Разработка и описание электрической принципиальной схемы

Принципиальная электрическая схема отражает взаимные связи между отдельными электрическими устройствами, аппаратами, приборами и средствами автоматизации с учётом принципа действия и последовательности работы, отдельных её элементов.

Прежде чем составить схему, необходимо определить систему подключения к сети электродвигателя, катушек пускателей к реле, электромагнитов, приборов, регуляторов и других элементов, выявить их общие коммутационные аппараты и аппараты защиты.

В общем случае принципиальные электрические схемы автоматизации содержат:

• условные изображения элементов и связи между ними;

• поясняющие надписи;

• части отдельных элементов данной схемы, используемые в других схемах, а также элементы из других схем;

• диаграммы переключений контактов многопозиционных устройств;

• перечень используемых в данной схеме приборов, средств автоматизации, аппаратуры;

• перечень чертежей, относящихся к данной схеме, общие пояснения и примечания.

Принципиальные схемы составляют, исходя из заданных алгоритмов функционирования отдельных узлов контроля, сигнализации, автоматического регулирования, управления и общих технических требований предъявляемых к автоматизируемому объекту. Разработка принципиальных электрических схем осуществляется в следующей последовательности:

на основании технологического описания работы машины составляют технические требования к принципиальной электрической схеме (см. ниже пример);

применительно к этим требованиям определяют условия и устанавливают последовательность действия элементов схемы;

каждое из заданных условий действия схемы изображают в виде тех или иных элементарных цепей, отвечающих данному условию действия; элементарные цепи объединяют в общую схему;

рассматривают возможные варианты решения и принимают окончательную схему применительно к имеющейся аппаратуре;

схему корректируют в соответствии с возможностями принятой аппаратуры; проверяют схему с точки зрения возможности возникновения ложных цепей или её неправильной работы при повреждениях элементарных цепей или контактов.

Технические требования к электрической принципиальной схеме записываются в виде перечня функций.

Например:

Схема управления компрессорной установкой должна осуществлять:

защиту силовой цепи от токов короткого замыкания и перегрузки;

защиту цепи управления от токов короткого замыкания;

управление установкой в автоматическом, ручном и наладочном режимах и их разделение, исключающее возможность одновременного управления в нескольких режимах;

отключение привода при превышении давления в ресивере выше допустимого;

аварийное отключение при подрыве предохранительного клапана с включением звуковой и световой сигнализации и блокировкой самопроизвольного включения после снижения давления.

При автоматизации объектов управления должна соблюдаться безопасность обслуживающего персонала; определяемая последовательностью включения и отключения токоприемников, исключающая аварийные ситуации, легкость отыскания неисправностей и т.п. С этой целью в принципиальных электрических схемах управления предусматривается:

устройство для подачи звукового и светового сигнала перед включением;

блокировки, обеспечивающие:

• пуск двигателей механизмов против, а остановку по ходу движения продукта или материала обработки;

• остановку без выдержки времени всех машин, работающих на загрузку какой либо машины, при аварийном отключении этой машины;

• невозможность неправильного включения и отключения электрических цепей;

переключатели, позволяющие осуществлять переходы от автоматического управления к ручному, от централизованного к местному и к наладочному, от одного режима работы к другому;

световую и звуковую сигнализацию о состоянии машин и аппаратов при работе, появлении или исчезновении напряжения на отдельных участках схемы, возникновении неисправности, а также при других аварийных режимах;

кнопки аварийного отключения линии в разных местах протяженного помещения, позволяющие быстро отключить линию, если необходимо, не только с пульта управления.

Простейшая схема управления двигателем с нереверсивным магнитным пускателем показана на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема управления электроприводом с помощью нереверсивного магнитного пускателя.

В этой схеме предусматривается питание силовых цепей и цепей управления от одного источника напряжения. При включении автомата QF напряжение подается на силовые и вспомогательные цепи схемы. Нажатием кнопки SB2 замыкается цепь катушки магнитного пускателя КM, при этом силовые контакты КМ замыкаются и включают двигатель в сеть. Одновременно блок-контакт КМ шунтирует кнопку SВ2 и дальнейшее удержание кнопки в нажатом состоянии становится ненужным.

