電力二次設備配線工藝數字化研究

王廣彬，曹 齊，崔永艷，林 峰，俞 俊

（1.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106；2. 南瑞集團有限公司（國網電力科學研究院），江蘇 南京211106）

1 引言

在電力二次設備生產制造領域配線工藝環節，正面臨著業務量增加、作業工序分散、作業效率低、導線長度浪費以及人工成本增加等一系列問題，配線工序已經成為整個產品加工過程中的瓶頸，嚴重制約著產品的履約質量。

針對以上問題，本文介紹了一種基于數字化的電力二次設備配線工藝設計方法和信息平臺，如圖1所示，對電氣設計環節各器件、連線進行模型抽取、參數化設置，輸出自動化線束預制設備可直接使用的信息，保證了從電氣設計到生產制造環節的數字語言統一、精準連接。

圖1 配線工藝數字化設計方法

2 建立基礎參數庫

電力二次設備控制柜典型配置如圖2所示，主要包括屏柜、裝置、端子、空開、壓板、前立柱等部件，如圖3所示，各部件之間通過導線按照一定的規則確定的路徑完成連線。

圖2 電力二次設備控制柜實物圖

圖3 電力二次設備控制柜模型圖

2.1 建立屏柜基礎參數模型

本方法支持計算任意尺寸的電氣柜。首先建立屏柜尺寸字典庫及屏柜尺寸模板庫，如圖4所示，支持用戶隨時新增屏柜各項尺寸信息及創建標準屏柜尺寸模板。在開始進行配線設計時，用戶可以快速地從標準尺寸模板庫中進行選擇，尺寸信息直接參與最終配線線徑的計算。

圖4 屏柜模板配置界面圖

2.2 建立物料編碼對應模型

本方法支持用戶將導入的BOM表數據及自動配線結果轉化為配線物料包進行物料清算。將各種器件按照特性分成多種類型，如裝置、端子、端版和導線等，每一種類型的物料與物料編碼都存在特定的對應關系，例如端子需要廠家信息及型號信息可以匹配到唯一物料編碼；裝置需要型號信息匹配到唯一物料編碼。用戶可以通過批導的方式，將器件與物料編碼的對應關系批量導入到平臺中，如圖5所示。完成配線路徑自動計算后，可以將器件及導線按照類型自動匹配物料編碼，自動生成導線物料包，大大減少了用戶在配線設計后的物料清單整理時間。

圖5 物料編碼對應關系配置界面圖

2.3 建立器件參數模型

本方法將屏柜內所有組成器件按照安裝方式及自身特性進行了分類，分別為裝置、端子、空開、壓板、前立柱以及元器件；平臺對于每種類型的器件按照各自特性，內置了型號庫及接線參照庫，如裝置型號庫、裝置接線參照庫、端子接線參照庫（如圖6所示）、端子型號庫（如圖7所示）等。部分器件接線參照數量較多，也支持用戶批量導入接線參照數據。在維建立型號及接線參照數據的同時，也支持進行接線相關數據的維護，例如導線規格、接線方向等。

圖6 端子接線參照配置界面圖

圖7 端子型號配置界面圖

3 導入工程數據

3.1 導入物料清單

本方法支持將屏柜組成器件信息及接線關系導入，快速提取出電氣柜內的所有配線器件及器件間的接線關系并進行建模，如圖8所示。在導入過程中，根據器件名稱及型號，會自動將器件進行類型劃分。在導入組成器件信息后，支持用戶進行器件類型的修改，也支持用戶新增和刪除屏柜組成器件。

圖8 屏柜器件接線關系表

3.2 CAD圖樣信息抽取

在確認屏柜下配線器件無誤后，就可以開始圖樣的解析步驟，在前文中，已經獲取到了屏柜內的所有組成器件及其唯一代號，通過接口將數據發送至CAD識圖軟件（圖9），軟件將組件代號與圖樣進行比對，獲得到各組件的安裝位置及安裝順序。

圖9 圖樣識別界面圖

3.3 組件型號維護

對于裝置、元器件等多個接線點的組件來說，需要通過型號去獲取到接線距離，此處的接線距離指接線點進入接線槽的長度。在屏柜內的組件代號及安裝位置、安裝順序進入系統后，便可以維護組件的型號數據及安裝高度數據，同類型較多的器件，平臺支持批量修改型號數據。對于導入的柜內器件布局，如圖10所示，也可以進行調整，包括安裝位置、安裝順序及安裝高度等。

圖10 端子布局界面圖

本步驟還需要進行屏柜尺寸的選擇，確定屏柜的高度、寬度，以及影響到全局安裝的參數信息，如圖11所示，例如屏柜的開檔深度。

圖11 屏柜基本信息維護界面圖

4 生成最優配線路徑

4.1 計算配線路徑及距離

當屏柜信息、組成器件信息及布局信息錄入完全后，依據電氣屏柜內基本布線規則及內置路徑距離計算邏輯，如圖12所示，系統會給出所有接線關系的最優接線路徑及路徑距離。

圖12 計算配線路徑及距離邏輯圖

路徑及距離自動計算完成后，用戶可以按照標準導出格式導出接線關系。該表格可以直接供下線機使用。

4.2 導出物料清單

完成了路徑及距離計算后可以生成屏柜下組成器件的信息及導線的信息，如圖13所示，其中器件可以通過物料編碼對應關系直接轉換成物料編碼，導線方面需要分別計算導線距離及導線根數，再轉化成導線材料費及導線人工費，當布線設計完成用戶即可進行費用清算，大大減少手工統計時間。

圖13 布線物料清單表

5 優化配線工藝流程

傳統布線工藝需要設計人員通過三維軟件進行圖樣二次加工，在三維空間內手工進行產品標準器件布局及器件連線，需要人員去手工整理屏柜器件及導線線長等相關物料和數量，才能形成布線的物料消耗清單，對操作人員技能要求高、操作時間長、易出錯，難以滿足小批量、多品類產品快速交付需求。傳統布線工藝及物料清算過程如圖14所示。

圖14 傳統布線及物料清算過程

本方法首先將圖樣識別進行了自動化，快速準確地對屏柜組件進行了空間建模，固化布線最優路徑計算邏輯，快速完成柜內所有接線計算，操作簡單，上手快，需要人為干預的地方少，大大減少了布線工藝所需要的時間及過程中的出錯可能性，如圖15所示，在設計完成后即可根據物料關系及導線轉換邏輯，一鍵生成可以直接用于清算的物料清單，為成本控制提供了數據基礎。

圖15 優化后布線及物料清算過程

6 結束語

相比其他同類工藝方法和軟件，主要有以下優點：

1）二維建模簡單，容易上手，無需要大量學習便能掌握使用。

2）適用電力二次設備產品定制化、個性化應用場景，解決了多品類、小批量、快交付的痛點。

3）不依賴特定CAD軟件，自開發通用CAD識別組件，可快速提取關鍵參數。

4）解決了生產線自動化設備需要的接口數據不統一的問題，使設計環節輸出為生產環節直接使用的數據。

5）提供工藝設計邏輯固化、驗證功能，設計完成自動輸出成本計算報表，為改善傳統工藝設計、減少生產資料浪費提供了解決方案。