电气设计软件—DCAD的设计与实现

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.s3.041 第16卷增刊 北京科技大学学报 Vol.16 1994年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1994 电气设计软件一DCAD的设计与实现 王民才 庞士宗 钱晓红 魏朋三 (东北大学计算中心) 摘要针对电气设计的要求，本文描述了一个计算机辅助电气设计系统DCAD的设计与实 现。DCD不仅为电气设计者提供了一个方便、集成的交互设计环境，更主要的是实现了由原 理图到施工接线图的自动转换。在开关、机床行业的实际使用表明，DCAD确实是一具实用化、 通用化的软件产品。 关键词计算机辅助设计CAD,电气设计，数据库，图形库 The Design and Realization of DCAD for Electric Design Wang Mincai Pang Shizong Qian Xiaohong Wei Pengsan ABSTRACT This article describs the design and realization of a computer aided electric design system-DCAD.DCAD gives the designer a convinient and integrated CAD envirinment.The more improtant function is that it can produce scheme of wiring from the graphic of principle automatically.The application of DCAD in switch and machine tool industry prove that it is a general and useful software product. KEY WORDS Computerf Aided Design (CAD),electric design,data base,graphic 现在电气行业采用的CAD软件，往往借助于广泛使用的机械及电子设计软件，其中最 广泛的是微机上的AutoCAD与Tango。尽管AutoCAD希望本身是一个通用的CAD环境， 但不能不说其更适合在机械设计中使用，它提供的图形编辑功能非常方便，但对符号库，尤 其是数据库的管理却非常麻烦，而且其画图方式不适合电气习惯。Tango虽然在专业特点上 比AutoCAD更适合电气行业，但它不提供对数据的管理。此外AutoCAD与Tango的最大 弊端是它们都仅仅是一个交互设计的环境，而不能完成从原理设计到施工设计的自动转换。 DCAD是东北大学计算中心与东大ECS公司合作开发的电气CAD软件，该软件不仅 提供了一个完全适合电气设计的容图形编辑与数据管理为一体的CAD环境，更主要的是 完成了从原理设计到施工设计的自动化。设计者交互设计原理图后，只在初步给出接线图 中元件的位置摆放，系统就能实现自动接线，解决了大量重复的劳动，缩短了设计周期，减 少了设计当中的错误。 ◆1994-06-14收稿

第 16 卷增 刊 1 9 9 4 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i t y o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o g y Be iii n g V o l . 16 O C t . 1 9 9 4 电气设计软件一D C A D 的设计与实现 王 民才 庞士 宗 钱 晓红 魏朋三 ( 东北大学计算中心) 摘 要 针 对电气设 计的要求 , 本 文描述 了一个计算机辅助电气设计 系统 cD A D 的设计与实 现 。 IX 二A D 不仅为电气设计者提供了一个方便 、 集成的交互设计环境 , 更 主要 的是实现了 由原 理图到施工接线图的 自动转换 。 在开关 、 机床行业的实际使用表明 , IX 二A D 确实是一具实用化 、 通用化的软件产品 。 