Отключение двигателя от сети выполняется нажатием кнопки SВ1. Цепь питания катушки КМ разрывается, что приводит к размыканию всех контактов магнитного пускателя.

В схеме предусмотрена защита электродвигателя от коротких замыканий и перегрузки при помощи автоматического выключателя, который для этой цели содержит комбинированный расцепитель.

Схема магнитного пускателя с кнопочными выключателями осуществляет также защиту от самопроизвольных включений электродвигателя (нулевая защита) при восстановлении напряжения питания после кратковременного его исчезновения. Повторный пуск электродвигателя возможен только после вторичного нажатия кнопки SВ2.

В тех случаях, когда необходимо изменять направление вращения, управляют электродвигателем реверсивным магнитным пускателем, схема которого показана на рисунке 2.

При нажатии кнопки SВ1 получает питание катушка КМ1 магнитного пускателя, замыкаются силовые контакты в главной цепи и статор двигателя присоединяется к сети при прямом чередовании фаз.

При нажатии кнопки SВ2 ее размыкающий контакт, установленный в цепи катушки КМ1, размыкается, благодаря чему реверс электродвигателя может быть произведен без предварительного нажатия кнопки SВ3. Чередование фаз при этом меняется на обратное.

3NPE~50 Гц 220/380В _SB3 N

Рисунок 2.2 Схема управления электроприводом с помощью реверсивного магнитного пускателя.

Блокировочные связи в схемах автоматического управления электроприводами обеспечивают необходимую последовательность включения и отключения отдельных ее элементов. Наличие блокировок предотвращает повреждение отдельных частей механизмов, работающих согласованно, устраняет опасность выхода из строя оборудования в результате неправильных действий обслуживающего персонала и повышает надежность установки в целом.

Блокировка замыкающего контакта пусковой кнопки обеспечивает питание магнитного пускателя при опускании кнопки. Такая блокировка предотвращает самозапуск механизма при внезапных исчезновениях и появлениях питающего напряжения, что исключает возможность несчастных случаев, например при профилактических осмотрах и ремонте механизмов. Блокировка реверсивных магнитный пускательов и магнитных пускателей исключает одновременные включения магнитный пускательов при заедании или залипании подвижной части аппаратуры, при неправильных действиях с кнопками и т. д.

В схеме на рисунке 2.3,а предусматривается включение второго электродвигателя (магнитный пускатель КМ2) только после включения первого (пускатель КМ1). Блокировочная связь, посредством которой выполняется это условие, осуществляется включением замыкающего блокконтакта К1 в цепь катушки магнитного пускателя К2.

На рисунке 2.3,б изображена схема управления, предусматривающая только одновременную работу двух двигателей.

L1 N L1 N

KM1

KM1.2

SB1

SB2

KM2

KM2.2

SB3

SB4

KM1.2

KM1

KM2

SB2

KM2

KM1

SB1

а) б)

KM1

KM1.1

SB2

SB1

SB3

KM2

KM2.2

N

KM2.1

SQ2

KM1.2

SQ1

в)

L1 N

KM1

SB1

SB2

KM1.2

SQ1

SQ2

г)

Рисунок 2.3 Блокировочные связи в схемах управления

Блокировочная связь в этой схеме осуществляется замыкающим блок-контактом магнитного пускателя КМ1в цепи катушки КМ2, а замыкающим блок-контактом КМ2, включенным параллельно контакту кнопки SB2. При нажатии кнопки SB2включится магнитный пускатель KM1, который, замкнув свой блок-контакт, подаст напряжение на катушку магнитного пускателя КМ2. Магнитный пускатель КМ2, сработав, зашунтирует своим блок-контактом кнопку SB2и создаст цепь независимого питания катушки KM1. Если по каким-либо причинам магнитный пускатель KM2не включится, то кнопка не будет зашунтирована и после ее отпускания вся схема выключится.

Путевые блокировки ограничивают ход рабочего органа механизма при помощи путевых и конечных выключателей. Они предупреждают повреждение механизма и обеспечивают высокую точность выполнения технологической операции.

