Файл: Конспект лекций для магистрантов специальности 6М070200 Автоматизация и управление.doc

Лекция 30 Сециальное программное обеспечение задач моделирования (часть 2)

Специальное программное обеспечение для решения задач имитационного и схемотехнического моделирования схем и систем в радиотехнике, электронике и телекоммуникации. Общие сведения

Разработка современных систем автоматизации в различных отраслях промышленности, транспорта, связи, бизнеса не могут быть выполнена без использования компьютерных технологий. Использование компьютеров позволяет эффективно решать задачи автоматизации проектирования, математического моделирования и имитации функционирования, оптимизации, подготовки технической документации, реализации технологии изготовления и др. [4].

Типичная система автоматизации может быть представлена структурной схемой, показанной на рисунке 30.1.

На этом рисунке условно показана система автоматизации некоторого технологического объекта управления (ТОУ), на входы которого поступают: потоки веществ, энергии, информации и возмущения, нарушающие качество протекания процесса. В результате функционирования ТОУ изменяются его выходы (параметры технологических режимов, показатели эффективности и т.п.), значения которых замеряются измерительными преобразователями ИП (датчиками), и поступают в управляющее устройство УУ (контроллер, ПЛК, автоматический регулятор, управляющий промышленный компьютер и т.п.). В УУ подаются также задания (сигналы от систем управления верхнего уровня, параметры технологического регламента, константы, значения ограничений и др.). Выходные воздействия УУ U_P направляются на исполнительные механизмы и регулирующие органы РО, изменяя значения входов так, чтобы обеспечить достижения оптимальных значений заданных критериев оптимальности.



Рисунок 30.1 – Структурная схема одноуровневой системы автоматизации
Техническое обеспечение системы автоматизации базируется на использовании различных изделий электронной техники, под которыми мы в дальнейшем понимаем прибор, устройство и т.п., состоящие из электронных, электротехнических и микроэлектронных компонентов. Типичным исполнением такого изделия обычно является печатная плата, на которой размещаются компоненты схемы. Частным случаем является использование в схеме и совокупности компонентов, соединенных проводниками при помощи пайки.

---

Автоматизация проектирования изделий электронной техники подразделяется на следующие четыре этапа:
Таблица 30.1

Этапы проектирования изделий электронной техники

Этап	Содержание работ.
1.Систе- мотехническое проектирование.	1.1. Постановка задачи, формулирование цели проектирования изделия. 1.2. Формирование структуры будущего изделия. 1.3. Определение основных технико - экономические характеристик изделия.
2.Функциональное (схемотехническое) проектирование.	2.1. Выбор функционально - логической и элементной базы. 2.2. Разработка принципиальных электрических схем изделия в целом и ее составных частей. 2.3. Отладка и оптимизация параметров схем.
3.Техническое (конструкторское) проектирование.	3.1. Решение задачи синтеза конструкции изделия в целом. 3.2. Определение компоновки и размещения элементов. 3.3. Разработка топологии электрических соединений.
4.Проектирование технологических процессов.	4.1. Определение состава технологического оборудования для изготовления печатной платы. 4.2. Подготовка необходимых организационно-технических мероприятий, связанных с обеспечением функционирования технологических линий изготовления печатных плат. 4.3. Разработки правил подготовки проекта печатной платы для ее изготовления в единичном, мелкосерийном или крупносерийном вариантах.

При разработке современного электронного оборудования из-за сложности и объема выполняемых работ нельзя обойтись без компьютерных технологий.

Ниже проведен краткий обзор функциональных возможностей некоторых компьютерных программ схемотехнического моделирования электронных схем. Они используются на этапах 2-4 автоматизации проектирования и могут быть применены в учебном процессе высшей школы. В дальнейшем мы будем применять термин – программы или системы, хотя фактически это сложные и дорогостоящие (сотни и тысячи долларов США) диалоговые программные комплексы.

