелях с учётом расстояний и тепловых характеристик.
• Создание документации — процесс создания схем клеммников, описаний цепей, прокладки кабелей, списков материалов и т.д. выполняется автоматически.

Результатом такого подхода к проектированию является то, что инженерный персонал в целом принимает решения, а программное обеспечение выполняет учётную функцию, где ранее допускалось большинство ошибок.

Почему это важно: проблема ручного проектирования

Ручное проектирование НН имеет три хронические проблемы, на которые напрямую воздействует автоматизация:

Стоимость ошибок компаний, производящих панели или оборудование, высока вдвойне — сначала из-за переработки проекта, затем из-за отказа оборудования на производстве — что подчёркивает необходимость интеграции автоматизированного проектирования с автоматизированным контролем качества производства.

Автоматизированный рабочий процесс проектирования, шаг за шагом

Таймлайн типового проекта автоматизации проектирования НН включает следующие этапы.

• Этап инициализации проекта включает определение стандартов и выбор шаблона компании и библиотеки оборудования.
• На этапе электрификации определяются входящая энергия, уровень распределения, а также потребление (нагрузки: двигатели, осветительные приборы, нагреватели, управляющее оборудование).
• Шаги размещения оборудования и символов включают работу с автоматическими выключателями, управляющими реле и компонентами автоматики, а также электронным оборудованием в соответствии с информацией из библиотеки данных.
• Процедура автоматической проводки включает использование программного обеспечения для автоматического подключения устройств — связывание каждого провода выполняется макросами, что позволяет завершить весь процесс за один раз.
• Проверки правил проектирования должны соблюдаться для валидации соединений с точки зрения правил проектирования, проверки открытых клемм, а также подтверждения соответствия защитных устройств.
• Проводники и защитные устройства рассчитываются с использованием инструментов на основе правил — типы проводов и номиналы защитных устройств оцениваются на основе нагрузок (стандарты IEC 60204-1, таблицы NEC или информация производителей).
• Во время процесса генерации компоновки панели происходит размещение устройств в двух- или трёхмерной установке с учётом зазоров и тепловых нагрузок.
• Документация генерируется автоматически и включает планы клемм, таблицы кабелей, списки проводов, спецификации и этикетки.
• Ожидается успешный экспорт изготовленного оборудования из компьютера в соответствии с используемыми стандартами.

На каждом этапе разработки проекта возможно отслеживать изменения, внесённые в одно из двух устройств, чтобы обеспечить одновременное обновление всей системы схем и документов и избежать разрыва в документации.

Основные программные платформы

Рынок доминируют несколько устоявшихся платформ электрического САПР/САЕ:

В настоящее время EPLAN является стандартом для электротехнического проектирования, в то время как AutoCAD Electrical предпочитается в различных инженерных компаниях, уже использующих программное обеспечение Autodesk. Выбор компаний часто зависит от их собственных систем и характера выполняемой работы.

Основные функции, которые выполняют работу

Мощь автоматизации обусловлена следующими функциями:

• База данных устройств с реальной информацией, включающая данные производителя (например, каталоги поставщиков) и информацию о символах, размерах, номиналах и номерах деталей.
• Макросы — это предварительно собранные стандартные схемы, которые можно вставлять как единое целое, что значительно экономит время в механическом или электрическом проектировании.
• Автоматическая нумерация проводов означает, что каждое соединение имеет свой номер в соответствии с вашей схемой нумерации.
• Проверка правил проектирования (DRC) позволяет внедрять пользовательские проверки на отсутствие деталей и не подключенных контактов.
• Управление перекрестными ссылками также предотвращает ошибки при перекрестных ссылках соединений, включая провода катушек и контактов.
• Управление на основе RW позволяет автоматически генерировать информацию о клеммах непосредственно из схемы.
• Спецификация может быть получена с помощью отчёта BOM, который содержит названия деталей и их цены.
  RW позволяет создавать этикетки и номера проводов, которые можно распечатать в производственном отделе.

Стандарты, делающие автоматизацию возможной

Благодаря использованию стандартов, регулирующих проектирование низковольтных систем, автоматизация становится возможной:

Это стандарты, которые преобразуют электрические проекты из свободных графических изображений в структурированные данные.