关键词 计算机 辅助设计 c A D , 电气设计 , 数据库 , 图形库 T h e D e s i g n a n d R e a li z a t i o n o f D C A D f o r E l e e t r i e D e s i g n W a n g M inC a i aP n g S h ~ g Q 故n X 故hO on g W e i eP ; , g s a n A B S T R A C T T h i s a r t i e l e d e s e r i b s t h e d e s ig n a n d r e a li z a t i o n o f a e o m p u t e r a i d e d e l e e t r i e d e s i g n s y s t e m 一 1) 已A D . 1) 已A D g i v e s t h e d e s i g n e r a e o n v i n i e n t a n d i n t e g r a t e d C A D e n v i r i n m e n t . T h e m o r e im p r o t a n t f u n e t ion 1 5 t h a t i t e a n p r de u e e s e h e m e o f w i r i n g f r o m t h e g r a p h i e o f p r i n e ip l e a u t o m a t i e a lly . T h e a P P l e a t i o n o f 】X 二A D i n s w i t e h a n d m a e h i n e t o l i n d u s t r y P r o v e t h a t i t i s a g e n e r a l a n d u s e f u l s o f t w a r e p r记 u e t . K E Y W O R D S C o m p u t e r f A id e d eD s i g n ( C A D ) , e l e e t r i e d e s ig n , d a t a b a s e , g r a p h i e 现在 电气行业采用的 C A D 软件 , 往 往借助于广 泛使用的机 械及 电子设计软件 , 其中最 广泛的是微机上 的 A ut oC A D 与 T an go 。 尽 管 A ut oC A D 希望 本身是一个通用 的 C A D 环境 , 但不 能不说其更适合在机械设计 中使用 , 它提供的图形编辑功 能非常方便 , 但对符号库 , 尤 其是数据库的管理却非常麻烦 , 而 且其画图方式不 适合电气习惯 。 T an go 虽 然在专业 特点上 比 A ut oC A D 更适合电气行业 , 但它不提供对数据的管理 。 此外 A ut oC A D 与 T an go 的最大 弊端是它 们都仅仅是一个交互设计的环境 , 而不能完成从原理设计到 施工设计的 自动转换 。 D C A D 是东北大学计算中心与东大 E C S 公司合作开 发的电气 C A D 软件 , 该软件不仅 提供 了一个完全适合 电气设计的容图形 编辑与数据管理 为一体的 C A D 环境 , 更主要 的是 完成 了从原理设计到施工设计的 自动化 。 设计者交互设计原理图后 , 只 在初步给出接线图 中元件的位置摆放 , 系统就能实现 自动接线 , 解决 了大量重复的劳动 , 缩短 了设计周期 , 减 少 了设计 当中的错误 。 1 9 9 4 一 0 6 一 1 4 收稿 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. s3. 041

王民才等：电气设计软件一DCAD的设计与实现 ·27· 1 DCAD系统结构与工作过程 图形编辑器 图库管理 (交互设计) 数据库管理 形岸 原理困了 元件操放位量困 数据库 实用程序 (自动生成) 施工接线图 及其明细表 图1DCAD整个系统结构图 系统由图形数据库管理模块、图形编辑器及实用程序3个部分构成。图形库管理了大 量的电气图形符号及其接线特征；数据库管理电气元件的属性数据，二者都集成在图形编 辑器中，为设计者提供一个交互的设计环境；实用程序主要由接线处理程序和表格生成器 构成，可以实现接线图的自动生成与明细表的自动生成。各个部分之间既相互独立，又相 互调用，通过核心数据的传递构成一个集成化的电气设计CAD环境，系统的工作过程如 下： ·建立与维护描述电气元件必需的图形库与数据库。 ·编辑原理图，给出元件及其接线关系。 ·编辑接线图，先将电气元件摆放定位。 ·处理接线关系，系统由原理图列施工接线图的自动转换。 ·再次编辑接线图，确认接线关系的正确性。 2系统实现 2.1库管理 系统的核心数据是电气图形符号及元器 件的属性参数，对图表符号要描述出符号的 文本编期器 具体形状，还要描述接线端子的电气特性。属 ESDL 性参数是用来描述电气元件的型号、规格等 一些非图表的技术参数，它们是设计中选择 输译释CMP反编译器DCMP 元件的重要参考依据。 ESDL目标文件 库浏览Braisc 图形符号库的核心是一个电器符号定义 语言一ESDL,它能描述出各种形状、子形状 及其之间的调用关系，也可定义元件接线端 子的电气特性，在生成接线图中判断使用。 图2图形符号库管理 ·可在文本编辑环境下用ESDL生成库的源文件。 ·用CMP编译库的ESDL源文件生成可供系统调用的ESDL目标文件

王 民才等 : { 电气设 计软件一 兀 的设计 与实现 r A D 系统结构与工作过程 1 A C D D 图 库管理 数据库管 理 图形库 数据库 图 整个系统结构图 1 A C D D 系统由图形数据库管理模块 、 图形 编辑器及 实用程序 个部分构成 3 。 图形库管理了大 量 的 电气图形符号 及其接线特征 ; 数据库管理 电气元件的属性数据 , 二者都集成在 图形编 辑器中 , 为设计者提供一个交互 的设计环境 ; 实用程序主要 由接线处理程 序和表格生成器 构成 , 可 以 实现接线图的 自动生 成与 明细表的 自动生成 。 各个部分之间 既相 互独立 , 又相 互 调 用 , 通过核心 数据的传递构成一个集成化的电气设计 C A D 环 境 , 系统的 工作过程 如 下 : · 建立 与维护 描述 电气元件必需 的图形库与数据库 。 · 编辑原理图 , 给出元件及其接线关系 。 · 编辑接线图 , 先将电气元件摆放定位 。 · 处理接线关系 , 系统 由原理 图列施工接线图的 自动转换 。 · 再次编 辑接 线图 , 确认接线关系的正 确性 。 2 系统实现 2 . 1 库管理 系统的核心 数据是 电气图形 符号 及元器 件的属 性参数 , 对图表符号要描述出符号的 具体形 状 , 还要 描述接线端子 的电气特性 。 属 性参数是用来描述 电气元件的 型号 、 规格等 一些 非图表的技术参数 , 它们是设计 中选 择 元件的重要参考依据 。 图形符号库的核心是一个电器符号定义 语 言一 E S D L , 它能描述 出各种形 状 、 子形 状 及其之 间的调用关系 , 也 可定义元件接线端 子 的电气特性 , 在生成接线图中判断使用 。 图 2 图形符号库管理 · 可在文本编辑环境下用 E S D L 生成库的源文件 。 · 用 C M P 编译库的 E S D L 源文件生成可供系统调 用 的 E S D L 目标文件

·28· 北京科技大学学报 ·用Browse浏览整个电气符号库。 ·用DCMP反编译ESDL目标文件，得到供维护修改的ESDL源文件。 各种属性数据用二维表的形式描述，数据库采用关系模型设计，数据库的管理由数据 定义语言DDL、数据操纵语言DML及表格生成器CALC三部分构成。DDL完成了库结构 的定义，支持各种基本的数据类型，DML实现对数据的方便管理，包括插人、修改、副除 等各种操作，CALC可以根据数据库及图形编辑中送入的各种属性，按照用户定义的表格形 式，生成元件的各种明细表。DDL、DML和CALC都是在图形菜单下驱动，使用非常方便。 2.2图形编辑器 图形编辑器的设计，既要考虑到为设计者提供一个良好方便的CAD环境，还要为实现 接线图的自动生成奠定基础。另外由于电气设计图纸复杂，它需要对每套图形进行管理。 ·图形编辑的基本操作，实现实体绘制、编辑修改，通过对图块的操作，可以将典型 回路作为图块存储，在以后的设计中重复使用。 ·与数据库的集成，实现对技术参数的查询，属性字段的绘制，并且具有表格绘制功 能，可以将CALC产生的明细表，绘制到图形当中。 ·原理图接线关系的自动识别，依据原理图各元件接线端子的位置及实际联线轨迹，自 动识别每一接线端子的线号，并且具有错误检查功能，对空端子具有错误响应。 2.3实用程序 接线处理是整个系统数据处理的核心，贯穿始终。它依据原理图识别后的线号信息，元 件摆放的位置关系，以及原理符号与接线符号端子的对应关系（定义在元件符号库中），自 动排列，选择最佳的走线方法，实现自动接线，使得施工设计自动化，很少需要人工干预， 只是在特殊情况下，作简单的修改即可。 2.4用户界面 CAD系统的用户界面至关重要，图形用户界面必不可少，但如何设计才能显得最方便， 最快速，减少重复，减少误操作尤为重要。