Схематическое представление систем: абстрактные графические символы

Введение

Схема, или схематическая диаграмма, – это разработанное представление элементов системы с использованием абстрактных графических символов, а не реалистичных изображений. Схема обычно исключает все детали, не относящиеся к ключевой информации, которую она призвана передать, и может включать упрощенные элементы для облегчения понимания этой сути, а также дополнительную организацию информации. Например, схема метро, предназначенная для пассажиров, может изображать станцию метро точкой. Эта точка не призвана напоминать фактическую станцию, а служит для предоставления информации зрителю без излишней визуальной перегрузки. Схематическая диаграмма химического процесса использует символы вместо подробных изображений сосудов, трубопроводов, клапанов, насосов и другого оборудования, составляющего систему, тем самым подчеркивая функции отдельных элементов и взаимосвязи между ними, подавляя их физические детали. В схеме электронной цепи расположение символов может совершенно не соответствовать внешнему виду цепи в реальном мире: вместо изображения внешнего вида цепи, схема стремится отразить, на более общем уровне, принцип ее работы. Это отличается от принципиальной схемы, которая сохраняет пространственные взаимосвязи между компонентами.

Типы

Схемы и другие типы диаграмм, например,

Полусхематическая диаграмма сочетает в себе некоторую абстрактность чисто схематической диаграммы с другими элементами, отображаемыми настолько реалистично, насколько это возможно, по разным причинам. Это компромисс между полностью абстрактной диаграммой (например, схемой метро Вашингтона) и исключительно реалистичным изображением (например, соответствующим видом с воздуха на Вашингтон).

Электротехническая и электронная промышленность

В электротехнической и электронной промышленности схематическая диаграмма часто используется для описания конструкции оборудования. Схематические диаграммы широко применяются при техническом обслуживании и ремонте электронных и электромеханических систем. Если раньше схемы традиционно рисовали вручную, используя стандартизированные шаблоны или готовые наклейки с символами, то сегодня часто используется программное обеспечение для автоматизированного проектирования (EDA или "электрическая САПР"). В автоматизированном проектировании до 1980-х годов схемы были практически единственным формальным представлением электрических цепей. Однако с развитием компьютерных технологий появились и другие способы представления, а также были разработаны специализированные языки программирования. Это связано с тем, что с экспоненциальным ростом сложности электронных схем традиционные схемы становятся все менее практичными. Например, языки описания аппаратуры необходимы для современного проектирования цифровых схем. Схемы для электронных цепей разрабатываются конструкторами с помощью EDA-инструментов, называемых инструментами схемотехнического захвата или ввода схем. Эти инструменты не ограничиваются простым рисованием компонентов и соединений. Обычно они интегрированы в общий процесс проектирования и связаны с другими EDA-инструментами для верификации и моделирования разрабатываемой схемы. Программируемые логические контроллеры (ПЛК) могут программироваться с использованием лестничных диаграмм. В проектировании систем электроснабжения часто используется схематический рисунок, называемый однолинейной схемой, для представления подстанций, распределительных сетей или даже целых электрических энергосистем. Эти схемы упрощают и сжимают информацию, которая повторялась бы для каждой фазы трехфазной системы, отображая только один элемент вместо трех. Электрические схемы для коммутационного оборудования часто используют стандартные функциональные номера для обозначения общих функций устройств. Другим типом диаграммы, используемой для систем электроснабжения, является трехлинейная схема. Для анализа системы электроснабжения, если система сбалансирована, из однолинейной схемы можно получить эквивалентную пофазную (или однофазную) схематическую диаграмму. Если все параметры представлены в виде импедансов и источников напряжения, эквивалентная пофазная схематическая диаграмма называется импедансной диаграммой. Если все параметры представлены в виде проводимостей и источников тока, эквивалентная пофазная схематическая диаграмма называется диаграммой проводимости. Если система электроснабжения несбалансирована, но линейна (или может быть аппроксимирована линейной системой), то можно применить теорему Фортескью о симметричных компонентах. Таким образом, из однолинейной схемы можно получить три различные пофазные схематические диаграммы, известные как диаграммы последовательностей: диаграмма прямой последовательности, диаграмма обратной последовательности и диаграмма нулевой последовательности. Каждая из этих диаграмм может быть представлена в виде импедансной или проводимости диаграммы.

In electrical and electronic industry, a schematic diagram is often used to describe the design of equipment. Schematic diagrams are often used for the maintenance and repair of electronic and electromechanical systems. While schematics were traditionally drawn by hand, using standardized templates or pre printed adhesive symbols, today electronic design automation software (EDA or "electrical CAD") is often used. In electronic design automation, until the 1980s schematics were virtually the only formal representation for circuits. More recently, with the progress of computer technology, other representations were introduced and specialized computer languages were developed, since with the explosive growth of the complexity of electronic circuits, traditional schematics are becoming less practical. For example, hardware description languages are indispensable for modern digital circuit design. Schematics for electronic circuits are prepared by designers using EDA (electronic design automation) tools called schematic capture tools or schematic entry tools. These tools go beyond simple drawing of devices and connections. Usually they are integrated into the whole design flow and linked to other EDA tools for verification and simulation of the circuit under design. Programmable logic controllers (PLC) can be programmed using ladder diagrams. In electric power systems design, a schematic drawing called a one line diagram is frequently used to represent substations, distribution systems or even whole electrical power grids. These diagrams simplify and compress the details that would be repeated on each phase of a three phase system, showing only one element instead of three. Electrical diagrams for switchgear often have common device functions designate by standard function numbers. Another type of diagram used for power systems is a three line diagram. For analysis purposes of a power system, from the one line diagram, if the system is balanced, an equivalent per phase (or single phase) schematic diagram can be obtained. If all of the parameters are represented as impedances and voltage sources, the equivalent per phase schematic diagram is called an impedance diagram. If all of the parameters are represented as admittances and current sources, the equivalent per phase schematic diagram is called an admittance diagram. If the power system is unbalanced, but it is linear (or can be approximated by a linear system), then Fortescue's theorem (symmetrical components) can be applied. In this way, from the one line diagram, three different per phase schematic diagrams are obtained, known as sequence diagrams: positive sequence diagram, negative sequence diagram, and zero sequence diagram. Each of these diagrams can be represented as an impedance diagram or as an admittance diagram.

Схемы в руководствах по ремонту

Схематические диаграммы широко используются в руководствах по ремонту, чтобы помочь пользователям понять соединения между деталями и предоставить наглядные инструкции для разборки и сборки механических узлов. Многие руководства по ремонту автомобилей и мотоциклов содержат большое количество страниц со схематическими диаграммами.