1、第第4章章 工業電氣控制系統的設計工業電氣控制系統的設計 電氣控制線路設計的基本原則電氣控制線路設計的基本原則4.1電氣控制線路設計的基本程序電氣控制線路設計的基本程序4.2電氣控制線路的設計方法電氣控制線路的設計方法4.3電氣控制線路的繪制方法電氣控制線路的繪制方法4.4機電設備的設計工作包括：機電設備的設計工作包括：v 機械設計機械設計v 電氣設計電氣設計電氣設計通常和機械設計同時開始，交叉電氣設計通常和機械設計同時開始，交叉進行。進行。 4.1 電氣控制線路設計的基本原則電氣控制線路設計的基本原則 4.1.1 滿足生產機械和工藝對電氣控制系統要求原則滿足生產機械和工藝對電氣控制系統要求原

2、則4.1.2 控制線路力求簡單、經濟原則控制線路力求簡單、經濟原則1. 盡量減少電器元件的數量，選用標準電器元盡量減少電器元件的數量，選用標準電器元件，盡可能選用相同型號的電器元件以減少件，盡可能選用相同型號的電器元件以減少備用品的數量。備用品的數量。2. 盡量選用標準的、常用的或經過實踐考驗的盡量選用標準的、常用的或經過實踐考驗的典型環節或基本電氣控制線路。典型環節或基本電氣控制線路。3. 盡量減少不必要的觸頭，以簡化電氣控制線路，盡量減少不必要的觸頭，以簡化電氣控制線路，降低故障幾率，提高工作可靠性。降低故障幾率，提高工作可靠性。（1）合并同類觸頭）合并同類觸頭 （2）利用轉換觸頭）利用轉

3、換觸頭 （3）在直流電路中利用半導體二極管的單向導電性）在直流電路中利用半導體二極管的單向導電性 +-（4）利用邏輯代數對電路化簡以減少觸頭的數目。）利用邏輯代數對電路化簡以減少觸頭的數目。4. 盡量縮短連接導線和長度。盡量縮短連接導線和長度。設計控制電路時考慮到各元件之間的實際位置，如設計控制電路時考慮到各元件之間的實際位置，如控制柜、操作臺、限位開關等。控制柜、操作臺、限位開關等。5. 盡量減少電器不必要的通電時間盡量減少電器不必要的通電時間4.1.3 保證電氣控制電路工作的可靠性原則保證電氣控制電路工作的可靠性原則1. 選用的電器元件要可靠、牢固、動作時間少、抗選用的電器元件要可靠、牢固

4、、動作時間少、抗干擾性能好。干擾性能好。2. 正確連接電器元件的線圈。正確連接電器元件的線圈。（1）在交流控制線路中，即使外加電壓是兩個線）在交流控制線路中，即使外加電壓是兩個線圈額定電壓之和，也不允許兩個電器元件的線圈串圈額定電壓之和，也不允許兩個電器元件的線圈串聯使用。聯使用。（2）兩電感量相差懸殊的直流電壓線圈）兩電感量相差懸殊的直流電壓線圈不能直接并聯。不能直接并聯。 YA為電感量較大的電磁鐵線圈，為電感量較大的電磁鐵線圈，KA為電感量較為電感量較小的中間繼電器線圈。小的中間繼電器線圈。3. 正確連接電器元件的觸頭正確連接電器元件的觸頭SQ常開和常閉觸點分別接在常開和常閉觸點分別接在電

5、源的不同相上，當觸頭斷開電源的不同相上，當觸頭斷開產生電弧時，可能在兩觸頭間產生電弧時，可能在兩觸頭間形成飛弧造成電源短路。形成飛弧造成電源短路。由于兩觸頭間的電位相同，由于兩觸頭間的電位相同，就不會造成電源短路。就不會造成電源短路。可減少導線段數和縮短導線可減少導線段數和縮短導線長度。長度。 在控制線路中，采用小容量繼電器的觸頭來斷開或接通在控制線路中，采用小容量繼電器的觸頭來斷開或接通大容量接觸器的線圈時，要計算繼電器觸頭斷開或接通大容量接觸器的線圈時，要計算繼電器觸頭斷開或接通容量是否足夠，不夠時必須加小容量的接觸器或中間繼容量是否足夠，不夠時必須加小容量的接觸器或中間繼電器，否則工作不

6、可靠。若要增加接通能力，可用多觸電器，否則工作不可靠。若要增加接通能力，可用多觸頭并聯；若要增加分斷能力，可用多觸頭串聯。頭并聯；若要增加分斷能力，可用多觸頭串聯。 在頻繁操作的可逆線路中，正反向接觸器之間不但要有在頻繁操作的可逆線路中，正反向接觸器之間不但要有電氣聯鎖，而且還要有機械聯鎖。電氣聯鎖，而且還要有機械聯鎖。設計的電氣控制線路應能適應所在電網的情況，如電網設計的電氣控制線路應能適應所在電網的情況，如電網容量大小、電壓頻率的波動范圍，以及允許的沖擊電流容量大小、電壓頻率的波動范圍，以及允許的沖擊電流數值等。并據此來決定電動機的起動方式是直接起動或數值等。并據此來決定電動機的起動方式是

7、直接起動或是間接起動。是間接起動。 7. 在電氣控制線路中應盡量避免許多電器元件依次在電氣控制線路中應盡量避免許多電器元件依次動作才能接通另一個電器元件的現象，以增加線路動作才能接通另一個電器元件的現象，以增加線路的可靠性。的可靠性。 8. 防止出現寄生回路防止出現寄生回路 在電氣控制線路的動作過程中，意外接通的電路稱為在電氣控制線路的動作過程中，意外接通的電路稱為寄生寄生回路回路。寄生回路將破壞電器元件和控制線路的工作順序或造成誤寄生回路將破壞電器元件和控制線路的工作順序或造成誤動作。動作。 熱繼電器熱繼電器FR起不了保護作用。起不了保護作用。 9. 防止線路出現觸頭競爭現象防止線路出現觸頭

