Компьютерная графика при проектировании электрических схем

О. М. Семерюк









КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

Учебное пособие














Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621.3:004.92
ББК 31.2+32.972
     С30



Рецензенты:
к. т. н., доц. кафедры «Теория и методика профессионально-технологического образования» Брянского государственного университета
им. ак. И. Г. Петровского Чайкин А. С.;
к. п. н., зав. кафедрой «Теория и методика профессионально-технологического образования» Брянского государственного университета
им. ак. И. Г. Петровского Саланкова С. Е.




     Семерюк, О. М.
С30        Компьютерная графика при проектировании электрических схем :
      учебное пособие / О. М. Семерюк. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 224 с. : ил., табл.
            ISBN 978-5-9729-1530-9

            Разработано для освоения автоматизированного проектирования электрических схем с помощью графического редактора компьютерной программы ADEM. Приведены сведения о проектных возможностях программы для построения и изображения электросхем, содержании базы данных условных графических обозначений элементов, применяемых при составлении принципиальных электрических и электронных схем. Описаны примеры выполнения различных типовых действий при автоматизированном проектировании. Подробно разобран пример разработки простейшей электросхемы, отражен порядок последовательности действий при проектировании.
            Для студентов профессиональных образовательных организаций, может быть использовано при проведении занятий по учебным дисциплинам «Информатика», «Графика», «Электротехника», а также для выполнения графической части курсовых и выпускных письменных работ для специальностей электротехнического профиля.

УДК 621.3:004.92
ББК 31.2+32.972








ISBN 978-5-9729-1530-9

     © Семерюк О. М., 2023
     © ГАПОУ «Брянский транспортный техникум», 2023
                            © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

Содержание


Основные определения..............................................5
Введение..........................................................7
1.  Общие требования к выполнению принципиальных электрических схем...............................................................9
2.  Порядок проектирования электрических схем в системе ADEM 9.0 CAD/CAM/CAPP......................................................15
2.1. Назначение компьютерной системы ADEM.........................15
2.2. Состав системы ADEM..........................................15
2.3. Установка и запуск программы ADEM 9.0........................15
2.4. Структура экрана модуля CAD..................................16
2.5. Подготовка формата листа и заполнение основной надписи.......23
2.6. Содержание базы данных условных обозначений электрических схем..............................................................28
2.7. Выбор условных графических обозначений элементов электрических схем..............................................................31
2.8. Разработка изображений условных графических обозначений элементов.........................................................35
2.9. Управление графическими изображениями элементов электрических схем .............................................................42
2.10. Копирование условных изображений элементов электрических схем  46
2.11. Изображение линий соединения элементов электрических схем...47
2.12. Разработка перечня элементов................................53
2.13. Сохранение выполненных разработок...........................60
2.14. Печать результатов проектирования...........................61
2.15. Пример выполнения изображения электрической схемы...........64
2.16. Примеры работ, выполненных в программе ADEM.................95
2.17. Задания для самостоятельной работы..........................97
3.  Электронный конструктор «Мастер электросхем»..................139
3.1. Разработка шаблона электронного конструктора на базе системы ADEM 9.0 (инструкция для преподавателя)........................... 142
3.2. Алгоритм проектирования электрической схемы (инструкция для учащегося на примере выполнения задания)..........161
4.  Виртуальная лаборатория по электротехнике....................177
4.1. Общие сведения о работе в Виртуальной лаборатории по электротехнике................................................177
4.2. Практикум по выполнению практических работ в Виртуальной лаборатории по электротехнике....................................182
Практическая работа №1. Разработка электрической схемы цепи постоянного тока и проведение анализа тока в цепи................182

3

Практическая работа №2. Разработка электрической схемы цепи постоянного тока и измерение напряжения на резисторах делителя напряжения......................................................189
Задания для самостоятельных работ выполняемых в Виртуальной лаборатории по электротехнике...................................197
Список литературы...............................................203
Приложения......................................................204
Приложение 1. Группы команд модуля CAD программы ADEM...........204
Приложение 2. Условные графические обозначения в электрических схемах..........................................................207
Приложение 3. Размеры основных условных графических обозначений элементов для схем электрических принципиальных.................214
Приложение 4. Двухбуквенные коды видов элементов по ГОСТ 2.710-81 ЕСКД...........................................218
Приложение 5. Свидетельство ОФЭРНиО РАО ГАН «Компьютерный конструктор-разработчик электросхем» ...........................222