Данные устройств: основа автоматизации

Насколько хорошим будет результат автоматического проектирования, определяется исключительно качеством данных устройств, лежащих в его основе. Вот почему мы должны обращать внимание на экосистемы производителей:

• Порталы данных устройств, такие как EPLAN Data Portal или CAD-библиотеки от поставщиков, предоставляют обновленные и проверенные данные о деталях (символы, характеристики, размеры, номера деталей).
• Устройство, выбранное в программном обеспечении, вносит в проект свои реальные электрические данные (в терминах размеров и спецификаций) на основе технических характеристик соответствующего производителя.
• Когда библиотека устройств производителя недоступна, инженеры создают собственные данные — поэтому работа с поставщиками компонентов, которые публикуют полные электрические данные (например, автоматизации производителей автоматических выключателей практики), делает интеграцию проектирования более плавной.
• Поддержка данных важна: устаревшие данные устройств приводят к ошибкам в измерениях проекта, что является одним из немногих случаев, когда автоматизация терпит неудачу из-за ошибок, связанных с данными.

Проектирование оборудования низкого напряжения: от MCC до панелей

Автоматизированное проектирование охватывает все устройства низкого напряжения:

• Распределительные коробки и распределительные панели согласно стандарту IEC 61439: подключение к электрической сети, системы шин, распределение электроэнергии пользователям и координация защиты — все выполняется автоматически.
• Центры управления двигателями: включая пусковые устройства, такие как DOL, звезда-треугольник, мягкие пускатели и частотные преобразователи, все выполнено из стандартных макросов с автоматическим подбором защитных устройств.
• Панели управления машинами согласно стандарту IEC 60204-1: управляющие цепи, PLC I/O, переключатели, исполнительные механизмы, цепи безопасности — проводка выполняется автоматически.
• Электромонтаж в крупных сооружениях: окончательное распределение, электрическое освещение и розетки также выполняются автоматически.

От проектирования к производству: передача на завод

Для производителей преимущество использования автоматизированного проектирования максимизируется, поскольку информация напрямую передается в производство.

• Обработка проводов: готовые списки проводов управляют оборудованием для резки, зачистки и обжима проводов.
• Печать этикеток: номера проводов печатаются из той же базы данных, что и этикетки, поэтому нет разницы между тем, что напечатано, и тем, что показано на чертежах.
• Сборка клемм: схемы расположения клеммных шин и информация для маркировки разрабатываются для рабочего места сборки клемм.
• Тестирование: благодаря автоматизации тестирования информация о соединениях передается напрямую из проекта в тестовые машины, и результаты фиксируются на основе проектов, а не заметок.
• Точность исполнения: поскольку модель служит основой для всего производства, панель, которая отправляется, производится согласно модели, и поэтому отсутствуют расхождения на объекте или проблемы с гарантией.

Измеренные преимущества: время, ошибки, стоимость

Отраслевые результаты автоматизированного проектирования низкого напряжения (типичные диапазоны):

Когда речь идёт об этом расчёте, результат обычно очевиден: любая компания, производящая хотя бы несколько панелей в год, окупит затраты на программное обеспечение и обучение всего за пару проектов, а также продолжит экономить деньги за счёт снижения количества ошибок.

Проблемы и что автоматизация не исправляет

Ниже приведены ограничения, которые следует учитывать при внедрении автоматизации в инженерное проектирование:

• Первоначальные инвестиции в автоматизацию инженерного цикла могут быть значительными, включая лицензии на ПО, обучение и настройку библиотек (пользователям требуется несколько недель или месяцев, чтобы привыкнуть к новым инструментам).
• Качество результатов ограничено качеством данных; если библиотеки устарели или отсутствуют, результаты, полученные с помощью автоматизации, будут ошибочными.
• Автоматизация не заменяет человеческое мышление и опыт; хотя программное обеспечение выполняет проверки и формирует документацию, инженеры несут ответственность за процесс принятия решений.
• Все шаблоны компании, рабочие процессы и процессы должны быть стандартизированы, чтобы обеспечить преимущества автоматизации; в противном случае плохие привычки при создании чертежей приведут к плохим результатам.
• Управление наследием: необходимо учитывать, что существующие ручные чертежи потребуется конвертировать.