DCAD采有了个实时的弹出式汉字图形菜单，在 每一操作后，自动弹出下一可能的所有操作菜单，占用最少的图形屏幕，并可在任意时刻， 自动弹出消除，用鼠标/键盘驱动，使用非常方便。 3DCAD的功能扩充 DCAD现已在开关及机床行业中推广使用，实际运行表明，DCAD的使用，大大地减 轻了设计中的重复性，并且实际接线的准确性高，基本不需要人工干预，其方便的交互环 境，更适合电气设计的特点。完全能满足电气行业的要求。目前，我们正在对DCAD作另 外两方面功能的扩充： ·实现原理图的自动生成，结合行业特点，自动生成典型回路。这方面需要积累大量 的设计经验与专家知识。 ·实现线路工作状态的模拟，在原理图设计完之后，能够在计算机上而不是在实验室 显示模拟线路的工作，以验证设计方案的正确性。 这两个功能的扩充，将会使DCAD成为一个功能更强的电气设计自动化软件

. 2 8 . 北 京 科 技 大 学 学 报 · 用 B or w 史 浏 览整个 电气符号库 。 · 用 IX二M P 反编译 E S D L 目标文件 , 得到供维 护修改的 E S D L 源 文件 。 各种属性数据用二维 表的形 式描 述 , 数据库采用关系模型设计 , 数据库的 管理由数据 定义语言 D D L 、 数据操纵语言 D M L 及表格 生成器 C A L C 三 部分构成 。 D D L 完成了库结构 的定义 , 支持各种基本的数据类型 , D M L 实现 对数据的方便管理 , 包括插 入 、 修改 、 删除 等各种操作 , C A L C 可 以根据数据库及图形编辑中送人 的各种 属性 , 按照用 户定义的表格形 式 , 生成元件的各种 明细表 。 D D L 、 D M L 和 C A L C 都是在 图形菜单下驱动 , 使用 非常方便 。 .2 2 图形编辑器 图形编 辑器 的设计 , 既要考虑 到为设计者提供一个 良好方便的 C A D 环境 , 还要为实现 接线图 的 自动生 成奠定基础 。 另外 由于 电气设计 图纸复杂 , 它需 要对每套图形进 行管理 。 · 图形编辑的基 本操作 , 实现实体绘制 、 编辑修改 , 通过对 图块的操作 , 可 以将典型 回路作为图块存储 , 在 以后 的设计 中重 复使用 。 · 与数据库的集成 , 实现对技术参数的查 询 , 属性字段的绘制 , 并且具有表格 绘制功 能 , 可 以将 C A L C 产生的 明细表 , 绘制到图形 当中 。 · 原理 图接线关系的 自动识别 , 依据原理图各元件接线端子的位置及实际联线轨迹 , 自 动识别每一接线端子的线号 , 并且具有错误检查功能 , 对空端子具有 错误响应 。 .2 3 实 用程序 接线处理是整个系统数据处 理的核心 , 贯 穿始终 。 它依据原理 图识别 后 的线号信息 , 元 件摆放的位置关系 , 以及原理符号 与接线符号端子 的对应关系 ( 定义在元 件符号库中) , 自 动排 列 , 选 择最 佳的走 线方法 , 实现 自动接线 , 使得施工设计 自动化 , 很少需要 人工 干预 , 只是在特殊情况 下 , 作简单 的修改即可 。 .2 4 用户界面 C A D 系统的用 户界面至关重要 , 图形 用户界面 必不可 少 , 但如何设计才能显 得最 方便 , 最快速 , 减少重复 , 减少误操作尤为重要 。 IX 二A D 采有 了个实时的弹出式汉字图形 菜单 , 在 每一操作后 , 自动弹 出下一可 能的所有操作菜单 , 占用最少的 图形 屏幕 , 并可 在任意 时刻 , 自动弹出消 除 , 用 鼠标 /键盘驱动 , 使用非常方便 。 3 D C A D 的功能扩充 IX 二A D 现 已在开关及机床行 业 中推广使用 , 实际 运行表明 , D C A D 的使用 , 大大地减 轻了设计中的重 复性 , 并且 实际接线的准确性高 , 基本不需要 人工 干预 , 其方便的交互 环 境 , 更适合电气设计的特点 。 完全能满足 电气行 业的要 求 。 目前 , 我们正在对 】X :A D 作另 外两 方面 功能的扩充 : · 实现原理 图的 自动生 成 , 结合行业特点 , 自动生成典型 回路 。 这方面需要 积累大量 的设计经 验与专家知识 。 · 实现线路工作状态 的模拟 , 在 原理图设计完之 后 , 能够在计算机 上而不是在实验室 显示 模拟线路的工 作 , 以验证设计方案的正确性 。 这两 个功 能的 扩充 , 将会使 IX {A D 成为一个功能更强 的 电气设计 自动化软件