8、競爭現象 當時間繼電器當時間繼電器KT的常閉延時斷開觸頭斷開，則時間繼電器的常閉延時斷開觸頭斷開，則時間繼電器KT線圈失電，線圈失電，之后經過時間之后經過時間t1秒其常閉延時斷開觸頭恢復閉合，同時經過時間秒其常閉延時斷開觸頭恢復閉合，同時經過時間t2秒其瞬秒其瞬時常開觸頭恢復斷開。若時常開觸頭恢復斷開。若t1t2，則電路能夠實現反身關閉；若，則電路能夠實現反身關閉；若t1t2，則，則時間繼電器時間繼電器KT再次吸合，電路無法實現反身關閉。這種現象稱為再次吸合，電路無法實現反身關閉。這種現象稱為“觸頭觸頭競爭競爭”。在實際應用中，應該保證時間繼電器。在實際應用中，應該保證時間繼電器KT的的t1t

9、 2。4.1.4 保證電氣控制電路工作的安全性原則保證電氣控制電路工作的安全性原則在自動控制系統中，在自動控制系統中，常用的保護環節有：常用的保護環節有：v短路保護短路保護 v過流保護過流保護 v過載保護過載保護 v過壓保護過壓保護 v失壓保護失壓保護 v弱磁保護弱磁保護 v超速極限保護超速極限保護 1. 短路保護短路保護當電路發生短路時，強大的短路電流造成的電熱效當電路發生短路時，強大的短路電流造成的電熱效應和電應力效應容易引起各種電氣設備和電器元件應和電應力效應容易引起各種電氣設備和電器元件的絕緣損壞及機械損壞。的絕緣損壞及機械損壞。當電路發生短路時，必須迅速而可靠地切斷電源。當電路發生短

10、路時，必須迅速而可靠地切斷電源。 采用熔斷器作短路保護采用熔斷器作短路保護當主電機容量較小時，其控制電路不需另設熔斷當主電機容量較小時，其控制電路不需另設熔斷器，主電路中的熔斷器也可兼作控制電路的短路器，主電路中的熔斷器也可兼作控制電路的短路保護。保護。當主電機容量較大時，則控制電路必須單獨設置當主電機容量較大時，則控制電路必須單獨設置短路保護用熔斷器。短路保護用熔斷器。采用斷路器（自動空氣開關）作短路保護采用斷路器（自動空氣開關）作短路保護它既可以作為短路保護，又可以作為過載保護。它既可以作為短路保護，又可以作為過載保護。 1. 短路保護短路保護1. 短路保護短路保護2. 過電流保護過電流保

11、護在電動機運行過程中，有各種各樣的原因，會引起在電動機運行過程中，有各種各樣的原因，會引起電動機產生很大的電流，從而造成電動機或生產機電動機產生很大的電流，從而造成電動機或生產機械設備的損壞。械設備的損壞。 一般采用過電流繼電器一般采用過電流繼電器KI實現過電流保護實現過電流保護 。I 2. 過電流保護過電流保護3. 過載保護過載保護電動機電動機長期過載運行長期過載運行，其繞組的溫升將超過允許值，其繞組的溫升將超過允許值而造成電動機的損壞，所以應設置過載保護環節。而造成電動機的損壞，所以應設置過載保護環節。 4. 失壓保護失壓保護失壓保護失壓保護防止電壓恢復時電動機自行起動的保防止電壓恢復時電

12、動機自行起動的保護。護。在電動機正常工作時，如果電源電壓消失，電動機在電動機正常工作時，如果電源電壓消失，電動機停轉。當電源電壓恢復時，如果電動機自行起動，停轉。當電源電壓恢復時，如果電動機自行起動，則可能造成設備損壞甚至人身傷亡事故。則可能造成設備損壞甚至人身傷亡事故。5. 弱磁保護弱磁保護直流并勵電動機、復勵電動機在磁場消失時，會引直流并勵電動機、復勵電動機在磁場消失時，會引起電動機起電動機“飛車飛車”。 弱磁保護一般采用弱磁繼電器。弱磁保護一般采用弱磁繼電器。弱磁繼電器的吸合值整定為額定勵磁電流的弱磁繼電器的吸合值整定為額定勵磁電流的0.8倍。倍。對于調磁調速的電動機，弱磁繼電器的釋放值

13、為最對于調磁調速的電動機，弱磁繼電器的釋放值為最小勵磁電流的小勵磁電流的0.8倍。倍。 6. 極限保護極限保護直線運動的生產機械常設置有極限保護環節，如上、直線運動的生產機械常設置有極限保護環節，如上、下極限，前、后極限保護等。下極限，前、后極限保護等。一般由行程開關的常閉觸頭來實現。一般由行程開關的常閉觸頭來實現。7. 其他保護其他保護根據生產機械的不同要求和可能出現的各種現象，根據生產機械的不同要求和可能出現的各種現象，可設置溫度、水位、欠壓等保護環節。可設置溫度、水位、欠壓等保護環節。 4.1.5 操作、維護、檢修方便原則操作、維護、檢修方便原則v電器元件應留有備用觸頭，必要時留有備用電

14、器電器元件應留有備用觸頭，必要時留有備用電器元件，以便檢修、調整改接線路；元件，以便檢修、調整改接線路；v設置電氣隔離，避免帶電檢修；設置電氣隔離，避免帶電檢修；v控制機構應操作簡單、便利，能迅速而方便地實控制機構應操作簡單、便利，能迅速而方便地實現從一種控制方式到另一種控制方式的轉換，如現從一種控制方式到另一種控制方式的轉換，如從自動控制轉換到手動控制等；從自動控制轉換到手動控制等；v設置多點控制，便于在生產機械旁進行調試；設置多點控制，便于在生產機械旁進行調試；v操作回路較多時，應采用主令控制器，而不采用操作回路較多時，應采用主令控制器，而不采用許多按鈕的方式。許多按鈕的方式。 4. 2

15、電氣控制線路設計的基本程序電氣控制線路設計的基本程序4.2.1 擬定電氣設計任務書擬定電氣設計任務書在任務書中，應簡要說明所設計的機械設備型號、在任務書中，應簡要說明所設計的機械設備型號、用途、工藝過程、技術性能、傳動方式及現場環境用途、工藝過程、技術性能、傳動方式及現場環境條件等。條件等。技術指標及要求：技術指標及要求： 控制精度，生產效率要求；控制精度，生產效率要求； 用戶供電電網的種類、電壓等級、頻率及容量；用戶供電電網的種類、電壓等級、頻率及容量； 有關電力拖動的基本特性，如電動機的數量、用途、負有關電力拖動的基本特性，如電動機的數量、用途、負載特性、調速范圍以及對起動、反向和制動的要

