Схемы автоматики

Схема является основным документом, поясняющим принцип действия и взаимодействия различных элементов, устройств или в целом систем автоматики. По схеме осуществляют монтаж, наладку и эксплуатацию автоматических устройств. Схемы автоматики разделяют на функцио­нальные, структурные, принципиальные, схемы соединения и подключения (мон­тажные). Схемы вычерчивают в условных обозначениях без соблюдения масштаба и часто без учета действительного простран­ственного расположения составных эле­ментов.

Рис. 14. Функциональная схема автоматической систе­мы управления.

Функциональные схемы отражают взаимодействие устройств, блоков, узлов и элементов автоматики в процессе их работы. Графически от­дельные устройства автоматики изображаются прямоугольниками, а существующие между ними связи — линиями со стрелками, соот­ветствующими направлению прохождения сигнала. Внутреннее со­держание каждого блока не конкретизируется. Функциональное назначение блоков зашифровывается буквенными символами. Напри­мер, схема регулирования температуры теплоносителя зерносу­шилки (рис. 5, б) будет выглядеть в функциональном изображении (рис. 14) следующим образом. На функциональной схеме зерно­сушилка представляет собой объект управления ОУ, термодатчик — воспринимающий орган ВО, измерительный мост — сравнивающий орган СО, усилитель — усилительный орган УО, заслонка совместно с электродвигателем — исполнительный орган ИО, связь между заслонкой и ползунком потенциометра R_c — обратную связь ОС, источники питания — блок питания БП. Блок питания и другие вспомогательные устройства обычно на функциональных и структур­ных схемах не показывают. Сравнивающий орган СО принято обо­значать не прямоугольником, а кружком с секторами. Название ка­ждого органа в сокращенной форме записывается в прямоугольник или рядом с ним.

Структурные схемы показывают взаимосвязь составных частей автоматической системы и характеризуют их динамические свой­ства. Они разрабатываются на основе функциональных или прин­ципиальных схем автоматики. Структурная схема является наиболее удобной графической формой представления АСУ в процессе иссле­дования ее динамических свойств. При этом отвлекаются от физиче­ской природы регулируемой величины и от конкретной аппаратуры, а на схеме отображают лишь математическую модель процесса управ­ления. На структурной схеме элементы управляющего устройства и объекта управления, как и на функциональной, изображают в виде прямоугольников, причем какое-либо устройство может быть пред­ставлено несколькими звеньями (прямоугольниками) и, наоборот, несколько однотипных устройств могут быть изображены как одно звено.

Разделение АСУ на элементарные звенья направленного дейст­вия выполняют в зависимости от вида математического уравнения, связывающего выходную величину с входной каждого звена. Внутри звена (прямоугольника) указывается матема­тическая зависимость W_{ между выходной и входной величинами данного звена, а связи между звеньями изображают в виде стрелок, указывающих направления и точки прило­жения воздействий.

Рис. 15. Структурная схема автоматической системы управления.

Структурная схема системы регулирова­ния температуры теплоносителя зерносушил­ки (рис. 5, б) показана на рисунке 15. Вспомогательные элементы реальной систе­мы, не влияющие на ее динамические свой­ства, на структурных схемах не показывают. Регулируемая вели­чина обозначена здесь символом у, а воздействующая на управ­ляемый объект — символом #₄. Промежуточные значения воздей­ствующих величин одного органа регулятора на другой представлены как х_1ч х₂₁ х₃ и х_ъ, а задающая величина — как х₀. Символом W обозначены функции, устанавливающие зависимость выходных ве личин от входных: у = W_o (#₄); х_г = W_x (у); х₂ = W₂ (х₀, х_х, х_ъ)\ х₃ = W_s (x₂); «r₄ = FF₄ (х₃); #5 ⁼⁼ Wb (^х&)* Например, функция сравнивающего органа W₂ представляет собой разность между задающей величиной х₀ и входными величинами х_г и х_ь, то есть х₂ = = (х₀ —- х_г) ± х_ь. Эта разность — сигнал рассогласования — по дается на усилитель W₃. С выхода усилителя сигнал х₈ поступает на двигатель с заслонкой, которые здесь более удобно, чем в функцио­нальной схеме, изобразить одним прямоугольником и описать общей функцией FF₄.

Таким образом, структурная схема АСУ имеет один или не­сколько замкнутых контуров с обязательной главной или дополни­тельной обратной связью. На рисунке 15 имеются два замкнутых контура АСУ: один через главную обратную связь (через объект), а второй — через дополнительную обратную связь W_b. В зависи­мости от числа замкнутых контуров связи АСУ разделяются на одноконтурные и многоконтурные.

Следует подчеркнуть, что между функциональной и структурной схемами есть определенная общность: та и другая отражают процесс преобразования и передачи сигнала в системе управления. Однако есть и четкое различие. Функциональная схема характеризует систему по составным частям, рассматриваемым по их функциональ­ному назначению, а структурная схема содержит математическое описание динамических свойств элементарных звеньев, по которым определяются динамические свойства всей системы.