4

Основные определения


     ЕСКД - Единая Система Конструкторской Документации, перечень требований и правил выполнения конструкторской документации.
     Перечень элементов - текстовый документ на отдельных листах формата А4 (ГОСТ 2.104-68) для определения состава элементов схемы. Для данного вида схем с учетом их назначения перечень элементов имеет код классификации ПЭ3. Буква П - наименование текстового документа (перечень), буква Э -вид схемы (электрическая), а цифра 3 (три) - тип схемы (принципиальная).
     Схема - графический конструкторский документ (ГОСТ 2.102-68), на котором составные части изделия и связи между ними показывают в виде условных графических изображений или обозначений (УГО).
     Схема электрическая принципиальная - графический конструкторский документ, отображающий составные части изделия электротехнического назначения и связи между ними. Данный вид схем с учетом их назначения имеет код классификации Э3. Буква Э - вид схемы (электрическая), цифра 3 (три) -тип схемы (принципиальная).
     Элемент схемы - составная часть, которая выполняет определенную функцию в изделии и не может быть разделена на части, имеющие самостоятельное назначение.

Компьютерные термины

     ADEM - аббревиатура из первых букв слов Automatic Design Engineering Manufacturing (автоматизированное черчение, проектирование, производство).
     CAD - автоматизированная компьютерная система графического проектирования.
     Абсолютная система координат - система координат, начало которой лежит в левом нижнем углу рабочей области экрана.
     Автоматическая привязка - кнопка, включение которой заставляет курсор «притягиваться» к ближайшей характерной точке изображения или ближайшему узлу сетки.
     Вкладка - страница диалоговой панели.
     Диалоговая панель - диалоговое окно (окно, возникающее на экране) с вкладками, используемое для настройки параметров работы.
     Заголовок окна - строка над верхней границей окна, содержащая название окна.
     Запрос системы на ввод значений параметра с клавиатуры - поле редактирования, появляющееся при необходимости в нижней части рабочего поля в строке состояния.
     Интерфейс - система унифицированных связей и сигналов, при помощи которых электронные устройства соединяются друг с другом, или связь человека и машины.


5

     Командная кнопка (кнопка) - кнопка с надписью на ней, «нажатие» на которую обеспечивает выполнение действия (Параметры, Отмена и т. д.).
     Контекстное меню - раскрывающееся меню, появляющееся при «нажатии» на названии на строке меню или строках контекстного меню.
     Опорная сетка - сетка на экране с фиксированным расстоянием между линиями.
     Панель инструментов - набор кнопок, расположенных по краям экрана, нажатие на которые инициирует выполнение операций и команд.
     Переключатель - маленький белый кружочек (выбор варианта) (да -нет).
     Раскрывающийся список выглядит как текстовое поле, снабженное кнопкой с направленной вниз стрелкой.
     Строка состояния - строка, в нижней части экрана, содержащая инструкции пользователю на дальнейшие действия (на синем фоне).

6

Введение


     Одной из важных компетенций студентов - будущих квалифицированных рабочих и специалистов технического профиля в области физики и электротехники является умение составления и чтения принципиальных электрических схем, выполненных условными графическими изображениями элементов и связей между ними в соответствии с требованиями ЕСКД.
     Принципиальная (полная) электрическая схема - это схема электрических соединений, выполненная в развернутом виде. Она является основной схемой проекта электрооборудования производственного механизма и дает общее представление об электрооборудовании данного механизма, отражает работу системы автоматического управления механизмом, служит источником для составления схем соединений и подключений, разработки конструктивных узлов и оформления перечня элементов. По принципиальной схеме осуществляется проверка правильности электрических соединений при монтаже и наладке электрооборудования. Изображение электрической схемы - конструкторский документ, содержащий в виде условных графических изображений или обозначений составные части изделия, действующие при помощи электрической энергии, и их взаимосвязи [1].
     В профессиональных образовательных организациях, при подготовке по ряду предметов, студенты изучают порядок выполнения и изображения принципиальных электрических схем, но разработки выполняются, как правило, вручную и учебное время тратится нерационально на рутинную деятельность механического отображения. В то же время имеются специализированные компьютерные программы позволяющие совершенствовать эту проектную деятельность, причем их использование в учебном процессе рекомендовано федеральными государственными образовательными стандартами для подготовки специалистов в области естественных и технических наук. Автоматизация разработки и отображения электрических схем в профессиональных образовательных организациях сдерживается отсутствием у них соответствующих компьютерных программ и преподавателей, владеющих их использованием, а также отсутствием методических разработок, позволяющих в доступной форме отражать порядок работы в таких программах.
     В учебном пособии изложен порядок автоматизированной разработки и отображения принципиальных электрических схем с помощью графического модуля CAD свободно распространяемой версии интегрированной конструкторско-технологической программы ADEM. Преимущество использования этого программного продукта в учебном процессе по сравнению с другими системами - в его физической доступности для всех участников процесса проектирования версии ADEM 9.0 Student без потери функциональности, при решении учебных задач по разработке и изображению электрических схем.
     Учебное пособие содержит теоретический материал об основных этапах разработки электрических схем в программе, разобран пример проектирования

