一种电气控制柜自动布局的数字化实现方法和系统与流程

本发明涉及电气控制柜制造领域，特别涉及一种电气控制柜自动布局的数字化实现方法和系统。

背景技术：

1、目前电气柜三维布局软件仅能模拟框定器件布局区域，不能直接指导给出所设计元器件的摆放，对于工程师设计的元器件，还是需要由经验丰富的工程师，根据设计电气控制柜设计标准与实际经验，安装器件。

2、基于creo二次开发的电气柜自动布线数字化设计，以电气柜自动布线为研究对象，分析了电气柜自动布线的基本思路，并从接线信息获取、区域划分、走线区域划定、路径规划等方面展开电气柜自动布线研究，并基于creo二次开发技术进行了电气自动布线的数字化设计。实践证明，通过电气自动布线，实现了电气布线的自动化、数字化，提高了电气布线效率。但是，对于元器件自动排放安装，没有给出解决方案。

3、目前主流的电气柜三维布局软件，eplan pro panel、eplan harness prod对于自动布线有较完善的自动化生成模型，利用相关的电气工程信息来增强数字孪生，已经能够指导实际生产。但是对于器件排布还没有自动生成的方案，目前仍旧需要工程师一个个将3d模型放置在安装布局板上。虽然也有一个快速放置的功能，但该功能也只是能够准确让模型在安装板上快速准确找到自己的坐标，实际摆放的操作仍旧依赖于工程师的经验，批量一键生成自动摆放还不能实现。自动生成布局更多地是解决部件放置位置的问题，部件的放置位置不同会影响很多其他方面，比如emc,散热，线槽容量，线束长短等。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是提供一种电气控制柜自动布局的数字化实现方法，其着力于能够根据健全的3d部件库，将电气设计元器件排布的标准，应用在电气设计3d元器件自动布局上，旨在能够减少设计工程师对于个人经验的依赖，将标准化的设计集成在软件中，提高设计效率。

2、实现本发明第一个目的的技术方案是：本发明中电气控制柜自动布局的数字化实现方法；包括以下步骤：

3、s1、输入电气控制柜尺寸，根据电气控制柜尺寸进行安装板的宽度x和高度y的初步建议值估算；

4、s2、走线槽估算：进行走线槽规格估算和走线槽长度估算，并获得走线槽估值；所述走线槽估值为h*w*l，其中h为走线槽的高度，w为走线槽的宽度；l为走线槽的长度；

5、其中走线槽规格估算为按照走线槽的槽满率α≤75％，以及导线根数n，每个走线槽内导线数sn和导线截面积s，通过以下步骤并结合走线槽数据库计算并选择出走线槽规格h*w：

6、a、根据槽满率计算公式α＝n*sn*s/an，以及槽满率满率α≤75％，得出an≥n*sn*s*/0.75；其中an为走线槽面积，导线截面积s的单位为平方毫米；

7、b、由于走线槽面积an＝h*w，且走线槽的宽度w和走线槽的高度h在走线槽数据库内为固定搭配，因此计算出要选择的走线槽的宽度w和走线槽的高度h搭配的走线槽规格h*w；

8、而走线槽长度估算，满足l≤x，l≤y的条件；

9、s3、待排布元器件分类：首先根据元器件类别做好分类，其中同类型元器件名称一致，并且依据原理图出现秩序依次增序的方式进行序号标注；然后从部件数据库中提取出元器件的安装方式；所述安装方式包括但不限于导轨式安装或开孔式固定安装或面板式安装；然后从部件数据库中，提取出元器件安装数据；元器件安装数据包括但不限于散热安装要求、安装间距尺寸要求、用于限制计算上下相邻走线槽的间距的宽度最大值wmax以及用于限制左右相邻走线槽的间距的长度最大值lmax；通过上述步骤完成待排布元器件的初步分类；

10、s4、安装板尺寸估算：根据步骤s1至s3的走线槽规格以及待排布元器件的初步分类结果确定安装板的尺寸；

11、s5、安装板区域分割：根据步骤s4确定的安装板的尺寸，以及步骤s3中待排布元器件的初步分类和待形成的功能分块，输出形成安装板的区域分割结果以及走线槽的具体数量；

