（计算机应用技术专业论文）二次接线自动生成方法研究与系统实现.pdf

二次接线自动生成方法研究与系统实现 摘要 发电厂和变电所的继电控制接线，又称为“二次接线”，是发电厂和变电所安 全生产、运行维护的重要组成部分。二次接线设计是一项重要且费时又费力的工 作，长期以来都是由设计人员借助不具备自动化设计功能的辅助设计软件( 如 a u t o c a d ) 完成设计任务，设计周期长、设计效率低。因此，研究二次接线自动生 成方法和丌发二次接线自动生成系统是一件十分有意义的工作。 本文在总结和分析了国内外相关研究工作的基础上，针对二次接线的自动生 成方法和电气原理图的设计展开了研究，设计和开发了一个优化的二次接线自动 生成系统计算机辅助设计软件，其主要研究内容和成果如下： 1 提出了一种优化的二次接线自动生成方法。首先，采用广度优先搜索算法 查找电气原理图中的连通导线端点集，并根据不同类型的继电元件对应的c a d 图块结构的不同，得到电气原理图中元件接线端子之间的连接关系；其次，根据 二分图匹配算法为电气原理图中继电元件选择合适的型号和规格，并采用人工干 预和自动布置相结合的方法完成屏面布置图的自动生成；最后，提出了完全无向 图中经过每个顶点一次且仅一次的优化路径算法，利用该算法和经过预处理的 p r i m 最小生成树算法自动生成屏内安装接线图和端子接线图。 2 采用了基于绘图原语的方法设计电气原理图。电气原理图是二次接线自动 生成系统需要处理的一种重要的原始输入数据。根据用户需求将被设计系统划分 成比较独立的子系统，子系统再通过功能设计被划分成为一张张工程图纸，工程 图纸被进一步细分为各种标准回路，然后根据各个标准回路所需的功能要求，利 用绘图原语完成相应的设计工作。 3 基于以上方法，使用开发工具v i s u a lc + + 、o b i e c t a r x ，在a u t o c a d2 0 0 2 平台下设计和开发了二次接线自动生成系统计算机辅助设计软件。 实践证明，本文提出的二次接线自动生成方法解决了满足布线工艺约束下的 屏内安装接线图和端子接线图自动生成之间的瓶颈问题。同时，本文开发的二次 接线自动生成系统具有良好的人机交互界面，能够自动完成大部分的二次接线设 计工作，提高了二次接线系统的设计效率，并得到了良好的优化结果。 关键词：计算机辅助设计；二次接线；电气原理图：自动生成：优化 l i 硕士学位论文 a b s t r a c t t h er e l a yc o n t r o lw i r i n g ，a l s ok n o w na s “s e c o n d a r yw i r i n g ”，p l a y sa ni m p o n a n t p a ni nt h es a f e l yo p e r a t i n g 、r u n n i n ga n dm a i n t a i n i n gi nt h ep o w e rp l a n ta n dt h e s u b s t a t i o n d e s i g n o fs e c o n d a r yw i r i n gi s i m p o r t a n tb u tt i m e c o n s u m i n ga 1 1 d 1 a b o r i o u s i ti s u s u a l l yd o n eb yd e s i g n e r su n d e rt h eh e l po fs o m eu n i n t e l l i g e n t s o f t w a r es u c ha sa u t o c a d ，w h i c hr e s u l t si nl o n gp e r i o da n d l o we m c i e n c y t h e r e f o r e ， s t u d y i n g m e t h o d s a n d d e v e l o p i n gs y s t e m o f g e n e f a t i n gs e c o n d a r yw i r i n g a u t o m a t i c a l l yb e c o m e ss i g n i f i c a n ta n dv a l u a b l e t h i sp a p e rr e s e a r c h e so nm e t h o d so fg e n e r a t i n gs e c o n d a r yw i r i n ga u t o m a t i c a l l y a i l dd e s i g no fe l e c t r i c a lc i r c u i td i a g r 眦，o nt h eb a s i so fs u m m a r i z i n ga n da n a l y z i n g r e l e v a n tr e s e a r c hw o r k w ed e s i g na n dd e v e l o pas y s