Системы автоматизированного проектирования электротехнических установок

УДК [631.371:621.31]:004.896(075.8)
ББК 46.76я73
 
Я49

Р е ц е н з е н т ы: кафедра автоматизации производственных процессов и электротехники 
УО «Белорусский государственный технологический университет» (доцент кафедры кандидат технических наук О.Г. Барашко); доцент кафедры «Робототехнические системы» Белорусского национального технического университета кандидат технических наук Ю.Е. Лившиц

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее части не может 
быть осуществлено без разрешения издательства.

ISBN 978-985-06-3218-0 
© Якубовская Е.С., 2020
 
© Оформление. УП «Издательство
 
“Вышэйшая школа”», 2020

Условные обозначения

ЕСКД – Единая система конструкторской документации
ИМ 
– исполнительный механизм
ЛК 
– левая кнопка
ЛС 
– линии связи
НКУ 
– низковольтное комплектное устройство
ПК 
– правая кнопка
ПЛК 
– программируемый логический контроллер
ПУЭ 
– правила устройства электроустановок
САПР – система автоматизированного проектирования
(CAD – Computer Aided Desing)
СПДС – Система проектной документации в строительстве
СУБД 
– система управления базами данных
УГО 
– условное графическое обозначение
УСО 
– устройство связи с объектом

ÂÂÅÄÅÍÈÅ

Умение проектировать технические системы является основной компетенцией инженера. Однако это сложный, многоэтапный процесс, который требует поддержки современных информационных средств и сегодня немыслим без использования систем автоматизированного проектирования (САПР). САПР позволяет 
сократить временные затраты на выпуск проекта, облегчить труд проектировщика и обеспечить соответствие проектной документации нормативным требованиям. Однако работа в САПР требует комплекса специальных умений и навыков, 
приобрести которые можно, досконально изучив возможности современных пакетов САПР в процессе разработки конкретной проектной документации.
Поэтому целью учебной дисциплины «Системы автоматизированного проектирования» является формирование профессиональных знаний и практических 
навыков использования пакетов САПР для разработки проектной документации 
электротехнического проекта.
Задачи дисциплины:
 
ознакомление с системами автоматизированного проектирования, позволяющими формировать документацию электротехнического проекта, методами 
автоматизированного проектирования;
 
освоение принципов создания документации электротехнического проекта 
с помощью пакета САПР;
 
формирование умений работы в электротехнических САПР и создание проектной документации с их помощью.
Подготовка специалиста в рамках учебной дисциплины «Системы автоматизированного проектирования» должна обеспечить формирование специальной 
компетенции: быть способным использовать информационные технологии при 
эксплуатации электрооборудования, выполнять конструкторские работы с применением инструментов САПР, моделировать электротехнические процессы в части овладения способностью выполнять конструкторские работы с использованием инструментов САПР, формирования умения разрабатывать проектную документацию с помощью электротехнических САПР.
Основным пакетом САПР, позволяющим сформировать документацию электротехнического проекта, является CADElectro Enerdgy, предоставленный для использования в образовательном процессе ОДО НПП «Техникон» (http://www.
technikon.by). Данная САПР является на сегодняшний момент лучшей электротехнической САПР.
Ввиду некоторого различия состава проектной документации электротехнического проекта и проекта автоматизации наполнение раздела 3 различается для 
специальностей «Энергетическое обеспечение сельского хозяйства (по направлениям)» и «Автоматизация технологических процессов и производств (по направлениям)».

ÂÂÅÄÅÍÈÅ
 ÀÂÒÎÌÀÒÈÇÈÐÎÂÀÍÍÎÅ ÏÐÎÅÊÒÈÐÎÂÀÍÈÅ

1.1. Îñíîâíûå ïîíÿòèÿ â ÑÀÏÐ

Вся история научно-технического развития человечества говорит о том, что 
человек стремился выполнение наиболее рутинной работы переложить на механизмы или машины. И сегодня работа проектировщика за обычным кульманом, 
расчеты с помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом. Современный уровень развития программных 
и технических средств электронной вычислительной техники позволяет перейти 
от традиционных ручных методов конструирования и проектирования к новым 
информационным технологиям с использованием ЭВМ, создавать системы автоматизации разработки и выполнения проектно-конструкторской документации, 
удовлетворяющие Единой системе конструкторской документации (ЕСКД) и Системе проектной документации в строительстве (СПДС) как по качеству исполнения документов, так и по соблюдению требований стандартов. Основы знаний 
и практических навыков использования САПР для разработки проектной документации сегодня необходимы каждому инженеру.
Система автоматизированного проектирования произошла от английского 
CAD – Computer Aided Design, что в переводе обозначает «проектирование с помощью компьютера». Сегодня это весьма сложные системы, обеспечивающие 
всестороннюю поддержку проектировщика. САПР – это человекомашинная система управления процессом проектирования, представляющая собой автоматизированную систему управления технологическим процессом создания технической документации, необходимой для изготовления проектируемого объекта.
В любой САПР выделяют следующие виды обеспечения:
 
техническое, включающее различные аппаратные средства;
 
математическое, объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;
 
программное, представляемое компьютерными программами САПР;
 
информационное, состоящее из баз данных, систем управления базами данных (СУБД), а также других данных, используемых при проектировании. Вся совокупность используемых при проектировании баз данных называется информационным фондом САПР, а базы данных вместе с СУБД – банком данных;
 
лингвистическое, выражаемое языками общения между проектировщиками 
и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;
 
организационное, представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия;
 
методическое, представляемое руководствами и инструкциями работы с пакетами программ САПР.

