Практические занятия - Автоматизированные системы управления энергопотреблением

Подождите немного. Документ загружается.

4. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРИНЦИПИ-

АЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Принципиальные электрические схемы составляют на основе

функциональных схем автоматизации. На схемах изображают все

электрические элементы, необходимые для нормальной работы уста-

новки (все аппараты включения и выключения, приборы и т.п.), сред-

ства связи между ними, а также элементы подключения (разъемы, за-

жимы и т.п.), которыми заканчиваются входные и выходные цепи.

Для изображения на схемах электрических элементов и устройств

применяют условные графические обозначения, установленные в

стандартах ЕСКД (ГОСТ 2.721 – 74 ÷ 76 – обозначения условные и

графические в схемах), а также условные графические обозначения,

построенные из стандартизованных графических элементов по прави-

лам, установленным в стандартах.

Размеры, в которых условные обозначения выполняются на схе-

мах, не влияют на смысл. При выборе размеров условных графиче-

ских изображений следует руководствоваться рекомендациями стан-

дартов, при этом допускается; при необходимости, все обозначения

пропорционально увеличивать или уменьшать.

Условные графические обозначения элементов изображают на

схеме в положении, в котором они приведены в соответствующих

стандартах, или повернутыми на угол, кратный 90°С, а также зеркаль-

но повернутыми.

4.1. Условные графические обозначения

Обозначение воспринимающих частей электромеханических

устройств. Условные графические изображения воспринимающих

частей, электромеханических частей (электрических реле, у которых

связь воспринимающей части с исполнительной осуществляется ме-

ханически, а также магнитных пускателей, контакторов и электромаг-

нитов) приведены на рис.8.

а) б) в)

г) д) е)

ж) з) и) к) л)

Рис.8. Обмотки реле, магнитных пускателей и электромагнитов.

На рис. 8 а представлено общее обозначение катушки электроме-

ханического устройства. Отличаются обозначения только расположе-

нием выводов. Обозначение на рис.8б соответствует катушке трех-

фазного тока. Для внесения уточняющих данных в обозначение элек-

тромеханического устройства вводятся одно или два дополнительных

графических поля (рис.8в). На рис.8г приведены обозначения катушек

электромеханических устройств с обмотками тока и напряжения. При

отсутствии дополнительной информации допускается в основном по-

ле указать уточняющие данные. Например, рис.8б – катушка электро-

механического устройства с обмоткой минимального тока. Рис.8е со-

ответствует обозначению катушки поляризованного электромехани-

ческого устройства. На рис.8ж приведено обозначение катушки элек-

тромеханического устройства, работающего с замедлением при сраба-

тывании, рис.8з. С замедлением при отпускании, рис.8и – при сраба-

тывании и отпускании. Воспринимающая часть электротеплового ре-

ле представлена на рис.8к. Размеры условных графических обозначе-

ний должны соответствовать приведенным на рис.8 л.

Обозначение контактов. Рассмотрим схему обозначений контак-

тов по ГОСТ 2.755-84. Контакты магнитных пускателей, контакторов,

реле, кнопок, рубильников-автоматов и других коммутирующих уст-

ройств на схемах должны изображаться в положении, принятом за на-

чальное: отсутствие тока во всех цепях схемы, на кнопки выключате-

лей не действуют внешние принудительные силы.

Общие обозначения замыкающихся (рис.9а), размыкающихся

(рис.9б) и переключающихся контактов (рис.9в) могут быть дополне-

ны, если требуются уточнения, различными знаками. Так, на рис.10а

изображены размыкающие и замыкающие контакты без самовозврата,

на рис.10б – контакты с самовозвратом. Если необходимо подчерк-

нуть, что контакт коммутирует сильноточную цепь, используют обо-

значения, приведенные на рис.10 в; контакты с дугогашением, незави-

симо от способа дугогашения, изображены на рис.10г. Контакт с ав-

томатическим возвратом при перегрузке (автоматический выключа-

тель) показан на рис.10е. Его включают, но при перегрузке он отклю-

чается. При необходимости указывать величину, при изменении кото-

рой происходит возврат, используются следующие знаки: максималь-

ного тока - I

max

, минимального тока - I

min

, максимального напряжения -

max

. минимального напряжения - U

min

максимальной температуры -

max

а) б) в) г)

Рис.9. Общее обозначение контактов коммутационных устройств.

а) б) в) г) д) е) ж) з) и) к) л)

н)

о) п) р) с) т) у)

Рис.10. Контакты коммутационных устройств с уточняющими знаками.

