CAD-системы в электроэнергетике. Практикум

 
ǫǶǧȔȋȗȏȇȔȕȉ 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAD-ǸǯǸǹǬdzȂ 
ǩȄDzǬDZǹǷǵȄǴǬǷǪǬǹǯDZǬ 
 
ǶǷǧDZǹǯDZǺdz 
 
 
 
ǺȞȌȈȔȕȌȖȕȘȕȈȏȌ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
dzȕȘȑȉȇǩȕȒȕȊȋȇ 
ªǯȔțȗȇ-ǯȔȍȌȔȌȗȏȦ« 
2024 
 

УДК 621.314 
ББК 31.2 
 
А65 
 
 
 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы : 
к. т. н., доц., заведующий кафедрой «Электротехника» КГТА им. В. А. Дегтярева  
Е. А. Чащин; 
к. т. н., доцент кафедры БЭСТ, ИИТР ВлГУ  
В. В. Евграфов 
 
 
 
 
 
 
Андрианов, Д. П. 
А65  
CAD-системы в электроэнергетике. Практикум : учебное пособие / Д. П. Андрианов. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 192 с. : ил., табл. 
 
 
ISBN 978-5-9729-1730-3 
 
Рассмотрены вопросы использования вычислительной техники при получении графической документации проектов систем электроснабжения объектов различных инфраструктур. Изложены материалы по проведению лабораторных занятий и самостоятельной работе при изучении дисциплины.  
Для студентов дневной и контрактно-заочной форм обучения направления 
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электроснабжение». 
 
УДК 621.314 
ББК 31.2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1730-3 
© Андрианов Д. П., 2024 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
‹ Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 

 
 
 
ǵǪDzǧǩDzǬǴǯǬ 
 
 
Введение 
.................................................................................................................................... 5 
 
РАЗДЕЛ 1. Теоретические сведения ...................................................................................... 7 
Тема 1.1. Понятие САПР ......................................................................................................... 7 
Тема 1.2. CAD-системы ......................................................................................................... 14 
Тема 1.3. Примеры применения CAD-систем в электроэнергетике 
.................................. 
17 
1.3.1. Пример комплексного использования программных средств  
при разработке проекта устройства АСКУЭ .................................................................. 17 
1.3.2. Проектирование энергетических и электротехнических установок ................... 
23 
1.3.3. Проектирование парогазовой электростанции (ПГЭС) 
....................................... 25 
1.3.4. САПР ЛЭП ............................................................................................................... 26 
1.3.5. Программа Project StudioCS Электрика ................................................................. 
28 
1.3.6. Программные пакеты ElectriCS компаний СSOFT 
............................................... 30 
Тема 1.4. Примеры чертежной документации систем электроснабжения 
........................ 31 
1.4.1. Планировка зданий и помещений .......................................................................... 32 
1.4.2. Кабельная канализация ........................................................................................... 33 
1.4.3. Планы сети электроснабжения 
............................................................................... 34 
1.4.4. Планировка освещения ........................................................................................... 35 
 
РАЗДЕЛ 2. I семестр. Лабораторные работы ...................................................................... 36 
Лабораторная работа № 1. Запуск графической системы КОМПАС.  
Знакомство с интерфейсом программы ............................................................................... 38 
Лабораторная работа № 2. Изучение возможностей графической системы КОМПАС .... 44 
Лабораторная работа № 3. Разработка в ручном режиме генерального плана  
промышленного предприятия с использованием графической системы КОМПАС 
....... 47 
Лабораторная работа № 4. Разработка в ручном режиме схемы освещения  
промышленного цеха с использованием графической системы КОМПАС 
..................... 59 
Лабораторная работа № 5. Разработка в ручном режиме плана цехового оборудования 
промышленного предприятия с использованием графической среды КОМПАС 
........... 71 
Лабораторная работа № 6. Разработка в ручном режиме однолинейной схемы цеха  
промышленного предприятия с использованием графической среды КОМПАС 
........... 82 
Лабораторная работа № 7. Автоматизированное получение технической  
документации с использованием редактора Word 
.............................................................. 86 
Лабораторная работа № 8. Использование OLE-объектов для обработки табличных  
данных текстовой технической документации с использованием редактора Word 
........ 92 
 
