CN108875265A - 一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法，包括区域划分和区域内组合模块的布设两部分，区域划分采用基于经验与规定的布设方法，区域内组合模块的布局采用基于空间最优化的自动布设方法，基于最小残差方差法对各区域内模块组件进行自动布设。与传统安装布置图相比，本发明的设计方式更加简单，设计效率大幅度提高，设计质量有保障，避免了设计人员个人水平造成的设计差异，降低了对设计人员的专业技能要求。设计、校对、审核的工作量和压力都大幅度降低。全面实现了安装布置图设计的自动化、智能化。

Description

一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法

技术领域

本发明属于工业电气自动化硬件设计领域，具体涉及一种电气控制箱、柜安装布置图自动布局和成图的生成方法。

背景技术

安装布置图主要是用来表明电气控制设备上所有器件的实际位置、安装要求，为电气控制设备的制造、安装、维修提供必要的资料。安装布置图的设计要素往往涉及以下一些内容：

1.电气控制箱、柜的选型：不同的选型由于面板、背板的尺寸不同，控制方案不同，控制对象不同，器件的布局方式也会不同。

2.器件的选型：器件选型不同，尺寸占位不同，选用的成比例图样也会不同。

3.箱、柜编号及器件编号：即便箱、柜的选型及器件的选型、数量都相同的电气控制设备，编号也会不同。

4.电气控制箱、柜的的面板、背板器件没有放满时，需要应用预留备用原则，器件的定位及卡轨、线槽尺寸的确定，都需要设计人员考虑。

综上所述，安装布置图的设计模式多样，变化多端，细节繁多，设计方法、标准、规范及用户需求多样。

传统的安装布置图，电气控制箱、柜的多为标准机箱柜，其内部空间分布多采用人工布设方式、面板及背板设计也多采用人工设计方式，工作量大、繁琐、设计要求高。通常机柜箱内部空间布设方式为分区布设，其中供配电、执行器单元在箱中下部区域，指示器在易于观测的区域，控制器、通信器位于上部区域。同时，机柜、箱的布置图设还需考虑卡轨、线槽尺寸空间，散热通风的要求，安全性、维护性要求等方面内容。

传统的安装布置图器件尺寸占位用成比例的方框表示，标注箱、柜编号及器件编号。布置图元器件占位及内部布设状态不直观。

发明内容

本发明的目的是在经验与规定条件下实现电气控制箱、柜安装布置图基于最小残差方差法的最优化自动布局。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法，包括区域划分和区域内组合模块的布设两部分，所述组合模块为区域内布设器件及组件的组合，其特征在于：所述区域划分采用基于经验与规定的布设方法，所述区域内组合模块的布局采用基于空间最优化的自动布设方法，具体操作如下：

A、确定区域内组合布局几何期望中心(X₀，Y₀)，区域面积S₀，及顺时针边界张成向量组且设计为凸集，即相邻向量边的叉积值符号同号；

B、根据区域功能技术参数要求，自动选取元器件，计算组合模块总面积S₁，若S₁>S₀则需重新调整区域面积；若S₁<S₀,则继续进行布设，元器件选取完毕后，按序排列元器件，形成组合边框，获得组合模块的几何中心(X₁，Y₁)，同时形成组合模块的顶点坐标集(X₁₀，Y₁₀)、(X₁₁，Y₁₁)、(X₁₂、Y₁₂)、…(X_1n、Y_1n)；

C、基于最小残差方差法对各区域内模块组件进行自动布设，其具体操作步骤如下：

1)将组合模块的几何中心(X₁，Y₁)与区域内组合布局几何期望中心(X₀，Y₀)重合；

2)判断组合模块各顶点是否落于区域内，并求解偏差值：

区域边界为顺时针向量组，判断法则是组合模块的各顶点应位于区域边界向量的右侧；

具体操作为：

将坐标元点依次移至边界向量组每个向量的起点，分别判断组合模块各个顶点与其中单个边界向量的位置关系：

如果组合模块各个顶点均位于该边界向量的右侧，则不移动组合模块坐标，继续至下一个边界向量；

如果组合模块中有顶点位于该边界向量的左侧，则计算位于该边界向量左侧的顶点距离该边界向量的距离，选取与该边界向量距离最大的顶点，计算该顶点与该边界向量的修正偏差量，根据修正偏差量整体移动组合模块的各点坐标，使该超界顶点移动至该边界向量上；然后继续对下一个边界向量进行判断，直至组合模块顶点全部位于区域边界向量右侧，则完成自动布局。

进一步的，在步骤2)一次调整循环过程中出现边界平行反向向量均进行调整时，则认为组合模块边界超出区域边界，需重新调整区域或更改组合模块内组件及元器件；调整完毕后，重复步骤1)开始进行自动布局。

