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 Rc — 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 х1ч х21 х3 и хъ, а задающая величина — как х0. Символом W обозначены функции, устанавливающие зависимость выходных ве личин от входных: у = Wo (#4); хг = Wx (у); х2 = W2 (х0, хх, хъ)\ х3 = Ws (x2); «r4 = FF4 (х3); #5 == Wb (х&)* Например, функция сравнивающего органа W2 представляет собой разность между задающей величиной х0 и входными величинами хг и хь, то есть х2 = = (х0 —- хг) ± хь. 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 Wb. 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.