Основы конструирования простейших устройств автоматики

Весь процесс конструирования можно разделить на несколько этапов.

Этап 1. Описание объекта (рис. 10.1).

На этом этапе производится общее описание объекта с необходимыми иллюстрациями в виде чертежей и схем, различные расчеты, формальные и логические обоснования и т.д.

Первый этап конструирования должен заканчиваться перечнем функций, которые возлагаются на конструируемое устройство авто­матики.

Этап 2. Разработка структурной функциональной схемы (рис. 10.2)

Основой для разработки являются функции, изложенные выше
(этап 1). Все функции из этого перечня отражаются на схеме с учетом
последовательности их выполнения и взаимной связи.

Этап 3. Разработка структурной алгоритмической схемы (рис. 10.3)

Алгоритмическая схема разрабатывается на основе функциональной, но с более подробным (пошаговым) описанием действий по реализации всех функций, отраженных на функциональной схеме.

Этап 4. Разработка структурной конструкционной схемы (рис. 10.4)

На этой схеме отражаются технические средства, позволяющие реализовать все функции, возложенные на конструируемое устройство автоматики в соответствии с алгоритмической структурной схемой. Подбор технических средств производится с учетом их функционального назначения, технических возможностей и характеристик, стоимости и других параметров. При выборе технических средств следует ориентироваться на максимально возможную концентрацию функций в пределах одного технического средства. Например, регулятор как одно техническое средство может выполнять сразу несколько функций: задание уставки регулирования, сравнение уставки с текущим значением входной величины, формирование команды управления, формирование управляющего воздействия и т.д.

Этап 5. Разработка принципиальной электрической схемы (рис. 10.5)

Базой для разработки этой схемы является структурная конструкционная схема и схемы отдельных ее элементов (реле, регулятор
и т.д.). Сложные устройства, такие как регулятор, на принципиальных схемах изображают в виде «черного ящика» с их входными и выходными цепями (см. рис. 8.3–8.5). Кроме схемы самого устройства автоматики, необходимо разрабатывать принципиальную однолинейную схему силовых цепей.

Этап 6. Компоновка устройства (рис. 10.8)

На этом этапе выбирается вид конструктива для размещения всех элементов (ящик, шкаф, панель и т.д.). После выбора конструктива составляется список всех элементов устройства по принципиальной схеме. Затем каждый из элементов размещается внутри конструктива. При этом необходимо руководствоваться несколькими принципами: а) легкие и малогабаритные элементы размещают в верхней части конструктива; б) взаимное размещение элементов подбирается таким образом, чтобы расход проводников был минимальным; в) на клеммную колодку рекомендуется выводить только внешние цепи. Компоновка (взаимное размещение элементов) изображается с помощью специального чертежа.

Этап 7. Разработка схемы электрических соединений (монтажной схемы) (рис. 10.9)

На этой схеме отражаются электрические соединения всех элементов в соответствии с принципиальной схемой и с учетом их взаимного расположения. Например, если на принципиальной схеме контакты какого-либо реле могут быть размещены в разных ее частях, то на монтажной схеме все его элементы, в том числе и контакты, размещаются в одном месте схемы, а именно там, где изображается само это реле. Разработка монтажной схемы начинается с нумерации (маркировки) проводников на принципиальной схеме. Существует два вида маркировки: адресная и безадресная. При использовании адресной маркировки любой проводник имеет два индивидуальных номера: номер начала и номер конца проводника. Понятия начала и конца проводника относительны и задаются разработчиком схемы произвольно, но согласно логике работы схемы и направлениям токов в ее ветвях. Безадресная маркировка предполагает присвоение проводнику всего лишь одного номера в любой последовательности обхода схемы. Обычно этот обход производится слева направо и сверху вниз. Исходя из правил безадресной маркировки несколько проводников, имеющих непосредственную электрическую связь между собой, могут иметь одинаковые номера.

Безадресная маркировка проста и удобна для относительно несложных по составу и конфигурации схем. Адресная маркировка имеет более высокую трудоемкость, но точно определяет назначение проводника в схеме и используется для относительно сложных схем.

Ниже в качестве примера приведено сокращенное описание основных этапов конструирования системы автоматического регулирования уровня жидкости в резервуаре.