Электрические принципиальные схемы
Основным назначением принципиальных электрических схем является отражение с достаточной полнотой и наглядностью взаимной связи отдельных приборов, средств автоматизации и вспомогательной аппаратуры, входящих в состав функциональных узлов систем автоматизации, с учетом последовательности их работы и принципа действия. Принципиальные электрические схемы служат для изучения принципа действия системы автоматизации, они необходимы при производстве пуско-наладочных работ и в эксплуатации электрооборудования.
Принципиальные электрические схемы являются основанием для разработки других документов проекта: монтажных схем и таблиц щитов и пультов, схем соединения внешних проводок, схем подключения и др.
При разработке систем автоматизации технологических процессов обычно выполняют принципиальные электрические схемы самостоятельных элементов, установок или участков автоматизируемой системы, например схему управления задвижкой, схему автоматического и дистанционного управления насосом, схему сигнализации уровня в резервуаре и т. п.
Принципиальные электрические схемы составляют на основании схем автоматизации, исходя из заданных алгоритмов функционирования отдельных узлов контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления и общих технических требований, предъявляемых к автоматизируемому объекту.
На принципиальных электрических схемах в условном виде изображают приборы, аппараты, линии связи между отдельными элементами, блоками и модулями этих устройств.
В общем случае принципиальные схемы содержат:
1) условные изображения принципа действия того или иного функционального узла системы автоматизации;
2) поясняющие надписи;
3) части отдельных элементов (приборов, электрических аппаратов) данной схемы, используемые в других схемах, а также элементы устройств из других схем;
4) диаграммы переключений контактов многопозиционных устройств;
5) перечень используемых в данной схеме приборов, аппаратуры;
6) перечень чертежей, относящихся к данной схеме, общие пояснения и примечания. Для чтения принципиальных схем необходимо знать алгоритм функционирования схемы, понимать принцип действия приборов, аппаратов, на базе которых построена принципиальная схема.
Принципиальные схемы систем контроля и управления по назначению могут подразделяться на схемы управления, технологического контроля и сигнализации, автоматического регулирования и питания. Принципиальные схемы по видам могут быть электрическими, пневматическими, гидравлическими и комбинированными. В настоящее время наиболее широкое применение находят электрические и пневматические схемы.
Как прочитать электрическую принципиальную схему
Принципиальная электрическая схема - первый рабочий документ, на основании которого:
1) выполняют чертежи для изготовления изделий (общие виды и монтажные схемы и таблицы щитов, пультов, стативов и т. п.) и соединений их с приборами, исполнительными механизмами и между собой;
2) проверяют правильность выполненных соединений;
3) задают уставки аппаратам защиты, средствам контроля и регулирования процесса;
4) настраивают путевые и конечные выключатели;
5) анализируют схему как в процессе проектирования, так и при наладке и эксплуатации при отклонении от заданного режима работы установки, преждевременном выходе из строя какого-либо элемента и т. п.
Таким образом, в зависимости от выполняемой работы чтение принципиальной схемы преследует разные цели.
Кроме того, если чтение монтажных схем сводится к тому, чтобы определить, что, где и как нужно установить, проложить и соединить, то чтение принципиальной схемы гораздо сложнее. Во многих случаях оно требует глубоких знаний, владения методикой чтения и умения анализировать полученные сведения. И, наконец, ошибка, допущенная в принципиальной схеме, неизбежно будет повторяться во всех последующих документах. В итоге вновь придется возвращаться к чтению принципиальной схемы, чтобы выявить, какая в ней допущена ошибка или что в конкретном случае не соответствует правильной принципиальной схеме (например, многоконтактное программное реле присоединено правильно, но установленная при настройке длительность или очередность переключения контактов не соответствует заданию).
Перечисленные задачи довольно сложны, и рассмотрение многих из них выходит за рамки данной статьи. Тем не менее полезно пояснить, в чем состоит их существо и перечислить основные технические приемы решения.
1. Чтение принципиальной схемы всегда начинают с общего ознакомления с нею и перечнем элементов, находят на схеме каждый из них, читают все примечания и пояснения.
2. Определяют систему электропитания электродвигателей, обмоток магнитных пускателей, реле, электромагнитов, комплектных приборов, регуляторов и т. п. Для этого находят на схеме все источники питания, выявляют по каждому из них род тока, номинальное напряжение, фазировку в цепях переменного тока и полярность в цепях постоянного тока и сопоставляют полученные данные с номинальными данными используемой аппаратуры.
Выявляют по схеме общие коммутационные аппараты, а также аппараты защиты: автоматы, предохранители, реле максимального тока и минимального напряжения и т. п. Определяют по надписям на схеме, таблицам или примечаниям уставки аппаратов и, наконец, оценивают зону защиты каждого из них.
Ознакомление с системой электропитания может понадобиться для: выявления причин нарушения питания; определения очередности, в которой следует на схему подавать питание (это не всегда безразлично); проверки правильности фазировки и полярности (неправильная фазировка может, например, в схемах резервирования привести к короткому замыканию, изменению направления вращения электродвигателей, пробою конденсаторов, нарушению разделения цепей с помощью диодов, отказу поляризованных реле и т. п.); оценки последствий перегорания каждого предохранителя.
3. Изучают всевозможные цепи каждого электроприемника: электродвигателя, обмотки магнитного пускателя, реле, прибора и т. п. Но электроприемников в схеме много и далеко не безразлично, с какого из них начинать чтение схемы — это определяется поставленной задачей. Если нужно определить по схеме условия ее работы (или проверить, соответствуют ли они заданным), то начинают с основного электроприемника, например с электродвигателя задвижки. Последующие электроприемники выявятся сами собой.