1

Наиболее сложным вопросом разработки САПР является математическое обеспечение, требующее, прежде всего, формализации процесса разработки документа.
Электротехническое проектирование относится к проектированию сложных 
систем и основано на применении идей и принципов, изложенных в ряде теорий 
и подходов. Наиболее общим подходом является системный подход, который 
включает в себя выявление структуры системы, типизацию связей, определение 
атрибутов, анализ влияния внешней среды.
Разновидности системного подхода [1] следующие:
 
структурный подход, который требует синтезировать варианты системы 
из блоков и оценивать эти варианты при их частичном переборе;
 
блочно-иерархический, при котором осуществляется декомпозиция сложных описаний объектов на иерархические уровни и аспекты (восходящий и нисходящий стили);
 
объектно-ориентированный, являющийся наиболее распространенным сегодня и оперирующий классами объектов, имеющих свойства, над которыми 
можно проделывать определенные действия.
Для САПР сложных систем характерны структуризация процесса проектирования, выражаемая декомпозицией (разделением) проектных задач и документации, выделением стадий, этапов, проектных процедур, типизация и унификация 
проектных решений.

Вопросы и задания для самоподготовки

1. Соотнесите понятие с его смыслом.

Понятие
Смысл

1. САПР
А. Cистема, характеризуемая большим числом элементов и, что 
наиболее важно, большим числом взаимосвязей элементов

2. Система
Б. Множество элементов, находящихся в отношениях и связях между собой

3. Сложная
система
В. Человекомашинная система управления процессом проектирования, представляющая собой автоматизированную систему управления технологическим процессом создания технической документации, необходимой для изготовления проектируемого объекта

2. Является ли система AutoCAD САПР?
3. Какие преимущества дает предприятию применение САПР?
4. Что включает в себя информационное обеспечение САПР?
5. Разработка какого обеспечения является наиболее сложным вопросом?
6. Соотнесите понятие с его смыслом.

Понятие
Смысл

1. База данных
А. Вся совокупность используемых при проектировании баз данных

2. Банк данных
Б. Базы данных вместе с СУБД

3. Информационный фонд САПР
В. Совокупно сть определенным образом организованных данных, 
хранящихся в запоминающих устройствах и предназначенных для 
коллективного пользования

7. Каковы особенности проектирования сложных систем?
8. В чем заключается системный подход, используемый при проектировании сложных 
систем?
9. Что характерно для САПР сложных систем?

1.2. Öåëè è çàäà÷è ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ

Целью электротехнического проектирования является разработка эффективного и экономически выгодного варианта управления установкой или процессом, 
системы питания, освещения и т.п. Для этого проектировщик должен решить следующие задачи:
 
изучить объект проектирования;
 
предложить варианты технического решения системы управления, питания 
и т.д.;
 
реализовать это решение схемно и выбрать из громадной номенклатуры 
современных аппаратных средств наиболее эффективные для его осуществления;
 
разработать раскрывающую данное техническое решение проектную документацию, отвечающую нормативным требованиям.
Эффективность технического решения, т.е. собственно творческий процесс 
в проектировании, зависит от таланта и опыта проектировщика. А то, насколько 
быстро это решение будет реализовано в проектной документации (что является 
также немаловажным фактором во временных затратах на выпуск проекта и соответственно условием выигрыша предприятия (фирмы) в условиях конкуренции), определяется способом проектирования.
Основным документом, устанавливающим общие требования к проектам, 
является ТКП 45-1.02-295-2014 (02250) [2]. Согласно этому документу объекты 
обычно проектируют в две стадии: архитектурный проект и строительный проект. 
Стадийность проектирования зависит от сложности проектируемого объекта. Для 
технически несложных объектов или при использовании типовых решений проектирование может включать одну стадию – строительный проект.
Архитектурный проект – проектная документация, обеспечивающая представление о материальном образе объекта, среде обитания, его размерах, физических параметрах и художественно-эстетических качествах. Все основные технические и экономические вопросы на этой стадии решаются без особой детализации, с общими принципиальными выводами о возможности и целесообразности 
реализации проекта. В состав проектных материалов такой стадии входят пояснительная записка, структурные схемы управления и контроля, схемы автоматизации, ведомости приборов и средств автоматизации и электроаппаратуры, сметы 
на приобретение и монтаж технических средств автоматизации, планы расположения щитов и пультов.
На основании утвержденного архитектурного проекта создают строительный 
проект. На этом этапе разрабатывают проектную документацию, обеспечивающую непосредственную реализацию инвестиций в строительство объектов. 
На стадии строительного проекта, создаваемого для несложных объектов, проектные материалы объединяют цели и задачи, ставящиеся на стадиях архитектурного и строительного проектов.