7

простейшей электрической схемы. Проиллюстрированы виды примеров выполнения схем различных электрических объектов, имеются задания для самостоятельной работы.
     В Приложении приведены справочные данные - для пользователя компьютерной программы, виды условных графических обозначений элементов электрических и электронных схем и их буквенные обозначения по ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. Учебное пособие предназначено для преподавателей и студентов профессиональных образовательных организаций и может быть использовано при проведении занятий по учебным дисциплинам Информатика, Графика, Электротехника, а также для выполнения графической части курсовых и выпускных письменных работ для специальностей электротехнического профиля.

8

1. Общие требования к выполнению принципиальных электрических схем


      Схема электрическая - документ, содержащий в виде условных изображений или обозначений составные части изделия, действующие при помощи электрической энергии, и их взаимосвязи [1]. Принципиальная (полная) электрическая схема определяет полный состав изделия, содержит все элементы и связи между ними и дает детальное представление о принципах работы изделия. На ней изображают условными графическими обозначениями все содержащиеся в изделии электрические элементы или устройства, необходимые для осуществления и контроля заданных электрических процессов, все электрические связи между ними, а также элементы (соединители, зажимы и т. д.), которыми заканчиваются входные и выходные цепи. Принципиальная схема служит исходным документом для разработки других конструкторских документов, в том числе чертежей. Эти схемы также используются для изучения принципов работы изделий при их наладке, контроле и ремонте.
      На первом этапе проектирования принципиальной электрической схемы производится её расчет по правилам электротехники, при этом учитывают требования входных и выходных параметров, а также характеристики всех элементов, которые в неё входят.
      На втором этапе выполняется принципиальная электрическая схема с помощью одной из графических компьютерных программ имеющейся у разработчика. Общие правила выполнения схем электрических принципиальных определены ГОСТ 2.701-2008 и ГОСТ 2.702-2011. Данный вид схем, с учетом их назначения, имеет код классификации Э3. Буква Э - вид схемы (электрическая), цифра 3 (три) - тип схемы (принципиальная). Схемы выполняют без соблюдения масштаба на форматах А4...А0 по ГОСТ 2.301-68 с основной надписью по ГОСТ 2.108-68 по форме 1. В графе Наименование основной надписи указывается наименование изделия, начиная с имени существительного, например « Схема электрическая».

PojpoS. Проб. Гиомпр.

Р.кОиШР. ‘М.

Наименование

Обозначение

н (/опин.

ИЬоноЬ А.В.
Семенов В.В.
Бцлыкин Д.8.

Г/ЮЗуноЬ Г.П.
Сидоров А.А.

X__________________________________________________^опвробол_____________________ФурЮП /Ub(!]k

ФГБОУ ВПО БГУ ФТ иД



Рис. 1. Образец заполнения основной надписи

9

     В графе Обозначение заносится условное обозначение разработки согласно классификатору, расшифровка которого устанавливается стандартом учебного заведения (см. рис. 2).

                                        Обозначение изделия



                                           ХХ.ХХХ.ХХ.ХХ.ПЭЗ



          Факультет или отделение ----------
          Номеручебной группы -----------------
          Номер задания поучебномуплану -----------
          Номер варианта по списку в группе----------
          Код документа (ЭЗ - схема,
          ПЭЗ- перечень элементов)

