No.06第六章 生产机械电气控制系统设计

第6章生产机械电气控制系统设计6.1电气图的常用符号6.2电气图的绘制6.3电气原理图的阅读6.4电气控制线路设计的基本原则6.5电气控制线路的设计方法6.6电气控制线路设计中电动机的选择6.7电气控制线路设计中元器件的选择本章主要内容6.1电气图的常用符号

电气图，也称电气控制系统图。用来描述电气控制设备结构、工作原理和技术要求。

作为工程图，必须根据国家标准，用统一的文字符号、图形符号及规定的画法绘制，以便于设计人员的绘图与现场技术人员、维修人员的识读。6.1电气图的常用符号

在电气图中，代表电动机、各种电器元件的图形符号和文字符号应按照我国已颁布实施的有关国家标准绘制。如：GB/T4728-1999《电气图用图形符号》，GB/T6988-1997《电气技术用文件的编制》，GB7159-87《电气技术中的文字符号制订通则》。

国家规定从1990年1月1日起，电气图中的文字符号和图形符号必须符合最新国家标准。表6-1给出了部分常用电气图形符号和文字符号。因为目前有些技术资料仍使用旧国标，所以表中给出了新、旧国标对照，以供参考。若需更详细的资料，可查阅最新国家标准。

6.2电气图的绘制6.2.1电气原理图电气原理图:

用图形符号、文字符号、项目代号等表示电路各个电气元件之间的关系和工作原理的图称为。

电气原理图是说明电气设备工作原理的线路图，并不考虑电气元件的实际安装位置和实际连线情况，只把各元件按接线顺序用符号展开在平面图上，并用直线连接起来。

6.2电气图的绘制6.2.1电气原理图

电气原理图结构简单、层次分明，适用于研究和分析电路工作原理、并为寻找故障提供帮助，同时也是编制电气安装接线图的依据，因此在设计部门和生产现场得到广泛应用。

电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分。

主电路是电气控制线路中强电流通过的部分，由电动机以及与它相连接的电气元件组成的的线路。

辅助电路中通过的电流较小，包括控制电路、照明电路、信号电路及保护电路。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。

6.2电气图的绘制

6.2电气图的绘制1．电气原理图的绘制原则（1）电气原理图应按所规定的图形、文字符号绘制。（2）主电路、控制电路和辅助电路应分开绘制。①主电路是设备的驱动电路，是从电源到电动机大电流通过的电路。画在原理图的左边。②控制电路是由接触器和继电器线圈、触点、按钮、开关等组成，用来控制线圈得失电的小电流的电路，一般画在原理图的中间。③辅助电路画在原理图的右边。一般主电路用粗实线绘制在图的左侧或上方，辅助电路用细实线绘制在图右侧或下方。（3）电路应按功能组合。同一功能的相关电气元件应画在同一条支路上，同一电气元件的各个部分按其功能分别画在不同的支路中，用同一文字符号标出。若有几个相同的电气元件，则在文字符号后面标出1，2，3…。

6.2电气图的绘制（4）所有电气元件的可动部分均以无电压、无外力状态画出。（5）有直接电联系的交叉导线的连接点（即导线交叉处）要用实心圆点表示。无直接电联系的交叉导线，交叉处不能画实心圆点。原理图上尽可能减小线条和避免线条交叉。（6）电路应按动作顺序和信号流向自左而右或自上而下的排列。为了便于阅读，可将图分为若干图区，图区编号一般写在图的下面；每个电路的功能，一般在图的顶部标明。（7）由于同一电气元件的部件分别画在不同功能的支路，为了便于阅读，在原理图控制电路的下面给出相应“符号位置索引”。（8）与电气控制有关的机、液、气等装置应用符号绘出简图，表示其关系。一般要求原理图的绘制层次分明，各电气元件以及它们的触点安排要合理，保证电气控制线路运行可靠，节省连接导线，方便施工、维修。