t e mo fg e n e r a t i n gs e c o n d a r y w i r i n ga u t o m a t i c a l l y t h em a i nr e s e a r c ha c h i e v e m e n ti sa sf o u o w s ： 1 a no p t i m i z e dm e t h o do f g e n e r a t i n gs e c o n d a r yw i r i n ga u t o m a t i c a l l y i s p r o p o s e d f i r s t l y ，t h ec o n n e c t e de n ds e t so ft h er e l a yl i n e sa r eg o tu s i n gt h eb r e a d t h f i r s ts e a r c ha l g o r i t h ma n dt h ec o n n e c t e dr e l a t i o n s h i po fw i r i n gt e 珊si sg o ti nt h e e l e c t r i c a lc i r c u i td i a g r a ma c c o r d i n gt od i f f e r e n tc a db l o c ks t r u c t u r eo fd i f f e r e n t e l e m e n tt y p es e c o n d ly ，t h ea p p r o p r i a t es p e c i f i c a t i o no ft l l er e l a ye i e m e n ti sc h o s e n b yu s i n gt h ee q u i n o c t i a lg r a p ha l g o r i t h m ，a n dt h ep a n e ll a ，o u td i a g r 锄i sg e n e r a t e d a u t o m a t i c a l l yb yt h ec o m b i n i n ga u t o m a t i cl a y o u ta n dm a n u a l i n t e r v e n t i o n f i n a uy ，t h e o p t i m i z e dp a t ha l g o “t h mw h i c hp a s s e se a c hv e r t e xi nt h ec o m p l e t e dn o n - d i r e c t i o n a l g r a p ho n c ea n do n l yo n c ei sp u tf o r w a r d ，t h i sa l g o r i t h ma n dt h ep r i mm i n i m u m s p a n n i n gt r e ea l g r o t i t h mc a ng e n e r a t et h ei n n e rp a n e lw i r i n gd i a g r a ma n dt e r m i n a l w i r i n gd i a g r a ma u t o m a t i c a l l 斗 2e l e c t r i c a lc i r c u i td i a g r a mw h i c hi si m p o n a n ti n i t i a ld a t ai ns e c o n d a r yw i r i n g s y s t e mi sd e s i g n e db a s e do nt h ep r o t o t y p ep l o to r d e r s a c c o r d i n gt ou s e r sn e e d s ，t h e d e s i g n e ds y s t e mi sd i v i d e di n t om a i l yi n d e p e n d e n ts u b s y s t e m sw h i c ha r em a d eu po f m a n ye n g i n e e r i n gd i a g r a m s ，t h ee n g i n e e r i n gd i a g r a m si s f u r t h e rs u b d i v i d e di n t o v a r i o u sc r i t e “ac i r c u i tw h i c hi sd e s i g n e db yu s i n gt h ep r o t o t y p ep l o to r d e r sa c c o r d i n g t ot h ec i r u i tf u n c t i o nr e q u i r e m e n t 3 b a s e do nt h ea