На рисунке 3, в изображена схема управления реверсивным электроприводом с ограничением перемещения рабочего механизма. Это ограничение достигается установкой в необходимых местах конечных выключателей SQ1и SQ2, размыкающие контакты которых находятся в цепи катушек соответствующих магнитных пускателей.

При включении рабочим механизмом какого-нибудь конечного выключателя электродвигатель останавливается, и повторный пуск его может быть осуществлен только в обратном направлении. Схема, показанная на рисунке 3,г, позволяет автоматически останавливать механизм в двух заданных точках. Достигается это установкой путевых выключателей SQ1и SQ2, размыкающие контакты которых включаются последовательно с блок-контактом КМ, шунтирующим кнопку SB2. После пуска двигателя механизм приходит в движение и при достижении места остановки нажимает на путевой выключатель, например, SQ1, и электродвигатель останавливается. После выполнения необходимой технологической операции вновь нажимают кнопку SB2 и механизм продолжает дальнейшее движение.

Сигнализация, применяемая в электрических схемах электропривода, служит для контроля наличия сигнала, например, напряжения, технического состояния и положения включающих и отключающих аппаратов, последовательности операций, совершаемых схемой электропривода и для контроля аварийного состояния схемы.

Световая сигнализация осуществляется при помощи различной сигнальной арматуры: табло, транспарантов, семафоров. При этом световой сигнал может быть воспроизведен ровным или мигающим светом, а также свечением ламп неполным накалом. В некоторых случаях сигнализация о срабатывании защиты может быть выполнена при помощи специальных сигнальных указательных реле-блинкеров. Звуковая сигнализация выполняется при помощи звонков, гудков и сирен.

Сигнализация по назначению может быть разделена на две основные группы:

− сигнализация положения (состояния) —для информации о состоянии технологического оборудования, например, включено—отключено;

− предупреждающая и аварийная — для информации об отключениях наиболее важных объектов, например, вентиляции или отклонении технологического процесса от заданного хода.

Сигнализация положения выполняется для механизмов, которые имеют два или более рабочих положения. Наиболее распространены две структуры построения схем сигнализации положения (состояния) технологических механизмов:

− схемы сигнализации, совмещенные со схемами управления;

− схемы сигнализации с независимым от схем управления питанием на группу технологических механизмов одного или разного назначения.

Схемы сигнализации, совмещенные со схемами управления, как правило, выполняют в том случае, если полезная площадь щитов и пультов позволяет применить сигнальную аппаратуру без ограничения ее размеров и допускающую прямое питание от цепей управления. Сигнализация положения (состояния) технологических механизмов в таких схемах может осуществляться одним или двумя световыми сигналами.

На рисунке 2.4 приведены три схемы включения сигнальных ламп. В первом случае (рис. 2.4,а)лампа горит, когда магнитный пускатель КМ включен: неисправность лампы равносильна ложному сигналу, так как погашенная лампа сигнализирует об отключении. От этого недостатка свободна схема с двумя лампами (рис. 4,6). В любом положении магнитного пускателя одна из ламп горит (HLI — пускатель включен, НL2 — пускатель отключен). Если же обе лампы погашены, то сигнализация неисправна.

На рисунке 4,в показана схема одноламповой сигнализации. Когда пускатель включен, лампа горит полным накалом, если отключен — неполным благодаря диоду VD.

Схемы предупреждающей и аварийной сигнализаций, предназначенных для оповещения обслуживающего персонала о нарушении нормального хода процесса, воспроизводятся ровным или мигающим светом и сопровождаются, как правило, звуковым сигналом. Наиболее распространены схемы сигнализации с центральным съемом звукового сигнала. Они дают возможность принимать новый звуковой сигнал до размыкания контактов, вызвавших появление предыдущего сигнала.

Рисунок 2.4 Схемы включения ламп световой сигнализации.

Принципиальную электрическую схему изображают в положении отключенного питания, когда на аппараты и их части нет принудительных воздействий, такое положение является исходным для электрической схемы.

Разработку электрической принципиальной схемы рекомендуется проводить методом насыщения, пример оформления метода в таблице 2.1.