Рис. 2. Упрощенный классификатор обозначения принципиальных электрических схем

     Виды условных графических обозначений (УГО) элементов схем и их соотносительные размеры установлены соответствующими стандартами. В Приложении 2 приведены некоторые изображения условных графических обозначений, взятые из различных действующих на сегодняшнее время документов [1-4].
     При разработке изображений электрических схем допускается все обозначения пропорционально уменьшать или увеличивать, сохраняя четкость схемы, поворачивать условное графическое обозначение на угол, кратный 45 и 90°, или изображать зеркально повернутым. Расстояние между отдельными условными графическими обозначениями не должно быть менее 2 мм. УГО на схемах следует выполнять линиями той же толщины, что и линии взаимосвязи.
     Всем элементам, устройствам и функциональным группам изделия, изображенным на схеме, присваиваются позиционные обозначения, содержащие информацию о виде элемента и его порядковом номере в пределах данного вида. Позиционное обозначение состоит из трех частей, имеющих самостоятельное смысловое значение. Их записывают без разделительных знаков и пробелов, одним размером шрифта. В первой части указывают вид элемента, например, R - резистор, С - конденсатор, BS - звукосниматель; во второй части -порядковый номер элемента в пределах данного вида, например, Rl, R2, ..., RL2, Cl, С2, ..., С14, в третьей части указывается соответствующее функциональное назначение, например, C4J - конденсатор С4, используемый как интегрирующий. Порядковые номера присваивают, начиная с единицы, в пределах группы с одинаковыми позиционными обозначениями в соответствии с последовательностью расположения элементов на схеме, считая, как правило, сверху вниз в направлении слева направо. Двухбуквенные коды видов элементов по ГОСТ 2.710-81 ЕСКД приведены в Приложении 3. Позиционные обозначения


10

проставляют рядом с условными графическими обозначениями элементов с правой стороны или над ними. Образец исполнения УГО на схеме показан на рисунке 3.



        Позиционное обозначение VS1


          Условное графическое обозначение элемента


Электролитический полярный конденсатор

Рис. 3. Образец исполнения условного графического обозначения элемента электросхемы


      Характеристики входных и выходных цепей (в виде текстовых наименований, например - «Вход», «Смещение», «Корпус», «U вх», «Выход» и другие), а также их параметры (в виде цифровых значений, например, «+9 В», «~220 В» и другие) заносятся в графу «Цепь» таблицы выводов. Количество контактов в графе «Конт.» должно соответствовать количеству контактов в штыревых разъемах изделий, указанных в таблице исходных данных Пример выполнения таблицы выводов приведен на рис. 4.


ХР


Цепь
Uпит + 12 В
Выход 1
Выход 2
О В
Корпус




40

Рис. 4. Пример оформления таблицы выводов (обозначение, размеры и пример оформления)


     Линия взаимосвязи - отрезок линии, указывающей на наличие связи между функциональными частями изделия. Линии взаимосвязи выполняют толщиной от 0,2 до 1,0 мм в зависимости от форматов схемы и размеров УГО. Рекомендуемая толщина линий - от 0,3 до 0,4 мм. Линии взаимосвязи должны состоять из горизонтальных и вертикальных отрезков и иметь наименьшее количество изломов и взаимных пересечений с расстоянием между ними не менее 3 мм.


11

а)                    б)                         в)

Рис. 5. Линии электрических связей: а - линия связи, б - излом линии связи, в - пересечение линии связи

      Места соединения проводов обозначаются точкой диаметром 0,5-0,8 мм в месте их пересечения (см. рис. 6). Пересечение линий без точки - соединение проводов отсутствует (см. рис. 5). Расстояние от точек пересечения, разветвления или излома линий связи должно быть не менее 3-5 мм от линии контура условного графического изображения элемента схемы. Толщина линий связи и графических обозначений одинакова (0,3-0,4 мм).








Рис. 6. Изображение ответвлений линий электрических связей

      Утолщенными линиями (вдвое толще принятой толщины линии) изображают линии групповой связи (линии, условно изображающие группу линий электрической связи проводов, кабелей, шин, следующих на схеме в одном направлении). Схемы выполняются для изделий, находящихся в отключенном состоянии.
      Пример изображения принципиальной электрической схемы усилителя приведен на рис. 7.
      Для определения состава элементов схемы электрической принципиальной и сведений о них на отдельных листах формата А4 выполняют перечень элементов.
      Перечень элементов - текстовый документ (ГОСТ 2.104-68). Для данного вида схем с учетом их назначения перечень элементов имеет код классификации ПЭ3. Буква П - наименование текстового документа (перечень), буква Э - вид схемы (электрическая), а цифра 3 (три) - тип схемы (принципиальная). Пример изображения принципиальной электрической схемы усилителя и перечня элементов к ней приведено на рис. 8.


12