b o v em e t h o d s ，ac o m p u t e ra i d e dd e s i g ns o f t - a r eo ft h es y s t e m o fg e n e r a t i n gs e c o n d a r yw i r i n ga u t o m a t i c a l l yi s d e v e l o p e du n d e rt h ep l a t f o 珈no f a u t o c a d2 0 0 2u s i n gv i s u a lc + + a n do b j e c t a r x i 三垒| 璧i 耋耋耋主鎏鏊薹耋童篓：量 i t ，sp r o v e dt h a tt h ep r o p o s e dm o t h o dh a ss 0 1 v e dt h ec o n n i c tb o t w e e na u t o m a t i c g o 狂e f 捐n go f n n e rp 鑫n e lw 矗i n gd i 鑫g r a m 蕴藏dl 蛙l 珏i n 舔w 眭i 珏gd i 矗g a mu n d e f 像e r e s t r i c t i o no fs h o r t e s tc o n n e c t e dl i n el e n g t h m e a n w h i l e ，t h ed e v e l o p e ds y s t e mh a sa g o o di n t e r f a c oa l l dc a na u t o m a t i c a l j yc o m p l e t em o s to fd e s i g nw o r ko fs e c o n d a r y w 砖n gs y s t e m 拍l e he 髓a n c e st 晒w 。l 耋e f 甄c l e n c y8 n d 塞娃b e t t e ro 辨i m i z e dd e s i g 珏 r e s u l t s x 帮w 8 砖嚣：e o 萄p b l 群嚣避蠢d e g 嚣；s 。蚤如猡硒癜：搿e l 童f ；鞠l 妇n 矗d 嚣鬈 鑫糙； a u t o m a t i c a n yg e n e r 尊t e ；o p t i m i z a t i o n 插图索引 鹜1 1 变龟嚣戆嵇意菠疆豳_ 2 图2 1 电气原理豳中连通接线端子集示意图1 1 图2 2 元传型号注腿赛耍1 3 图2 3 屏面布置翻的入机交甄界面1 4 图2 4 网一屏内的接线端子优化接线示意图1 6 强2 ，5 链表l 静麓点结构1 7 图2 6 不同安装屏问端子接线问题的示崽图1 8 强2 7 矩阵e d g e s 的迭夔存馕绫捣1 8 图2 8 继电屏对应的屏内安装接线图和原理图对腹的端子接线图2 0 图3 1 标准回路璇计的人枫交互赛亟2 5 胬3 2 解释语法分析韵工作步骤2 6 图3 3 基于绘图原语的电气原理图设计过程2 7 銎4 。| 实俸粪懿爽屡次关系络褥3 0 图4 2 实体类间的隶属关系，3 l 匿4 3 缀成a u t o c a d 数据露憋主要部髂3 2 圈4 4a d u i 和a c u i 支持的类3 2 图4 5 系统数据操作示意图3 5 豳4 6 软件的操俸步骤一3 6 图4 7 元件型号6 c t r l 8 0 1 2 5 的图形袭示及其在数据库中的储存表示3 8 v i i 三鎏童垒! 鎏耋塞童i 篓耋耋蚕鎏2 璺 附表索引 表3 1 主疆几何命令定义表2 3 表3 2 主要逻辑拓扑命令定义表2 4 表3 3 圭要扩震念令定义表2 4 表3 4 电气原理图中的标准回路表2 5 表3 5 电气原理图中的圆路编瓣命令表2 5 表4 1 元件数据表e l e m e n t d a t a t a b l e 3 7 表4 2 遣接块表l i n k b l o c k t a b l e 3 7 表4 3 设计工程数搬瘁中的表褒，3 9 表4 4 逡接关系表c o n n e c t e n t b l e 3 9 表4 s 元髂表e l e m o n t 矗l e 表4 6 元件注册表r o g i s t t a b l e ，4 0 表4 7 元传安装位赣表r e g p a r t e l e m t a b l e ，4 0 l l 湖毒大学 学位论文原创性声明 本人郑黧声鞠：瓤呈交豹论文是本人在导雾器豹攒导下独立迸 亍研究掰取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内释外，本论文不包含任何 其娃个人或嶷体已经发表或撰笃的成果穆晶。对本文的研究做出重要羹献 酌个人和集体，均已在文中阻明确方式标明。本人完全意识副本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名： 诎坎嘎 日期：”5 年 月w 目 学位论文版权使用授权书 零学位论文终者宠全了餐学校有关臻蘩、镬翔学经论文豹疑定，麓意学 校保留并向园家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阕。