Katedra elektroniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava NORMY A TECHNICKÁ DOKUMENTACE V OBLASTI ELEKTROTECHNIKY Předmět : NAVRHOVÁNÍ ELEKTRICKÝCH POHONŮ Sylaby pro posluchače 2.ročníku navazujícího magisterského studia Studijní program: Elektrotechnika Studijní obor: Elektronika Zaměření: Průmyslová elektronika Obsah : 1. Normy v elektrotechnice 2. Technická dokumentace 3. Programové produkty (systémy CAD/CAE) podporující projektování v elektrotechnice
1. Normy v elektrotechnice Viz např. lit.: Voves, Václav: Elektrotechnické normy a předpisy. ZČU Plzeň, 2002 2. TECHNICKÁ DOKUMENTACE V OBLASTI ELEKTROTECHNIKY Úvod Elektrotechnická dokumentace - prostředek sdělování výsledku určité činnosti širokému okruhu pracovníků vývoje, výzkumu, projekce a konstrukce, výroby, užití včetně řadových uživatelů elektrických zařízení. Spojovacím článkem umožňujícím její pochopení tomuto širokému okruhu pracovníků jsou: dohodnuté značky, označení, popisy pravidla pro používání, tvorbu a kreslení schémat odborná terminologie obsažené v normách. Je to vlastně dokumentace informací a činností pro všechny účastníky realizovaného projektu ( uvedení určitého záměru do realizace). Důvodem zavedení jednotné odborné terminologie (názvosloví) je srozumitelnost a jednoznačnost ve výkladu. Prostředkem k její zavádění jsou mezinárodní popř. evropské normy, obsahující odborné termíny a definice v několika jazycích, které bývají rovněž zařazovány do úvodních kapitol předmětových norem Je to jakási obdoba gramatiky a abecedy v písemném a grafickém projevu a proto je zde nutno s ohledem na její srozumitelnost pro široký okruh jejich uživatelů dodržovat terminologii v textovém i grafickém vyjádření. 2.1 Značky pro elektrotechnická schémata Vývoj základních norem ČSN 34 55 05 (345546) platné do roku 1985 (poslední revidované vydání) ČSN 01 33 xx - značky pro jednotlivé obory, které vznikly v důsledku zavádění norem Současný stav Problematika vlastních značek pro elektrotechnická schémata byla u nás řešena převzatým souborem norem ČSN IEC 617 (01 3390). Tento soubor byl stejně jako původně převzatá celosvětová norma IEC 617 i u nás revidován a po revizi je postupně vydáván jako soubor českých technických norem ČSN EN 60617, který plně nahrazuje tuto dosavadní normu a je v některých částech identický s novelizovaným provedením IEC 617, které bylo rovněž schváleno jako evropská norma EN 60617. Soubor norem ČSN EN 617 je velmi obsáhlý a sestává ze třinácti částí : Část 1 - Všeobecné informace (názvosloví značek, informace o jejich možném znázornění, použití včetně viditelného uvedení rastru jak pro klasické kreslení, tak i pro jejich použití v podpůrných systémech tvorby výkresové dokumentace za podpory výpočetní techniky - CAD (CAE) ). 2
Část 2 - Prvky značek, doplňkové značky a značky pro všeobecné použití (prvky značek - obrysy a pouzdra, doplňkové značky jako např. pro druhy proudu a napětí, proměnnost, směry síly, pohybu atd., další značky pro všeobecné použití jako např. mechanické ovládání, ovládací zařízení, uzemnění, prvky ideálních obvodů atd., národní příloha k jednotlivým oddílům), Část 3 - Vodiče a způsoby jejich spojování (znázornění vodičů, kabelů, vývodů a způsobů jejich spojování, značky spojovacích součástí) Části 4 až 13 obsahují zobrazení jednotlivých značek členěné dle druhu prvku a oblastí jeho použití. Za zmínku zde stojí, že v normě uvedený obsáhlý soubor značek neobsahuje všechny značky které uživatel potřebuje a musí si je proto vytvořit sám jako kombinaci z uvedených značek (všeobecné, doplňkové a konkrétní značky). Dále je to změna oproti původní normě spočívající ve vyřazení doplňkové značky pro znázornění stejnosměrného proudu (druh proudu) v podobě jednoduché pomlčky ( ) a její nahrazení značkou ( ), popřípadě zkratkou DC (direct curent) místo dřívějšího ss. Obdobně je to u označení střídavého proudu značkou AC místo dřívějšího st. V normě je dále odlišnost v posledních dvou částech (12 a 13), které mají jinou filosofii tvorby značek pro analogové a logické obvody. 