Эти знаки представляет около обозначений выключателя, как по-

казано на рис.10 д., е.

Чтобы подчеркнуть наличие выдержки времени и указать её ха-

рактер, применяют обозначения (рис.10 ж, з, и). На рис.10ж происхо-

дит замедление срабатывания замыкающего и размыкающего контак-

тов. На рис.10з. изображены контакты, действующие с замедлением

при возврате, и на рис.10и – при возврате и срабатывании. Примеры

применения различного привода приведены на рис.10. На рис.10к

приведено изображение однополюсного путевого выключателя. На

рис.10о – контакт электротеплового реле. С левой стороны контакта

показано, что возврат его в начальное положение осуществляется спе-

циальной кнопкой, с правой – что разрыв контактов осуществляется

приводом с помощью биметалла.

Обозначение кнопочных выключателей нажимного типа приведе-

но на рис.10 п. Для указания кнопочного поворотного выключателя

применяется изображение (рис10н.) кнопочного вытяжного выключа-

теля – (рис.10у). Контакты, замыкающиеся от центробежного привода

(например, реле контроля скорости), имеют обозначение, приведенное

на рис.10п. Для составления многополюсного обозначения выключа-

телей однолинейное изображение повторяется необходимое число раз.

В таких аппаратах, как рубильник, автоматический выключатель и

т.п., однополюсные изображения располагают рядом, с минимальным

расстоянием между линиями 6 мм, а подвижные контакты соединяют

линией механической связи, как показано на рис.10.р., для трёхпо-

люсного выключателя с автоматическим возвратом (автоматического

выключателя). На рис.10т дано обозначение многопозиционного (6-

позиционного), однополюсного переключателя. Для изображения

многополюсного переключателя одно полюсное изображение повто-

ряется необходимое число раз.

Обозначение электродвигателей, предохранителей, сигналь-

ных устройств.

6....8

а) б) в) г)

д)

е) ж) з) и) к)

л)

м) о)

п)

р)

н)

Рис. Электродвигатели, предохранители, сигнальные устройства

Общее обозначение электрической машины показано на рис. 11 а.

Внутри окружности допускается указывать следующие данные: а) род

машины (генератор – Г; двигатель – М; тахогенератор – Т; газотурбо-

генератор ГГ; сельсин-Сс и др.); б) род тока, число фаз или вид соеди-

нения обмоток в соответствии с ГОСТ 2.750-68. На рис.11 б показан

трехфазный асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором.

На рис.11 в. приведена трехфазная асинхронная машина с фазным ро-

тором, обмотка ротора которого соединена в звезду, а обмотка статора

в треугольник. На рис.11 г показан двигатель постоянного тока с неза-

висимым возбуждением. Размеры условных обозначений приведены

на рис.11 д. Общее обозначение плавкого предохранителя дано на

рис.II е, выключателя-предохранителя – на рис.11 ж. Предохранители

с сигнализирующим устройством приведены на рис.11 З. – с само-

стоятельной цепью сигнализации, рис.11 и – с общей цепью сигнали-

зации. На рис.11 л. показано общее обозначение ламп накаливания-

осветительной и сигнальной. В изображении сигнальных ламп проти-

воположные секторы допускается зачернить. Общее обозначение га-

зоразрядной осветительной и сигнальной ламп приведено на рис.11 м.

На рис.11 н.-п. дано обозначение приборов звуковой сигнализации;

рис.11 н. – звонок электрический, общее обозначение; рис.11 о. – си-

рена электрическая, рис.11 п. – ревун. В полуокружность общего обо-

значения допускается вписывать обозначение рода тока – постоянный,

переменный в соответствии с ГОСТ 2.750-68. Размеры условных обо-

значений сигнальных приборов приведены на рис.11 р.

Обозначение контактов интегральных микросхем. Интеграль-

ные микросхемы (ИС), в которых происходит дискретное преобразо-

вание электрического сигнала, обычно называют логическими или

цифровыми ИС. Условное графическое обозначение логических эле-

ментов имеет форму прямоугольника (рис.12 а), который может со-

держать три поля: основное и два дополнительных (рис. 12 б, в). Ми-

нимальные размеры основного и дополнительного полей приведены

на рис. 12 д. функцию, выполняемую логическим элементом, обозна-

чают при помощи символа 'функции в виде букв, цифр или специаль-

ных знаков, при этом количество знаков в символе не ограничивается.