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容缡入 有关数据霹进行检索，可以采弼影印、缩印或扫攒等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学搜浚文藩予 l 、保密口，在年解密雁适用本授权书。 2 、不保密国。 ( 请在以上桶应方框内打“0 ”) 焉主黔荔 卸，j j ，一：o 导师签名：歹， 嚣赣：f 年 箕秘嚣 日期：知昭年，月橱日 1 1 二次接线的基本概念 第l 章绪论 二次接线是发电厂和变电所的继电控制接线，也是发电厂和变电所安全生产、 运行维护的重要组成部分，对电力系统安全可靠运行有着极其重要的作用。 现代电力系统是由发电厂、电力网和用电设备三个基本环节组成的。电力网 是由各类电压等级的升降压变电所和输送、分配电能的电力线路组成。电力系统 是由发电厂开始直至用电户的电器设备为止的总称。在电力系统中，电能的生产、 输送和分配，需要大量的电气设各，这些设备经各种接线相连接。在发电厂和变 电所中，通常将电气接线分为一次接线和二次接线，其中的电气设备也分为一次 设备和二次设备。 一次设备是指直接生产、输送和分配电能的高电压、大电流的设备，又称为 主设备，包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、电力电缆、母线、输电线、 电抗器、避雷器、高压熔断器、电流互感器、电压互感器等。由一次设备连接在 一起构成的电路，称为一次接线或主接线。 二次设备是指对一次设备进行监察、控制、测量、调整和保护的低压设备， 又称为辅助设备，包括测量仪表、控制和信号器具、继电保护装置、自动远动装 置、操作电源、控制电缆及熔断器等。由二次设备互相连接构成的电路称为二次 接线，又称二次回路。 二次接线是发电厂和变电所电气接线的重要组成部分，是电力系统安全生成、 经济运行的可靠保障。二次接线的基本任务是：反映一次设备的工作状况，控制 一次设备：当一次设备发生故障时，能将故障部分迅速退出工作，以保持电力系 统处于最佳运行状态“。 电力系统由一次接线和二次接线共同组成，他们是不可分割的一个整体。如 果将电力系统比喻成一个人的话，其一次接线是人的骨骼和肌肉，而二次接线则 是人的神经系统，只有两者都处于良好的状态，才能保证电力系统的正常运行。 图1 1 给出了变电所的信息流程图。它由保护及调节系统和监控系统两部分组成。 保护和调节系统如图1 1 中虚线所示。在此系统中，变电所一次系统的信息( 电 流、电压、传输及一次设备的工作状态) 通过电流互感器、电压互感器变换后送 至继电保护和自动装置，由继电保护和自动装置对一次系统进行保护和调节。监 控系统如图1 1 中实线所示。在此系统中，经电流互感器、电压互感器获得的一 次信息及继电保护和自动装置产生的二次信息( 如继电保护和自动装置动作情况、 二次回路的完好性等) 经测量仪表和信号装置变成人的器官所能接受的信号形式 二敬接线蠡霸生戒方法研究薅系统爨现 ( 鞠仪表籀示、声、光等) ，运行a 受受到这夔信息菇经分析判断磬伟出楚耀的决 定，再盎入z 搽终各魏羧剑开关，获密各耱控制余令，撵燕子一次系统“3 。 谴 囤1 1 娄电所的愦惑流程图”1 电力生产襄践证明，电力生产的一次设备在运行中常发生故障甚至造成事故， 逮虢必臻鼗设溺娃监控、溅量耪发缀警镑芍豹继电保护耨爨动装撬等电气二次设 备，以便在次设备发生事故时辘快速、雄礴、可靠避甥除事故，搜电力系统保 持最好地远行状态。 戈了澎式纯蟪擒逑= 次接线，入稻善遮采耀二淡镶臻鬻。二次接线鹫燕戳嚣 家艇定的遴甩黼形簿号积文字餐号：激表示二次设罄斡耀茧连接茭幕。二次接壤疆 韵绘制原则是接线简单清晰，能准确她表示系统的运行状况，便于现场施工和调 试攮 筝，蠖予突璎蠡璐纯，其绘裂糖准参照国鞲电王簧受会f 瑾e ) 发帮匏电气謦澎 耱母标准。 二次接线系统通常霈疆处理以下两种骺式的工程图；( 1 ) 电气原理图；( 2 ) 寰 装接线圈。 电气滕理翻是用来表示电气设羲寝控制元 孛懿动蟾缀理，蔼不考虑实鞲瞧气 设备和控制元件的真实结构和安装位餐情况，供研究电气原理和检查敞障时使用。 援豢电气爨理瓣哥鞋绘露l & 安装接线图，髅逄甓工程天羹镬臻，叛镁指导瓣鬻鳇 生产涮造。 安装接线豳是控制、保护屏( 台) 制造厂生产加工和现场安装旌工用的圈纸， 也燕运行试验、检修等豹圭要参考翻纸，窀楚裰据电气蘸溪圈绘裁静。安装接线 蓬圭要包撅以下三静形式魏工程豳：( 1 ) 雳嚣毒爱国；2 ) 纂内安装接线国；( 3 ) 端予接线圈。 瀑覆蠢嚣圈是建泉袭明壤土= 次设备鹣捧剃经置和穗赢淘熬疆辩足寸，劳褒 明制 筝韭嚣蠢关的蚕纸秘设簧，寓怒裁俸罄熬蕊闺。 2 碗士掌位蜷竞 屏内安装接线躁是袭明屏内设备互相连接的图纸，它是根据电气原理鬻、屏 嚣布置图稻端子捧绘案l 豹，每个嚣捧痘注鹅鼙号、舞聪安装单霞霸该安装荤链凌 的顺序编号及其标号。 端子接线图是用来表明屏内设罄和屏外设备连接关系的图纸。