Список таких программ довольно большой: P-CAD, OrCAD, Protel, Electronic Workbench, BPECS32, QuickPic SchemCreator, CircuitMaker, MicroCap, Accel Eda R15, Pad's Power PCB, Electronic Survey Program, LabView, TraxMaker, Visual Route, Electronic Assistant, AlteraHDL, Pro Electronic Card Maker, Electronic Design Studio, Electronic Design for Windows, Studio Multisim, PSpice, PC-LOGS, Viewlogic, Altera Max Plus II, autoDesk actrix Technical, PCI-X Synopsis, Microwave Office, SUM 3D, и др.

---

Перечисленные программы имеют различные области применения, функциональные возможности, стоимость, сложность в освоении. OrCad и Protel, например, значительно более совершенные, чем CircuitMaker или Electronic Workbench и считаются профессиональными пакетами в области разработки электронных схем. В целом программа MicroCap более мощная, чем Electronic Workbench. Хотя Electronic Workbench проще в использовании, нагляднее и удобнее, но при работе с ней в сложных схемах, особенно в высокочастотных иногда возникают ошибки. Программа MicroCap очень удобна для первоначального освоения схемотехнического моделирования электронных схем и рекомендуется для выполнения исследовательских работ, не предполагающих немедленной конструкторской реализации. Наибольшее распространение она может получить при обучении магистрантов. Electronic Survey Program v.1.1 и TraxMaker v.2. предназначены для разработки электронных схем и плат, Visual Route 3.1 а для разводки и анализа коммуникаций. HyperSignal Block Diagram 4.0 - удобная программа моделирования аналоговых и цифровых устройств, заданных функциональными схемами. Однако однозначно выбрать единственную программу для применения в различных условиях невозможно.

Очевидно, что любая, даже самая совершенная программа, построенная на принципах имитационного моделирования, не может, в полной мере, заменить процесс создания и инструментального исследования реального процесса или схемы.

Система автоматизированного проектирования (САПР) или CAD (англ. Computer-Aided Design) — программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей. Современные системы автоматизированного проектирования обычно используются совместно с системами автоматизации инженерных расчётов и анализа CAE (Computer-aided engineering). Данные из CAD-систем передаются в CAM (англ. Computer-aided manufacturing — система автоматизированной разработки программ обработки деталей для станков с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем)).

Aucotec ELCAD

Aucotec ELCAD/AUCOPLAN v7.5.0. ELCAD - это одна из лидирующих ЕСАЕ систем, установивших high-end стандарты в электронно-техническом проектировании и планировании. Постоянно расширяющийся с 1985 года список возможностей этой системы представляет максимум возможностей для автоматизации. С помощью ELCAD создаются документы, требующиеся для электронно-технических заданий, такие как круговые диаграммы, терминальные и объединяющие диаграммы, списки частей и заказов, списки содержания, списки проводников, общие технические диаграммы, списки привязок и т.п. Автоматическая система ревизионного менеджмента делает ELCAD уникальным в сфере САЕ программ: ELCAD распознает любые изменения в документе по одному нажатию кнопки, а затем создает документ, в котором отображены все эти изменения. ELCAD можем быть использован как отдельная станция, так и сетевая. Несколько дизайнеров могут одновременно разрабатывать один проект по сети.

---

AutoCAD Electrical

AutoCAD Electrical 2010 Russian. AutoCAD® Electrical — это AutoCAD® для проектировщиков электрических систем управления. Приложение включает в себя все возможности AutoCAD, а также полный набор функций для электротехнического проектирования. Автоматизация стандартных задач и обширные библиотеки условных обозначений позволяют сэкономить массу времени, которое можно потратить на новаторские разработки.

Функциональные возможности AutoCAD® Electrical позволяют автоматизировать электротехническое проектирование и повысить эффективность выпуска рабочих чертежей, предоставляя проектировщикам конкурентные преимущества.

Стандарты оформления и библиотеки компонентов. AutoCAD Electrical поддерживает международные стандарты оформления чертежей и содержит обширные библиотеки стандартных компонентов и условных обозначений. Средства для повышения производительности. Полный набор специализированных функций и средств для электротехнического проектирования позволяет повысить производительность работы.

Контроль и предотвращение ошибок. Автоматическая проверка позволяет выявить ошибки до выпуска изделия в производство.

Средства проектирования схем. Программа позволяет увеличить скорость и точность создания и изменения электрических схем.