Например, для пуска электродвигателя нужно включить магнитный пускатель. Следовательно, следующим электроприемником должна быть обмотка магнитного пускателя. Если в ее цепь входит контакт промежуточного реле, надо рассматривать цепь его обмотки и т. п. Но может быть и другая задача: какой-то элемент схемы отказал, например не горит определенная сигнальная лампа. Тогда первым электроприемником будет именно она.
Очень важно подчеркнуть, что если не придерживаться при чтении схемы определенной целенаправленности, то можно затратить много времени, ничего не решив.
Итак, изучая выбранный электроприемник, надо проследить все возможные его цепи от полюса к полюсу (от фазы к фазе, от фазы к нулю в зависимости от системы питания). При этом надо, во-первых, выявить все контакты, диоды, резисторы и т. п., входящие в цепь.
Особо подчеркнем, что нельзя рассматривать несколько цепей сразу. Нужно сначала изучить, например, цепь включения обмотки магнитного пускателя «Вперед» при местном управлении, установив, в каком положении должны быть элементы, входящие в эту цепь (переключатель режимов в положении «Местное управление», магнитный пускатель «Назад» отключен), что нужно сделать, чтобы включить обмотку магнитного пускателя (нажать выключатель кнопочный «Вперед»), и т. п. Затем следует мысленно отключить магнитный пускатель. Рассмотрев цепь местного управления, мысленно переводят переключатель режимов в положение «Автоматическое управление» и изучают следующую цепь.
Ознакомление с каждой цепью электрической схемы имеет целью:
а) определить условия действия, которым удовлетворяет схема;
б) выявить ошибки; например, в цепи могут быть соединенные последовательно контакты, которые никогда одновременно не должны быть замкнуты;
в) определить возможные причины отказа. В неисправную цепь, например, входят контакты трех аппаратов. Рассматривая каждый из них, легко обнаружить неисправный. Такие задачи возникают при наладке и устранении неполадок в процессе эксплуатации;
г) установить элементы, в которых могут быть нарушены временные зависимости либо в результате неправильной регулировки, либо из-за неправильной оценки проектировщиком реальных условий эксплуатации.
Типичными недостатками являются слишком короткие импульсы (управляемый механизм не успевает завершить начатый цикл), слишком длинные импульсы (управляемый механизм, за вершив цикл, начинает его повторять), нарушение необходимой очередности переключения (например, вентили и насос включаются не в той очередности, как надо, или между операциями не соблюдаются достаточные интервалы);
д) выявить аппараты, которым могут быть заданы неправильные уставки; типичный пример — неправильная уставка токового реле в схеме управления задвижкой;
е) выявить аппараты, коммутационная способность которых недостаточна для коммутируемых цепей, или номинальное напряжение ниже необходимого, или рабочие токи цепей больше номинальных токов аппарата и т. п.
Типичные примеры: контакты электроконтактного термометра непосредственно введены в цепь магнитного пускателя, что совершенно недопустимо; в цепи напряжения 220 В применен диод на обратное напряжение 250 В, что не достаточно, так как он может оказаться под напряжением 310 В (К2-220 В); номинальный ток диода 0,3 А, но он включен в цепь, через которую проходит ток 0,4 А, что вызовет недопустимый перегрев; сигнальная коммутаторная лампа 24 В, 0,1 А включена на напряжение 220 В через добавочный резистор типа ПЭ-10 сопротивлением 220 Ом. Лампа будет светить нормально, но резистор сгорит, так как выделяемая в нем мощность примерно вдвое выше номинальной;
ж) выявить аппараты, подверженные действию коммутационных перенапряжений, и оценить меры защиты от них (например, гасящие контуры);
з) выявить приборы, на работу которых могут оказывать недопустимое влияние смежные цепи, и оценить средства защиты от влияний;
и) выявить возможные ложные цепи как в нормальных режимах, так и во время переходных процессов, например перезаряд конденсаторов, поступление в чувствительный электроприемник энергии, освободившейся при отключении индуктивности, и т. п.
Ложные цепи иногда образуются не только при непредвиденном соединении, но и при незамыкании, контакта, перегорании одного предохранителя, в то время как остальные остались исправными. Например, промежуточное реле датчика технологического контроля включено через одну цепь питания, а его размыкающий контакт — через другую. При перегорании предохранителя промежуточное реле отпустит, что будет воспринято схемой как нарушение режима. В данном случае нельзя разделить цепи питания либо нужно иначе составлять схему и т. п.
Ложные цепи могут образоваться при несоблюдении очередности подачи питающих напряжений, что говорит о низком качестве проектирования. В правильно составленных схемах очередность подачи питающих напряжений, а также восстановление их после нарушений не должны приводить к каким-либо оперативным переключениям;
к) оценить последствия нарушения изоляции поочередно в каждой точке схемы. Например, если кнопки присоединены к нулевому рабочему проводнику, а обмотка пускателя - к фазному (необходимо включать наоборот), то при подключении кнопочного выключателя «Стоп» к проводнику заземления пускатель невозможно будет отключить. Если замкнется на землю провод после кнопочного выключателя «Пуск», произойдет самовключение пускателя;
л) оценить назначение каждого контакта, диода, резистора, конденсатора, для чего исходят из предположения, что рассматриваемый элемент или контакт отсутствует, и оценивают, к каким это приведет последствиям.