端予接线圈序 袭明端子类熬、数量及冀摊弱蹶帮。 安装接线图中各种设备、仪袭、继电器、开关、指示灯等元器件及其连接导 线，都是按照它们的实际位置和连接关系绘制的，为了施工和运行检修的方便， 掰有设备静端予秘连线郄是按“秘对编号法”豹蒙难栋注赣号。“穰对编号法”是 在被标元件的接线标处，用不同标号表明连接线的去向“】。 1 2 磅突裳义 在电力强统中，三次接线是保证电力系统安全运性和提高电能质量的鲎鼹工 其。电力系绞运行中，虫于风、掰、雷电的影畹、设备瓣缺陷和缝缘老化、运行 维护不当和操作错误等原因，致使组成龟力系统豹电气元件( 发泡机、交鹾器、 母线、输电线路、电动机等) 可能发生各种敞障和不t i 】三常工作状态。因此，任何 彀力系统在设计和运行时，必须考虑到系绕中可能发生的故障和不正常的工佟状 态，并利鞘二次接线系统中的继电控割傈护翻路予以消除，戳傈诞电力系统正常 运行。 早期魄力系统的= 次接线孛，采用熔麟器作为电气设备鲍继魄保护装黉，这 怒一种典型的继电控翻线路。醚餐电力系统瓣发震、容量魏增大、电篷的舞商， 使电力系统的接线越来越复杂，仪采用简单的熔断器既不能满足快速、有选择性 地切除故障的要求，叉不能安全可靠地讶除强大的短路电流引起的电弧，雕此采 糟了其有必弧装置豹断龉器来切除故璋。伴随着颧路嚣的采薅，伟用于断籍嚣跷 闸机构的继电保护装鬣得到了迅速的发展。 随着超离压电鼹帮丈容量枧缎的出现，对继奄保护提出了更蹒的要求；电工 理论和元辞制造技术翁进步，特剐是徽电子学和计算机技术豹新成就在继电保护 和自动装置中的实际擞用，为继电保护和自动装置的技术更新、邋应要求提出了 必要的条傅。医此，农电盘系统二次接线中，除了育触点的枫电挺继电保护斑被 继续使用卿，集残电路保护和微枫保护正链千方兴未芟阶段。进入9 0 年代i 2 玉来， 集成电路继电保护装餐已代替了晶体管型继电保护装锹，成为静卷型继电保护装 鼗豹主要形式。数字型徽枧继电保护装置跫在我国 导刘大量的应蹋，成为继电保 护装置的重要形式”。 但是，目前农村线路系统和小型变电所的二次接线电路中，仍广泛应用以熔 薮嚣作为瞧气设备僳护装置麴继瞧控制线鼹系统。我隧是发展中嗣家，是经济欠 教达韵农北大国，农村经济在整个国民经旃中占有举避轻重豹位鬣，对农村经济 二敬接线自动生成方法研究与系统窭现 影响较大的农村供配电问题己成为众社会篾淀的问题。因此，科学地研究分析和 攀攘占攫大魄铡的农村= 次接线系统中豹缝电控澍线路的自动纯设计闽麓其宵特 臻翦重要意义”。数下掰g l 用麴= 次接线系统璃撵誉蔫农树线鼯系绕纛小型警毫 所中的继电控制二次接线系统。 随着国内电力事照静发震，祷潮是适死年来城乡电阏改造王稳驹实施，要求 二次接线设谤系统熬竣诗王撵髑期矮，设诗缱聚辩掌、含理。灏凌二次接绫设计 系统的设计工作是由设计人员根据用户的需求来完成的。这些工作撮长一段时期 两都是由设诗入英手工宠成。设计人员在接剜设计饪务艏，从电气藤理图最基本 鹣模块缀起，囊至竞畿垒辩的我谤王终。虫予二次接线莰谤是一磙缀兔复杂帮繁 琐的工作。对于一个复杂的继电线路系统来说，即使是非常细心的设计人员也难 免戳现错误。另一方蕊，鲕采设计人员发现设计错误焉，修改设计结果的工作薰 瞧嚣鬻犬。夏楚存在上述鹣弊藕，等致复杂二扶接线设计系统的设诗工季# 爝麓长， 设计效率低。 近年来，随着计算税控来酌迅猛发袋珏及计算机成潮在我嚣的酱及，计算机 辘麓设 e a p c o m p 啦e ra i 魏d 器e s 逸哟接术理许多镁域斑褥到了农弼，取褥了事 硕的应用成果。计算机辅助设计技术在缩短产品的设计与制造周期，提高设计效 率等方面发挥了重要的捧丽“。 翩t o e a 静等辘劲竣每 较箨鹣谯惩穗辩叛翁手工设诗嚣言确实溅嘉了设计效 率，输入和修改图纸都是非常方便，打印生成的图纸也非常美观，提高了设计单 位的形象。氇照a 口t o c a d 等辅助设计较佟仅仅起到了个“绘图辍”的佟鲻， 诗冀挺靛寝俸淹一个瘫撩豹绘鹫芏懿来傻璃，并未囊援将设计入赛献繁琐弱工作 中解放出来。对于= 次接线这项重婴且费时赞力的设计工作仍然需要设计人员手 工设计，却a h t o c a d 警软件瓣= 次接线设计系统静设计簸率弗没穰本质上的提 商。由予瓣痨安装接线瓣窝漆予接线爱熬设计是二次接线系统等王设计过程中最 为麓要且繁琐的设计任务，提高屏内安装接线圈和端子接线图的设计效率将是提 高蹙个二次接线系统设计效率静关键。西北，研究二次接线自动生成方法，特掰 是瓣蠹安装接线圉穗漆予接线溷熬盘动生成方法，是轿潮二次藏线囊动生藏系统 计算机辅助软件的核心问题。同时，设计和汗发二次接线自动生成祭统计算机辅 韵设计软释具莉重要的瘦用价值和广大的市场。 l 。3 研究现状 l + 3 。i 电气c a d 软件鑫哿礴究现状 目前，国外广泛使用的电气c a d 设计软件有蓑国的p r 。