1.2 电气控制线路

1.2.1 电气控制线路基础

1.电气控制线路的功能

用导线将电动机、电器、仪表等电气元件按一定的要求和方法连接起来，实现某种控制功能的线路，称为电气控制线路，又称电气控制电路。这些控制线路无论是简单还是复杂，一般都是由一些基本控制环节组成，在分析电路原理和判断其故障时，一般都是从这些基本控制环节入手。因此，掌握基本电气控制线路，对分析复杂电气控制线路的工作原理及电气设备维护是非常必要的。

可以用图的形式来表示电气控制线路的组成、工作原理及安装、调试、维修方面的技术要求。在电气控制线路图上用不同的图形符号来表示各种电器元件，用不同的文字符号来进一步说明图形符号所代表的电器元件的基本名称、用途、主要特征及编号等。图形符号仅需用示意图形绘制，不需要精确比例。电气控制线路图应根据简明易懂的原则，根据电气控制线路需求，参照我国颁布的GB/T 4728等系列标准进行绘制。

电气控制线路图中的文字符号，分为基本文字符号和辅助文字符号。基本文字符号有单字母符号和双字母符号。单字母符号表示电气设备、装置和元件的大类，一共有23类。如K为继电器类元件这一大类；双字母符号由一个表示大类的单字母与另一个表示器件某些特性的字母组成，如KT表示继电器类器件中的时间继电器，KM表示继电器类器件中的接触器。

辅助文字符号用来表示电气设备、装置和元器件以及电路的功能、状态和特征。如“L”表示限制，“RD”表示红色等。辅助文字符号也可以放在表示种类的单字母符号之后组成双字母符号，如“SP”表示压力传感器等。辅助文字符号还可以单独使用，如“ON”表示接通、“M”表示中间线、“PE”表示保护接地等。

2.电气控制线路图的分类

电气控制线路图一般包括电气原理图、接线图和电气设备安装图等。

（1）电气原理图

电气原理图根据通过电流的大小可分为主电路和控制电路，此外还有辅助电路。主电路是电气控制线路中强电流通过的部分，是由电动机以及与它相连接的电气元件（如组合开关、接触器的主触点、热继电器的热元件、熔断器等）组成的线路，一般为从供电电源到电动机或线路末端的电路。控制电路是由按钮、继电器和接触器的吸引线圈和辅助触点等组成。辅助电路中通过的电流较小，包括控制电路、照明电路、信号电路、保护电路及联锁电路。

电气原理图是根据生产机械的工作原理而绘制的，具有结构简单、层次分明、易阅读等特点，适于分析生产机械的工作过程和状态，便于研究和分析电路的工作原理等优点。在各种生产机械的电气控制中，无论在设计部门或生产现场都得到了广泛的应用。

原理图并不按元器件的实际位置来绘制，而是根据工作原理绘制的。在原理图中，一般根据各个元器件在电路中所起的作用，将其画在不同的位置上，而不受实物位置所限。有些不影响电路工作的元器件，如插接件、接线端子等，大多可略去不画。原理图中所表示的状态，除非特别说明外，一般是按未通电时的状态画出的。

（2）接线图

接线图表明电气设备各控制单元内部元器件之间的接线关系，是实际安装接线的依据。接线图是按元器件实际布置的位置绘制的，同一元器件的各部件是画在一起的。它能表明生产机械上全部元器件的接线情况、连接的导线、管路的规格、尺寸等。

（3）电气设备安装图

电气设备安装图是用规定的图形符号，按各元器件相对位置绘制的实际接线图，仅用来表示电气设备和元器件的位置、配线方式、接线方式等，而不明显表示电气动作原理，主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。图中的元器件、设备多用实际外形图或简化的外形图，供安装时参考。电气设备安装图包括电器位置图和电气互连图。

电器位置图详细绘制出电气设备零件的安装位置。图中各电气元件的代号应与有关电路图对应的元器件代号相同，在图中往往留有10%以上的备用面积及导线管（槽）的位置，以供改进设计时用。

电气互连图是用来表明电气设备各单元之间的连接关系。它清楚地表示了电气设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，是实际安装接线的依据，在具体施工和检修中能够起到电气原理图所起不到的作用，因此在生产现场中得到了广泛应用。

3.电气控制线路的绘制方法与实例

（1）电气原理图绘制

电气原理图绘制时，一般采用经验设计法。经验设计法没有固定模式，通常先用一些典型线路环节拼凑起来实现某些基本要求，然后根据生产工艺要求逐步完善其功能，并加以适当的联锁与保护环节。由于是靠经验进行设计的，因而灵活性很大。这种设计方法比较简单，但要求设计人员熟悉大量的典型控制线路。在设计过程中往往还要经过多次反复的修改才能使线路符合设计的要求。即使这样，所得出的方案也不一定是最佳方案。