Таблица 3.3 - Пример разработки электрической принципиальной схемы методом насыщения управление электроприводами стенда

Цепь управления	Описания
	Управление электродвигателями стенда
	Включения электродвигателей стенда в ручном режиме
	Обеспечивает световую сигнализацию при работе электроприводов стенда
	Отключение двигателя исполнительного механизма при подъеме пластин до предельного уровня
	Защита электродвигателей стенда при кратковременном обрыве напряжения

Описание электрической схемы начинается с рассмотрения состояния аппаратов, когда они отключены, т. е. при отсутствии питания и командных воздействий. При описании схемы отмечается последовательность действия электрообрудования для рабочих и наладочных режимов, т. е. какие аппараты изменяют, сваё состояние при переходе к первому этапу работы, затем ко второму под воздействием управляющих команд и при взаимодействии между собой, прослеживается прохождение команд по различным цепям и аппаратам схемы. Обращается внимание на блокировки и защиту электрооборудования от ненормальных режимов работы, а также вопросы электробезопасности.

Приводится полное описание в автоматическом режиме.

Пример изображения электрической принципиальной схемы приводится в приложении А.

В приложении Б приведены условные графические обозначения элементов электрической принципиальной схемы.

В приложении В приведены условные буквенные обозначения элементов электрической принципиальной схемы.

При выполнении электрических принципиальных схем можно использовать графический редактор sPlan 7.0.0.9 Final Rus.

Графический редактор с элементами, позволяющими легко рисовать электрические схемы. Очень простой и интуитивно понятный интерфейс. Может использоваться как текстовый редактор, легко составляются таблицы. Для рисования электрических схем имеется несколько библиотек, элементы которых могут легко редактироваться и добавляться, есть функция автоматической нумерации элементов, привязка линий к выводам элементов, группировка элементов, привязка к сетке. Возможность рисования линий под определенным углом, поворот элементов, вставка рисунка, экспорт в форматы jpg, bmp. Удобный вывод на печать.

Технические характеристики программы splan 7.0.0.1 (7.0.0.4) Rus Edition: разработчик софта – Abacom Electronics; платформа установки – PC; требования к ОС: Win 95,98,NT,2000,XP,Vista; объём занимаемого места на жёстком диске – 6 Мб; оперативная память – 256 Мб; необходимая видеокарта – 32 Мб; язык – русский. Программа при установке и пользовании не требует дополнительных исполняемых файлов («cracked.exe», «crack», «keygen», «trial reset» и т.п). Бесплатная версия для исполнителей электронных схем позволяет изображать и выводить готовый чертёж в удобных форматах: BMP, JPG, GIF, EMF и SVG. Вставка пользовательских файлов в исполняемую схему – один из плюсов софта. Работа проводится при помощи манипуляций мышкой. В библиотеке – подробный выбор разложенных по группам элементов.

Рабочее поле представляет собой чистый лист с вертикальной и горизонтальной линейкой, на котором создаётся схема или рисунок. Создавая схему, нужно выбрать из splan библиотеки готовые, подходящие по смыслу элементы. После этого перетащить выбранные спрайты в рабочую зону листа. Выполняя их соединение между собой, используют линии, калиброванные по толщине. Радиосхемы для дома своими руками Выполнив выделение спрайтов, можно их ориентировать в горизонтальной и вертикальной плоскости, поворачивая на любой градус. В соответствии с избранным масштабом, все элементы графики автоматически прикрепляются к сетке проекта. В процессе работы выбранные в библиотеке компоненты можно копировать, вставлять, вырезать и перемещать по всей поверхности рабочего стола программы.

Главное меню. С его помощью мы задаем параметры будущего чертежа: его размеры, ориентацию листа. Так же в главном меню осуществляется управление элементами и библиотеками.

Меню управления. Данное меню поможет нам работать непосредственно с элементами самого чертежа: дублировать, отражать элементы по горизонтали и вертикали, поворачивать элементы. Так же в данном меню осуществляется изменение параметров сетки.

Меню инструментов. Это меню предназначено непосредственно для управления чертежными инструментами, при помощи которых собственно и создается чертеж: линии, фигуры, текстовые блоки, вставка графических изображений и размеров элементов.

Библиотека элементов. Данное меню предназначено для удобного хранения базовых элементов схемы. Для нанесения элемента на схему его достаточно просто перетянуть из библиотеки на чертеж.

