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Aplicando programação no projeto elétrico de
subestações de energia Tácito Miguel Fieker – Cadgraph Soluções para Engenharia
Apresentar customização do Autocad para elaboração de diagramas de conceito, lógicos, funcionais, interligação e topográfico, voltada ao projeto de subestações de energia e usinas hidroelétricas.
Objetivo de aprendizado Ao final desta palestra você irá saber:
Como otimizar a elaboração de desenhos elétricos através do Autocad.
Como integrar os diversos documentos de um projeto.
Como tornar-se mais competitivo.
Sobre o Palestrante
Formado em Engenharia Elétrica pela UFPR em 1983, especializou-se no desenvolvimento de software
para projetos de engenharia. Iniciou sua carreira no Grupo WEG em 1984, como projetista de
transformadores de potência. De 1986 a 1990, na Lorenzetti-Inebrasa em Itajaí, Santa Catarina,
trabalhou no desenvolvimento de software aplicado no projeto de equipamentos de média e alta tensão.
Em 1990, transferiu-se para o Grupo Inepar em Curitiba, no qual atuou por 10 anos. Como Gerente do
Departamento de Computação Gráfica, foi o responsável pela implantação do CAD. Ao utilizar o método
de elementos finitos para o dimensionamento de equipamentos elétricos, reduziu o tempo de fabricação
como também incrementou significativamente a sua qualidade. Em 2002, como Gerente de TI na
Intertechne Consultores Associados, implementou um sistema de gerenciamento de documentos de
engenharia (GED), propiciando maior agilidade à empresa no controle de emissão, envio e recebimento
de documentos técnicos. Em 2004, fundou a Cadgraph Soluções para Engenharia Ltda., com o objetivo
de atender à demanda por soluções para o mercado de engenharia de projetos, através do
desenvolvimento de produtos inovadores. A Cadgraph é uma empresa brasileira especializada no
desenvolvimento de software para projetos de engenharia elétrica em platafaforma AutoCAD e
participante do programa ADN. Seus principais produtos são o DiagLog e o Elétron, pioneiros no
mercado nacional para projeto elétrico integrado de subestações de energia, em conformidade com as
principais concessionárias brasileiras. Em 2009 recebeu o prêmio de "Empresa do Ano de Tecnologia e
Inovação" do Instituto de Engenharia do Paraná. Atualmente seus produtos são utilizados pelas
principais empresas do setor elétrico brasileiro, em projetos de usinas hidroelétricas, subestações de
energia, refinarias e plataformas de petróleo, tais como: Eletronorte, Voith Hydro, Engevix, Marte, Leme,
Themag, Arteche EDC, Siemens, Telvent, Altus, dentre outras.
e-Mail: [email protected]
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Introdução Nesta sessão você conhecerá os principais recursos utilizados para a customização e programação do
AutoCAD, bem como os ganhos que poderá obter desenvolvendo aplicações específicas para suas
necessidades. Através destas aplicações você poderá transformar seu AutoCAD de ferramenta de
desenho para ferramenta de projeto.
Com a apresentação de três aplicações desenvolvidas pela Cadgraph, será mostrada a produtividade
que pode se obtida na confecção de projetos elétricos de subestações, em algumas atividades que
tomariam muito tempo para serem executadas apenas com o AutoCAD.
Composição de um projeto elétrico de subestação
O que é uma Subestação de Energia? A energia elétrica, após ser gerada nas usinas hidrelétricas e termoelétricas, é transmitida através de
linhas de transmissão, passando por diversas subestações de energia até chegar ao consumidor final.
Uma subestação tem a função de fazer a interface entre os subsistemas de energia, com a função de
manobra ou transformação e é composta de equipamentos de transmissão, distribuição, controle e
proteção.
Documentos que compõem um projeto elétrico Um projeto elétrico de subestação é composto por diagramas funcionais, lógicos e listas de pontos. A
quantidade de folhas de desenho necessárias para se projetar uma subestação pode variar de algumas
centenas a milhares de folhas.
A um conjunto de folhas que compõem um documento dá-se o nome de Caderno. Costuma-se usar um
conjunto destes cadernos para cada vão de uma subestação. Além disto, todos os componentes destes
cadernos são interdependentes. Isto exige do projetista elétrico um grande esforço em manter este
relacionamento sempre correto e atualizado, o que acaba tomando mais tempo do que a engenharia
propriamente dita. Costuma-se utilizar o AutoCAD para elaboração destes cadernos, porém apenas
como uma ferramenta de desenho. Nesta sessão você verá como acelerar o processo de elaboração de
desenhos com o uso de aplicações específicas desenvolvidas para o AutoCAD.
Recursos disponíveis no AutoCAD
Linguagens utilizadas As aplicações que serão apresentadas estão sendo desenvolvidas desde 2004 e estão em contínuo
aperfeiçoamento. Utilizam linguagens Visual Basic 6 (VB6) e Visual Basic for Applications (VBA). Em
2012 foi iniciada a migração para Visual Basic .NET (VB.NET).