16、求等；載特性、調速范圍以及對起動、反向和制動的要求等； 有關電氣控制的特性，如電氣控制的基本方式、自動工有關電氣控制的特性，如電氣控制的基本方式、自動工作循環的組成、動作程序、電氣保護及聯鎖條件等；作循環的組成、動作程序、電氣保護及聯鎖條件等； 有關操作方面的要求，如操作臺的布置、測量和信號指有關操作方面的要求，如操作臺的布置、測量和信號指示、故障報警及照明等；示、故障報警及照明等； 機床主要電氣設備（如電動機、執行電器和行程開關等）機床主要電氣設備（如電動機、執行電器和行程開關等）的參數及布置草圖。的參數及布置草圖。4.2.2 電力拖動方案的選擇電力拖動方案的選擇電力拖動方案：電力拖動方案：

17、是指根據生產工藝要求、生產機械是指根據生產工藝要求、生產機械的結構、運動部件的數量、運動要求、負載特性、的結構、運動部件的數量、運動要求、負載特性、調速要求及投資金額等條件，來確定電動機的類型、調速要求及投資金額等條件，來確定電動機的類型、數量、拖動方式，并擬定電動機的起動、運行、調數量、拖動方式，并擬定電動機的起動、運行、調速、轉向、制動等控制要求，作為電氣控制原理圖速、轉向、制動等控制要求，作為電氣控制原理圖設計及電器元件選擇的依據。設計及電器元件選擇的依據。1. 電氣傳動方式電氣傳動方式（1）單機拖動）單機拖動一臺設備只有一臺電動機，通過機械傳動鏈將一臺設備只有一臺電動機，通過機械傳動鏈

18、將動力傳送到各個工作機構。動力傳送到各個工作機構。 （2）分機拖動）分機拖動一臺設備由多臺電動機分別驅動各個工作機構。一臺設備由多臺電動機分別驅動各個工作機構。 2. 調速性能調速性能在選擇調速方案時，可參考以下幾點。在選擇調速方案時，可參考以下幾點。 （1）重型或大型設備）重型或大型設備主運動及進給運動，盡可能采用無級調速。主運動及進給運動，盡可能采用無級調速。有利于簡化機械結構，縮小齒輪箱體積，降低制有利于簡化機械結構，縮小齒輪箱體積，降低制造成本，提高機床利用率。造成本，提高機床利用率。（2）精密機械設備）精密機械設備 為了保證加工精度和動作的準確性，便于自動控為了保證加工精度和動作的準

19、確性，便于自動控制，也應采用電氣無級調速方案制，也應采用電氣無級調速方案 。（3）一般中小型設備）一般中小型設備用經濟、簡單、可靠的三相鼠籠式異步電動機，配用經濟、簡單、可靠的三相鼠籠式異步電動機，配以適當級數的齒輪變速箱。以適當級數的齒輪變速箱。 當調速范圍當調速范圍D=23，調速級數，調速級數24時，可采用雙速時，可采用雙速或多速的鼠籠式異步電動機。或多速的鼠籠式異步電動機。 3. 負載特性負載特性為使電動機得到充分合理的應用，要求電動機的為使電動機得到充分合理的應用，要求電動機的調速特性與負載特性相適應。調速特性與負載特性相適應。 例如，雙速鼠籠式異步電動機例如，雙速鼠籠式異步電動機當定

20、子繞組由三角形聯接改接成雙星形聯接時，轉速當定子繞組由三角形聯接改接成雙星形聯接時，轉速增加一倍，功率卻增加很少。它適用于恒功率傳動。增加一倍，功率卻增加很少。它適用于恒功率傳動。對于低速為星形聯接的雙速電機改接成雙星形后，轉對于低速為星形聯接的雙速電機改接成雙星形后，轉速和功率都增加一倍，而電動機所輸出的轉矩卻保持速和功率都增加一倍，而電動機所輸出的轉矩卻保持不變，它適用于恒轉矩傳動。不變，它適用于恒轉矩傳動。他激直流電動機的調磁調速屬于恒功率調速，而調壓他激直流電動機的調磁調速屬于恒功率調速，而調壓調速則屬于恒轉矩調速。調速則屬于恒轉矩調速。 4. 起動和制動要求起動和制動要求機械設備機械

21、設備主運動主運動傳動系統的起動轉矩一般都比較傳動系統的起動轉矩一般都比較小，小，原則上可采用任何一種起動方式原則上可采用任何一種起動方式。對于它的對于它的輔助運動輔助運動，在起動時往往要克服較大的，在起動時往往要克服較大的靜轉矩，所以在必要時可選用高起動轉矩的電動靜轉矩，所以在必要時可選用高起動轉矩的電動機，或采用提高起動轉矩的措施，如對繞線式異機，或采用提高起動轉矩的措施，如對繞線式異步電動機轉子串接對稱電阻的起動。步電動機轉子串接對稱電阻的起動。v起動的要求起動的要求對于電網容量不大而起動電流較大的電動機，要對于電網容量不大而起動電流較大的電動機，要采取限制起動電流的措施，采取限制起動電流

22、的措施，常用的方法有：常用的方法有：在定子電路中串入電阻或電抗在定子電路中串入電阻或電抗星三角起動星三角起動延邊三角形起動延邊三角形起動自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動以免電網電壓波動較大而造成事故。以免電網電壓波動較大而造成事故。 如果對于制動的性能無特殊要求而電動機又不需如果對于制動的性能無特殊要求而電動機又不需要反轉時，則采用要反轉時，則采用反接制動反接制動，可使控制線路簡化。，可使控制線路簡化。在要求制動平穩、準確，而且在制動過程中不允在要求制動平穩、準確，而且在制動過程中不允許有反轉可能性時，則宜采用許有反轉可能性時，則宜采用能耗制動能耗制動方式。方式。在起吊運輸設備中也常常采用