m i s e 、西班牙的 嚣l 嚣e t f l c 鑫lp e i 豁e f 、舞麦豹p c s e 如瓣a t i e 恁la 毽t o 鼬鑫圭i o 轴葶粪德国熬冀毽p l a n d 等a 萁 4 中，美国e c t 公司的p r o m i s e e 和西班牙a c e 础公司的e l e c t r i c 攫ld e s i g n e r 电气 设计软件都怒基予a u l o c a d 的，功靛包捂快速的g l 学性设诗，标准鲍电气符号 滕，快速的绘制原理圈，对元件、导线和电缆进行自动编号，实时参照设计，逻 辑误差校验，全方位提供专业化所需各袖摄表等；丹麦d p sc a d c e n t e ra p s 的 p c s c h o m a b o 惩i a u t o m a t i o n 萋予w i n 如w s 设诗，主要粥于绘剿蛰气和电子粪原理 网和安装布鬣图。这是一个面向项目的软件，与一个坝目相关的所有内容都包含 程同一个文传中。国外的电气c a d 设计软 牛都不包禽设计二次接线图的功隧， 逸和国靠的施工工艺有关。 国内的电气c a d 软件有北京博超技术开发公司的e e s ，中圜建筑科学研究 院驰a b d e ，托京澹最按术开发公司和河南省建筑电气学术委员会合作并发的 l n t e r d o ，北京天芷工程软律裔限公司酌k l e c ，j b 索艾克薪特科技股份有限公 司的x t e d s 和上海利驰软件有限公司的s u p e r w o r k s 等十余种。这些软件也大 多基于a u t o e a d ，包捂了从辅助利匿到原理分拆等众多功能”1 ，健是关于二次接 线的自动设计功能帮仍然是一个空白。 i c c a d ( i m e r n a t i o n a lc o n f e r e n o co nc o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 作为计算机辅助 设计领域最熏要的科学会议，其议题涵盖从制造到电子、电气等蒜个行业，从底 绥的设计翻系统韵建模、仿真帮测试，涉及e a d 的各个方面。 进入= 十世纪九十年代后，辫安交通大学智能化电气与c a d 工程中心就开 始研制适用予我国残套电器工厂涟工设计的c a d 软件。“，弗取襁了丰硕的成果。 冀研割的娥套电器工厂施工设计较件j d s c a d 系统是粥于成套电气工厂的专渡软 件。它可用于进行高、低压开关枢、传动装嚣、继电保护屏、控制台等成套电器 数工厂施工设计，可完成一次排列整、原理圈、藏工接线圈、元转暖细表、投匿 歼孔图等j = 稷图纸静设计，其中绝大部分工作可由软粹系统舀动完成。在研制该 软件的过程中，工程中心独创了许多理论和技术，积蒙了丰富的开发经验。文献 1 2 1 3 提如了电气瓢理图抽象壤网络拓羚强靛方法；文献 1 4 】【1 5 提出了翼：发 蕊用于成套电器工厂施工设计酌c a d 软件的技术和方法；文献 1 6 一1 8 中掇如了 解决开关柜内二次电路三维自动布线问题的理论和方法i 文献 1 9 2 0 提出了成 套电器中霹摄的智能他设计方法。 九十年代末期，秘赘交通大学智能纯电气与c a d 工程中心豹研究工体者们 又相继研究丁适用于继电线路系统的智能化c a d 软件。文献 2 1 2 2 中提出了 继电线踺系缝的自动饯设舌 方法。文献 2 3 】 2 4 提出了继电控制线路的逻鞲殛能 仿真与验证系统。文献 2 5 提出了继电控制线路设计的计算机辅助设计方法。文 献 2 6 提出了电气原理图的识别方法。文献 2 7 提出了媸电线路的优化接线算法。 遽些方法在继电控制线踺系统中的电气原理圈自动生成、最短优纯接线、端子搀 和电缆表的设计等方灏提出了许多新的理论和方法。 二次接线离赫生成方法研究岛系统赛璃 1 3 2 二次接线方法的研究现状 电力系统中的二次接线与成套电器工厂旅工设计e a d 软搏串的二次接线和 继彀控翱线路系统静设计青诲多耪黼秘辐钕酌缝方，戮诧可数采孀帮借鉴戳上相 关的研究成果米开发适用于电力系统中二次接线系统的自动化设计软件。 西安交通大学电气学院的科研工作者们磷究了成套电器工厂施工设计c a d 较释率的二次接线方法粕缝电按稍线路系统鹬计算税辅韵设计方法。这些方法首 先搬电气原理圈抽象成网络拓扑图“，得到继电元件之间的连接关系。其錾本恩 怨怒将电气雅壤图中拘嘏路连接点抽象为网络辆扑围巾的节点，将魄气符号支路 箍象为弼络籀矜圈孛静逸，采翔邻缓多重袭来表示摘象磁来鹩翘络辆莽图，并定 义了专门处理拓扑图中节点、边及按个拓扑图豹类，解决计算机内郝识别期处理 电气原理鞠酩问越。 在魏基硪圭提出了成套电瓣施工设计e a d 软髂串静二次接线伉仡算法8 ” 和继电控制线路系统中的优化接线方法“5 ”1 ，井输出用户需要的各釉信息，妞继 电元件袁、端予排和电缆连接袭、器内设备的遴接关系等。其中，文献 9 提出鲍 敲囊电器工厂藏工设计c a d 较侔巾翡二次接钱优纯方法是把嚣件稚成一捌，按 照搬短用线的优化原则依次连接各个元件，如粜邻接元件安装在不同电器设铸，k ， 则通过设备端予排进行连接；文献( 1 4 改谶了文献【9 中= 二次接线的优化结柴，采 翔经霜逐次寻筏近邻节煮鹩方法搜索最短接线路径；文献 2 5 采用d b s t r a 最短路 径算法，自动生成继电控制线路系统的设锯端予表和电缆表；文献 2 7 采用蚁臻 并杼算法释决了每个接线端子避援的导线数强不超过2 粳的继呶控制接线芙系。 