Razões da migração As principais razões para a migração para plataforma .NET foram:
- O aplicativo gerado (DLL) pode ser usado tanto em plataforma 32 bits quanto 64 bits.
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- Uso do Microsoft Visual Studio como ferramenta de desenvolvimento (IDE).
- Disponibilidade de funções do .NET Framework.
- Alta performance das aplicações em comparação com VBA.
Armazenamento de dados As informações do projeto são armazenadas de três formas distintas:
- No próprio arquivo DWG via Dicionário de Dados e XData.
- Em planilha Microsoft Excel.
- Em banco de dados Microsoft Access.
A Customização
A estrutura de um projeto de subestação Um projeto de subestação típico é composto de 3 arquivos para cada vão da subestação. Um arquivo
DWG para o Funcional, um para o Lógico e outro em Excel para a Lista de Pontos. O relacionamento
entre eles é feito através do banco de dados de projeto, em Microsoft Access (Figura 1).
Como navegar em um caderno de projeto Cada página de um caderno foi alocada em um layer do arquivo DWG. Uma interface
permite a navegação entre as páginas (Figura 2).
Figura 1: Estrutura de um projeto de subestação.
Figura 2: Navegador
de Páginas.
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Simbologia A simbologia é formada de blocos DWG contendo atributos padrões para a inserção do nome do
dispositivo, cruzamentos e terminais (Figura 3). Note que o nome do dispositivo usa o atributo NOME1 e
os terminais os atributos T1, T2, T3, etc.
Disjuntor Tripolar
Dispositivo Principal (P)
Bobina
Dispositivo Principal (P)
Contato Auxiliar
Dispositivo Auxiliar (A)
Entrada Digital
Porta (E)
Borne (B)
Alimentação
Porta (E)
Figura 3: Padrão para Simbologia.
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Interface Excel Para facilitar a interface dos usuários com as aplicações, os dados podem ser fornecidos em planilha
Excel e inseridos facilmente no desenho.
A figura 4 mostra como inserir entradas digitais da lista de pontos Excel no diagrama lógico. Uma janela
da aplicação auxilia na busca dos sinais desejados. O acesso aos dados pela aplicação no arquivo Excel
é feito via Microsoft ADO (Activex Data Objects).
Figura 4: Inserção de sinais da lista de pontos em Excel.
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Vinculação de componentes
XData (Extended Data) A vinculação entre um componente e seus subcomponentes é feita inserindo-se XData nos blocos. Na
figura 5 o contato foi vinculado à bobina 27R através do handle da bobina, que foi armazenado
utilizando-se XData. Para ler um XData via AutoCAD execute o comando XDLIST e clique sobre o bloco
desejado.
Figura 5: Uso do XData para vinculação e armazenamento
de dados nos blocos.
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Dicionário (NOD: Named Objects Dictionary) Para armazenamento de informações dentro do arquivo DWG utilizamos Dicionários (NOD). As
informações dos relés de proteção e equipamentos de pátio são armazenadas dentro do próprio DWG.
O aplicativo Elétron através de uma janela chamada “Gerenciador de Máscaras” é quem administra a
relação entre os componentes do desenho e os dicionários. Na figura 6 a saída digital OUT108 é
mostrada no desenho e no Gerenciador de Máscaras. À direita da figura destacamos os dicionários
criados pelo Elétron: Contatos, Máscaras e Réguas.
Figura 6: Uso de Dicionários para armazenamento de dados.
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Inserção de lógica baseada em equação booleana O aplicativo DiagLog interpreta uma lógica booleana e desenha o seu diagrama automaticamente. A
figura 7 mostra a equação s=(((1.2.3.4).(5.6.7.8)).((1.2.3.4).(5.6.7.8))) e sua representação gráfica criada
automaticamente pelo DiagLog. Para a análise da equação pelo aplicativo, foi criada uma terminologia
própria, mostrada na janela Editor de Equações da figura 7.
Figura 7: Interpretação de equações booleanas.
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Relacionamento entre cadernos lógico, funcional e lista de pontos Os cadernos de lógico, funcional e lista de pontos devem trocar informações entre si. A figura 8 mostra o
cruzamento da entrada digital IN101, onde no lógico ela informa que foi usada na página [0053] do
funcional e no funcional que foi usada na página [21] do lógico. Além disto a descrição do sinal foi
inserida nos 2 cadernos e é automaticamente revisada quando a Lista de Pontos em Excel for alterada.
A troca de informações entre os cadernos é feita via Lista de Pontos em Excel, ou seja, cada caderno
exporta suas informações para a planilha e importa as informações de outros cadernos desta mesma
planilha.