23、具有聯鎖保護功能在起吊運輸設備中也常常采用具有聯鎖保護功能的的電磁機械制動電磁機械制動（俗稱電磁抱閘）。（俗稱電磁抱閘）。有些場合也采用有些場合也采用再生發電制動再生發電制動（回饋制動）。（回饋制動）。 v制動的要求制動的要求4.2.3 電動機的選擇電動機的選擇電動機選擇的基本原則：電動機選擇的基本原則：1. 電動機的機械特性應滿足生產機械提出的要求，電動機的機械特性應滿足生產機械提出的要求，要與負載特性相適應，以保證生產過程中運行要與負載特性相適應，以保證生產過程中運行穩定性并具有一定的調速范圍和良好的起、制穩定性并具有一定的調速范圍和良好的起、制動性能。動性能。2. 電動機的結構形式應滿足

24、機械設計提出的安裝電動機的結構形式應滿足機械設計提出的安裝要求，并適應周圍環境的工作條件。要求，并適應周圍環境的工作條件。3. 根據電動機的負載和工作方式，正確選擇根據電動機的負載和工作方式，正確選擇電動機的容量。電動機的容量。 對于恒定負載長期工作制的電動機，其容量的選擇應保對于恒定負載長期工作制的電動機，其容量的選擇應保證電動機的額定功率等于或大于負載所需要的功率；證電動機的額定功率等于或大于負載所需要的功率； 對于變動負載長期工作制的電動機，其容量的選擇應保對于變動負載長期工作制的電動機，其容量的選擇應保證當負載變到最大時，電動機仍能給出所需要的功率，證當負載變到最大時，電動機仍能給出所

25、需要的功率，同時電動機的溫升不超過允許值；同時電動機的溫升不超過允許值； 對于短時工作制的電動機，其容量的選擇應按照電動機對于短時工作制的電動機，其容量的選擇應按照電動機的過載能力來選擇；的過載能力來選擇； 對于重復短時工作制的電動機，其容量的選擇原則上可對于重復短時工作制的電動機，其容量的選擇原則上可按照電動機在一個工作循環內的平均功耗來選擇。按照電動機在一個工作循環內的平均功耗來選擇。 4. 電動機電壓的選擇應根據使用地點的電源電電動機電壓的選擇應根據使用地點的電源電壓來決定，常用為壓來決定，常用為380V、220V。5. 在沒有特殊要求的場合，一般均采用交流電在沒有特殊要求的場合，一般均

26、采用交流電動機，僅在起動、制動和調速不滿足要求時才動機，僅在起動、制動和調速不滿足要求時才選擇直流電動機。選擇直流電動機。 6. 根據生產機械的功率負載和轉矩負載選擇電根據生產機械的功率負載和轉矩負載選擇電動機的額定功率。動機的額定功率。4.2.4 電氣控制方案的確定電氣控制方案的確定選擇電氣控制方案遵循的主要原則：選擇電氣控制方案遵循的主要原則： 自動化程度與國情相適應；自動化程度與國情相適應；2.控制方案應與設備的通用化及專用化相適應；控制方案應與設備的通用化及專用化相適應；3. 控制方案隨控制過程的復雜程度而變化；控制方案隨控制過程的復雜程度而變化；4.控制系統的工作方式，應在經濟、安全

27、的前控制系統的工作方式，應在經濟、安全的前提下，最大限度地滿足工藝要求。提下，最大限度地滿足工藝要求。4.2.5 控制方式的選擇控制方式的選擇控制方式主要有：控制方式主要有：時間控制方式：時間控制方式：利用時間繼電器、可編程序控制器或微型利用時間繼電器、可編程序控制器或微型計算機的延時單元，它將感測系統接受的輸入信號經過延計算機的延時單元，它將感測系統接受的輸入信號經過延時一段時間后才發出輸出信號，從而實現電路切換的時間時一段時間后才發出輸出信號，從而實現電路切換的時間控制。控制。速度控制方式：速度控制方式：利用速度繼電器或測速發電機，間接或直利用速度繼電器或測速發電機，間接或直接地檢測某機械

28、部件的運動速度，來實現按速度原則的控接地檢測某機械部件的運動速度，來實現按速度原則的控制。制。電流控制方式：電流控制方式：借助于電流繼電器，它的動作反映了某一借助于電流繼電器，它的動作反映了某一電路中的電流變化，從而實現按電流原則的控制。電路中的電流變化，從而實現按電流原則的控制。行程控制方式：行程控制方式：利用生產機械運動部件與事先安排好位置利用生產機械運動部件與事先安排好位置的行程開關或接近開關相互配合，而達到位置控制的作用。的行程開關或接近開關相互配合，而達到位置控制的作用。說說 明明v時間控制方式一般不用于反接制動控制，而適用時間控制方式一般不用于反接制動控制，而適用于異步電動機的能耗

29、制動控制。于異步電動機的能耗制動控制。v一般對組合機床和自動線等的自動工作循環，為一般對組合機床和自動線等的自動工作循環，為了保證加工精度而常用行程控制。了保證加工精度而常用行程控制。v對反接制動和速度反饋環節用速度控制。對反接制動和速度反饋環節用速度控制。v對星三角降壓起動或多速電動機的變速控制則采對星三角降壓起動或多速電動機的變速控制則采用時間控制。用時間控制。v對過載保護、電流保護等環節則采用電流控制。對過載保護、電流保護等環節則采用電流控制。4.3 電氣控制線路的設計方法電氣控制線路的設計方法電氣控制線路的設計有兩種方法：電氣控制線路的設計有兩種方法： 經驗設計法經驗設計法1. 邏輯設

30、計法邏輯設計法 4.3.1 經驗設計法經驗設計法1. 經驗設計法的基本步驟經驗設計法的基本步驟 主電路設計主電路設計。主要考慮電動機的起動、點動、。主要考慮電動機的起動、點動、正反轉、制動和調速。正反轉、制動和調速。 控制電路設計控制電路設計。主要考慮如何滿足電動機的各。主要考慮如何滿足電動機的各種運轉功能及生產工藝要求，包括基本控制線種運轉功能及生產工藝要求，包括基本控制線路和控制線路特殊部分的設計，以及選擇控制路和控制線路特殊部分的設計，以及選擇控制參量和確定控制原則。參量和確定控制原則。 連接各單元環節連接各單元環節，構成滿足整機生產工藝要求，構成滿足整機生產工藝要求，實現生產過程自動或