进一步的，步骤2)组合模块顶点全部位于区域边界向量右侧，完成自动布局时，组合模块的几何中心(X₁，Y₁)与区域内组合布局几何期望中心(X₀，Y₀)的残差方差S＝(X₀-X₁)²+(Y₀-Y₁)²最小，该区域布局为设计布局。

进一步的，步骤2)中判断法则：组合模块的各顶点应位于区域边界向量的右侧，其基本原理为基于平面向量叉乘计算法则，平面两向量按右手法则叉乘得到一伪向量，其符号可判断模块顶点位于边界向量的左侧或右侧；具体判断方法为如附图1所示，设向量为边界向量，C为组合模块的一个顶点；

其中θ为由向旋转形成的夹角，当该值为正值时，表示C点位于向量的右侧，否则为左侧。

进一步的，组合模块的顶点位于区域边界向量的右侧时，顶点到边界向量的距离d的计算方法为：如附图1所示，顶点C距边界向量距离，采用点到直线距离公式，其表达式为式(1)：

进一步的，组合模块顶点位于区域边界的左侧时，顶点到边界向量的距离d的计算方法为：如附图2所示，则先计算出该顶点C与边界向量线段的投影点D坐标，其计算方式如下：

得D点坐标(x，y)如式(2)：

C点与D点之间的距离为d。

进一步的，求组合模块该顶点C与投影点D的坐标差值(Δx，Δy)如式(3)，即为步骤2)所述的修正偏差量。

本发明的有益效果：

与传统按装布置图相比，本发明的设计方式更加简单，设计效率大幅度提高，设计质量有保障，避免了设计人员个人水平造成的设计差异，降低了对设计人员的专业技能要求。设计、校对、审核的工作量和压力都大幅度降低。全面实现了安装布置图设计的自动化、智能化。

下面结合附图和实施例对发明作一详细描述。

附图说明

图1为顶点在边界向量右侧的示意图；

图2为顶点在边界向量左侧的示意图；

图3为区域边界向量坐标示意图；

图4为模块组合坐标示意图；

图5为右对齐后边界向量坐标示意图；

图6为组合模块的几何中心与区域内组合布局几何期望中心重合后坐标示意图；

图7为判断组合模块顶点与的位置关系后坐标平移的结果；

图8为判断组合模块顶点与的位置关系后坐标平移的结果；

图9为模块组合自动布局后的最终设计布局。

具体实施方式

一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法，包括区域划分和区域内组合模块的布设两部分，所述组合模块为区域内布设器件及组件的组合，所述区域划分采用基于经验与规定的布设方法，所述区域内组合模块的布局采用基于空间最优化的自动布设方法，

A、确定区域内组合布局几何期望中心(X₀，Y₀)，区域面积S₀，及顺时针边界张成向量组且设计为凸集，即相邻向量边的叉积值符号同号；

B、根据区域功能技术参数要求，自动选取元器件，计算组合模块总面积S₁，若S₁>S₀则需重新调整区域面积；若S₁<S₀,则继续进行布设，元器件选取完毕后，按序排列元器件，形成组合边框，获得组合模块的几何中心(X₁，Y₁)，同时形成组合模块的顶点坐标集(X₁₀，Y₁₀)、(X₁₁，Y₁₁)、(X₁₂、Y₁₂)、…(X_1n、Y_1n)；

C、组合模块在区域内布局采用最小残差方差法自动布设，其具体操作步骤如下：

1)将组合模块的几何中心(X₁，Y₁)与区域内组合布局几何期望中心(X₀，Y₀)重合，此时残差最小；

2)判断组合模块各顶点是否落于区域内，并求解偏差值：

区域边界为顺时针向量组，判断法则是组合模块的各顶点应位于区域边界向量的右侧；组合模块的各顶点应位于区域边界向量的右侧，其基本原理为基于平面向量叉乘计算法则，平面两向量按右手法则叉乘得到一伪向量，其符号可判断模块顶点位于边界向量的左侧或右侧；具体判断方法为如附图1所示，设向量为边界向量，C 为组合模块的一个顶点；

其中θ为由向旋转形成的夹角，当该值为正值时，表示C点位于向量的右侧，否则为左侧。

具体操作为：

将坐标元点依次移至边界向量组每个向量的起点，分别判断组合模块各个顶点与其中单个边界向量的位置关系：

如果组合模块各个顶点均位于该边界向量的右侧，则不移动组合模块坐标，继续至下一个边界向量。组合模块的顶点位于区域边界向量的右侧时，顶点到边界向量的距离d的计算方法为：如附图1所示，顶点C距边界向量距离，采用点到直线距离公式，其表达式为式(1)：

