供配电CAD中矢量绘图与数据处理一体化的实现冯　威¹，冯林桥²（1．浙江大学，浙江省杭州市310027；　2．湖南大学，湖南省长沙市410012）

1　引言

　　计算机辅助设计是计算机应用的一个重要领域，微机绘图则是CAD的重要组成部分。一个完善的CAD系统应该同时能完成绘图，数据管理和分析计算三种功能。在供配电系统中，大多数的图形绘制是以AUTOCAD等专门的图形软件为基础进行开发的，其成图过程离不开所依赖的一次软件环境且会占用大量存储空间。绘图系统与数据库及分析计算软件三者各自具有相对独立的运行环境，需要复杂的接口联系及频繁转换，使用麻烦、费时，且容易出错，不适应现代科技发展的需要。本系统把CAD的三个组成部分——绘图，数据库，分析计算放在统一的软件环境下来完成，使三者一体化，既可省去许多麻烦，也可供普通用户使用。本文着重于电气图形及与数据库分析程序连接的开发研究，拓展和扩充VisualBasic6．0（VB）中的绘图功能来完成图形的绘制，编辑，并使图形和数据库同步连接。

2　系统简介

　　本系统共分五部分：人机界面、图形绘制和编辑、数据库、分析计算、结果输出。总框图如图1所示。　　本系统具有常用的图形功能和友好的人机界面。用户进入主界面后，可进行电气图形的绘制、编辑和标注，直接从图形中对数据进行添加、修改、删除等操作，结果自动存入后台的数据库中，为下一步的分析计算作好准备。
　　本系统的主要功能有：①绘制各种电气接线图；②实现图形与数据库的连接，自动为分析计算提供与图形对应的数据表；③进行供配电系统的分析计算，含潮流、短路及继电保护整定计算；④报表及图形等输入、输出。
　　本系统还有以下特点：①全系统以一种高级语言为主编制，使绘图，数据管理和分析计算三者一体化，占用运行空间小，使用效率高，消除了软件环境的转换带来的繁琐人工操作等不良影响；②采用矢量绘图；③灵活开放式图库系统。
　　系统运行环境：①硬件环境：IBM－PC／AT及各类兼容机486，586以上，4MB以上内存（RAM）、100MB以上硬盘、1．44MB软驱、彩显、鼠标、键盘等；②软件环境：WINDOWSNT或WINDOWS95以上操作系统，VISUALBASIC6．0编程语言。

3　设计原理

3．1　人机界面的设计

　　系统界面由一个主窗口，18个数据输入、显示窗口和4个模块构成。采用了Windows98编程风格，形成了多层次树状菜单结构，制作了多种下拉式和弹出式菜单，工具条，状态条等等。主界面如图2所示。3．1．1　主窗口的设计
　　主窗口图形绘制在图片框完成，所需子图列表在窗口左边列出，窗口下边的文本框显示绘图所需的一些数据。菜单和工具栏主要实现对文件的管理和对图形的编辑功能。数据输入窗体通过双击已绘制的图形元件打开。
3．1．2　菜单功能的设计
　　利用VB提供的菜单编辑器实现将程序所应用到的命令进行分组和规范，用户可对程序的指令快捷操作，其文件打开、保存、打印、帮助对话框是通过CommonDialog控件调用动态文件commdlg．dll，使对话框具有Windows风格。
3．1．3　工具栏的设计
为了加快执行功能访问速度，使用VB中的ToolBar控件制作图标工具拦，当鼠标停留在工具条的按钮上时自动显示中文的按钮名称。
3．1．4　数据输入窗口设计
　　数据输入窗口采用了Data控件捆绑待显示的数据库，再用一系列文本框绑定不同的字段名。当用户双击某图形元件时，即弹出相应的数据输入窗口，可添加新数据，也可对数据进行修改和删除。借此达到图文并茂、形象直观的效果。现设有电源、变压器、调相机、电动机、线路、电抗器等常用设备的数据窗口。窗口数据与数据库对应表中的数据同步变更。