6.2电气图的绘制2．电气原理图图面区域的划分为了方便检索电气线路和阅读电气原理图，应将图面划分为若干区域，图区的号一般写在图的下部。图的上方设有用途栏，用文字注明该栏对应电路或元件的功能，便于理解原理图各部分的功能及全电路的工作原理。

图纸上方的1、2、3……等数字是图区编号。图区编号也可以设置在图的下方。

图区编号下方的“电源开关及保护……”等字样，表明对应区域下方元件或电路的功能。

6.2电气图的绘制3．电气原理图符号位置的索引在较复杂的电气原理图中，对继电器、接触器线圈的文字符号下方要标注其触点位置的索引；而在其触点的文字符号下方要标注其线圈位置的索引。符号位置的索引，用图号、页次和图区编号的组合索引法。

左栏中栏右栏左栏右栏主触头所在图区号辅助常开触头所在图区号辅助常闭触头所在图区号常开触头所在图区号常闭触头所在图区号接触器的表示

继电器的表示

4.技术数据的标注电气元件的数据和型号，一般用小号字体注在电器代号下面。

图区编号电路的功能某机床电气原理图某机床电气原理图问题？某机床电气原理图符号位置的索引技术数据的标注接线端子号

6.2电气图的绘制

电器元件布置图主要是表明电气设备上所有电器元件的实际位置，为电气设备的安装及维修提供必要的资料。

电器元件布置图可根据电气设备的复杂程度集中绘制或分别绘制。

图中不需标注尺寸，但是各电器代号应与有关图纸和电器清单上所有的元器件代号相同，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。6.2.2电器元件布置图某机床电气元件布置图

6.2电气图的绘制电器元件布置图的绘制原则：（1）绘制电器元件布置图时，机床的轮廓线用细实线或点划线表示，电器元件均用粗实线绘制出简单的外形轮廓。（2）绘制电器元件布置图时，电动机要和被拖动的机械装置画在一起；行程开关应画在获取信息的地方；操作手柄应画在便于操作的地方。（3）绘制电器元件布置图时，各电器元件之间，上、下、左、右应保持一定的间距，并且应考虑器件的发热和散热因素，应便于布线、接线和检修。上页某车床电器元件布置图中FU1~FU4为熔断器、KM为接触器、FR为热继电器、TC为照明变压器、XT为接线端子板。

6.3电气原理图的阅读查线阅读法

是分析电气控制线路最基本和应用最广泛的方法。采用“从主电路着眼，从控制电路着手”的方法，又称直接读图法或跟踪追击法。此方法按照线路根据生产过程的工作步骤依次读图。查线阅读法可以按照以下步骤进行：（1）从主电路看有哪些控制元件的主触点及它们的组合方式，可以大致了解电动机的工作状况（启动方式，是否有正反转，制动，调速等）。（2）由主电路中主触点的文字符号“顺藤摸瓜”，在控制电路中找到控制元件（接触器，继电器等）的控制支路（环节），按功能的不同划分若干个局部控制电路来分析。

6.3电气原理图的阅读（3）假定按操作按钮，行程开关，观察其触点是如何控制其它控制元件的动作的和电动机是如何运转的。（4）要注意各个环节相互间的联系和制约关系，即电路的自保，互锁，保护环节，以及与机械，液压部件的动作关系。（5）逐步分析每一局部电路的工作原理以及各部分之间的关系后，从整个控制电路，即从整体角度进一步理解其工作原理。（6）边阅读分析，边查线，边画出其工作原理。查线阅读法

6.3电气原理图的阅读（1）在分析电气线路之前，熟悉该生产机械的工艺情况，充分了解生产机械要完成哪些动作，这些动作之间的联系；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，为分析电气线路提供方便。（2）在分析电气线路时，一般先从电动机着手，根据主电路中有哪些控制元件的主触点，电阻件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）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，把控制电路分解成与主电路相对应的几个基本环节，然后把各个环节串起来。

