淺析基于電氣接線表的原理圖計(jì)算生成方法

高鼎盛

（上海東湖機(jī)械廠，上海 200439）

淺析基于電氣接線表的原理圖計(jì)算生成方法

高鼎盛

（上海東湖機(jī)械廠，上海 200439）

目前信息化系統(tǒng)在各企事業(yè)單位中得到廣泛應(yīng)用，在提高管理水平、管理效率的同時(shí)，應(yīng)充分利用企業(yè)信息化平臺(tái)的軟硬件資源，為一線工人的生產(chǎn)提供服務(wù)。文章闡述了一種將電氣系統(tǒng)中各設(shè)備接線表信息化存儲(chǔ)，隨后利用計(jì)算機(jī)軟件生成電氣原理圖的方法，通過(guò)該方法可極大地減少電氣原理圖的繪制時(shí)間，同時(shí)為修理人員提供可視化參考，提高修理效率。

電氣設(shè)備；接線表；數(shù)據(jù)庫(kù)；圖算法

1 研究背景

在對(duì)電氣設(shè)備的保障過(guò)程中，特別是線路長(zhǎng)、分布廣的電氣系統(tǒng)，例如一路控制信號(hào)需經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)控制機(jī)柜或接線柜內(nèi)的電氣元件，機(jī)柜又分布于不同樓層甚至不同樓宇，對(duì)電氣線路故障點(diǎn)的查找往往需要翻閱多套設(shè)備的資料，效率較低。目前資料形式以紙質(zhì)為主，修理現(xiàn)場(chǎng)檢索的難度較大，資料的應(yīng)用效率較低，而信息化是解決這一低效問(wèn)題的有效途徑。本文就如何利用設(shè)備資料中的接線表，對(duì)其進(jìn)行信息化后提高修理保障效率的方法方面進(jìn)行了一定的探索。

2 信息化的需求

一套完整的電氣系統(tǒng)中可能包括多套獨(dú)立的控制設(shè)備和用電負(fù)載，任何一路電源或控制線路在連接到它的負(fù)載前可能經(jīng)過(guò)多個(gè)機(jī)柜、機(jī)箱的插頭（座）、接線端或接觸器（繼電器）等電氣部件。當(dāng)一個(gè)電氣故障發(fā)生后，修理人員需要根據(jù)故障現(xiàn)象對(duì)設(shè)備或是線路故障做出判斷。在判斷故障原因期間需要修理人員充分掌握電氣線路的來(lái)源及去向，并根據(jù)對(duì)各個(gè)電氣連接節(jié)點(diǎn)（包括接線及焊點(diǎn)）檢查及測(cè)量結(jié)果，系統(tǒng)性的分析、判定故障原因并進(jìn)行修理。

電氣線路的資料參考主要由設(shè)備的電纜芯線表、接線表等文件提供，表中定義了例如“線纜號(hào)”“線號(hào)”“連接點(diǎn)”等信息。以表1為例，表中數(shù)據(jù)代表了“設(shè)備E1”內(nèi)部一個(gè)電源開(kāi)關(guān)的接線情況。XS1為插座，S1為開(kāi)關(guān)，繪制成原理圖后如圖1所示。原理圖比接線表更能直觀地表示出電氣線路的信息，但電氣線路如果經(jīng)過(guò)多個(gè)設(shè)備、串聯(lián)了多個(gè)電動(dòng)或手動(dòng)電氣開(kāi)關(guān)，則可能在系統(tǒng)內(nèi)需要修理人員對(duì)來(lái)自不同廠家的多套資料進(jìn)行查閱、找到對(duì)應(yīng)接線在原理上進(jìn)行拼接。因此通過(guò)將整個(gè)電氣系統(tǒng)的接線定義數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化存儲(chǔ)，配合計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力，將電氣系統(tǒng)的電氣信號(hào)以系統(tǒng)原理圖形式串聯(lián)顯示，將為修理人員節(jié)省翻閱圖紙資料的時(shí)間，提高排除電氣故障的效率。

表1 接線表示例

圖1 電氣原理圖示例

3 接線數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

目前信息化管理系統(tǒng)已在各企事業(yè)單位、工廠中普遍應(yīng)用，以瀏覽器/服務(wù)器的架構(gòu)最為普遍，用戶對(duì)數(shù)據(jù)交換均通過(guò)瀏覽器與服務(wù)器的HTTP協(xié)議方式傳送，服務(wù)器端后臺(tái)管理軟件再與工廠部署的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求。因此利用目前的信息化平臺(tái)架構(gòu)，在已有的硬件上添設(shè)客戶端與服務(wù)器端應(yīng)用軟件，將裝備資料數(shù)據(jù)信息化至數(shù)據(jù)庫(kù)便可以充分利用現(xiàn)有資源，以有線、無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)形式，發(fā)揮信息化系統(tǒng)中空閑的軟、硬件資源。而數(shù)據(jù)資源也可以為信息化平臺(tái)提供服務(wù)接口，發(fā)揮更大的作用。