如果组合模块中有顶点位于该边界向量的左侧，则计算位于该边界向量左侧的顶点距离该边界向量的距离，选取与该边界向量距离最大的顶点，计算该顶点与该边界向量的修正偏差量，根据修正偏差量整体移动组合模块的各点坐标，使该超界顶点移动至该边界向量上。

组合模块顶点位于区域边界的左侧时，顶点到边界向量的距离d 的计算方法为：如附图2所示，则先计算出该顶点C与边界向量线段的投影点D坐标，其计算方式如下：

得D点坐标(x，y)如式(2)：

C点与D点之间的距离为d。

求组合模块该顶点C与投影点D的坐标差值(Δx，Δy)如式 (3)，即为步骤2)所述的修正偏差量。

然后继续对下一个边界向量进行判断，直至组合模块顶点全部位于区域边界向量右侧，则完成自动布局。组合模块的几何中心(X₁， Y₁)与区域内组合布局几何期望中心(X₀，Y₀)的残差方差S＝(X₀-X₁) ²+(Y₀-Y₁)²最小，则该区域布局为设计布局。

在步骤2)一次调整循环过程中出现边界平行反向向量均进行调整时，则认为组合模块边界超出区域边界，需重新调整区域或更改组合模块内组件及元器件；调整完毕后，重步骤1)开始进行自动布局。

下面通过具体的实施例具体说明一下。

实施例1

A、实根据安装布置图设计所需的技术参数，以柜内线槽为区域边界，基于经验及规定，初步确定箱柜区域划分，根据对齐方式要求，确定区域参数。

以8边形区域空间分布举列(如图3)，其有8个边界线，以顺时针方式确定向量 形成闭合区域。同时，可计算出区域面积S₀，区域内组合布设的各类对齐方式的几何期望中心(X₀，Y₀)的选取模式如下：

1)中心对齐，选取对角线交点。

2)右中对齐，选取线段中点。

3)左中对齐，选取线段中点。

4)上中对齐，选取线段中点。

5)下中对齐，选取线段中点。

6)右上角对齐，选取线段中点。

7)左上角对齐，选取线段中点。

8)右下角对齐，选取线段中点。

9)左下角对齐，选取线段中点。。

其余对齐方式，可人工确定对齐点。

B、基于区域约束条件，采用枚举法进行区域内组件模块构形，并计算组件的几何中心。

其具体方式为：

根据区域功能技术参数要求，自动选取元器件，计算底面积和 S₁，若S₁>S₀则无法布设，需调整区域面积。元器件选取完毕后，按序排列元器件，形成组合边框，并将组合边框顶点在X轴上的最大值与最小值的均值作为组合模块布设的几何中心X₁，在Y方向上的最大值与最小值的均值作为组合模块布设的几何中心Y₁。从而形成组合模块的几何中心(X₁，Y₁)。同时形成组合模块的顶点坐标集(X₁₀， Y₁₀)、(X₁₁，Y₁₁)、(X₁₂、Y₁₂)、…(X_1n、Y_1n)。以一典型的组合模块为例，其组合后的图形如图4。

C、基于最小残差方差法对各区域内组件进行自动布设。

以上述区域及组合模块右对齐为例(如图5)，选取区域期望中心(X₀，Y₀)为坐标(0，0)，其位于边的中点，则区域顶角坐标分别为(X₀₁，Y₀₁)、(X₀₂、Y₀₂)、(X₀₃、Y₀₃)、(X₀₄、Y₀₄)、(X₀₅， Y₀₅)、(X₀₆、Y₀₆)、(X₀₇、Y₀₇)、(X₀₈、Y₀₈)。各边张成的向量分别为：