具体分析和阅读主电路和控制线路图时还应注意一下问题：

6.3电气原理图的阅读下图动力头行程控制线路，试分析该线路的组成和各部分的功能。读图练习

6.3电气原理图的阅读读图练习将电路分为主电路、控制电路、保护环节三大部分予以分析：（1）主电路：动力头Ⅰ由电动机M1控制，动力头Ⅱ由电动机M2控制。动力头的前进、后退由电机正反转来控制。（2）控制电路：由2个按钮SB1、SB2和4个接触器KM1、KM2

、KM3、KM4的线圈及接触器的触点组成，完成两台电动机的双向起停控制。（3）保护环节：为了防止动力头超过极限位置，电路中设置了四个行程开关，用以实现运动位置的极限保护。

6.3电气原理图的阅读读图练习工作过程：按钮SB1，接触器KM1的得电并自锁，电动机M1正转，动力头Ⅰ由原位b向a点前进。当动力头Ⅰ到达a点位置时，行程开关ST2被压下，KM1失电，动力头Ⅰ停止；同时KM2的得电并自锁，电动机M2正转，动力头Ⅱ由原位c向d点前进。当动力头Ⅱ到达d点位置时，ST4被压下，KM2失电，同时KM3和KM4得电并自锁，两个电动机都反转。此时两个动力头都向原位退回，当退回原位时，ST1和ST3分别被压下，KM3和KM4失电，两个动力头都停在原位。

6.4电气原理图的阅读（1）在分析电气线路之前，熟悉该生产机械的工艺情况，充分了解生产机械要完成哪些动作，这些动作之间的联系；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，为分析电气线路提供方便。（2）在分析电气线路时，一般先从电动机着手，根据主电路中有哪些控制元件的主触点，电阻件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）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，把控制电路分解成与主电路相对应的几个基本环节，然后把各个环节串起来。

具体分析和阅读主电路和控制线路图时还应注意一下问题：

6.5电气控制线路的设计方法常用方法：经验设计法，逻辑设计法6.5.1经验设计法方法：又称为一般设计法、分析设计法。根据生产机械工艺要求和生产过程，选择适当的基本环节（单元电路）或典型电路综合而成。要求：设计人员必须熟悉和掌握大量的基本环节和典型电路，具有丰富的实际设计经验。适用：不太复杂的（继电接触式）电气控制线路设计。

6.5电气控制线路的设计方法（1）基本步骤①主电路设计：主要考虑电动机的起动、点动、正反转、制动和调速。②控制电路设计：包括基本控制线路和特殊部分的设计，以及选择控制参量和确定控制原则。③联结各单元环节，构成满足整机生产工艺要求的控制电路。④联锁保护环节设计：主要考虑如何完善整个控制线路的设计，包含各种联锁环节以及短路、过载、过流、失压等保护。⑤线路的综合审查：反复审查所设计的线路是否满足设计原则和生产工艺要求。在条件允许情况下，进行模拟实验，逐步完善设计，直至满足要求。6.5.1经验设计法

6.5电气控制线路的设计方法（2）基本方法①根据生产机械工艺要求和工作过程，适当选用已有典型基本环节,将它们有机地组合起来，加以适当补充和修改，综合成所需线路。②若无合适的典型环节，则根据机械工艺要求和生产过程自行设计,边分析边画图，将输入主令信号适当转换，得到执行元件所需的工作信号。随时增减电器元件和触点，满足给定的工作条件。6.5.1经验设计法

6.5电气控制线路的设计方法（3）应用举例6.5.1经验设计法

皮带运输机，一种连续平移运输机械，常用于粮库、矿山等的生产流水线上，将粮食、矿石等从一个地方运到另一个地方。一般由多条皮带机组成，可以改变运输的方向和斜度。属长期工作制，不需调速，无特殊要求，也不需反转。拖动电机多采用笼型异步电动机。若考虑事故情况下可能有重载启动，要求启动转矩大，可由双笼型异步电动机或绕线型异步电动机拖动，也可二者配合使用。