2.2 Pravidla pro kreslení a tvorbu elektrotechnických schémat Dobrá znalost značek včetně možností jejich používání je pro jednotnou a přehlednou tvorbu elektrotechnických schémat velmi prospěšná, ale nestačí pro jejich přehledné a jednoznačné vytváření. Vlastní tvorba elektrotechnických schémat a ostatní elektrotechnické dokumentace se proto řídí u nás novými pravidly obsaženými v převzaté evropské normě ČSN EN 61082 (01 3380) - Zhotovování dokumentů používaných v elektrotechnice. Tato norma má v současné době již pět částí s obsahem Část 1 - Všeobecné požadavky (společná pravidla tvorby schémat, popisu a zobrazení komponentů a jejich prvků, druhy dokumentů, označování přípojných míst, kreslení spojů atd.) Část 2 - Pravidla pro funkčně orientovaná schémata (přehled o zapojení ve funkční jednotce, rozložení komponentů atd.) Část 3 - Zapojovací schémata, tabulky a seznamy (pravidla pro zapojení funkčních jednotek do vyšších celků, znázornění kabelových svazků atd.) Část 4 - Instalační dokumenty (schémata v topografickém uspořádání) Část 6 - Rejstřík Připravuje se vydání dalších částí této normy jako např. Seznamy komponentů, Seznamy náhradních dílů. Pro tvorbu a správné čtení schémat je důležitá znalost metod a způsobů zobrazení jednotlivých komponentů a spojů (rozložené, nerozložené, opakované, skupinové, vícepólové, jednopólové), včetně jejich uspořádání a rozdělení dokumentů na následující typy: Dokumenty vyjadřující funkci (Přehledové -, Blokové -, Funkční -, Logické -, Ekvivalentní -, Obvodové -, Programové schéma, Tabulky) Dokumenty o umístění (Situační plán, Montážní schéma-výkres, apod.) Dokumenty pro zapojování (Zapojovací schéma-tabulka, Kabelové schéma-tabulka) Seznamy a ostatní dokumenty (Soupisy položek, náhradních dílů, Dokumenty pro instalaci, uvádění do provozu, provoz apod.) Seznamy náhradních dílů 3
Způsoby uvádění informace Zobrazení - graf. vyjádření tvaru v měřítku Půdorys - výkres obsahující pohled shora Schéma (diagram) - grafické vyjádření vztahů mezi jednotlivými komponenty, součástkami a částmi systému včetně spojů s využitím značek (obvykle normalizovaných) Mapa - graf. vyjádření instalace na topograf. mapě Diagram, graf - graf. vyjádření popisující chování systému (vývojový, signálový, časový a pod.) Tabulka, seznam - způsob vyjádření instrukce popř. popisu seřazeného ve sloupcích a řádcích pomocí textu Textová forma - textový způsob vyjádření informací (návody, popisy, technické zprávy a pod.) Metody zobrazení komponentů a spojů ve schématech: Znázornění: - nerozložené, - polorozložené, - rozložené, - opakované, -skupinové, -rozptýlené, - vícepólové, - jednopólové Způsoby uspořádání schématu - funkční - topografické Dokumenty vyjadřující funkci (funkční dokumentace). Přehledové schéma - zobrazuje hlavní vzájemné vztahy, často jednopólové s využitím blokových značek Blokové schéma - přehledové schéma s použitím převážně blokových značek zobrazující funkci Funkční schéma (diagram) - zobrazuje detaily činností Logické schéma - pro obvody s binárně logickými prvky Ekvivalentní obvodové schéma - pro rozbor a výpočet charakteristik a chování schéma) 4 (náhradní Funkční diagram - popisuje funkce s použitím kroků a čas. posloupnosti Tabulka spínání - sled operací nebo stav kontaktů v návaznosti na následné kroky (např. polohy u spínačů) Časová tabulka spínaní - spínání v závislosti na čase (čas. diagram) Obvodové schéma - znázorňuje skutečné provedení obvodů systému, instalace, zařízení s vyjádřením funkce (bez zřetele na rozměry, umístění a pod.). Zásady pro kreslení: - veškeré komponenty se kreslí v klidové poloze (bez U) - využití výkresů s vyznačenými rastry (popis řádků) - označení komponentů (např. kontaktů a cívek, potenciálů a pod. obsahuje odkazy pro jejich vyhledávání
