6.3 Разработка схем проектируемых объектов

Виды и типы схем, общие требования к их выполнению для всех изделий определяет ГОСТ 2.701-84, согласно которому в зависимо­сти от элементов, входящих в состав изделия, и связей между ни­ми схемы делятся на электрические, гидравлические, пневматичес­кие, кинематические.

Схемы в зависимости от основного назначения подразделяются на следующие типы:

- структурные;

- функциональные;

- принципиальные (полные);

- соединений (монтажные);

- подключения;

- расположения;

- общие.

Структурная схема определяет основные функциональные части изделия (системы), их назначение и взаимосвязь.

В теории систем автоматического управления (ТАУ) сложилось понятие структурной схемы, которое несколько шире, чем стан­дартное. Определяется это тем, что в ТАУ структурная схема является, по сути, математической моделью, отражающей взаимосвязь составных частей системы и характеризующей ее динамические свойства. При изучении динамики процессов управления отвлекаются от конкрет­ной физической природы управляемой координаты (переменной) и реальных элементов и переходят к типовым динамическим звеньям, каждое из которых характеризуется определенным дифференциальным уравнением или соответствующей передаточной функцией. Такую схему часто назы­вают структурной динамической.

Функциональная схема разъясняет процессы, протекающие в функциональных частях изделия (системы) или в изделии (системе) в целом.

Принципиальная схема определяет полный состав элементов из­делия и связей между ними, дает детальное представление о прин­ципах работы изделия (системы) и разрабатывается на основании структурной и функциональной схем. Она служит основой для раз­работки других конструкторских документов.

При эксплуатации изделия (системы) принципиальной схемой пользуются для изучения принципов работы изделия (системы) для наладки, контроля, регулировки и ремонта.

Схема соединения (монтажная) определяет конструктивное вы­полнение соединений составных частей изделия.

Схема подключения показывает внешние подключения изделия.

Схема расположения устанавливает относительное расположе­ние составных частей изделия (системы), а при необходимости также проводов, жгутов, кабелей.

Общая схема определяет составные часта комплекса и соедине­ние этих частей между собой на месте эксплуатации.

Наименование схем определяется ее видом и типом (например, «Схема электрическая принципиальная», «Схема кинематическая функциональная»). Схемы должны выполняться компактно, но без ущерба для ясности и удобства чтения с наименьшим количеством изло­мов и пересечений линий связи. Удобочитаемость схемы обеспечивается ее компоновкой, целесообразным расположением элементов, функциональных узлов и блоков на листе выбран­ного формата.

При выполнении схем применяют условные графические обозна­чения устанавливаемые большой группой стандартов под общим наименованием «Обозначения условные графические в схемах».

Схемы выполняются на одном или нескольких листах. В случае выполнения схемы на нескольких листах на каждом листе изобража­ется законченная функциональная цепь. Линии, изображающие связи между отдельными частями изделия (системы), которые должны переходить с одного листа на другой, следует обрывать за пределами изображения схемы. Около места обрыва указывается обоз­начение, присвоенное этой линии (номер цепи, провода, кабеля), а в скобках - номер листа, на котором показано продолжение ли­нии. Допускаются условные обозначения этих разрывов буквами или цифрами.

Изображение условных обозначений должно соответствовать отключенному (обесточенному) состоянию изделия (схемы).

Каждый элемент, входящий в схему, должен иметь буквенно-цифровое позиционное обозначение, составленное из буквенного обозначения элемента и его порядкового номера в схеме. Полный перечень позиционных обозначений приводится в ГОСТе 2.702-75. Позиционные обозначения проставляются на схеме рядом с элемен­тами справа или над ними.

На схеме одного вида допускается изображать элементы схем другого вида, связанные совместной работой. Например, на схеме электрической принципиальной изображаются кинематические и гидравлические элементы.

Линии функциональных связей между элементами и блоками следует располагать так, чтобы они не терялись на общем фоне схемы. Это можно сделать за счет образования четких групп ли­нии связи, которые направлены к своему функциональному узлу или блоку. При этом расстояние между соседними параллельными линиями должно быть не менее 3 мм.

Стандартами рекомендуется утолщать главные линии функцио­нальных связей с целью их выделения.

Надписи - завершающий этап работы над схемой. Надписи, до­полняющие схемы, должны быть краткими, не допускающими неодно­значного толкования. Располагать их нужно горизонтально в од­ном порядке, выбранном для всего листа. Например, надпись, обозначающая функциональный узел или блок, размещается внутри его штрихпунктирного контура в правом верхнем углу.

Надписи, обозначающие элементы выполняются меньшим номером шрифта и располагаются только вправо от них.

Определенное расположение надписей способствует безошибоч­ному чтению схемы даже при повышенной ее плотности.

На принципиальной схеме должны быть однозначно определены все элементы, входящие в состав изделия и приведенные на схеме. Данные об элементах записываются в перечень элементов - специ­фикацию, которая через позиционные обозначения осуществляет связь перечня с графическими обозначениями.

Общие принципы построения условных графических обозначений, наиболее распространенных в цифровой вычислительной технике и в дискретной автоматике, изложены в таких стандартах:

- ГОСТ 2.703-68. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники;

- ГОСТ 2.709-72. Система маркировки цепей в электрических схемах;

• ГОСТ 2.743-91. Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники.

Условно-графическое обозначение логического элемента имеет форму прямоугольника, который может содержать три поля - основ­ное и два дополнительных (см. ГОСТ 2.743-91). В основном поле помещается символ функции, выполняемой логическим элементом.