3 

РАЗДЕЛ 3. II семестр. Лабораторные работы ..................................................................... 97 
Лабораторная работа № 1. Запуск графической системы КОМПАС средствами  
среды программирования Delphi .......................................................................................... 97 
Лабораторная работа № 2. Программирование линейных базовых примитивов  
графической системы КОМПАС: точка, отрезок, окружность, эллипс, текст .............. 106 
Лабораторная работа № 3. Программирование базовых примитивов графической  
системы КОМПАС: ломаная линия, дуга, прямоугольник, многоугольник 
.................. 117 
Лабораторная работа № 4. Программирование размеров в графической  
системе КОМПАС 
................................................................................................................ 128 
Лабораторная работа № 5. Программирование объектов графической системы  
КОМПАС: удаление, смещение, копирование, вращение, выделение цветом,  
поиск, визуальное редактирование 
..................................................................................... 135 
Лабораторная работа № 6. Программирование групп графической системы  
КОМПАС: удаление, смещение, копирование, вращение, выделение цветом,  
поиск, визуальное редактирование 
..................................................................................... 142 
Лабораторная работа № 7. Автоматизированное получение однолинейной схемы  
электроснабжения промышленного объекта в графической системе КОМПАС .......... 147 
Лабораторная работа № 8. Автоматизированное получение чертежа генерального  
плана предприятия в графической системе КОМПАС .................................................... 149 
 
РАЗДЕЛ 4. Самостоятельная работа .................................................................................. 153 
 
РАЗДЕЛ 5. Тесты ................................................................................................................. 155 
 
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ................................................................................................................. 162 
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ................................................................................................................. 167 
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ................................................................................................................. 172 
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ................................................................................................................. 180 
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ................................................................................................................. 185 
 
ЛИТЕРАТУРА 
...................................................................................................................... 190 
 
 
 
4 

 
 
 
ǩǩǬǫǬǴǯǬ 
 
Современный уровень проектирования невозможен без использования информационных технологий. Если сравнить труд разработчиков сорокалетней давности с современным уровнем, то невольно поражаешься 
качественным изменениям, происшедшим за относительно короткий срок. 
Интуитивный подход на основе приближенных нечетких характеристик 
объектов проектирования уступил место осознанным, четко сформулированным решениям. Еще в 80-х годах прошлого столетия автору данного 
учебного пособия довелось участвовать во внедрении в деятельность одного из СКБ промышленного предприятия, массово выпускающего гидроагрегаты, современных методов проектирования на основе применения метода конечных элементов. Исходя из сложной конфигурации деталей и 
условий нагрузок узла, общеупотребительные расчетные методы сопротивления материалов оказались неприменимыми. Деятельность проектировщиков СКБ по модернизации устройства сводилась к закладыванию в 
конструкцию минимальных изменений размеров с последующей их проверкой. Изготавливались опытные образцы (литье под давлением в 
формы), изделие ставилось на испытательный стенд и после нескольких 
миллионов циклов нагрузок делался вывод о целесообразности внесенных 
в конструкцию изменений. На проверку одного варианта конструктивных 
решений уходило 2–3 месяца.  
Использование специализированного программного обеспечения на 
устаревшей по современным понятиям вычислительной технике (ЕС-1045) 
при отсутствии графического интерфейса управления вычислениями (ОС 
MS DOS – приходилось вручную кодировать исходную информацию и расшифровывать таблицы результатов расчетов) дало неожиданные результаты с точки зрения анализа состояния элементов конструкции. Проектировщики изменили конфигурацию нагруженных деталей. Последующий 
расчет показал, что новая конструкция допустима, в ней оказалось меньше 
поверхностей, подлежащих механической обработке, в поточной линии 
массового производства по выпуску гидроузла исключили ставшее лишним 
станочное оборудование. В результате проведенной модернизации производства получился ощутимый экономический эффект. 
5 