Символ функции записывается в основное поле (рис.12 г)

Символы функции для обозначения основных логических опера-

ций имеют следующие обозначения: «ИЛИ» – I; «И» – & ; эквива-

лентность – =; сложение по модулю – М; дешифратор – С; шифратор

– D; триггер – Т; триггер двухступенчатый – ТТ.; регистр –RG , счет-

чик – СТ; генератор – G; одновибратор – S; формирователь сигнала –

Входы и выходы логического элемента в зависимости от состоя-

ния сигнала, при котором элемент воспринимает или вырабатывает

определенное значение двоичной переменной, подразделяют на пря-

мые и инверсные. На прямом входе I (выходе) (рис. 12. е) двоичная

переменная имеет значение I, когда сигнал на этом входе (выходе) на-

ходится в состоянии, принятом за «единичное». На инверсном входе 2

(выходе 2), (рис.12 е) двоичная переменная имеет значение I, когда

сигнал на атом входе (выходе) находится в состоянии, принятом за

«нулевое». Обозначение инверсного входа (выхода) может быть в ви-

де 3, приведенном на рис.12 е.

Рис.12. Интегральные микросхемы.

Позиционные обозначения. Все элементы принципиальной схе-

мы должны иметь позиционное обозначение в соответствии с требо-

ваниями ГОСТ 2.710-81. Обозначения условные буквенно-цифровые,

применяемые на электрических схемах. В соответствии с ГОСТ 2.710-

81 позиционное обозначение должно состоять из трех частей, имею-

щих самостоятельное смысловое значение и записываемых без разде-

лительных знаков и пробелов. В первой части позиционного обозна-

чения должен быть указан вид элемента или устройства. Она должна

содержать одну или две буквы латинского алфавита. Во второй части

позиционного обозначения должен быть указан порядковый номер

элемента (устройства) в пределах элементов (устройств) данного вида.

Она должна содержать одну или несколько цифр, например, R12 –

первая часть представляет собой букву латинского алфавита R – рези-

стор, вторая – порядковый номер – 12. При изображении элемента или

устройства разнесенным способом к порядковому номеру допускается

добавлять условный номер изображенной части, разделяя порядковый

номер и условный номер точкой, например, D 13,2 – цифровая инте-

гральная микросхема DI3, часть 2 (второй логический элемент). По-

рядковый номер элементам присваивается, начиная с единицы, в со-

ответствии с последовательностью расположения элементов на схеме:

сверху вниз, слева направо. Допускается последовательность при-

своения номеров в зависимости от размещения элементов в изделии, в

направлении прохождения сигналов или функциональной последова-

тельности.

Рекомендуется применять буквенные коды, перечень которых

приведен в приложении, столбцы I и 2. В третьей части позиционного

обозначения допускается указывать функциональное назначение дан-

ного изделия. Например, S I Q – выключатель, используемый как ог-

раничитель состояния (перемещения) – конечный выключатель; B1F-

резистор I, используемый как защитный, и т.д.

Третья часть позиционного обозначения в электрических схемах

используется редко. Методические указания ВНИИмаш по внедрению

ГОСТ 2.710-75 уточняют деление элементов на виды с присвоением

каждому буквенного кода в соответствии с приложением. Для по-

строения позиционного обозначения рекомендуется применять двух-

буквенные коды. Однако в зависимости от содержания схемы элемент

данного вида может быть обозначен одной буквой – общим кодом ви-

да элемента. Например, если в схеме, кроме магнитного пускателя, не

содержится реле, то пускатель можно обозначить буквой. К, хотя пус-

катель имеет двухбуквенный код КМ. Кроме того, методические ука-

зания запретили использование разделительной точки при чередова-

нии буквенных и цифровых смысловых груш. Позиционные обозна-

чения проставляются на схеме рядом с условными графическими обо-

значениями элементов (устройств) с правой стороны или под ними.

Принципиальные схемы данного учебного пособия выполнены по

ГОСТ 2.710-75.

4.2. Синтез принципиальных электрических схем автоматизации

Состав принципиальных электрических схем автоматизации.

В общем случае принципиальные электрические схемы содержат:

1) цепи электропитания, управления, сигнализации, измерения,

регулирования, силовые цепи;

2) контакты аппаратов данной схемы, занятые в других схемах, и

контакты аппаратов из других схем;

3) диаграммы и таблицы включений контактов переключателей,

программных устройств, конечных и путевых выключателей, цикло-

граммы работ аппаратуры;

4) поясняющую технологическую схему, циклограмму работы

оборудования, схему блокировочных зависимостей;

5) необходимые пояснения и замечания;

6) перечень используемых в данной схеме элементов.