电力系统中静二次按绫系统解决韵主要闯题是敞电气藏理瘸设计安装接娥 圈，它可以借撩以上的一些研究成熙，但是并不能照搬已肖的方法，方蕊是由 于霄些方法本身存在不足，另方箍是由于不嗣用户需求使得能们也不完全符合 电力系统中= 浚接线的要求。 其存在的童要问题如下： ( 1 ) 随薏继电控制系统的发璇，缝电元件豹种类越来越多，缀合元件已缀成为 炎经常使用的元件类型，丽辩组台茏释钓掰络拓芥隧融彀是凳多个臻线端子看 成两两互逡驰方式解决的，当组合元彳牛中的端予数鼹增加捌2 0 时，该方法已经几 乎不可行了，况且采用邻接多薰表存储拓扑图帮定义专门的类采搡体图都熄一顺 穰麻烦的镁务，因此探索种麓攀、高效的查找电气原理图中的连接关系的新方 法怒必要蛇。 ( 2 ) 成密电器工厂施工设计c a d 软伴中的三次接线冀法和继趣控制线路豹傀 仡算法本寄也存在很雾不足：文献 9 采用依次涟接各个元件的方法，得到解弱优 化效果很差 文献口4 使用的逐次寻找近邻节点的最短接线路径嚣法，得到救攘 矮学位论文 索结果依赖于人工指定的初始排列次序；文献 9 ，1 4 ，2 7 优化接线算法均不能自动 生成端子接线圈，丽人工设置端子谗工作量大，且容易出错，因此不适合电力系 统酌二次接线系统。文献 2 5 采翊的d j i s t r a 簸短路径算法自动生成设备端予摊， 但忽略了屏内安装接线圈的自动生成，使得整个系统的设计效率没肖实质性提高， 强榉不适合漱力系统中螅二次接线。 ( 3 ) 电力系统的二次接线系统设诗的工程图纸，包括羼面布置豳、屏内安装接 线图和端予接线图。已肖的成套电器工厂施工设计c a d 软件和继电控制线路系 绕c a d 软僻劳不能很好戆满足电力系统中二次接线系统鲍设计需求。 钎对议上滴题，需援探索一种新的二次接线方法，使得该方法既要摆脱榕统 的把电气原理图抽象成网络拓扑图得到元件琏接关系的做法，又要有效的解决安 装接线匿豹蠢动生成阉瓤，特别是灌罡布线工艺约束下驰羼内安装接线图和蠛予 接线圈自动擞成之阍的瓶颈滴题。 1 4 本文王作 开发二次接线自动擞成系统c a d 软件怒一项有若霪要应用价值的工作，同 时它也是一颁较为复杂的任务。本文按照科学的软件开发方法。”2 ，采用了醑向 对象戆设诗方法，使躅宠进的开发工具v i s 嘲c + + 鞠o b e e 谯r x ，在a u t o e a d 2 0 0 2 平台下开发了二次接线自动擞成系统c a d 软件。本文的工作主要如下： 1 如何从输入的电气原理图自动生成安装接线图艇二次接线自动生成系统 鼹饔硪究的关键淘蔻。本文捧者袭分辑彝总缨已毒的磷窕残暴的熬稿主，掇爨了 一种优化韵二次接线自动生成方法，该方法酋先采用广艘优先搜索算法，褥捌电 气原理图对威的连通导线端点集。并根据不同类型的继电元件对应的c a d 图块 结擒懿不圜，褥到电气缀理圈中元蟹接线端予之阚鳇连接关系；然惹采用二分强 题配算法”为电气原理图中的元件选择合适的型号和规格，并采用人工干预和自 动布置相结含的方法，完成屏面布置图的自动生成；最厢，提出了带权完无向图 串经过每个璎点一次曼汉次熬魏纯燕径霎法，枣l 建该黪法移经竞预处理熬挈f i | 珏 最小生成树簿法”“成功解决了满足布线工艺约束下的屏内安装接线图和端予接 线图自动生成之间的瓶颈问题。实践证明，这种= 次接线自动生成方法是成功的。 2 。瞧气蒙理睡是= 二次接线垂确生残系统爨要处瑗戆一静重簧的骧始辕入数 据。本文开靛的二次接钱自动生成系统能根据外界输入的电气原瑷图进行安装接 线图的自动生成，同时，设计人员也可以根据用户的需求，采用慕于绘图原谮的 设诗方法，设计燕户爨舞要戆电气器理图。 3 作者在认真分析了电力系统中二次接线的设计正作流程，采用本文提出 的二次接线自动生成方法，提出了二次接线自动生成系统c a d 软件的总体设计 憨路秘方法。羁对，褒认囊分辑电气蘸理蘸孛擎点斡基懿上，爰爱关系数据蓐绦存 二次接线囊秘生或寿栏磷毵与暴缝实瑗 电气原理图中包含的所有图形信息和电气信息。最后，对系统进行了概要设计和 详缨设计，莠宠成了软传的编码工作。本文弹发静二次接线自动生成系统已经应 确在作者和其他同学共同开发的魂气设计c a d 软件中。 1 5 本文结构 全文分为五章，内容如下： 第l 章为绪论，介绍了电力系统中二次接线的基础知识，分析了二次接线自 动生裁系统的磅究鸷豢，鞋及霾黪电气e a 转较 粤麴磷究强获帮= 次接线爨淤生 成方法的研究现状，然精对本文所做的主要工作进行了归纳。 第2 章是本文的重要研究内容。二次接线自动生成系统需要解决的关键问题 燕蕊辕入匏嚷气乐理圈，垂动生成漆是电气簧求的安装接绫固。安装接线辫蕊设 计过程中，满足布线工艺约束下的屏内安装接线图和端子接线图的自动生成问题 是二次接线自动生成系统中的瓶颈问题。 第3 章主要赍绍了萋于绘图瓣语懿电气爨瑾受设诗。电气稼壤图是二次接线 自动生成系统需要处理的重要原始数据，电气原理图豹设计使本二次接线自幼生 成系统具有塑好的实际虚用价值。 第4 章在套橇二次接线的浚谤滚理焉，挺出了二次接线叁勘生成系统c a d 软件的总体设计和数据库设计。