6.5电气控制线路的设计方法6.5.1经验设计法①工艺要求(a)启动顺序为3#、2#、1#，并要有一定时间间隔，以免货物在皮带上堆积，造成后面皮带重载启动。(b)停车顺序为1#，2#、3#，保证停车后皮带上不残存货物。(c)不论2#或3#哪一个出故障，1#必须停车，以免继续进料，造成货物堆积。(d)必要的保护。三条皮带运输机工作示意图（3）应用举例

6.5电气控制线路的设计方法6.5.1经验设计法②主电路设计三条皮带分别由三台电机拖动，均采用笼型异步电机。由于电网容量足够大，且三台电机不同时起动，故采用直接启动。由于不经常启动、制动，对于制动时间和停车准确度也无特殊要求，制动时采用自由停车。皮带运输机主电路图三台电机都用熔断器作短路保护，用热继电器作过载保护。由此，设计出主电路如图（3）应用举例

6.5电气控制线路的设计方法6.5.1经验设计法③基本控制电路设计三台电机由三个接触器控制启、停。启动顺序为3#、2#、1#，可用3#接触器的常开（动合）触点控制2#接触器线圈，用2#接触器常开触点控制1#接触器线圈。制动顺序为1#、2#、3#，用1#接触器常开触点与控制2#接触器的常闭（动断）按钮并联，用2#接触器常开触点与控制3#接触器的常闭按钮并联。基本控制线路如图。可见，只有KM3动作后，按下SB3，KM2线圈才能通电动作，然后按下SB1、KM1线圈通电动作，实现了电动机的顺序起动。（3）应用举例

6.5电气控制线路的设计方法6.5.1经验设计法可见，只有KM3动作后，按下SB3，KM2线圈才能通电动作，然后按下SB1、KM1线圈通电动作，实现了电动机的顺序起动。同理，只有KM1断电释放，按下SB4，KM2线圈才能断电，然后按下SB6，KM3线圈断电，实现电动机的顺序停车。（3）应用举例

6.5电气控制线路的设计方法6.5.1经验设计法④控制线路特殊部分设计为实现自动控制，皮带运输机启动和停车可用行程参量或时间参量控制。由于皮带是回转运动，检测行程比较困难，而用时间参量比较方便。所以，以时间为变化参量，利用时间继电器作输出器件的控制信号。以通电延时的常开触点作启动信号，以断电延时的常开触点作停车信号。为使三条皮带自动按顺序工作，采用中间继电器KA，线路如图示。（3）应用举例

6.5电气控制线路的设计方法6.5.1经验设计法控制电路的联锁部分（3）应用举例

6.5电气控制线路的设计方法6.5.1经验设计法⑤设计联锁保护环节分析:按下SB1发出停车指令时，KT1、KT2、KA同时断电，KA常开触点瞬时断开，KM2、KM3若不加自锁，则KT3、KT4的延时将不起作用，KM2、KM3线圈将瞬时断电，电动机不能按顺序停车，所以需加自锁环节。三个热继电器的保护触头均串联在KA线圈电路中，无论哪一号皮带机过载，都能按1#、2#、3#顺序停车。线路失压保护由KA实现。（3）应用举例

6.5电气控制线路的设计方法6.5.1经验设计法⑥线路综合审查按下启动按钮SB2，KA通电吸合并自锁，KA常开触点闭合，接通KT1～KT4，其中KT1、KT2为通电延时型，KT3、KT4为断电延时型，KT3，KT4的常开触点立即闭合，为KM2和KM3的线圈通电准备条件。KA另一个常开触点闭闭合，与KT4一起接通KM3，电动机M3首先启动，经一段时间，达到KT1的整定时间，则KT1的常开触点闭合，使KM2通电吸合，电动机M2启动，再经一段时间，达到KT2的整定时间，则KT2的常开触点闭合，使KM1通电吸合，电动机M1启动。按下停止按钮SB1，KA断电释放