1)将组合模块的几何中心(X₁，Y₁)与区域布设期望中心(X₀，

Y₀)重合，构成图6。

2)逐段边向量计算与移动

(a)将坐标元点移置向量的起点，平移规划各坐标点；计算组合模块顶点与的距离及左右，选取最大左偏移顶点求解最大偏差值，并进行坐标平移，所得如图7。

(b)将坐标元点移置向量的起点，平移规划各坐标点；计算组合模块顶点与的距离及左右，均为右侧。则不移动模块坐标。向量同理。

(c)将坐标元点移置向量的起点，平移规划各坐标点；计算组合模块顶点与的距离及左右，选取最大左偏移顶点求解最大偏差值，并进行坐标平移，所得结果，如图8。

(d)将坐标元点移置向量的起点，平移规划各坐标点；计算组合模块顶点与的距离及左右，均为右侧。则不移动模块坐标。 向量同理。

3)重复步骤2)，直至组合模块顶点均位于各边界向量右侧或向量线段上，则组合模块中心的(X₁，Y₁)与区域期望中心(X₀，Y₀)的残差最小。其结果如图9。

本例中模块顶点(X₁₂，Y₁₂)、(X₁₃，Y₁₃)位于向量上，(X₁₆、 Y₁₆)位于向量上。

根据经验与规定，微量调整区域划分边界，利用最小残差方差法，获得机箱柜整体布局的最小残差方差。

安装布置图的布局和填充内容都是自动完成的，正确率高，合理性强，图纸一次成型，不需要像人工设计那样来回移动比量。一个项目的多个箱、柜，只要设计要求相同，都可以批量成图。设计要求发生改变时，可以通过改变设置参数，把所有箱、柜的安装布置图批量变更到位。

Claims (7)

1.一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法，包括区域划分和区域内组合模块的布设两部分，所述组合模块为区域内布设器件及组件的组合，其特征在于：所述区域划分采用基于经验与规定的布设方法，所述区域内组合模块的布局采用基于空间最优化的自动布设方法，具体操作如下：

A、基于经验与规定，确定区域内组合布局几何期望中心(X₀，Y₀)，区域面积S₀，及顺时针边界张成向量组且设计为凸集；

B、根据区域功能技术参数要求，自动选取元器件，计算组合模块总面积S₁，若S₁>S₀则需重新调整区域面积；若S₁<S₀,则继续进行布设，元器件选取完毕后，按序排列元器件，形成组合边框，获得组合模块的几何中心(X₁，Y₁)，同时形成组合模块的顶点坐标集(X₁₀，Y₁₀)、(X₁₁，Y₁₁)、(X₁₂、Y₁₂)、…(X_1n、Y_1n)；

C、基于最小残差方差法对各区域内模块组件进行自动布设，其具体操作步骤如下：

1)将组合模块的几何中心(X₁，Y₁)与区域内组合布局几何期望中心(X₀，Y₀)重合；

2)判断组合模块各顶点是否落于区域内，并求解偏差值：

区域边界为顺时针向量组，判断法则是组合模块的各顶点应位于区域边界向量的右侧；

具体操作为：

将坐标元点依次移至边界向量组每个向量的起点，分别判断组合模块各个顶点与其中单个边界向量的位置关系：

如果组合模块各个顶点均位于该边界向量的右侧，则不移动组合模块坐标，继续至下一个边界向量；

如果组合模块中有顶点位于该边界向量的左侧，则计算位于该边界向量左侧的顶点距离该边界向量的距离，选取与该边界向量距离最大的顶点，计算该顶点与该边界向量的修正偏差量，根据修正偏差量整体移动组合模块的各点坐标，使该超界顶点移动至该边界向量上；然后继续对下一个边界向量进行判断，直至组合模块顶点全部位于区域边界向量右侧，完成自动布局。

2.根据权利要求1所述的一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法，其特征在于：在步骤2)一次调整循环过程中出现边界平行反向向量均进行调整时，则认为组合模块边界超出区域边界，需重新调整区域或更改组合模块内组件及元器件；调整完毕后，重复步骤1)开始进行自动布局。

3.根据权利要求1所述的一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法，其特征在于：步骤2)组合模块顶点全部位于区域边界向量右侧，完成自动布局时，组合模块的几何中心(X₁，Y₁)与区域内组合布局几何期望中心(X₀，Y₀)的残差方差S＝(X₀-X₁)²+(Y₀-Y₁)²最小，该区域布局为设计布局。

4.根据权利要求1所述的一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法，其特征在于：步骤2)中判断法则：组合模块的各顶点应位于区域边界向量的右侧，具体判断方法为如附图1所示，设向量为边界向量，C为组合模块的一个顶点；

其中θ为由向旋转形成的夹角，当该值为正值时，表示C点位于向量的右侧，否则为左侧。

5.根据权利要求4所述的一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法，其特征在于：组合模块的顶点位于区域边界向量的右侧时，顶点到边界向量的距离d的计算方法为：如附图1所示，顶点C距边界向量距离，采用点到直线距离公式，其表达式为式(1)：

6.根据权利要求4所述的一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法，其特征在于：组合模块顶点位于区域边界的左侧时，顶点到边界向量的距离d的计算方法为：如附图2所示，先计算出该顶点C与边界向量线段的投影点D坐标，其计算方式如下：

得D点坐标(x，y)如式(2)：

C点与D点之间的距离为d。

7.根据权利要求6所述的一种电气控制箱、柜安装布置工图生成方法，其特征在于：

求组合模块该顶点C与投影点D的坐标差值(Δx，Δy)如式(3)，即为步骤2)所述的修正偏差量。