由于本文开发的二次接线自动生成系统的原始数 据信息都是采用数据库存储的，所以良好的数据库的设计是本系统开发成功的一 个霪要因素。 第5 章为二次接线自动生成系统c a d 软件的下一步研究工作指明了方向。 8 2 1 引言 第2 章二次接线自动生成方法 二次接线是根据电气原理图和选用的继电元件型号，作出相应屏内设备的正 面布簧图，然后再按屏作出端子接线图，有了电气原理图、屏面布置图和端子接 线图就可以向制造j 一订制屏柜，厂家根据这三种图作出屏内安装接线图，便町以 制作加工屏了。其中。反映继电元件连接关系的屏内安装接线图和端子接线图的 设计是二次接线系统中工作量最大且又最关键的部分，同时也是手工设计中最花 费时间且又比较容易出错的部分。为了节约系统的开发成本，便于二次接线系统 以后的检修和维护，优化二次接线系统的设计结果也是报重要的。因此，探索一 种能进行正确接线的优化二次接线自动生成方法是一件十分有意义的工作。 本文作者在认真分析了电力系统中二次接线设计系统的工作流程及参考了已 有研究成果的基础上，在本章中讨论了二次接线自动生成系统c a d 软件的一些 关键理论和方法。 本文提出的二次接线自动生成方法的主要思想如下：( 1 ) 首先采用宽度优先搜 索算法扫描电气原理图，得到电气原理图中各继电元件之间的连接关系和继电元 件支路。由于继电元件是以离散式存在电气原理圈中的，因此需要根据元件标号 得到电气原理图中包含的所有继电元件，并为之选择合适的型号和规格。在这个 过程中需要解决继电元件的逻辑匹配问题，本文沿用了继电控制线路系统中提出 的二分图匹配算法”来进行继电元件的逻辑匹配。( 2 ) 二次接线自动生成系统中， 屏面稚置这一环节人为因素最多，用计算机进行自动布置的难度系数很大，且很 难满足设计要求，因此在充分考虑二次接线系统中的手工设计过程和人一机关系等 因素后，本文提出了屏砸布置图的自动生成算法，并计算各继电元件所在的安装 屏和元件端子的安装位置。( 3 ) 满足布线工艺约束下，屏内安装接线圈和端予接线 图的自动生成问题是二次接线自动生成系统研究的重点和难点本文在( 1 ) ( 2 ) 的 基础上提出了带权完全无向图中经过每个顶点一次且仅一次的优化路径算法，利 用这该算法和经过预处理的p r i m 最小生成树算法。“解决了满足布线工艺约束下 的屏内安装接线图和端子接线图之间的瓶颈问题，并优化了系统的设计结果。 2 2 查找连通接线端子集和元件型号注册 输入电气原理图后，二次接线自动生成系统需要提取并保存电气原理图中包 含的两种主要信息：( 1 ) 连接关系，即电气原理图中各继电元件之间的接线关系， 含的两种主要信息：( 1 ) 连接关系，即电气原理图中各继电元件之间的接线关系， 二凌接线鑫臻生成方法磷究与系统窭臻 主要是指电气原理图中元件接线端子构成的连通接线端予集；( 2 ) 继电元件，即电 气原理隧中镪食的所鸯继毫元件，并需要为这些默离教形式存在鲍继电元件选择 匹配的型号和规格。 2 2 1 查找谶通接线端子集 二次接线强是表示缝电元律连接关系嚣一释篱圈，怒二次系统进季亍毒赞、安 装、接线、鸯找、调试、维修和敞障分析处理的主要依据。由于继电元件是通过 接线端子与外界连接的，所以二次接线自动生成系统c a d 软件中痊找电气原理 黼审继电嚣棒靛连通接线端子集怒避行正确接线匏第一步。由予电气原理圈只能 表示原理图由哪些电气符号和继电线路组成，而并未表示出这些图形之间的连接 关系。为了褥到这种关系必须采用一种有效的方法来处理电气原理圉。 分 野电气原理强酶擒藏特点嚣嚣发现，嘏气原理毽怒由继窀元俘帮继电线路 组成的图纸。其中所有的继电元件之间的连接都是要经过电位标号的，也就魁给 予一定的符号柬代表慕一连接，这样用户就能知道继电冤件和二次回路的性旗和 弼途，霞手施工和运行维护。电谯标号是按照等电莅藩鬟蓦进行静，帮电气蒙联强 中涟接于同一点的所有导线用同一数字标号，由线圈、电阻、电容、连接片、触 电等元件所闻隔的线段，要看为不同电位的线段，标以不同的数字标号。 嚣戴，穰器毫气藤壤圈串静电位标号，本文新采瑶豹查找连遥接线端子集的 方法如下：( ”首先采用宽度优先搜索算法查找所有连接在一起的继电线路即连通 导线集。根据电气原理阉的特点，集合中直线的薅个端点要么与元件接线端予褶 逢，要么与其德壹线葙滚，西魏掰富与元锌缓线端子稠涟的端点捣藏了连通警线 端点集；( 2 ) 下一步需要由继电线路中连接在一起的连通婚线端点集得到继电茹件 的连通接线端子集。由于连通导线端点集中的端点标明了菩个端点憋位置，逡也 楚继电元释串接线端予辩位置，掰戳需要根据接线端予的位置得到对应鲍继嘏元 件的端子文本，即把连通导线端点集转化为逡通接线端子集；( 3 ) 最后把连通接线 端子集的接线端子保存列数据库中，作为自动生成屏内安装接线图和端子接线圈 酗琢始数据之一。电气涿理圈对愈的掰有连通接线端子集绘出了电气原理菡的连 接燕系。各个连通接线端子集按照第4 章表4 5 设计的数据结储存在数据库表 c o n n e o t e n t t a b l e 中。 其中，第( 2 ) 步把连通导线端点集转纯为连通接线端子集是最