Разработка структурной и функциональной схем автоматического управления

Электрическая схема представляет собой документ, в котором по правилам ГОСТ обозначаются связи между составными частями устройств, работающих за счет протекания электроэнергии. Как Вы понимаете, этот чертеж дает понимание электрикам о том, как работает установка и из каких элементов она состоит. Основное назначение электросхемы – помощь в подключении установок, а также поиске неисправности в цепи.

Для начала следует разобраться, что подразумевают под типами, а что под видами документов. Итак, согласно ГОСТ 2.701-84, существуют следующие виды схем (в скобках краткое обозначение):

1. Электрические (Э).
2. Гидравлические (Г).
3. Пневматические (П).
4. Газовые (Х).
5. Кинематические (К).
6. Вакуумные (В).
7. Оптические (Л).
8. Энергетические (Р).
9. Деления (Е).
10. Комбинированные (С).

Что, касается типов, основными считаются:

1. Структурные (1).
2. Функциональные (2).
3. Принципиальные (полные) (3).
4. Соединений (монтажные) (4).
5. Подключения (5).
6. Общие (6).
7. Расположение (7).
8. Объединенные (8).

Исходя из указанных обозначений, можно по наименованию электросхемы понять ее вид и тип.

Далее мы подробно рассмотрим, назначение и состав каждой из перечисленных типов электросхем. Рекомендуем перед этим ознакомиться со стандартными условными обозначениями на схемах, чтобы было еще проще понять, что собой представляет каждый вариант чертежа.

Виды электрических схем

1.1. Структурная схема

Этот тип документа является наиболее простым и дает понимание о том, как работает электроустановка и из чего она состоит. Графическое изображение всех элементов цепи позволяет изначально увидеть общую картину, чтобы переходить к более сложному процессу подключения или же ремонта. Порядок чтения обозначается стрелочками и поясняющими надписями, что позволяет разобраться в структурной электрической схеме даже начинающему электрику. Принцип построения Вы можете увидеть на примере ниже:

Рисунок 1 — Структурная схема

1.2. Функциональная схема

Функциональная электросхема установки, по сути, не слишком отличается от структурной. Единственное отличие – более подробное описание всех составляющих узлов цепи. Выглядит этот документ следующим образом:

Рисунок 2 — Функциональная схема

1.3. Принципиальная схема

Принципиальная электрическая схема чаще всего применяется в распределительных сетях, т.к. дает самое раскрытое пояснение о том, как работает рассматриваемое электрооборудование. На таком чертеже должны обязательно быть указаны все функциональные узлы цепи и вид связи между ними. В свою очередь, принципиальная электросхема может иметь две разновидности: однолинейная (рисунок 3) или полная (рисунок 4). В первом случае на чертеже изображают только первичные сети, называемые также силовыми. Пример однолинейного изображения Вы можете увидеть ниже:

Рисунок 3 — Однолинейная принципиальная схема

Полная принципиальная схема может быть развернутой или элементной. Если электроустановка несложная и на один главный чертеж можно нанести все пояснения, достаточно сделать развернутый план. Если же Вы имеете дело со сложной аппаратурой, которая имеет в составе цепь управления, автоматизации и измерения, лучше разнести все отдельные узлы на разные листы, чтобы не запутаться.

Рисунок 4 — Полная принципиальная схема

Существует также принципиальная электросхема изделия. Этот тип документа представляет собой своеобразную выкопировку из общего плана, на которой обозначено только, как работает и из чего состоит определенный узел.

1.4. Монтажная схема

Эту разновидность электрических схем мы чаще всего используем, когда рассказываем о том, как самостоятельно выполнить монтаж электропроводки. Дело в том, что на монтажной электросхеме можно показать точное расположение всех элементов цепи, способ их соединения, а также буквенно-цифровые характеристики составляющих чертеж установок. Если взять за пример схему электропроводки в однокомнатной квартире рисунок 5, на ней мы увидим, где нужно размещать розетки, выключатели, светильники и остальные изделия.

Рисунок 5 — Монтажная схема

Основное назначение монтажной схемы – руководство для проведения электромонтажных работ. Согласно подготовленному чертежу можно понять, где, что и как нужно подключать.

1.5. Объединенная схема

Ну и последней из применяемых в распределительных сетях электросхемой является объединенная рисунок 6, которая может включать в себя несколько видов и типов документов. Ее используют в том случае, если можно без сильного нагромождения чертежа обозначить все важные особенности цепи. Используют объединенный проект чаще всего на предприятиях. Домашним мастерам такой тип схемы вряд ли может встретиться. Пример Вы можете увидеть ниже:

Рисунок 6 — Объединённая схема

Функции и задачи подсистем Системы

Для каждой подсистемы приводится перечень выполняемых ею функций и задач. Перечень функций и задач берется из раздела «Требования к функциям, выполняемым системой» технического задания.

Подсистема сбора, обработки и загрузки данных

Подсистема хранения данных

Подсистема формирования и визуализации отчетности

Условно-графические обозначения на электрических схемах

Все элементы на схемах изображаются условными графическими обозначениями, начертание и размеры которых установлены в стандартах ЕСКД (ГОСТ 2.721-74 … ГОСТ 2.796-81).

В схемах, насыщенных условными графическими обозначениями, допускается все обозначения пропорционально уменьшать или увеличивать, при этом расстояние (просвет) между двумя соседними линиями условного графического обозначения должно быть не менее 1,0 мм. Условные графические обозначения элементов, используемых как составные части обозначений других элементов, можно изображать уменьшенными по сравнению с остальными элементами (например, резистор в ромбической антенне).