Средства компоновки панелей. AutoCAD Electrical позволяет легко и быстро создавать точные интеллектуальные чертежи компоновки панелей.

Полное управление клеммами. У вас есть возможность упростить выполнение операций при работе с клеммами.

Управление данными и формирование отчетов. У рабочих групп есть возможность организации проектных данных и управления ими, а также формирования отчетов для производственных подразделений.

Совместная работа и взаимодействие. Использование единой цифровой модели облегчает совместную работу проектировщиков механической и электрической частей проекта.

Средства разработки программируемых логических контроллеров. Вы можете повысить производительность и точность при работе с чертежами устройств ввода/вывода ПЛК.

Средства переноса данных. Автоматическое преобразование данных в объекты AutoCAD Electrical позволяет сэкономить значительное время без потери предыдущих настроек.

CADElectro

CADElectro - система автоматизированного проектирования электрических систем управления на базе релейно-контактной аппаратуры и программируемого контроллера.

Cadsoft EAGLE

Cadsoft EAGLE - это комплексное средство для разработки печатных плат, начиная с создания принципиальной электрической схемы и заканчивая созданием печатной платы и её трассировкой.

---

Pro-версия позволяет разрабатывать печатные платы размером до 1600x1600 мм (16 слоёв) с разрешением до 1/10000 мм. Для этого в программе реализованы три модуля: Schematic Module, Layout Editor, Autorouter. Кроме этого программа имеет довольно большую библиотеку, содержащую множество стандартных и достаточно распространённых электронных компонентов, например, микроконтроллеры, таким образом, не нужно будет самому рисовать изображение компонента на схеме и создавать футпринт для печатной платы. Большинство компонентов также имеют краткое описание.

Программа включает в себя:

• 
  графический редактор схем (Schematic Editor);
  
• 
  редактор печатных плат (Layout Editor);
  
• 
  весьма гибкий и удобный редактор библиотек (Library Editor);
  
• 
  автотрассировщик (Autorouter).
  

CAM350

CAM350 - система подготовки фотошаблонов печатных плат к производству. Программа CAM350 является очень популярной в России, так как ранее облегченная версия этого продукта поставлялась с пакетом ACCEL EDA, поэтому имела схожую с ней идеологию и позволяла загружать проект платы не в виде набора Gerber файлов, а файл PCB с сохранением информации об электрических связях. Начиная с версии 8.0, у программы появился принципиально новый пользовательский интерфейс, значительно упрощающий доступ пользователя к мощным функциям пакета CAM350. Интерфейс построен на стандартных функциях операционной системы Microsoft Windows и поддерживает удобное масштабирование, просмотр топологии, пользовательские настройки меню команд и панелей инструментов.

Circuit Maker Professional

Пакет программ CircuitMaker 2000 относится к "легким" системам САПР электроники и в основном предназначен для обучения навыкам схемотехнического моделирования смешанных аналого-цифровых устройств и разработки печатных плат на компьютерах под управлением Windows 95/98/2000/NT. Он имеет некоторые особенности, ориентированные на применение в учебном процессе.

Пакет программ CircuitMaker, разработанный фирмой MicroCode, в настоящее время принадлежит компании titleium Limited. С его помощью производится графический ввод принципиальных электрических схем, выполнение моделирования смешанных аналого-цифровых устройств и разработка печатных плат (ПП) - фактически в одном пакете имеется компьютерная виртуальная электронная лаборатория, выполняющая цикл сквозного проектирования электронной аппаратуры широкого профиля. Программа CircuitMaker обеспечивает графический ввод принципиальных схем и их моделирование, разработка печатных плат (ПП) производится с помощью входящего в состав пакета программы TraxMaker (в дальнейшем эта программа в соответствии с технической политикой компании titleium Limited может быть заменена соответствующим модулем пакета Protel) или внешних программ PADS, P-CAD, Protel и др. Однако обратим внимание, что в наиболее привлекательной студенческой версии пакета список соединений проекта, необходимый для разработки ПП, выполняется только в формате программы TraxMaker, которая не входит в его состав. Поэтому студенческую версию практически можно использовать только для схемотехнического моделирования, а для разработки ПП следует привлекать коммерческие версии.

---