电气原理图绘制时应遵循以下原则：

1）电气控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。主电路包括从电源到电动机的电路，是强电流通过的部分，画在原理图的左侧或上方。控制电路是通过弱电流的电路，一般由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的触点等组成，画在原理图的右侧或下方。

2）电气原理图中，所有电气元件的图形、文字符号必须采用国家规定的统一标准。

3）采用电气元件展开图的画法。同一电气元件的各部件可以不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同一种类的电气元件，可在文字符号后加上数字序号，如KM1、KM2等。

4）所有按钮、触点均按没有外力作用和没有通电时的原始状态画出。例如，对于接触器、电磁式继电器等是指其线圈未加电压，触点未动作；对于控制器按手柄处于零位时的状态画；对按钮、行程开关触点按不受外力作用时的状态画。

5）控制线路的分支线路，原则上按照动作先后顺序排列，两线交叉连接时的电气连接点须用黑点标出。

6）原理图上应尽可能减少线条和避免线条交叉。根据图面布置需要，可以将图形符号旋转90°、180°或45°绘制。

一般来说，原理图的绘制要求层次分明，各电气元件以及它们的触点安排要合理，并保证电气控制线路运行可靠，节省连接导线，便于施工、维修。

（2）电气原理图绘制实例

三相异步电动机在生产生活中被广泛使用，根据设备运行对电动机工作的要求，结合原理图绘制的基本规范，绘制了如图1-28所示的三相异步电动机正反转控制原理图。该原理图包括主回路和控制回路，清楚地标明了设备的控制逻辑。该电路的工作原理见1.2.3节。

该图划分为6个图区，图区的编号写在图的下部，以便于检索电气线路，方便阅读电气原理图。图的上方设有用途栏，用文字注明该栏对应电路或元器件的功能，从而利于理解原理图各部分的功能及全电路的工作原理。有些原理图把编号和用途栏合并在一起，放在图的上面。还有些原理图纵向也分区，这样用横、纵向坐标能更准确标明元器件位置，便于从元器件表来检索图样。

KM1下方3列数字表示位置索引，其含义是，左侧3个数字表示主触点位于图区2，中间数字表示常开辅助触点位于图区5，最右侧数字表示常闭辅助触点位于图区6。KM2下方数字符号含义同理。中间继电器的触点索引一般用2列表示，左列表示常开触点所在图区位置，右列表示常闭触点所在图区位置。FR下的技术数据标注含义是：热继电器动作电流值范围（4.5～7.2A）和整定值（6.8A）。

原理图上所有元器件都有编号，导线都标了线号。一般线号编制可参考如下规则：

1）主回路线号用字母和数字组合，控制回路用数字为主。控制线路回路编号由3位或3位以下的数字组成，每位可以定义不同含义。例如，图1-28中，主回路线号W1、V1和U1。控制回路中用了线号1、3、5等。

2）一般直流回路正极回路的线路按奇数顺序标号，经过降压元件时按偶数的顺序标号。交流类似。例如，图中②处线号为7，经过KM1这个降压元件后，①处线号为2。

3）“等电位”的原则标注。“等电位”指电气控制线路回路中接在一点上的所有导线具有同一电位，需用相同的线号。例如，由于SB2和KM1并联，并和KM2一端连接，这3点是等电位的，因此，只用一个线号5。

此外，三相电源自上而下编号为L1、L2、和L3，经电源开关后出线依次编号为W1、U1和V1，每经过一个元器件的接线桩编号递增，如W1、U1和V1递增后为W2、U2和V2。

（3）电气安装接线图绘制

1）绘制原则。

绘制电气安装接线图应遵循以下原则：

①所有电气元件图形应按实物，尽可能依对称原则绘制。各电气元件应按实际位置绘制在图样上，且同一电器的各元件根据其实际结构，使用与原理图相同的图形符号画在一起，并用点画线框上。

②各电气元件均应注明与电气控制原理图上一致的文字符号及接线编号。

③一律用细实线绘制，应清楚地标示出各电气元件的接线关系和接线走向。

④同一控制盘上的电气元件可直接连接；盘内元器件与外部元器件连接时，必须通过接线端子（板）。控制盘后配线的接线图应按控制盘翻转后的方位绘制电气元件，以便施工配线，但触点方向不能倒置。

⑤在接线图中应标出项目的相对位置、项目代号、端子间的电气连接关系等；清楚地标注配线导线的型号、规格、截面积和颜色等。

⑥接线板上的各接点按接线号顺序排列，并将动力线、交流控制线、直流控制线等分类排开。

详细的内容可参照国家标准GB/T 6988.1—2008。

2）接线图实例分析。

图1-29所示为三相异步电动机正反转控制接线图。该图清楚地说明了电源进线、按钮板、电动机与接线端子的直接连接关系。根据设计规范，这里电源进出线、按钮进出线都经过接线端子板，且端子板上各接点按接线号顺序排列，并将动力线、交流控制线分类排列。导线走向相同的进行合并用线束表示，到达接线端子板或电气元件的连接点时再分别画出。该控制接线图上电气元件编号、线号等都与原理图是一致的，例如，接线图上KM1线圈的端子上标了线号2和7，原理图上也是2和7。