В зависимости от сложности объектов указанные цепи могут изо-

бражаться совмещено на одном или нескольких листах, либо для каж-

дой из цепей разрабатываются отдельные схемы, например, принци-

пиальные электрические схемы управления, сигнализации и т.п.

Циклограмма работы аппаратуры, пояснение и примечание по-

мещаются на принципиальных электрических схемах только в случае,

когда они необходимы и способствуют более легкому прочтению

схемы.

Задание

Для каждой задачи необходимо:

1. Вычертить схему управления электроприводами по приведен-

ным алгоритмам. При этом следует учесть, что в алгоритмах приведе-

ны следующие обозначения:

, S

.- кнопки “Пуск”;

.3,2,1 SSS

- кнопки “Стоп”; К

, К2, К3.-

обмотки магнитных пускателей, электромагнитных реле; К1.2, К1.3,

К1.4, К2.2, К2.3.- замыкающие контакты соответствующих обмоток,

.2.2,3.1,2.1 ККК

– размыкающие контакты соответствующих обмоток;

, SQ

- замыкающие контакты конечных выключателей;

.2,1 SQSQ

размыкающие

контакты

Оснастить

эти

схемы

элементами

защиты

сигнализации

Показать

главные

цепи

привода

Нанести

на

схему

буквенно

цифровые

позиционные

обозначе

ния

Составить

спецификацию

схемы

Прочитать

вычерченные

схемы

Пример

Примером

синтеза

принципиальной

схемы

управления

электроприводом

может

служить

схема

на

рис

.1,

реализуемая

алго

ритмом

управления

При

вычерчивании

следует

располагать

цепи

питания

привода

(

главные

цепи

) –

слева

цепи

управления

–

справа

цепи

питания

привода

необходимо

показать

автоматический

выключатель

об

мотки

тепловых

реле

F1, F2,

контакты

магнитных

пускателей

(

)

[

]

(

)

[

]

{

}

2113.22.11223.112.223 FFKKKSSKKSKSSy ⋅⋅⋅⋅++⋅⋅⋅+⋅⋅=

Рис.1. Принципиальная схема управления реверсивным электродвигателем

цепях

управления

последовательному

соединению

элементов

соответствует

операция

логического

умножения

параллельному

со

единению

–

логическая

операция

сложения

Здесь

необходимо

пока

зать

элементы

предохраняющие

цепь

управления

от

короткого

замы

кания

контакты

тепловых

реле

Задача 1.

Принципиальная схема управления электроприводом (приводом

подачи станка, нагнетательной тележки сплоточной машины и др.)

должна обеспечивать следующий цикл:

пуск привода оператором вперед и назад;

автоматический реверс привода в конце хода вперед;

автоматическую остановку в конце хода назад;

остановку привода оператора в любом положении.

Элементы схемы

Для управления реверсивным двигателем необходим реверсивный

магнитный пускатель с обмотками К1 и К2 и контактами К1.1 и К2.1 в

цепи включения двигателя блок-контактами К1.2 и К1.3, К2.2, К2.3.

Для остановки в конце хода назад необходимы два конечных выклю-

чателя SQ4 и SQ5.

Логическая функция имеет вид

(

)

(

)

[

]

23.15422313.242.121 KKSQSQKSKKSQKSSy ⋅⋅⋅+⋅++⋅⋅⋅+⋅=

Задача 2.

Принципиальная схема управлением электродвигателем пилы и

механизмом подачи (при этом предусматривается возможность пода-

чи материала только на работающую пилу) обеспечивает следующий

цикл:

пуск оператором привода пилы.

пуск оператором привода передачи.

остановку оператором пилы и подачи одновременно или только

подачи.

Элементы схемы

Для управления электродвигателем необходимы два магнитных

пускателя: К1 и К2 с блок-контактами К1.1 и К2.1.

Логическая функция имеет вид

(

)

(

)

23.12.24312.121 KKKSSKKSSy ⋅⋅+⋅+⋅+⋅=

Задача 3.

Схема управления электроприводом торцовой пилы, состоящая из

электродвигателя пилы и двигателя подачи доски на исходную пози-

цию и обеспечивающая взаимную блокировку двигателей, обеспечи-

вает выполнение следующих операций:

включение пилы оператором.

включение подачи пилы оператором и автоматическое.

включение подачи доски автоматическое.

остановку оператором всех электродвигателей.