12、s6、元器件自动排布：输入排布规则和/或排布原则的权重关系，计算形成元器件排布方案；

13、s7、自动布线：根据元器件排布方案，并调用布线数据库数据，进行自动布线，形成最终方案；

14、s8、合理性分析：对最终方案进行合理性分析，合理性分析计算包括但不限于槽满率α和/或元器件安装板占有率β；其中若不满足槽满率α≤75％的设定要求，则对步骤s2计算的走线槽规格进行重新计算调整；若不满足元器件安装板占有率β，则对步骤s4中的安装板的尺寸进行重新计算调整；

15、进一步，上述步骤s1中，电气控制柜尺寸为宽度xa和高度ya；根据推荐比例值k1，k2，设定安装板的宽度上限值xlen1和高度上限值ylen1，其中xlen1＝xa*k1，ylen1＝ya*k2；其中k1和k2均大于等于c，且小于等于d，c≥50％，d≤90％；同时安装板的宽度x和高度y满足以下条件：

16、xlen2≤x≤xlen1；

17、ylen2≤y≤ylen1；

18、其中，xlen2为建议同排放置的元器件的最大宽度；ylen2为每排元器件的最大高度。

19、进一步，上述每排元器件的最大高度为元器件的最大预留宽度、esd预留安全区域高度，线槽高度。

20、进一步，上述步骤s2在进行走线槽估算时，还加入以下规则进行走线槽估算：布局空间、散热、环境温度和走线槽牙距。

21、进一步，上述步骤s3中元器件安装数据还包括高低压元器件排布限制要求、emc要求、进线入口要求。

22、进一步，上述步骤s6中排布规则为以同类元器件排布整齐为优、以宽度相近一致为优、以原理图排布顺序一致为优、以元器件安装板占有率β低为优；

23、其中元器件安装板占有率β＝s总/s底；其中s总＝∑s1+s2，s1为走线槽总底面积，s2为底板安装元器件总底面积；其中s底＝x*y。

24、进一步，上述步骤s6中排布原则的权重关系按照以下方式建立：

25、根据需求通过选择调整每个属性的权重，属性包括：以同类元器件排布整齐为优a、宽度相近一致为优b、以原理图排布顺序一致为优c、以元器件安装板占有率β低为优d；根据设计需求设定a、b、c、d的优先级，根据优先级从先到后的顺序将权重设置成从重到轻；在计算形成元器件排布方案时，根据优先级别先满足最高权重的属性，最后满足最低权重的属性。

26、进一步，上述步骤s6中还根据自带设定的权重关系，形成一个推荐的元器件排布方案。

27、进一步，上述步骤s7根据以下布线规则进行自动布线：电源与信号线分开走线和/或路径短和/或进行导线拐弯半径补偿。

28、进一步，上述步骤s8中按照以下方式对元器件安装板占有率β进行合理性分析计算：

29、元器件安装板占有率β＝s总/s底；其中s总＝∑s1+s2，s1为走线槽总底面积，s2为底板安装元器件总底面积；其中s底＝x*y；

30、如若β＜50％，则对步骤s4中的安装板的尺寸进行重新计算调整。

31、进一步，上述步骤s8中还按照以下方式对emc干扰值进行合理性分析计算：

32、调用数据库经验数据，所述数据库经验数据包括但不限于元器件自带的emc数据安装空间要求和磁场干扰的初步排布模拟建议值；若给出预警，建议重新排布，或将emc干扰大的元器件做进一步隔离处理。

33、本发明的第二个目的是提供一种电气控制柜自动布局系统，其通过上述方法能够有效提高电气控制柜的设计效率。

34、实现本发明第二个目的的技术方案是：本发明中用于实现上述的数字化实现方法的电气控制柜自动布局系统，包括用于实现上述步骤s2的走线槽估算模块，用于实现上述步骤s3的待排布元器件分类模块，用于实现上述步骤s4的安装板尺寸估算模块，用于实现上述步骤s5的安装板区域分割模块，用于实现上述步骤s6的元器件自动排布模块，用于实现上述步骤s7的自动布线模块，用于实现上述步骤s8的合理性分析模块。

35、本发明具有积极的效果：(1)本发明着力于能够根据健全的3d部件库，将电气设计元器件排布的标准，应用在电气设计3d元器件自动布局上，旨在能够减少设计工程师对于个人经验的依赖，将标准化的设计集成在软件中，提高设计效率。

36、(2)本发明把预设计整合到规划确认中，由于数据的一致性，可以大大提高设计合理性，大量减少实际摆放时的人工介入，实现的降低成本提高项目质量的目的。