按钮板上安装有SB1、SB2和SB3共3个按钮，根据原理图要求，在接线图上SB1与SB2、SB3有一端相连，线号标为1，SB2与SB3有两端相连，3个按钮的引出端线号9、11、3、5、V2通过5×1mm2导线接至接线端子板。图中还标明了所采用的连接导线的型号、根数、截面积。例如，“BVR5×1mm2”表示聚氯乙烯绝缘软电线，有5根横截面积为1mm2的导线。而动力电缆电流大，选择了1.5mm2的导线。

实际的继电器或接触器可能有多对辅助触点，例如，有2对常开触点，但接线图中没有给出元件上的常开节点号，因此，接线工人实际接线时，会自行决定选哪对常开触点。有些电气原理图上会标明电气元件的节点号，用元件名加节点号作为线号，这样接线工人就必须按照指定的元件节点号接线。

在实践中，不同技术人员对于线号有不同的标注方法。一些电气制图软件如Eplan等，可以做到人工放置线号位置，然后由软件自动按照一定规则来生成线号，系统也能自动放置线号位置、自动生成线号或辅助编号。不管采用哪种方式，要确保线号的唯一性和精确性，便于接线、检修和维护。

目前，各类电气图的绘制已从利用CAD转向Eplan Electronic等专用的电气设计软件。

4.电气控制线路的阅读

阅读电气控制线路图的方法主要有查线读图法和逻辑代数法。

（1）查线读图法

查线读图法又称直接读图法或跟踪追击法。查线读图法是按照线路根据生产过程的工作步骤依次读图，查线读图法应按照以下步骤进行。

1）了解生产工艺与执行电器的关系：在分析电气控制线路之前，应该熟悉生产机械设备的工艺情况，充分了解生产机械要完成哪些动作及这些动作之间又有什么联系；然后进一步明确生产机械的动作与执行电器的关系，必要时可以画出简单的工艺流程图，为分析电气控制线路提供方便。

2）分析主回路：在分析电气线路时，一般应先从电动机着手，根据主回路中有哪些控制元件的主触点、电阻等大致判断电动机是否有正反转控制、制动控制和调速要求等。

3）分析控制回路：通常对控制电路按照由上往下或由左往右的顺序依次阅读，可以按主电路的构成情况，把控制回路分解成与主电路相对应的几个基本环节，一个环节一个环节地分析，然后把各环节串起来。首先，记住各信号元件、控制元件或执行元件的原始状态；应该选择按动某主令电器，看电路元件动作及这个动作导致的其他元件动作、元件触点的状态变化，最终对被控设备的运行状态的影响。在读图过程中，特别要注意相互的联系和制约关系，直至将电路全部看懂为止。

4）分析联锁与保护环节：出于安全性考虑，生产机械的控制回路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。在电气控制线路图的分析过程中，电气联锁和电气保护环节也不能遗漏。

5）分析辅助电路：辅助电路包括执行元件的工作状态显示、电源显示、参数测定、照明和故障报警等。这部分电路具有相对独立性，起辅助作用但又不影响主要功能。辅助电路中很多部分均受控于电路中的控制元件。

此外，对于复杂的电路图，在读图时可以先化整为零，分成不同的功能模块，将每一个模块看懂；然后将功能相关的模块联系起来，对整个电路综合分析。

查线读图法的优点是直观性强，容易掌握，因而得到了广泛采用。其缺点是分析复杂线路时容易出错，叙述也较长。

（2）逻辑代数法

逻辑代数法又称间接读图法，是通过对电路的逻辑表达式的运算来分析控制线路的，其关键是正确写出电路的逻辑表达式。

在继电器-接触器控制线路中逻辑代数规定如下：

继电器、接触器线圈得电状态为“1”，失电状态为“0”；

继电器、接触器控制的按钮触点闭合状态为“1”，断开状态为“0”。

例如，图1-1的主电路的逻辑表达式为

其中，·表示逻辑“与”，+表示逻辑“或”，表示X的逻辑非。

逻辑代数法读图的优点是，各电气元件之间的联系和制约关系在逻辑表达式中一目了然。通过对逻辑函数的具体运算，一般不会遗漏或看错电路的控制功能。而且采用逻辑代数法后，方便对电气线路采用计算机辅助分析。该方法的主要缺点是，对于复杂的电气线路，其逻辑表达式烦琐冗长。