Schéma funkčních svorek - schéma funkční jednotky - rozhraní spojení Programové schéma (tabulka) - propojení a uspořádání programových modulů Techn. dokumentace Dokumenty o umístění Situační plán Montážní výkres (plán) - rozmístění komponentů včetně montážního požadavky, montážní rozměry a pod.) předpisu (prostorové Montážní schéma - montážní propojení mezi jednotlivými elektrickými předměty Výkres, sestavení, uspořádání - např. sestava rozváděče, rozmístění ovládacích.a signálních prvků na čelních dveřích a pod. (s dodržením pravidel strojnického kreslení). Dokumenty pro zapojování Zapojovací schéma (tabulka) - znázorňující nebo uvádějící seznam spojů instalace nebo zařízení Schéma (tabulka) vnitřního zapojení - seznam nebo znázornění jednotky (rozváděče, pultu a pod.) spojů uvnitř konstrukční Propojovací schéma (tabulka) - (schéma vnějších spojů) - montážní propojení vnějších obvodů zohledňující prostorové rozmístění Zapojovací schéma (tabulka) svorek - vnitřní event. vnější spoje ke svorkám Kabelové schéma (tabulka, seznam) - informace o označení, druhu, uložení, délce, zakončení vodičů a kabelů Seznamy Seznam - obecný pojem pro vyjádření obsahu dokumentu (kusovník, soupis položek, specifikace, rozpiska) Ostatní dokumenty - pro instalaci - pro uvádění do chodu - provozní (návody na použití) - pro údržbu - o spolehlivosti a udržovatelnosti - jiné např.: - seznamy výkresů v dokumentaci - předpisy (navíjecí, balící, skladovací) - záruční list - osvědčení o jakosti a kompletnosti, - soupisy náhradních dílů (pro zkušební,jednoletý a víceletý provoz) - bezpečnostní směrnice s vymezením rizik - rozložení součástek na plošném spoji 5
3. Programové produkty (systémy CAD/CAE) podporující projektování V současné době má dominující postavení na trhu v USA ACAD, i když se zde začíná uplatňovat programový produkt EPLAN, který má spolu s RUPLANem dominující postavení v Evropě, vč. naší republiky. V zásadě lze dodavatele těchto systémů rozdělit do dvou skupin: - v první skupině jsou dodavatelé nadstaveb k standardním systémům používaných i v jiných profesních oblastech (např. ACAD), - do druhé skupiny lze zařadit dodavatele samostatných systémů E-CAD, které slouží výhradně pro podporu projekčních prací v oboru elektro, popř. často ještě s možností vytváření schémat hydraulických rozvodů. Programové produkty systému CAE / CAD umožňují kvalitní podporu při vytváření příslušné projektové dokumentace v silnoproudé elektrotechnice a to zejména při tvorbě: - vlastních schémat zapojení včetně jejich následného vyhodnocení, - zapojovacích svorkovnicových tabulek (plánů), - soupisu vodičů a kabelů (typ, počet žil, průřez, délka, způsob uložení) - zapojovacích tabulek (plánů) vodičů a kabelů, - technické specifikace strojů a přístrojů, - návrhů rozmístění přístrojů a sestav rozvaděčů (dispozice), - kreslení dispozic elektrických rozvodů, - provádění pomocných výpočtů (např. návrh osvětlení), - pomocné dokumentace, (technické zprávy, rozpočty, legendy, soupisy a pod) Hlavní přednosti použití těchto systémů při projektování: - zvýšení produktivity (výkonnosti) při projekčních pracích (úspora až 70 procent konstrukčního času) a tím i