В предлагаемом учебном пособии рассмотрены вопросы использования вычислительной техники при получении графической документации 
проектов систем электроснабжения объектов различных инфраструктур. 
В настоящее время самое широкое распространение для создания чертежной документации находит платформа AutoCad. Учитывая специфику 
международного положения, в стране принято решение о переходе на ис- 
пользование программного обеспечения российского производства. Графическая среда КОМПАС из САПР низкого уровня превращается в интегрированную CAD-систему, позволяющую не только получать чертежи, но и 
моделировать нагруженное состояние конструкций, поддерживать технологический процесс реального производства. 
Применительно к электроэнергетике использование графической среды 
оправдано при разработке схем электроснабжения и освещения. Учитывая 
массовый характер проектов электроснабжения новых объектов различных 
инфраструктур, в пособии рассматриваются вопросы автоматизации получения проектных решений: программирование графики в системе КОМПАС 
с использованием среды ускоренной разработки программ Delphi. 
Пособие предназначено для студентов направления 13.03.02 «Электроснабжение». Дисциплина «CAD-системы в электроэнергетике» рассчитана 
на 2 семестра, студентам предлагается выполнить 16 лабораторных работ. 
В пособие вошли базовые понятия и определения по дисциплине, перечень 
вопросов для самостоятельного контроля знаний. В теоретической части 
рассматривается понятие CAD/CAM/CAE-систем, приведены примеры использования CAD-систем в электроэнергетике. 
 
 
 
6 

 
 
 
ǷȇȎȋȌȒ 
ǹǬǵǷǬǹǯǾǬǸDZǯǬǸǩǬǫǬǴǯȆ 
ǹȌȓȇǶȕȔȦșȏȌǸǧǶǷ 
 
САПР – Система автоматизированного проектирования (Computeraided design (CAD)) – автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования; организационно-техническая система автоматизации процесса проектирования, состоящая из персонала и комплекса технических, программных и других средств 
автоматизации его деятельности. 
В зависимости от сферы приложения различают автоматизацию 
x электронного проектирования (EDA), 
x механическая проектирования (MDA), 
x составления чертежей (CAD). 
Все разновидности деятельности содержат процесс создания технического чертежа с использованием компьютерного программного обеспечения. 
Программное обеспечение САПР для механического проектирования 
может использовать 
x векторную графику в целях изображения объектов традиционного 
черчения,  
x растровую графику, отображающую общий вид проектируемых 
объектов.  
Как и при ручном создании технических и инженерных чертежей, выходные данные САПР должны передавать информацию в соответствии с соглашениями для конкретных приложений, такую как характеристики используемых материалов, процессы, размеры и допуски и т. д. 
CAD может использоваться для проектирования кривых и фигур в двумерном (2D) пространстве; или кривых, поверхностей и твердых тел в трехмерном (3D) пространстве. 
Основная цель создания САПР – повышение эффективности труда инженеров, включая: 
x сокращения трудоёмкости и сроков проектирования и планирования; 
7 