電氣設(shè)備資料以圖文文本、數(shù)據(jù)表格與圖紙形式最為普遍。圖紙、圖文文本可存儲(chǔ)為二進(jìn)制文件，同時(shí)提供文件內(nèi)容的關(guān)鍵詞提供應(yīng)的索引，有助于用戶更迅速地搜索到信息。電纜芯線表、接線表的數(shù)據(jù)構(gòu)成類似均為數(shù)據(jù)表格，其與數(shù)據(jù)庫(kù)表的特性完全一致，可直接以字段形式進(jìn)行存儲(chǔ)。由于表中字段寬度較短，為保證兼容性以及處理的簡(jiǎn)易度，使用定長(zhǎng)記錄文件形式存儲(chǔ)[1]（見(jiàn)表2）。另外控制類電氣元件（如手動(dòng)開(kāi)關(guān)、電控開(kāi)關(guān)，甚至熔斷器）在電氣系統(tǒng)中發(fā)揮著接通、斷開(kāi)電氣線路的功能并串聯(lián)在電氣線路中，根據(jù)不同型號(hào)電氣元件的原理，應(yīng)將常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)與公共端之間均視為電氣接線，并將電氣元件的類別、型號(hào)納入數(shù)據(jù)表格中，為數(shù)據(jù)處理提供依據(jù)。

表2 接線表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

4 接線數(shù)據(jù)的處理

4.1 系統(tǒng)電氣原理圖的建立

為了生成系統(tǒng)電氣原理圖，首先需要將接線數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出來(lái)。數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索使用微軟ADO.NET庫(kù)類的方法，通過(guò)連接字符串[2]與數(shù)據(jù)庫(kù)軟件（如SQL Server，Access等）建立連接，再通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢方法，將所有接線數(shù)據(jù)讀取到計(jì)算機(jī)內(nèi)存。每條接線數(shù)據(jù)中包括了連接點(diǎn)1、連接點(diǎn)2以及節(jié)點(diǎn)之間的連接情況：電氣導(dǎo)線連接的電氣節(jié)點(diǎn)之間為無(wú)向連接；具有常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)的元件內(nèi)部開(kāi)與閉觸點(diǎn)之間不可能導(dǎo)通，因此此類節(jié)點(diǎn)間為有向連接。將所有的節(jié)點(diǎn)連接組合在一起后，就形成了包含整個(gè)系統(tǒng)電氣節(jié)點(diǎn)的有向圖結(jié)構(gòu)。對(duì)系統(tǒng)電氣線路的檢索計(jì)算，就是對(duì)這個(gè)有向圖結(jié)構(gòu)的搜索。在定義節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)按數(shù)據(jù)庫(kù)中字段的類型定義，另外為了區(qū)分有向及無(wú)向鏈接需要定義相鄰節(jié)點(diǎn)指針（C語(yǔ)言）或?qū)ο髮?shí)例（C#）。在此以C#語(yǔ)法定義了電氣節(jié)點(diǎn)類ElecNode如下：

//電氣節(jié)點(diǎn)所屬的設(shè)備，如表1中的E1

//電氣節(jié)點(diǎn)所屬電氣元件的編號(hào)，如表1中的XS1、S1或X1

//電氣節(jié)點(diǎn)所屬電氣元件的類型，如導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、接插件等

//電氣節(jié)點(diǎn)所屬元件的端子號(hào)，如表1中S1開(kāi)關(guān)上的接線端子號(hào)a或b

//圖算法中用來(lái)標(biāo)記是否已經(jīng)遍歷完成

//圖算法中用來(lái)標(biāo)記是否存在于現(xiàn)在的遍歷樹(shù)中

//節(jié)點(diǎn)唯一標(biāo)示號(hào)

//相鄰的電氣節(jié)點(diǎn)泛型列表類型[3]