31、半自動及調整的控制電路。實現生產過程自動或半自動及調整的控制電路。 聯鎖保護環節設計聯鎖保護環節設計。主要考慮如何完善整個控。主要考慮如何完善整個控制線路的設計，包含各種聯鎖環節及短路、過制線路的設計，包含各種聯鎖環節及短路、過載、過流、失壓等保護環節。載、過流、失壓等保護環節。 線路的綜合審查線路的綜合審查。反復審查所設計的控制線路。反復審查所設計的控制線路是否滿足設計原則和生產工藝要求。在條件允是否滿足設計原則和生產工藝要求。在條件允許的情況下，進行模擬實驗，直至電路動作準許的情況下，進行模擬實驗，直至電路動作準確無誤，并逐步完善整個電氣控制線路的設計。確無誤，并逐步完善整個電氣控制線路的

32、設計。2. 經驗設計法的基本方法經驗設計法的基本方法 根據生產機械的工藝要求和工作過程，將現根據生產機械的工藝要求和工作過程，將現有的典型環節有機地組合起來加以適當的補有的典型環節有機地組合起來加以適當的補充和修改，綜合成所需要的電氣控制線路。充和修改，綜合成所需要的電氣控制線路。 若不能選擇到適合的典型環節，則根據生產若不能選擇到適合的典型環節，則根據生產機械的工藝要求和生產過程自行設計，邊分機械的工藝要求和生產過程自行設計，邊分析邊畫圖，將輸入的主令信號經過適當轉換，析邊畫圖，將輸入的主令信號經過適當轉換，得到執行元件所需的工作信號。隨時增減電得到執行元件所需的工作信號。隨時增減電器元件和

33、觸頭，以滿足所給定的工作條件。器元件和觸頭，以滿足所給定的工作條件。3. 經驗設計法舉例經驗設計法舉例 有一臺二級皮帶運輸機，分別由有一臺二級皮帶運輸機，分別由M1、M2二臺電動二臺電動機拖動，要求：機拖動，要求：（1）先起動）先起動M1，5s后再起動后再起動M2；（2）先停止）先停止M2，5s后再停止后再停止M1。主電路主電路M13QSKM1FU1FR1L1L2L3M23KM2FU2FR212控制電路控制電路SB1KM1FU3FU312KM1FR1KM2FR2KT1KT1SB0KT2KT2KT2KT24.3.2 邏輯設計法邏輯設計法繼電器控制線路實際上是按一定邏輯關系組合的線繼電器控制線路實

34、際上是按一定邏輯關系組合的線路，或稱開關線路。因此，路，或稱開關線路。因此，可以用邏輯代數方法分可以用邏輯代數方法分析和設計這類控制線路析和設計這類控制線路。 采用邏輯設計法能獲得理想、經濟的方案，所用采用邏輯設計法能獲得理想、經濟的方案，所用元件數量少，各元件能充分發揮作用，當給定條元件數量少，各元件能充分發揮作用，當給定條件變化時，能指出電路相應變化的內在規律，在件變化時，能指出電路相應變化的內在規律，在設計復雜控制線路時，更能顯示出它的優點。設計復雜控制線路時，更能顯示出它的優點。 v將控制線路中的接觸器、繼電器等電器元件線圈將控制線路中的接觸器、繼電器等電器元件線圈的通電與斷電，觸頭的

35、閉合與斷開，以及主令元件的通電與斷電，觸頭的閉合與斷開，以及主令元件觸頭的接通與斷開等，作為邏輯變量；觸頭的接通與斷開等，作為邏輯變量；v根據控制要求，用邏輯函數關系式表示這些邏輯根據控制要求，用邏輯函數關系式表示這些邏輯變量之間的邏輯關系；變量之間的邏輯關系；v再運用邏輯函數基本公式和運算規律對邏輯函數再運用邏輯函數基本公式和運算規律對邏輯函數式進行化簡；式進行化簡；v最后由化簡的邏輯函數式畫出相應的電氣原理圖。最后由化簡的邏輯函數式畫出相應的電氣原理圖。邏輯設計法邏輯設計法用用 、 、 、 表示其相應的表示其相應的常閉（動斷）常閉（動斷）觸頭。觸頭。KAKMSQSB1. 電器的邏輯表示電器

36、的邏輯表示用用KM、KA、SQ、SB分別表示接觸器、繼電器、分別表示接觸器、繼電器、行程開關、按鈕的行程開關、按鈕的常開（動合）觸頭常開（動合）觸頭；電路中開關元件的受激狀態（如繼電器線圈得電，電路中開關元件的受激狀態（如繼電器線圈得電，行程開關受壓）為行程開關受壓）為“1”狀態；狀態；開關元件的原始狀態（如繼電器線圈失電，行程開關元件的原始狀態（如繼電器線圈失電，行程升關未受壓）為升關未受壓）為“0”狀態。狀態。觸頭的閉合狀態為觸頭的閉合狀態為“1”狀態；狀態；觸頭的斷開狀態為觸頭的斷開狀態為“0”狀態。狀態。以繼電器為例：以繼電器為例：KA“1”，繼電器線圈處于得電狀態；，繼電器線圈處于得

37、電狀態；KA“0”，繼電器線圈處于失電狀態；，繼電器線圈處于失電狀態；KA“1”，繼電器常開觸頭閉合；，繼電器常開觸頭閉合；KA“0”，繼電器常開觸頭斷開；，繼電器常開觸頭斷開； “1”，繼電器常閉觸頭閉合；，繼電器常閉觸頭閉合； “0”，繼電器常閉觸頭斷開。，繼電器常閉觸頭斷開。KAKA邏輯代數的基本邏輯關系邏輯代數的基本邏輯關系與串、并聯電路的邏輯表示與串、并聯電路的邏輯表示（1） 并聯電路并聯電路 與邏輯與邏輯“或或”相對應相對應12KM = KA +KA（2） 串聯電路串聯電路 與邏輯與邏輯“與與”相對應相對應 12KM = KA KA邏輯代數的基本邏輯關系邏輯代數的基本邏輯關系與串、