Непосредственно перед началом отображения задуманного материала на чертеже, необходимо произвести некоторые обязательные подготовительные работы. Так, например, нам необходимо определиться с положением листа, его размером, а также необходимо прописать название чертежа и по необходимости прописать какие-то дополнительные данные в графе «расширенное описание». По окончании выбора нажимаем «ОК».

Определившись с размерами листа и его положением, по необходимости выбираем рамку для нашего чертежа. Рамка должна соответствовать выбранному нами ранее размеру самого листа и его ориентации (горизонтальная, вертикальная).

Подготовительный процесс завершен. Можно непосредственно переходить к отображению задуманного на лист. Для вставки на чертеж элементов из библиотеки – перетягиваем их на лист. Инструменты из меню инструментов включаются кликом ЛКМ, а отключаются кликом ПКМ. Наносить чертеж можно по-разному.

Например, некоторые пользователи на уменьшенный лист сразу раскладывают элементы в той последовательности, в которой они будут расположены на схеме. А затем увеличивают (приближают) чертеж и непосредственно соединяют элементы в схему. Мне же лично удобнее отображать на чертеже элементы и линии последовательно по мере продвижения от первого элемента до последнего. Исключение составляют всевозможные выноски и ссылки. Их я наношу, предварительно уменьшив чертеж, дабы определиться с максимально удобным для размещения местом относительно общего вида чертежа.

Раскладывают элементы в той последовательности, в которой они будут расположены на схеме. А затем увеличивают (приближают) чертеж и непосредственно соединяют элементы в схему. Мне же лично удобнее отображать на чертеже элементы и линии последовательно по мере продвижения от первого элемента до последнего. Исключение составляют всевозможные выноски и ссылки. Их я наношу, предварительно уменьшив чертеж, дабы определиться с максимально удобным для размещения местом относительно общего вида чертежа.

В также имеются все элементы, что могут, пригодится в создании принципиальной электрической и электронной схемы. Если, вдруг необходимого элемента нет, то Вы сами можете его сделать из простых фигур, а после сохранить в основной библиотеке. Программа sPlan включает в себя такие группы электрических элементов как: элементы питания, акустика, конденсаторы, сигнализаторы, антенны, разъёмы, реле, цифровые элементы, диоды, двигатели, различные транзисторы, тиристоры, плавкие вставки, различные генераторы, магазин индуктивностей, условные обозначения, основные и дополнительные приборы измерения, всяческие усилители, сопротивления, переключатели и выключатели, трансформаторы, лампы и множество других компонентов.

Кроме основного заложенного изначально набора готовых компонентов, программа sPlan также имеет такие в себе возможности как построения чертежей при помощи: прямоугольника, эллипса, произвольная формы, замкнутые и незамкнутые ломаные, кривые, пересечение прямых с соединением через точку, одно строчный и много строчный текст, произвольное изображение в растровом виде. В программе sPlan имеется такая функция как увеличительное стекло, что помогает при установки желаемого масштаба рабочего пространства, элемент редактирования для различного выделения, перемещения и удаления имеющихся объектов на чертеже, много градусный поворот элемента на требуемый угол, создание дубликата помеченных компонентов, зеркальное отражение по горизонтали и вертикали, пропорциональное изменение размера, а также поиск по имени, ну и т.д.

Вся графика в программе sPlan опирается на сетку, что в непосредственно привязана к горизонтальной и вертикальной линейке. Это позволяет, перемещать объекты только на определённые расстояния, по умолчанию это 1мм. При необходимости переместить элемент на свободное расстояние, нужно делать это, нажав соответственно клавишу Shift на своей клавиатуре. Как и большинство нынешних редакторов, программа sPlan имеет хорошую возможность отмены произведённых действий сочетанием клавиш Ctrl+Z, а также, при необходимости, их повторения клавишами Ctrl+Y. Плюс ко всему этому, каждому компоненту чертежа, возможно, присвоить своё имя, личный номинал и желаемое описание.

Замечательной особенностью данного графического редактора также является его многосторонность, то есть, один чертёж, вполне может содержать в себе несколько различных листов, что можно при необходимости сохранить в один единый файл, как по отдельности, так и все вместе.