Входы логического элемента изображаются слева, а выходы - справа от условного обозначения. Поворачивать его условное гра­фическое обозначение не допускается.

При выполнении принципиальных схем изделий бесконтактной автоматики и ЭВМ необходимо учитывать ряд особенностей.

Если принципиальная схема построена на основе стандартных интегрально-модульных схем (ИМС), имеющих самостоятельные схемы, она выполняется в виде условных обозначений цифровых автоматов с присвоением каждому буквенно-цифрового позиционного обозначения.

В учебных целях для одной из типовых ИМС целесообразно приводить принципиальную схему в развернутом виде.

Схемам необходимо присваивать шифр, который состоит из буквы, определяющей вид схемы, и цифры, обозначающей тип схемы. Виды схем: Э - электрическая, К - кинематическая, Г - гидрав­лическая, П - пневматическая и С - комбинированная.

Типы схем обозначается арабскими цифрами: 1 - структурная, 2 - функциональная, 3 - принципиальная, 4 - соединений, 5 – подключений, 6 - общая, 7 - расположения. Например, «Схема электрическая принципиальная» обозначается шифром ЭЗ.

Разработка структурной схемы

Структурная схема (ГОСТ 2.701-84) - это схема, определяю­щая основные функциональные части разрабатываемого изделия. Она используется для общего ознакомления с изделием, определя­ет структуру разрабатываемого изделия, показывает основные функ­циональные связи между укрупненными его частями, позволяет пред­ставить принцип работы аппаратуры в целом. Структурная динамическая схема отображает взаимосвязь динамических звеньев системы, представленных передаточными функциями.

В сложных изделиях, содержащих большое число электрических элементов, определенные группы которых во взаимодействии выпол­няют различные функции, ознакомление с принципом работы проекти­руемого объекта и с протекающими в нем процессами неред­ко оказывается затруднительным. Кроме того, при проектировании сложных изделий не всегда возможно от структурных схем перейти сразу к разработке принципиальных. Необходимы схемы более подробные, чем структурные, которые мог­ли бы стать основой для создания принципиальных схем. В связи с этим, возникает необходимость в разработке схем, построение которых было бы подчинено разъяснению процессов, протекающих в изделии в це­лом или в его функциональных частях, а также определению роли от­дельных элементов и функциональных групп в этих процессах. По сути, для перехода к разработке принципиальных схем требуется разработка детализированных функциональных и структурных схем.

Разработка функциональной схемы

Функциональная схема (ГОСТ 2.701-84) - это схема, разъясняю­щая определенные процессы, протекающие в отдельных функциональ­ных узлах изделия (подсистемах, компонентах) и в изделии (системе, комплексе) в целом. Такими схемами пользуются при изучении принципов работы изделий, а также при их наладке, регулировке, контроле и ремонте.

Исходными данными для разработки функциональной схем явля­ются ТТ к проектируемому образцу. I

Для построения функциональной схемы изделия необходимо знать его назначение, условия работы, требования к надежности, точности намерения, быстродействию и т.д.

В настоящее время не существует методов синтеза схем, опти­мально удовлетворяющих всем этим разнородным требованиям. Поэтому применяется функционально-узловой метод проектирования, который позволяет получать логические функции работы отдельных узлов изделия, затем строят их функциональные схемы и на этой основе синтезируют функциональную схему в целом. Данный ме­тод прост, нагляден и позволяет использовать ЭВМ. Его можно разбить на четыре этапа.

На первом этапе рассчитываются, выбираются и обосновывают­ся необходимые исходные данные, и в первую очередь элементная база.

На втором этапе блоки структурной схемы детализируют до уровня функциональных узлов.

На третьем этапе синтезируют отдельные функциональные узлы и устанавливают взаимосвязь между входными и выходными сигнала­ми данных узлов.

На четвертом этапе графически изображается функциональная схема изделия. Отсюда следует, что для разработки функциональ­ной схемы изделия необходимо рассчитать исходные данные, синте­зировать ее отдельные функциональные узлы и объединить их в об­щую схему.

Разработка принципиальной схемы

При эксплуатации любого изделия принципиальной схемой пользуются не только для изучения принципов paбoты, но и для диагностики неисправностей, контро­ля, регулировки и ремонта. Поэтому в отличие от функциональной и структурной схем проработка реализации любого узла на принципиальной схе­ме должна доходить до реального элемента, его цоколевки (обоз­начения конкретных выводов), расшифровки связей между элемента­ми и узлами через реальные интерфейсные узлы и т.д. Понятно, что электричес­кая принципиальная схема, показывающая все элементы (в том чис­ле элементы, выполняющие сугубо вспомогательные функции) и все связи между ними, слишком подробна для ознакомления с процессами, протекающими в объекте и его функциональных цепях. Для уст­ройств цифровой техники, реализованных на унифицированных, се­рийных элементах (например, микросхемах интегральной техноло­гии, модулях), запись информации в условных графических обоз­начениях этих элементов (ГОСТ 2.743-91) связана с опре­деленными правилами выполнения принципиальных электрических схем по ГОСТ 2.708-81 и требованиями ГОСТов 2.701-84, ГОСТ 2.702-75, 2.721-74.

Разработка схем определяется не только Государственными стандартами, но и Правилами устройств электроустановок (ПУЭ), Межотраслевыми правилами по охране труда (МПОТ), Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП), требованиями отраслевых стандартов, стандартов предприятий, техническими условиями, руководящими документами, отраслевыми инструкциями и иными нормативными документами, связанными со спецификой отрасли и предприятия.