38、并聯電路的邏輯表示與串、并聯電路的邏輯表示（3） 邏輯邏輯“非非” KA電器的常開觸點；電器的常開觸點； 電器的常閉觸點。電器的常閉觸點。KM = KAKA邏輯代數的基本邏輯關系邏輯代數的基本邏輯關系與串、并聯電路的邏輯表示與串、并聯電路的邏輯表示電路的邏輯表示電路的邏輯表示步驟：步驟：以某一控制電器的線圈為對象，寫出與此對以某一控制電器的線圈為對象，寫出與此對象有關的電路中各控制元件、信號元件、執象有關的電路中各控制元件、信號元件、執行元件、保護元件等，它們觸頭間相互聯接行元件、保護元件等，它們觸頭間相互聯接關系的邏輯函數表達式（均以未受激時的狀關系的邏輯函數表達式（均以未受激時的狀態來表示

39、）。態來表示）。 舉舉 例例（1） 設計要求：設計要求：某電動機只有在繼電器某電動機只有在繼電器KA1、KA2、KA3中任何一中任何一個或兩個動作時才能運轉，而在其他條件下都不個或兩個動作時才能運轉，而在其他條件下都不運轉，試設計其控制線路。運轉，試設計其控制線路。 KA1KA2KA3KM000000110101011110011011110111101）列出控制元件與執行元件的動作狀態表）列出控制元件與執行元件的動作狀態表 （2）設計步驟：）設計步驟：繼電器繼電器KA： 0 不動作；不動作；1動作。動作。接觸器接觸器KM ：0線圈失電，主電路中主觸頭斷開，線圈失電，主電路中主觸頭斷開， 電動

40、機停止運行；電動機停止運行；1線圈得電，主電路中主觸頭閉合，線圈得電，主電路中主觸頭閉合，電動機運行。電動機運行。列出列出KM得電時的邏輯表達式：得電時的邏輯表達式： 321321321321321321KAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKMKA1KA2KA3KM000000110101011110011011110111102） 化簡化簡321321321321321321KAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKAKM123132KA (KAKA )KA (KAKA )123233=KAKA KAKA (KAKA )1233

41、23+KAKA (KAKA )+KA KA12321223=KAKA KAKA+KAKA +KA KA123132KMKA (KAKA )KA (KAKA )3）根據最簡式畫出控制電路）根據最簡式畫出控制電路4.4 電氣控制線路的繪制方法電氣控制線路的繪制方法電氣控制線路：電氣控制線路：是把各種有觸點的接觸器、繼電器、是把各種有觸點的接觸器、繼電器、按鈕、行程開關等電器元件，用導線按一定方式連按鈕、行程開關等電器元件，用導線按一定方式連接起來組成的控制線路。接起來組成的控制線路。 作用：作用：是實現對電力拖動系統的啟動、調速、反轉是實現對電力拖動系統的啟動、調速、反轉和制動等運行性能的控制；實

42、現對拖動系統的保護；和制動等運行性能的控制；實現對拖動系統的保護；滿足生產工藝要求實現生產過程自動化。滿足生產工藝要求實現生產過程自動化。 特點：特點：線路簡單，設計、安裝、調整、維修方便；便線路簡單，設計、安裝、調整、維修方便；便于掌握，價格低廉，運行可靠。于掌握，價格低廉，運行可靠。 電氣控制系統圖一般有三種：電氣控制系統圖一般有三種：電氣原理圖、電器電氣原理圖、電器布置圖、電氣安裝接線圖布置圖、電氣安裝接線圖。它們都是根據國家標準，用它們都是根據國家標準，用規定的文字符號、圖規定的文字符號、圖形符號和規定的畫法形符號和規定的畫法繪制而成。繪制而成。 電氣控制系統是由電氣設備及電氣元件按一

43、定的電氣控制系統是由電氣設備及電氣元件按一定的要求連接而成的，為了表達電氣控制系統的組成要求連接而成的，為了表達電氣控制系統的組成結構及工作原理，同時也為了便于電氣系統的安結構及工作原理，同時也為了便于電氣系統的安裝、調試、使用和檢修，必須用統一的工程語言，裝、調試、使用和檢修，必須用統一的工程語言，即工程圖的形式來表達，這種工程圖稱為即工程圖的形式來表達，這種工程圖稱為電氣控電氣控制系統圖制系統圖。 4.4.1 常用的電氣圖形、文字符號常用的電氣圖形、文字符號電氣控制線路圖是電氣工程技術的通用語言。電氣控制線路圖是電氣工程技術的通用語言。為了便于交流與溝通，國家標準局參照國際電工委為了便于交

44、流與溝通，國家標準局參照國際電工委員會（員會（IEC）頒布的有關文件，制定了我國電氣設）頒布的有關文件，制定了我國電氣設備的有關標準。備的有關標準。GB4728-1984電氣圖用圖形符號電氣圖用圖形符號、GB6988-1987電氣制圖電氣制圖和和GB7159-1987電氣技術中的電氣技術中的文字符號制定通則文字符號制定通則的規定。的規定。 1. 符號要素符號要素一種具有確定意義的簡單圖形，必須同其他圖形組一種具有確定意義的簡單圖形，必須同其他圖形組合以構成一個設備或概念的完整符號。合以構成一個設備或概念的完整符號。如用燈絲、柵極、陽極、管殼等符號要素就組成了如用燈絲、柵極、陽極、管殼等符號要素

45、就組成了電子管的符號。電子管的符號。符號要素組合時，其布置可以與符號表示的設備實符號要素組合時，其布置可以與符號表示的設備實際結構不一致。際結構不一致。2. 一般符號一般符號用以表示一類產品和此類產品特征的簡單符號。用以表示一類產品和此類產品特征的簡單符號。如，一般電阻器、電容器的符號。如，一般電阻器、電容器的符號。一般符號可以表示沒有附加信息的具體元件。一般符號可以表示沒有附加信息的具體元件。3. 限定符號限定符號用以提供附加信息的一種加在其他符號上的符號。用以提供附加信息的一種加在其他符號上的符號。如，在電阻器一般符號的基礎上，加上不同的限定如，在電阻器一般符號的基礎上，加上不同的限定符號