類型中的strUnicode屬性表示為設(shè)備名、元件類型、電氣元件編號(hào)以及端子號(hào)組成的字符串，由于以上各編號(hào)在各自單元內(nèi)能保證唯一性，因此其組合能在整個(gè)電氣系統(tǒng)中能保證唯一性。在從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取了各節(jié)點(diǎn)的字符串?dāng)?shù)據(jù)后，只有將他們串聯(lián)起來(lái)才能完成圖結(jié)構(gòu)的搭建。以表1中序號(hào)001的數(shù)據(jù)為例，根據(jù)檢索所得的接線數(shù)據(jù)得到ElecNode實(shí)例E1（XS1插座）、E2（S1開(kāi)關(guān)）、Wire（X1-1導(dǎo)線），并執(zhí)行以下代碼來(lái)將整個(gè)圖結(jié)構(gòu)建立起來(lái)：

4.2 圖的搜索

在圖結(jié)構(gòu)建立完成后就可以通過(guò)圖算法來(lái)完成所有頂點(diǎn)節(jié)點(diǎn)之間通路的搜索，成為系統(tǒng)級(jí)的電氣原理圖。圖結(jié)構(gòu)搜索的算法包括有廣度優(yōu)先搜索與深度優(yōu)先搜索[4]等，其中深度優(yōu)先搜索與修理過(guò)程一致，因此在此使用深度優(yōu)先算法對(duì)圖進(jìn)行遍歷。深度優(yōu)先搜索算法具有以下特征：（1）在計(jì)算時(shí)盡可能深地搜索一個(gè)圖；（2）將源頂點(diǎn)到任意一個(gè)頂點(diǎn)的路徑保存為一個(gè)深度優(yōu)先樹(shù)；（3）一個(gè)源頂點(diǎn)至所有頂點(diǎn)的路徑被發(fā)現(xiàn)后，重新選擇一個(gè)未被搜索的節(jié)點(diǎn)作為源頂點(diǎn)重新開(kāi)始搜索計(jì)算。最終圖被分解為由深度樹(shù)組成的森林。另外根據(jù)ElecNode的定義，當(dāng)“plstAdjNodes”列表中只包含唯一節(jié)點(diǎn)時(shí)，此類節(jié)點(diǎn)為頂節(jié)點(diǎn)，搜索遞歸將在此回溯，圖中一條完整的電氣線路搜索完成。假設(shè)輸入圖G為完整的接線數(shù)據(jù)圖，算法偽代碼如下：

4.3 電氣原理圖的表現(xiàn)形式

DFS-Visit算法中的print將所有搜索到頂點(diǎn)的電氣線路通過(guò)唯一識(shí)別號(hào)字符串的形式打印輸出，通過(guò)對(duì)字符串的分析可以將唯一標(biāo)示號(hào)轉(zhuǎn)換為圖形化的原理圖，圖2為某電氣系統(tǒng)中電源模塊A1的1號(hào)接線端子相關(guān)電氣線路的搜索結(jié)果。

圖2 圖形化電氣原理

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)接線表數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)的遍歷，并將源頂點(diǎn)到各頂點(diǎn)的線路進(jìn)行了系統(tǒng)電氣原理圖的生成展示。除此之外可以對(duì)遍歷結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析，將線路展示得更為科學(xué)。例如交流兩相、三相或直流正負(fù)線路并行顯示、將接觸器（繼電器）的控制線路與觸點(diǎn)線路關(guān)聯(lián)顯示等。通過(guò)計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件功能的不斷提升，計(jì)算機(jī)輔助手段將為一線修理工作提供更高效的幫助。

[1]（美）西爾伯沙茨.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概念[M].6版.楊冬青，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[2]（美）大衛(wèi).ADO.NET技術(shù)內(nèi)幕.[M].梁超，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[3]（美）BILL W. Effective C# 50 Specific Ways to Improve Your C#（Second Edition）[M]. Boston：Addison-Wesley，2010.

[4]（美）托馬斯.算法導(dǎo)論[M].2版.潘金貴，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

Brief analysis on the calculation and generation method of schematic diagram based on electrical wiring table

Gao Dingsheng
（Shanghai Donghu Machinery Factory, Shanghai 200439, China）

At present, the information system has been widely used in all enterprises and institutions. When improving the management level and management efficiency, we should make full use of the hardware and software resources of the enterprise information platform to provide services for the production of front-line workers. This dissertation describes a method of storing the equipment wiring table in the electrical system and then using the computer software to generate the electrical schematic. The method can greatly reduce the drawing time of the electrical schematic diagram and provide the repair personnel with the visual reference to improve efficiency.

electrical equipment; wiring table; database; graph algorithms

高鼎盛（1982— ），男，上海，工程師；研究方向：艦炮火控設(shè)備的修理保障，調(diào)試設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。