Строительный проект – проектная документация, обеспечивающая непосредственную реализацию инвестиций в строительство объектов.
Состав строительного проекта соответствует составу рабочей документации 
на строительство объекта и уточняется заказчиком и проектировщиком.
В состав электротехнического проекта обычно входят принципиальные электрические схемы и перечень элементов к ним, монтажная документация (таблицы 
или схемы соединений и подключений, наборов зажимов и т.п.), документация 
на щиты управления, планы расположения оборудования или освещения, генпланы, спецификации и ведомости.
Структура проекта автоматизации несколько отличается. В состав рабочей 
документации систем автоматизации согласно ГОСТ 21.408-2013 [3] входят:
 
рабочие чертежи, предназначенные для производства работ по монтажу технических средств автоматизации. Комплект рабочих чертежей в общем случае 
включает:
 
– общие данные по чертежам (СТБ 2255-2012 [4]) и дополнительно к ним 
таб лицу исходных данных и расчетов сужающих устройств, регулирующих 
органов, перечень закладных конструкций, первичных приборов и технических средств автоматизации;
 
– схемы автоматизации;
 
– схемы принципиальные;
 
– схемы (таблицы) соединений и подключения внешних проводок;
 
– чертежи расположения оборудования и внешних проводок;
 
– чертежи установок средств автоматизации;
 
эскизные чертежи общих видов нетиповых средств автоматизации;
 
спецификация оборудования, изделий и материалов.
Чертежи выполняют в оптимальных масштабах с учетом их сложности и насыщенности информацией. Масштабы на чертежах не указывают, за исключением чертежей изделий и других случаев, предусмотренных в соответствующих стандартах СПДС.
Каждый лист графического и текстового документа должен иметь основную 
надпись и дополнительные графы к ней. Расположение основной надписи, дополнительные графы к ней, а также размеры рамок должны соответствовать указанным в приложении Д СТБ 2255-2012 (рис. 1.1).
Основную надпись оформляют:
 
на листах основных комплектов чертежей, чертежей разделов документации 
строительного проекта – по форме Е.1 СТБ 2255-2012 (рис. 1.2);
 
первом листе чертежей строительных изделий – по форме Е.2 СТБ 2255-2012 
(рис. 1.3);
 
первых листах текстовых документов и эскизных чертежей общих видов нетиповых изделий – по форме Е.3 СТБ 2255-2012 (рис. 1.4);
 
последующих листах чертежей строительных изделий, текстовых документов и эскизных чертежей общих видов нетиповых изделий – по форме Е.4 
СТБ 2255-2012 (рис. 1.5).
В графах основной надписи и дополнительных графах к ней указывают:
 
в графе 1 – обозначение документа;
 
графе 2 – наименование предприятия, в состав которого входит здание, или 
наименование микрорайона (согласно [5] «Тема проекта»);
 
графе 3 – наименование здания (сооружения);
 
графе 4 – наименование изображений, помещенных на данном листе;

Рис. 1.1. Расположение основной надписи, дополнительных граф к ней и размерных рамок на листах 
(*в скобках указаны размеры рамок на листах типовой проектной документации)

графе 5 – наименование изделия и / или наименование документа;
 
графе 6 – условное обозначение стадии «Строительный проект» – «С»;
 
графе 7 – порядковый номер листа. На документах, состоящих из одного 
листа, графу не заполняют;

Рис. 1.2. Форма основной надписи и дополнительных граф к ней для листов основных комплектов 
чертежей, чертежей разделов документации строительного проекта

Рис. 1.3. Форма основной надписи и дополнительных граф к ней для первого листа чертежей строительных изделий

графе 8 – общее число листов документа;
 
графе 9 – наименование или различительный индекс организации, разработавшей документ;
 
графе 10 – характер работы (разработал, проверил, нормоконтроль, утвердил); допускается свободные строки заполнять по усмотрению разработчика названиями должностей лиц, ответственных за выпуск документа;
 
графах 11–13 – фамилии и подписи лиц, указанных в графе 11, и дату подписания;
 
графах 14–19 – графы таблицы изменений;
 
графе 20 – инвентарный номер подлинника;
 
графе 21 – подпись лица, принявшего подлинник на хранение, и дату приемки (число, месяц, год);
 
графе 22 – инвентарный номер подлинника документа, взамен которого 
выпущен подлинник;
 
графе 23 – обозначение материала детали (графу заполняют только на чертежах деталей);
 
графе 24 – массу изделия, изображенного на чертеже, в килограммах без 
указания единицы измерения;
 
графе 25 – масштаб;
 
графе 26 – подпись лица, копировавшего чертеж.
Требования к текстовым материалам проекта подробно изложены в [5] 
и должны оформляться в соответствии с положениями [6].

 

Рис. 1.4. Форма основной надписи и дополнительных граф к ней для первого листа текстовых документов и эскизных чертежей общих видов нетиповых изделий

 

Рис. 1.5. Форма основной надписи и дополнительных граф к ней для последующих листов чертежей 
строительных изделий и текстовых документов, а также эскизных чертежей общих видов нетиповых 
изделий