Conexão de dispositivos
O aplicativo Elétron possui funções específicas para a criação de
conexões elétricas entre os terminais de dispositivos.
As informações de seção transversal e cor da fiação são
armazenadas via XData em cada conexão (lines ou polylines).
Análise da fiação
O aplicativo Elétron analisa o funcional, identificando eventuais
erros na fiação. Após esta análise ele exporta as informações
para o banco de dados do projeto (arquivo MS Access).
Figura 8 : Relacionamento entre os cadernos lógico e funcional.
Figura 9 : Conexão elétrica.
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Tabela de fiação A tabela de fiação é gerada das informações do banco do projeto. Ela pode ser criada tanto em planilha
Excel quanto em formato DWG. A figura 10 mostra a interface do Elétron para criação da tabela de
fiação. Após selecionar-se o painel desejado e os dispositivos que serão inseridos no relatório, basta
clicar sobre os botões Excel ou DWG para gerar o relatório.
A figura 11 mostra uma tabela de fiação criada em formato Excel.
Figura 10 : Exportar Fiação.
Figura 11 : Tabela de fiação em Excel.
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Diagrama Topográfico Outra forma de representar-se a fiação interna de um painel é através do diagrama topográfico. Criado
automaticamente pelo Elétron, ele mostra o layout de cada dispositivo e seus terminais, indicando a
orientação de cada ligação. A figura 12 mostra os dispositivos da figura 11 em formato topográfico.
Lançamento de Cabos O Elétron permite a interligação de painéis e
equipamentos de pátio da subestação através
de cabos e trata cada uma das suas veias no
desenho. O lançamento de cabos no projeto é
feito através da interface mostrada na figura
13.
Figura 12 : Diagrama Topográfico.
Figura 13 : Interface para lançamento de cabos.
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Atribuição de Veias O Elétron gerencia as veias de cada cabo da subestação, evitando que sejam usadas indevidamente.
Através da interface mostrada na figura 14, selecionam-se no desenho as veias indefinidas para as quais
se deseja atribuir um cabo. O Elétron identifica os equipamentos na origem e destino e mostra apenas os
cabos que os interligam. Além disto, ele também informa as veias livres para uso. A figura 15 mostra as 2
veias já atribuídas no desenho.
Figura 14 : Atribuição de Veias.
Figura 15 : Veias atribuídas.
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Relatório de Interligação O Elétron gera um relatório dos cabos lançados na subestação, mostrando a ligação de cada uma de
suas veias no funcional. A figura 16 apresenta este relatório. Note que são informados a origem e
destino de cada veia, os bornes interligados, o caderno e página onde foi utilizada.
Outra forma de representação da interligação é um relatório orientado pelas réguas de bornes, também
gerado em formato Excel. Este relatório mostra também os jumpers externos. A figura 17 apresenta este
relatório.
Figura 16 : Relatório de Interligação – Cabos e Veias.
Figura 17 : Relatório de Interligação - Réguas.
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A interligação também pode ser representada graficamente em formato DWG, de acordo com a figura
18.
Exportação das páginas de um caderno
Tanto o Elétron quanto o DiagLog possibilitam que cada página de
um caderno seja exportada como um arquivo DWG individual. Para
isto disponibilizam uma interface que facilita esta operação (figura
19).
Basta selecionar as páginas desejadas, o diretório para serem
salvas e a versão do arquivo DWG.
Ao serem exportadas, são retiradas todas as informações existentes
em formato XData e Dicionários.
Figura 18 : Relatório de Interligação Gráfica.
Figura 19 : Exportação de Páginas.
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Diagramas de Conceito Em projetos de usinas hidroelétricas é comum, além do funcional e lógico, o uso de diagramas de
conceito. As finalidades deste documento são: mostrar a filosofia do processo de geração de energia e
orientar na programação das CLPs (Central Lógica Programável).
Para a elaboração deste documento foi desenvolvida uma terceira aplicação, totalmente em ambiente
VB.NET. O uso desta plataforma de desenvolvimento torna as customizações muito mais integradas ao
ambiente Autocad, onde o uso do Ribbon substitui o Toolbar e o Paletteset substitui o Form.
Performance de aplicações .NET
Para exemplificar a diferença de performance de aplicações similares em plataformas VBA e .NET,
podemos comparar o tempo da função de Exportação de Páginas de um Caderno. Esta função em .NET
é 15 vezes mais rápida que a mesma função em VBA.
Ganhos de produtividade customizando o AutoCAD A customização do AutoCAD através do desenvolvimento de aplicações específicas propicia elevado
ganho de produtividade. Abaixo citamos 2 exemplos:
- Elaboração da referência cruzada em um diagrama lógico com 345 páginas: de 40 horas para 3
minutos.
- Elaboração de um relatório de interligação gráfica em um diagrama funcional: de 160 horas para 1
hora.
Figura 20 : Aplicação .NET.