46、就可以組成可變電阻器、光敏電阻器、熱敏電符號就可以組成可變電阻器、光敏電阻器、熱敏電阻器等具有不同功能的電阻器。阻器等具有不同功能的電阻器。4. 方框符號方框符號用以表示元件、設備等的組合及其功能，既不給出用以表示元件、設備等的組合及其功能，既不給出元件、設備的細節也不考慮所有連接的一種簡單的元件、設備的細節也不考慮所有連接的一種簡單的圖形符號。圖形符號。圖形符號的幾點說明圖形符號的幾點說明 所有符號均按無電壓、無外力作用的正常狀態示所有符號均按無電壓、無外力作用的正常狀態示出。如，按鈕未按下、開關未合閘。出。如，按鈕未按下、開關未合閘。 圖形符號在放大和縮小時，應保持各符號間的比圖形符號在放

47、大和縮小時，應保持各符號間的比列不變。在不改變符號含義的情況下，可根據需列不變。在不改變符號含義的情況下，可根據需要改變方位（根據需要旋轉或成鏡像位置）。要改變方位（根據需要旋轉或成鏡像位置）。 圖形符號中導線符號可以用不同寬度的線條表示，圖形符號中導線符號可以用不同寬度的線條表示，一般將電源線或主信號導線用加粗的實線表示。一般將電源線或主信號導線用加粗的實線表示。IIUKV表表4.4 常用電氣圖形、文字符號表常用電氣圖形、文字符號表表表4.4 常用電氣圖形、文字符號表常用電氣圖形、文字符號表可為電氣技術中的項目代號提供電氣設備、裝置和可為電氣技術中的項目代號提供電氣設備、裝置和元器件種類字母

48、代碼和功能代碼；可以作為限定符元器件種類字母代碼和功能代碼；可以作為限定符號與一般圖形符號組合使用，以派生新的圖形符號。號與一般圖形符號組合使用，以派生新的圖形符號。 基本文字符號：基本文字符號： 單字母單字母 雙字母雙字母4. 文字符號文字符號雙字母：雙字母：將大類進一步劃分，以便較詳細和更具將大類進一步劃分，以便較詳細和更具體地表述電氣設備、裝置和元器件。其組合形式體地表述電氣設備、裝置和元器件。其組合形式為單字母在前，另一個字母在后。如為單字母在前，另一個字母在后。如GB 表示蓄表示蓄電池，其中電池，其中“G”為電源的單字母；為電源的單字母；F 表示部分保表示部分保護器件類，護器件類，F

49、U 熔斷器、熔斷器、FR 熱繼電器。熱繼電器。單字母：單字母：是按拉丁字母將各種電氣設備、裝置、是按拉丁字母將各種電氣設備、裝置、元器件劃分為元器件劃分為23大類，每個大類用一個專用單字大類，每個大類用一個專用單字母符號表示。如母符號表示。如C 表示電容器類、表示電容器類、R 表示電阻器表示電阻器類。類。輔助文字符號輔助文字符號用以表示電氣設備、裝置和元器件以及線路的功能、用以表示電氣設備、裝置和元器件以及線路的功能、狀態和特征。如，狀態和特征。如，RD 表示紅色、表示紅色、SYN表示同步。輔表示同步。輔助文字還可以單獨使用，如，助文字還可以單獨使用，如，ON 表示接通，表示接通，N表示表示中

50、性線。中性線。4.4.2 電氣原理圖的繪制電氣原理圖的繪制電氣原理圖電氣原理圖是為了便于閱讀和分析控制電路的各種是為了便于閱讀和分析控制電路的各種功能，用各種符號、電氣連接聯系起來描述全部或功能，用各種符號、電氣連接聯系起來描述全部或部分電氣設備的工作原理的電路圖。部分電氣設備的工作原理的電路圖。根據簡單清晰的原則，電氣原理圖采用電器元件展根據簡單清晰的原則，電氣原理圖采用電器元件展開的形式繪制，它包括了所有電器元件的導電部分開的形式繪制，它包括了所有電器元件的導電部分和接線端子。和接線端子。但不按照電器元件的實際安裝位置和實際連線情況但不按照電器元件的實際安裝位置和實際連線情況繪制，也不反映

51、電器元件的大小。繪制，也不反映電器元件的大小。 電氣原理圖分為主電路和輔助電路。電氣原理圖分為主電路和輔助電路。主電路：主電路：從電源到電動機的這部分電路，通過從電源到電動機的這部分電路，通過大電流，用于能量的傳送。大電流，用于能量的傳送。輔助電路輔助電路控制電路、信號電路、照明電路控制電路、信號電路、照明電路及保護電路。輔助電路中通過的電流較小。及保護電路。輔助電路中通過的電流較小。控制電路：控制電路：由按鈕、繼電器和接觸器的線圈、繼由按鈕、繼電器和接觸器的線圈、繼電器觸頭、接觸器輔助觸頭、熱繼電器的觸頭等電器觸頭、接觸器輔助觸頭、熱繼電器的觸頭等組成。通過的電流較小，用于控制信號的傳遞。組

52、成。通過的電流較小，用于控制信號的傳遞。繪制電氣原理圖的原則繪制電氣原理圖的原則（1）原理圖的布置）原理圖的布置1）主電路用粗實線繪制在圖面的左側。）主電路用粗實線繪制在圖面的左側。其中電源電路用水平線繪制，受電動力設備（電動其中電源電路用水平線繪制，受電動力設備（電動機）及其保護電器支路，應垂直于電源電路畫出。機）及其保護電器支路，應垂直于電源電路畫出。2）輔助電路用細實線繪制在圖面的右側，應垂直）輔助電路用細實線繪制在圖面的右側，應垂直地繪制于兩條水平電源線之間。地繪制于兩條水平電源線之間。耗能元件（如線圈、電磁鐵、信號燈等）的一端應耗能元件（如線圈、電磁鐵、信號燈等）的一端應直接連接在接

53、地的水平電源線上，控制觸頭連接在直接連接在接地的水平電源線上，控制觸頭連接在上方水平線與耗能元件之間。上方水平線與耗能元件之間。（2）無論主電路還是輔助電路，各元件一般應按動作）無論主電路還是輔助電路，各元件一般應按動作順序從上到下、從左到右依次排列。順序從上到下、從左到右依次排列。（3）各電器元件和部件在電氣原理圖中的位置，應根）各電器元件和部件在電氣原理圖中的位置，應根據便于閱讀的原則安排，同一電器元件的各個部件據便于閱讀的原則安排，同一電器元件的各個部件（如線圈和觸頭）可以不畫在一起，但需用同一文（如線圈和觸頭）可以不畫在一起，但需用同一文字符號標明。多個同一種類的電器元件，可在文字字符