Как внедрить автоматизированное проектирование низковольтных систем

Логичная стратегия внедрения:

• Выберите программу, которая подходит вашей экосистеме (EPLAN для промышленности/машиностроения; AutoCAD Electrical для консалтинга).
• Создайте рабочую структуру: бизнес-шаблоны, стандарты (наименование IEC 81346), библиотека символов и устройств от поставщиков, которых вы часто используете.
• Разработайте макросы для стандартных схем — именно здесь достигается большая часть экономии времени.
• Обучите пилотную команду на одном типе проекта; проанализируйте время и ошибки до и после внедрения.
• Внедрите стандарты работы — шаблоны и контрольные списки могут быть обязательными для каждого проекта.
• Связь с производством: обработка кабелей, печать этикеток и заводское тестирование.
• Контроль данных: назначьте ответственных за библиотеки и обновляйте их при появлении новых продуктов.

Часто задаваемые вопросы

Какое программное обеспечение используется для автоматизированного электрического проектирования?

Основные платформы включают EPLAN Electric P8 (промышленный стандарт для электрического проектирования в панелях и машинах), AutoCAD Electrical (популярный среди консультантов и малых предприятий), SEE Electrical (продукт среднего уровня) и 3D-интегрированные инструменты, такие как EPLAN Pro Panel и SolidWorks Electrical. Эти платформы автоматизируют нумерацию проводов, проверку правил проектирования, подбор устройств, генерацию спецификаций и документацию с использованием структурированных данных об устройствах.

Какие стандарты регулируют проектирование низковольтных электрических систем?

Основными стандартами являются IEC 60204-1 (электрооборудование машин), IEC 61439 (низковольтные распределительные устройства), IEC 81346 (обозначения), IEC 61082 (документация) и IEC 60617 (графические символы), а также стандарты на устройства, такие как IEC 60947 и UL 489. Эти стандарты содержат все данные, которые используются и проверяются программным обеспечением для автоматизации.

Сколько времени экономит автоматизированное электрическое проектирование?

Общие отчёты показывают улучшение цикла проектирования от 30% до 70% с лучшими результатами на повторяемых промышленных схемах, разработанных из макроблоков (например, пускатели двигателей и контуры управления). Ошибки подключения и документации сокращаются на 50% до 90%, так как проверки правил проектирования выявляют ошибки во время проектирования, а не при тестировании щитов. Для любого предприятия, выполняющего несколько щитов в год, окупаемость обычно наступает в первых нескольких проектах.

Заменяет ли автоматизированное проектирование инженеров-электриков?

Вовсе нет; оно устраняет утомительную бумажную работу и черчение, но не заменяет инженерию. Инженер по-прежнему принимает решения по архитектуре, концепции защиты, логике безопасности и оборудованию; программное обеспечение лишь автоматизирует проводку, проверки, расчёты и документацию. Таким образом, инженеры тратят больше времени на разработку решений и меньше на создание чертежей — следовательно, завод получает более точные результаты.

Ссылки

1. EPLAN — платформа электротехнического проектирования Electric P8 и Pro Panel
2. Autodesk — AutoCAD Electrical
3. IEC 60204-1 — Электрооборудование машин; IEC 61439 — низковольтные сборки; IEC 81346 — обозначения
4. NFPA 70 (NEC) — требования к низковольтным установкам (в контексте США)
5. UL — стандарты UL 489 и UL 508A для промышленных панелей управления
6. IGN (SEE Electrical) — программное обеспечение для электрического САПР/САЕ

Заключение

Автоматическое проектирование низковольтных электрических установок уже не является вопросом выбора, а необходимостью в гонке. Инженеры теперь имеют средства для продвинутого электрического проектирования, а также инструменты электрического компьютерного проектирования, структурированные данные оборудования и стандарты, такие как IEC 81346 и IEC 61439, которые позволяют автоматически создавать схемы, выбирать оборудование, проверять проекты и передавать данные в производственный процесс одновременно. Инвестиции реальны, но и результат: автоматизированное проектирование — это связующее звено между инженерией и автоматизированным производством для производителей щитов и машин, а также других производителей.