Принципиальные электрические схемы иллюстрируют порядок электрического соединения отдельных элементов установки между собой. Из них изображают все элементы и связи между ними, кото­рые показывают входные и выходные цепи. Элементы автоматики на электрических схемах должны обозначаться в соответствии с ГОСТ 2.721—74 -г- 2.755—74. Изображение элементов обязано отве­чать обесточенному состоянию всех цепей схемы и отсутствию внешних механических воздействий на аппаратуру (так называемое нор­мальное состояние). Условные обозначения позволяют понять прин­цип действия отдельных элементов и всего устройства в целом. Для удобства чтения схема должна быть логически последовательной и читаться слева направо или сверху вниз. Каждому элементу схемы присваивают буквенно-цифровое позиционное обозначение. Бук­венное обозначение обычно представляет собой сокращенное наиме­нование элементов, а цифровое — в порядке возрастания и в опре­деленной последовательности условно показывает нумерацию эле­ментов, считая слева направо или сверху вниз.

К сложной схеме, как правило, придается расшифровка сокра­щенных буквенных и цифровых обозначений, которая образует перечень элементов и содержит сведения об их основных технических данных.

Принципиальные схемы разделяют на совмещенные и разнесенные.

На совмещенной схеме автоматики каждый аппарат изображают своим условным символом. Связи между отдельными аппаратами показываются линиями, идущими от одного аппарата к другому. Преимущество совмещенных схем заключается в их на­глядности, простоте чтения, небольшом количестве межаппаратных связей.

Разнесенная схема автоматики отражает последова­тельность соединения отдельных элементов аппаратуры по пути протекания тока от плюса к минусу или от одной фазы к другой. В этих случаях узлы аппаратуры расчленяют на отдельные элементы (обмотки, контакты и т. д.) и располагают в виде параллельных гори­зонтальных или вертикальных строк. Для облегчения нахождения элементов параллельные строки нумеруют последовательно возра­стающими порядковыми цифрами. Чтобы определить, к какому аппа­рату относится тот или иной элемент, каждый аппарат схемы полу­чает условное буквенное и цифровое наименование (маркируется). Обычно разнесенные схемы выполняют отдельно по цепям постоян­ного напряжения, переменного напряжения и переменного тока, причем марка записывается над маркируемым участком или справа от него. Для разнесенных схем характерны простота изображения и наглядность взаимодействия элементов, возможность быстрого обна­ружения ложных и обходных цепей.

Примерами совмещенных и разнесенных схем могут служить схемы, приведенные в главе III (соответственно рис. 45, а и б).

Схемы соединений отображают либо внешние соединения между отдельными устройствами, либо соединения между элементами внутри устройства. Схему, показывающую внешние подключения установки, называют схемой подключения. Такие схемы служат рабочими чер­тежами, по которым выполняют монтаж аппаратуры автоматики, поэтому их еще называют монтажными. Расположение всех аппа­ратов, узлов, проводов и клеммных зажимов на монтажных схемах соответствует их действительному расположению на панели (без соблюдения масштабов).

Для правильного соединения проводов при монтаже и для об­легчения эксплуатации все аппараты и цепи на схеме соединений получают определенную цифровую маркировку. Маркировка обо­значает в условном виде функциональное назначение и положение проводов и аппаратов в схеме. Чтобы показать, откуда приходит провод и куда подключается, цифровая маркировка дополняется буквенной или цифровой приставкой. Марка провода обозначается на оконцевателе провода. На схеме она записывается в рассечке провода или около клеммного зажима, к которому присоединяется провод. Клеммные зажимы нумеруются порядковыми числами. Начало и конец одного, и того же провода (участок цепи) получают одинаковые номера. Порядковые номера увеличиваются при переходе через аппарат, контакты или соединительные зажимы. Марки аппа­ратов на монтажной схеме должны точно соответствовать маркам тех же аппаратов на принципиальных схемах. Для упрощения схемы провода, идущие в одном направлении, объединяют в одну общую линию, а при подходе к зажимам каждый провод показывают от­дельно.

В схемах постоянного тока участки цепей положительной поляр­ности маркируются нечетными номерами, а участки отрицательной полярности — четными. В схемах трехфазного переменного тока участки цепей маркируются последовательно с добавлением перед цифрами букв А, В, С или N, указывающих фазу или нулевой провод.

При автоматизации сельскохозяйственных машин и агрегатов наряду с электрическими часто приходится иметь дело с кинема­тическими, гидравлическими и пневматическими схемами, на кото­рых изображают соответственно кинематические элементы (шестерни, звездочки, шкивы, кулачки) и их механические (валы, стержни, шатуны и т. п.) и немеханические связи, гидравлические и пневма­тические приводы, системы охлаждения и смазки, водоснабже­ния и др.