zkrácení doby předvýrobní etapy, - možnosti snadného provádění oprav a změn ve výkresové dokumentaci umožňující její snadnou aktualizaci - možnost opakovaného použití (prakticky neomezeně), - používání značek a popisů dle norem (knihovny značek, symbolů a maker), - možnosti používání dostupných databázových souborů při výběrech strojů, přístrojů a kabelů, - možnosti návazností na jiné oblasti projekce (stavební, strojní apod.) Sestavení schemat zapojení Jedná se zde hlavně o možnosti vytváření obvodových schémat zapojení hlavních (silových) a pomocných (ovládacích) obvodů (OSHO a OSPO). Vlastní vytvoření schématu spočívá: - ve výběrů potřebných značek, symbolů event. maker z knihoven a jejich následného vložení do zvoleného místa na výkrese, - v provedení popisu jednotlivých přístrojů (označení, svorky, typ, parametry a pod.), - v provedení popisu vzájemných odkazů, - v automatickém propojení připojovacích míst vložených objektů, 6
- v následné možnosti vyhodnocení a kontroly správnosti navrženého obvodu - křížové reference odkazů a kontaktů, - v doplnění potřebným doprovodným textem (parametry soustav, druh ochrany před nebezp. dotykovým napětím, rozmístění svorkovnic, technologický popis zařízení a pod.). Při vkládání jednotlivých objektů je nutno většinou dodržet zásadu, že připojovací body je nutno umístit proti sobě. Automatické propojení bývá většinou pravoúhlé (ve vertikálním a horizontálním směru). OSHO bývá prováděno u většiny programových produktů ve vícepólovém provedení. Křížovou referencí kontaktů rozumíme vzájemnou kontrolu přiřazení kontaktů k příslušným cívkám stykačů a relé, s následnou možností jejich grafického zobrazení a popisu včetně výpisu chybového hlášení. Křížovou referencí odkazů rozumíme kontrolu vzájemných odkazů u šipek s možností jejich následného popisu a výpisu chybového hlášení. Vyhodnocením schématu pomocí křížových referencí dojde k zlepšení přehlednosti dokumentace s možností rychlé identifikace chybného zapojení a popisu. Zapojovací svorkovnicové plány Po vložení a označení svorek do schémat je možno automaticky vytvořit zapojovací schémata jednotlivých svorkovnic (svorkový plán). Takto vytvořené schéma je v tabulkovém provedení t.zn., že každé svorce je přiřazeno označení směru připojení včetně vytvoření propojovacích můstků mezi sousedními svorkami. Soupisy vodičů a kabelů Tento soupis je opět proveden tabulkově s udáním typu vodiče nebo kabelu, počtu žil, a se směrovým označením jeho připojení ke svorkovnici. Výběr typu vodičů a kabelů může být prováděn manuálně nebo automaticky z příslušné databáze. Technické specifikace strojů a přístrojů (kusovníky) Pro účely objednání strojů a přístrojů umožňuje většina programových produktů automatické sestavení technické specifikace strojů a přístrojů používaných ve schématech s udáním jejich základních parametrů potřebných pro objednávku event. výrobce. V případě, že příslušný přístroj není obsažen v databázovém souborů přístrojů je nutno provést jeho zařazení do specifikace manuálně. U některých produktů existuje možnosti sestavení specifikací podle výrobců, druhu zařízení a pod. Ostatní části projektové dokumentace Pomocí jednoduchého grafického a textového editoru existují u většiny programů možnosti vytvoření dalších výkresových a textových částí projektové dokumentace. Z výkresových částí se jedná většinou o návrhy prostorového rozmístění přístrojů a popisů na ovládacích pultech, panelech a dveřích rozváděčů vytvářených pomocí grafického editoru. Grafický editor umožňuje kreslení jednoduchých elementů a objektů (přímky, kružnice, oblouky, texty,vyplň ploch a pod.) event. zapojení bez možnosti vyhodnocení. 7