3．2　数据库设计

　　本程序采用Microsoft公司的Access数据库系统，Access数据库是一种功能强，使用方便的关系数据库，VB提供基于MicrosoftJet数据库引擎对数据访问能力，可以创建、打开、编辑、修改、更新数据的结构，Access数据库文件包括许多独立或相关的表，每个表都有对应的字段和记录。
　　该数据库还支持结构化查询语言（SQL），使数据库的兼容性大大提高。这样可将不同图形的数据同库，减少数据库文件的查找工作量，也可以更好实现数据资源的共享及转化，加强系统的可扩性。
　　为了适应分析计算的使用，系统使用了3种数据方式，即数据库与顺序、随机文件方式，对图形数据，元件参数和计算结果数据这3类数据进行处理，全过程利用可视化语言面向对象的程序设计方法，在输入输出图形界面中进行，图形数据在绘图时自动生成，元件参数通过输入窗口输入，计算分析模块自动调用，最后结果以报表及图形方式输出。
数据库系统结构如图3所示。　　例如，对于双绕组变压器数据表，有以下一些字段：名称、额定容量、一、二次额定电压、短路电压、空载电流、短路损耗、空载损耗、电阻、电抗、一、二次节点编号、一、二次CT变比、一二次绕组结线等等，分别存储相应的元件参数。元件参数采用易获得的铭牌数据，电阻、电抗自动计算显示，既省去了用户的手工计算，也提高了计算的准确性。

3．3　图形编辑模块

　　电力系统的图形多数为规则平面图，并且都是由一些基本元件组成的。最简单的元件是点和线，在此基础上，将有规律且使用频率较高的图形也作为元件处理，称为子图。线、圆、弧、矩形是组成子图的元件，也是最简单的子图，而子图又是整张图的组成元件，简单子图又是复杂子图的组成元件。本系统的特点之一就是采用矢量作图方法，具有节省存储空间、无级缩放、图形编辑方便的优点，同时采用了递归开放式的子图库，用户可根据需要随时指定某被编辑图形为子图而置于库中，随时调用，且具备子图所有功能。
　　子图库中的元件是电气制图中的基本图形符号，每个基本图元由7个数据描述，即一个特征代码和6个参数，这些数据为：元件代码、图心坐标X和Y，旋转因子、放大倍数、颜色、线形。因此子图库实质是一系列图形数据的集合。
　　图形编辑模块提供了旋转、删除、重画、子图平移、整图平移、子图放大、子图缩小、整图放大、整图缩小等功能。
　　标注是绘图不可缺少的部分，操作中用鼠标右键定位，点击后弹出一输入框，可在其中输入标注内容。标注的字体字号由菜单选择。
　　图形的绘制和编辑在图片框内完成，窗体左边是子图列表，存放着已定义的图元，图元按序分页存放，由鼠标点击翻页按钮换页。绘制图形时，先在子图列表中选取所要画的子图，再在图片框的任一位置点击，即可在点击处绘制一相应元件图形，随后便可对其进行编辑，逐一将子图绘于图片框上，构成整幅图形。线、椭圆、圆、弧、矩形等基本图元由鼠标拖动画出，类似于AUTOCAD与WORD中绘图的风格。

3．4　分析计算模块

　　分析计算模块分为多个子模块，分别完成短路计算，潮流计算及继电保护整定计算等功能，其结构较复杂.设计原理详见文献[2].4运行示例对图2窗体中所示某供电网在本系统下辅助分析步骤如下:
1）选“文件”菜单中“新建”项，输入电网名称，如“合川电网”；
　　2）选“绘结线图”菜单，即显示左侧图元子菜单，及上排工具栏，分别点击图元菜单中的电源，变压器，开关等图元，移至绘图区点击，即在点击处绘出相应图元，将各图元调整至合适位置，即形成了电网结线图，图元颜色，线型由右下的颜色及线型按钮选择；
　　3）双击所画图元，即弹出数据输入框，可输入各元件属性参数；
　　4）选“标注”菜单，进行字符标注，如“设备名称”等，字体，字号在相应窗口中选定；
　　5）选“计算”菜单，进入分析计算，如选“潮流计算”项或“短路电流计算”等项，即可进行相应计算。

5　结语

　　（1）本文介绍的供配电CAD中的矢量绘图与参数处理系统，首次用可视化语言实现了可编辑矢量图形的绘制，克服了目前大多数工程软件均采用位图的不足，实现了图形的无级缩放，且较大地减少了存储容量。
　　（2）元件参数的图示化输入及其与数据库的映射连接为绘图、数据库与分析计算功能的一体化提供了有效的实现途径，在供配电系统CAD中有较大的实用意义。
　　（3）本文介绍的方法也可推广到其他领域的CAD系统。[1][2]下一页