54、號標明。多個同一種類的電器元件，可在文字符號后面加上數字序號下標，如符號后面加上數字序號下標，如SB1、SB2等。等。（4）所有電器元件的觸頭按沒有通電和沒有外力作用）所有電器元件的觸頭按沒有通電和沒有外力作用時的開閉狀態繪出。對按鈕、行程開關類電器，是時的開閉狀態繪出。對按鈕、行程開關類電器，是指沒有受到外力作用時的觸頭狀態；對繼電器、接指沒有受到外力作用時的觸頭狀態；對繼電器、接觸器等，是指線圈沒有通電時的觸頭狀態。觸器等，是指線圈沒有通電時的觸頭狀態。（5）主電路標號由文字符號和數字組成。文字符號）主電路標號由文字符號和數字組成。文字符號用以標明主電路中元件或線路的主要特征，數字標用以標

55、明主電路中元件或線路的主要特征，數字標號用以區別電路不同線段號用以區別電路不同線段 三相交流電源引入線采用三相交流電源引入線采用L1、L2、L3標記（分別對應以前的標記（分別對應以前的A、B、C三相，即對應色標黃、綠、紅），中性線為三相，即對應色標黃、綠、紅），中性線為N。電。電源開關之后的三相交流電源主電路分別按源開關之后的三相交流電源主電路分別按U、V、W順序進順序進行標記，接地端為行標記，接地端為PE。電動機分支電路各接點標記采用三相文字代號后面加數字來電動機分支電路各接點標記采用三相文字代號后面加數字來表示，數字中的十位數表示電動機代號，個位數表示該支路表示，數字中的十位數表示電動機代

56、號，個位數表示該支路接點的代號，從上到下按數值的大小順序標記。如接點的代號，從上到下按數值的大小順序標記。如U11表示表示M1電動機的第一相的第一個接點代號，電動機的第一相的第一個接點代號，U12為第一相的第二為第一相的第二個接點代號，以此類推。個接點代號，以此類推。直流回路：正電源回路采用直流回路：正電源回路采用“1”標記；負電源回路采標記；負電源回路采用用“2”標記。標記。電動機繞組首端分別用電動機繞組首端分別用U1、V1、W1標記，尾端分別用標記，尾端分別用U2、V2、W2標記，雙繞組的中點則用標記，雙繞組的中點則用U3、V3、W3標記。標記。也可以用也可以用U、V、W標記電動機繞組首端

57、，用標記電動機繞組首端，用U、V、W標記繞組尾端，用標記繞組尾端，用U、V、W表記雙繞組的中點。表記雙繞組的中點。（6）輔助電路中連接在一點上的所有導線具有同）輔助電路中連接在一點上的所有導線具有同一電位而標注相同的線號，線圈、指示燈等以上一電位而標注相同的線號，線圈、指示燈等以上線號標奇數，線圈、指示燈等以下線號標偶數。線號標奇數，線圈、指示燈等以下線號標偶數。（7）原理圖上盡可能減少線條和避免線條交叉。）原理圖上盡可能減少線條和避免線條交叉。原理圖中有直接聯接的交叉導線連接點，用實心原理圖中有直接聯接的交叉導線連接點，用實心圓點表示；可拆接或測試點用空心圓點表示；圓點表示；可拆接或測試點用

58、空心圓點表示； 無直接電聯接的交叉點則不畫圓點。根據圖面布無直接電聯接的交叉點則不畫圓點。根據圖面布置的需要，可以將圖形符號旋轉逆時針轉置的需要，可以將圖形符號旋轉逆時針轉90繪繪制。制。（8）對非電氣控制和人工操作的電器，必須）對非電氣控制和人工操作的電器，必須在原理圖上用相應的圖形符號表示其操作方法在原理圖上用相應的圖形符號表示其操作方法及工作狀態。對同一機構操作的所有觸頭，應及工作狀態。對同一機構操作的所有觸頭，應用機械連桿表示其聯動關系。各個觸頭的運動用機械連桿表示其聯動關系。各個觸頭的運動方向和狀態，必須與操作件的動作方向和位置方向和狀態，必須與操作件的動作方向和位置協調一致。協調一

59、致。（9）對與電氣控制有關的機、液、氣等裝置，）對與電氣控制有關的機、液、氣等裝置，應用符號繪制出簡圖，以表示其關系。應用符號繪制出簡圖，以表示其關系。籠型電動機起動、停止電路電氣原理圖籠型電動機起動、停止電路電氣原理圖 2. 圖面區域的劃分圖面區域的劃分為了便于檢索電氣線路，方便閱讀電氣原理圖，應為了便于檢索電氣線路，方便閱讀電氣原理圖，應將圖面劃分為若干區域。將圖面劃分為若干區域。圖區的編號一般寫在圖的下部。圖區的編號一般寫在圖的下部。圖的上方設有用途欄，用文字注明該欄所對應的下圖的上方設有用途欄，用文字注明該欄所對應的下面電路或元件的功能，以利于理解電氣原理圖各部面電路或元件的功能，以利

60、于理解電氣原理圖各部分的功能及全電路的工作原理。分的功能及全電路的工作原理。籠型電動機起動、停止電路電氣原理圖籠型電動機起動、停止電路電氣原理圖 3. 符號位置的索引符號位置的索引由于接觸器、繼電器的線圈和觸頭在電氣原理圖由于接觸器、繼電器的線圈和觸頭在電氣原理圖中不是畫在一起的，其觸頭分布在圖中所需的各中不是畫在一起的，其觸頭分布在圖中所需的各個圖區，為便于閱讀，在接觸器、繼電器線圈的個圖區，為便于閱讀，在接觸器、繼電器線圈的下方畫出其觸頭的索引表。下方畫出其觸頭的索引表。 接觸器觸頭索引表接觸器觸頭索引表左欄左欄中欄中欄右欄右欄主觸頭所在圖區號主觸頭所在圖區號輔助動合觸頭輔助動合觸頭所在圖