x сокращения себестоимости проектирования и изготовления, 
уменьшение затрат на эксплуатацию; 
x повышения качества и технико-экономического уровня результатов 
проектирования; 
x сокращения затрат на натурное моделирование и испытания. 
Достижение этих целей обеспечивается путём: 
x автоматизации оформления документации; 
x ведения баз данных на машинных носителях информации; 
x автоматизации процессов поиска, обработки и выдачи информации; 
x многовариантного проектирования и оптимизации; 
x конвертации данных и комплексного использования различного 
программного обеспечения; 
x использования технологий параллельного проектирования; 
x унификации проектных решений и процессов проектирования; 
x повторного использования проектных решений, данных и наработок; 
x стратегического проектирования; 
x замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием; 
x повышения качества управления проектированием; 
x применения методов вариантного проектирования и оптимизации. 
Каждая подсистема состоит из компонентов, обеспечивающих ее функционирование. 
Компонент выполняет определённую функцию в подсистеме и представляет собой наименьший (неделимый) самостоятельно разрабатываемый 
или покупной элемент САПР (программа, файл модели транзистора, графический дисплей, инструкция и т. п.). 
Совокупность однотипных компонентов образует средство обеспечения САПР.  
Выделяют следующие виды обеспечения САПР: 
x Техническое обеспечение (ТО) – совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, линии связи, измерительные средства). 
x Математическое обеспечение (МО) – объединяет математические 
методы, модели и алгоритмы, используемые для решения задач ав- 
8 

томатизированного проектирования. По назначению и способам 
реализации выделяют: 
o математические методы и построенные на них математические 
модели; 
o формализованное описание технологии автоматизированного 
проектирования. 
x Программное обеспечение (ПО). Подразделяется на  
o прикладное ПО реализует математическое обеспечение для 
непосредственного выполнения проектных процедур. Содержит пакеты прикладных программ, обслуживания определён- 
ных этапов проектирования или решения групп однотипных 
задач внутри различных этапов (модуль проектирования трубопроводов, пакет схемотехнического моделирования, геометрический решатель САПР); 
o общесистемное ПО управляет компонентами технического 
обеспечения и обеспечения функционирования прикладных 
программ (операционная система). 
x Информационное обеспечение (ИО) – совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Состоит из описания 
стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, 
комплектующих изделий и их моделей, правил и норм проектирования. Основная часть ИО САПР – базы данных. 
x Лингвистическое обеспечение (ЛО) – совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, а также для 
осуществления диалога «проектировщик – ЭВМ» и обмена данными между техническими средствами САПР. Включает термины, 
определения, правила формализации естественного языка, методы 
сжатия и развертывания. В лингвистическом обеспечении выделяют класс различного типа языков проектирования и моделирования (VHDL, VERILOG, UML, GPSS). 
x Методическое обеспечение (МетО) – описание технологии функционирования САПР, методов выбора и применения пользователями технологических приемов для получения конкретных результатов. Содержит теорию процессов, происходящих в проектируемых объектах, методы анализа, синтеза систем и их составных час- 
9 

тей, различные методики проектирования. Иногда к МетО относят 
также математическое и логическое обеспечения. 
x Организационное обеспечение (ОО) – совокупность документов, 
определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, организационную структуру объекта и системы автоматизации, деятельность в условиях функционирования сис- 
темы, форму представления результатов проектирования. В ОО 
входят штатные расписания, должностные инструкции, правила 
эксплуатации, приказы, положения и т. п. 
Современная классификация САПР (Рис. 1.1) базируется на использовании устоявшихся англоязычных терминов, применяемых для классификации программных приложений и средств автоматизации САПР по отраслевому и целевому назначению. 
По отраслевому назначению различают САПР: 
x MCAD (mechanical computer-aided design) – автоматизированное 
проектирование механических устройств. Машиностроительные 
САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного 
потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на 
основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и 
объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA, T-FLEX CAD); 
x EDA (electronic design automation) или ECAD (electronic computeraided design) – САПР электронных устройств, радиоэлектронных 
средств, интегральных схем,  печатных плат и т. п. (Altium Designer, 
OrCAD); 
x AEC CAD (architecture, engineering and construction computer-aided 
design) или CAAD (computer-aided architectural design) – САПР в 
области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч. 
(Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, 
Bentley MicroStation, Bentley AECOsim Building Designer, Piranesi, 
ArchiCAD, Renga). 
 
 
 
10