Элементы схемы

Для управления электродвигателями необходимы три магнитных

пускателя К1-К3. Для автоматического включения подачи пилы при

наличии доски необходим конечный выключатель SQ4, для отключе-

ния подачи пилы – конечный выключатель SQ5

(

)

(

)

[

]

2454.2314.121 KMSQSQKSBKMKMSBSBy ⋅+⋅++⋅+⋅=

Задача 4.

Принципиальная схема управления электроприводом (шлифо-

вального станка и др.), обеспечивающая следующий цикл:

пуск привода оператором вперед.

автоматический реверс в конце хода вперед.

автоматический реверс в конце хода назад.

остановка оператором в любом положении назад.

Элементы схемы

Для управления реверсивным двигателем необходимы реверсив-

ные магнитные пускатели К1 и К2. Для реверса в конце хода вперед и

назад потребуются два конечных выключателя SQ3 и SQ4.

Логическая функция имеет вид

(

)

(

)

[

]

242.231342.121 KSQKSQKSQSQKSSy ⋅⋅++⋅⋅++⋅=

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Основные графические обозначения на схеме ана-

лиза технологического процесса как объекта управления

Графическое обозна-

чение

Описание

объект управления

промышленный контроллер (при необхо-

димости)

материальный поток:

- общее обозначение

- основной технологический поток (выде-

лен заливкой). Удобно применять в слож-

ных технологических схемах с большим

количеством материальных потоков.

информационная переменная, имеющая

собственное устройство измерения

информационная переменная, не имеющая

собственного устройства измерения

(штрих-пунктирная линия подчеркивает

ее «виртуальность), но необходимая для

замыкания обратной связи либо учета в

количественной форме важных неизме-

ряемых технологических переменных

обратная связь (точечная линия. Жирная

точка обозначает….)

Приложение 2. Примеры построения схем анализа технологиче-

ского процесса как объекта управления

Как видно из последующих примеров, одна из схем анализа тех-

нологического процесса как объекта управления – схема материаль-

ных потоков и их информационных переменных исследуемого (под-

лежащего автоматизации объекта управления) аппарата, при необхо-

димости, может быть дополнена другими аппаратами, имеющими с

ним существенную технологическую связь и/или поясняющими его

работу.

Пример 1.1. Схема материальных потоков и их информационных

переменных процесса стекловарения

Самый простой из вариантов: четко прослеживаются входные и выходные

материальные потоки. Внутри потоков проставлены характерные для них

информационные переменные (расходы и температуры)

Пример 1.2. Схема материальных потоков и их информационных пе-

ременных процесса ректификации

Для целей управления используются переменные внутренней субстанции

(смеси), поэтому на рисунке она схематично выделена зоной с указанием

характерных для нее информационных переменных (уровень L и давление P)

Пример 1.3. Схема материальных потоков и их информационных пе-

ременных процесса каландрирования

При необходимости получения представления о происходящих внутри аппарата

процессах следует привести соответствующие конструктивные узлы с указанием

характерных информационных переменных (частота вращения S и давление P)

Пример 1.4. Схема материальных потоков и их информационных пе-

ременных процесса выпаривания (теплообменник-рекуператор)

В этом варианте дополнительно приведена технологическая схема, упрощающая

понимание протекания процесса. Обратите внимание как на обоих схемах

сформированы входные и выходные материальные потоки – идентичная

очередность и полное соответствие друг другу

Пример 1.5. Схема материальных потоков и их информационных пе-

ременных процесса выпаривания

Конденсат

водяного пара

Конденсат

сокового пара

Пар соковый

В этом примере изображены два аппарата, технологически тесно связанных друг

с другом и состоящих, в свою очередь, из испарителя и сепаратора. Такое

условное разделение процесса на составляющие было вызвано необходимостью

учета расхода раствора сульфата аммония (промежуточного).

Пример 1.6. Схема материальных потоков и их информационных пе-

ременных процесса нейтрализации

продукт

Отстойник

газообразный

аммиак

сульфат

аммония

аммиачная

вода

лактамное

масло

Реактор-

нейтрализатор

обессолен

ная вода

Холодильник

лактам-

вода 2

Абсорбер

пары

аммиака

лактам-

вода 1

Целый каскад аппаратов и их материальных потоков, в этой схеме есть даже

рецикл

Пример 1.7. Схема материальных потоков и их информационных пе-

ременных процесса окисления SO

в SO

Еще более закрученная и захватывающая, чем в примере 1.6, схема

материальных и информационных потоков (рецикл, байпас), но такая

«сложность» обоснована желанием корректно учесть все информационные

переменные, подлежащие контролю и управлению