Расстояние между отдельными условными графическими обозначениями должно быть не менее 2,0 мм.

Изображения элементов вычерчиваются на схемах в положении, установленном соответствующим стандартом, либо повернутыми на угол, кратный 90°, по отношению к этому положению. В отдельных случаях допускается условные графические обозначения поворачивать на угол, кратный 45°, или изображать зеркально развернутыми.

Условные графические обозначения, содержащие буквенные, цифровые можно поворачивать против часовой стрелки только на угол 90° или 45°.

Условные графические обозначения, соотношение размеров которых приведено в соответствующих стандартах на модульной сетке, должны изображаться на схемах в размерах, определяемых по вертикали и горизонтали количеством шагов модульной сетки М.

Рисунок 7 – Модульная сетка

При этом шаг модульной сетки для каждой схемы может быть любым но одинаковым для всех элементов и устройств данной схемы.

Что касается графического обозначения всех элементов, используемых на схеме, этот обзор мы предоставим в виде таблиц, в которых изделия будут сгруппированы по назначению.

В таблице 1 Вы можете увидеть, как отмечены электрические коробки, щиты, шкафы и пульты на электросхемах:

Таблица 1 — Обозначение коробок, щитов, шкафов, пультов

Следующее, что Вы должны знать – условное обозначение питающих розеток и выключателей (в том числе проходных) на однолинейных схемах квартир и частных домов:

Таблица 2 – Обозначение выключателей, переключателей и штепсельных розеток

Что касается элементов освещения, светильники и лампы по ГОСТу указывают следующим образом:

Таблица 3 – Изображения светильников и прожекторов при совмещенном изображении на плане оборудования и электрических сетей

В более сложных схемах, где применяются электродвигатели, могут указываться такие элементы, как:

Таблица 4 – Условно графическое обозначение электрических машин

Также полезно знать, как графически обозначаются трансформаторы и дроссели на принципиальных электросхемах:

Таблица 5 — Условно графическое обозначение трансформаторов, автотрансформаторов, дросселей

Электроизмерительные приборы по ГОСТу имеют следующее графические обозначение на чертежах:

Таблица 6 — Условно графическое обозначение некоторых электроизмерительных приборов

А вот, кстати, полезная для начинающих слесарей — электриков таблица, в которой показано, как выглядит на плане электропроводки контур заземления, а также сама силовая линия:

Таблица 7 – Линии электрической связи, провода, кабели и шины

Помимо этого на схемах Вы можете увидеть волнистую либо прямую линию, «+» и «-», которые указывают на род тока.

Таблица 8 – Род тока и напряжения, виды соединения обмоток, формы импульсов

В более сложных схемах автоматизации Вы можете встретить непонятные графические обозначения, вроде контактных соединений. Запомните, как обозначаются эти устройства на электросхемах:

Таблица 9 – Коммутационные устройства и контактные соединения

Помимо этого Вы должны быть в курсе, как выглядят радиоэлементы на проектах (диоды, резисторы, транзисторы и т.д.).

Таблица 10 – Условно графическое обозначение (диоды, резисторы, транзисторы)

В однолинейных электросхемах также присутствуют свои буквы, которые дают понять, что включено в сеть. Итак, согласно ГОСТ 7624-55, буквенное обозначение элементов на электрических схемах выглядит следующим образом:

1. Реле тока, напряжения, мощности, сопротивления, времени, промежуточное, указательное, газовое и с выдержкой по времени, соответственно – РТ, РН, РМ, РС, РВ, РП, РУ, РГ, РТВ.
2. КУ – кнопка управления.
3. КВ – конечный выключатель.
4. КК – командо-контроллер.
5. ПВ – путевой выключатель.
6. ДГ – главный двигатель.
7. ДО – двигатель насоса охлаждения.
8. ДБХ – двигатель быстрых ходов.
9. ДП – двигатель подач.
10. ДШ – двигатель шпинделя.

Помимо этого в маркировке элементов радиотехнических и электрических схем выделяют следующие буквенные обозначения:

Таблица 11 — Буквенные обозначения элементов радиотехнических и электрических схем

Правила прочтения схем и работы по ним

Для того чтобы быстро и правильно читать электросхемы, нужно:

1. Знать условно-графические обозначения элементов: конденсаторов, резисторов, катушек индуктивности, реле, двигателей, выключателей, батарей, ламп и других.
2. Уметь мысленно разделять сложные цепи на простые, пользоваться дополнительно структурными и функциональными разновидностями схем. Изучать чертежи следует систематизированно, в соответствии с логикой работы устройства. Если на документах имеются ссылки на другие источники, необходимо ознакомиться и с ними.
3. Изучение работы схемы может потребовать построить диаграммы взаимодействия отдельных участков цепи, отражающих очередность срабатывания телеметрии, автоматики, защиты.

Эта информация поможет оценить вероятность неисправностей элементов, отсутствия должных контактов или возникновения ложных связей.

Детализированные схемы частей функциональной структуры

В разделе приводится детализированная модель в нотации IDEF0, отражающая информационные связи между функциями подсистем информационной системы и их взаимосвязи с внешней средой.

Назначением использования диаграммы IDEF0 служит визуальное отображение детализированного уровня информационных потоков данных между функциями внутри каждой подсистемы и отображение входящих/исходящих потоков взаимодействия с внешними элементами.

Скачать: IDEF0_example_DataWarehouse_v1.zip

Ковтун М.В. Октябрь 2010