《电子工程制图》课件第10章

第10章电气图10.1电气图的分类

10.2电气制图基础

10.3电气系统图

10.4电路图

10.5接线图

10.6逻辑功能图

10.7控制系统功能表图题

电气图是用来阐述电气工作原理，描述电气产品的构造和功能，并提供产品安装和使用方法的一种简图，主要以图形符号、线框或简化外表来表示电气设备或系统中各有关组成部分的连接方式。电气图利用各种电气符号、图线来表示各种电气设备、装置、元件的相互连接关系，用来指导各种电气设备、电气线路的安装接线、运行、维护和管理。

10.1电气图的分类

电气图是电气工程各部门进行信息交流、信息沟通的手段，广泛应用于电气工程的各个领域，不同场合下的电气图所表达的对象、提供的信息及表达方式是不同的，这就使得电气图具有多样性。我们可以根据电气图所要表达信息类型的不同，将电气图分为电气系统图、电路图、接线图、逻辑功能图和控制系统功能表图。

1．电气系统图

电气系统图又称概略图或框图，是用符号或图框概略表示系统组成、相互关系、主要特征的一种简图。

2．电路图

电路图是用标准电路元件符号表示电路连接的图。电路图是人们为研究、分析、规划的需要，用物理电学标准化的符号绘制的一种表示各元器件组成及器件关系的原理布局图。由电路图可以得知组件间的工作原理，为设计电路功能、分析电路性能提供指导。

3．接线图

接线图是用来表示成套装置、设备的电路连接关系的简图。

4．逻辑功能图

逻辑功能图是利用二进制逻辑单元符号绘制的一种简图，用以表达系统的功能、逻辑连接关系以及工作原理。

5．控制系统功能表图

控制系统功能表图(CSFC)建立在Petri网的理论基础之上，用来描述控制系统的功能与特性，是一种并发系统的模型。

10.2电气制图基础

电气制图是用图形符号、文字和其他图示方法来表现电气系统中装置和设备各组成部分的相互关系和连接情况的一种技术，是电气工程中通用的技术手段。一张完整的电气图主要由电气图表、电气元件、技术说明、明细表和标题栏组成。

1．图幅与格式

电气制图图纸幅面与格式应遵循国家标准《技术制图图纸幅面和格式》(GB/T14689—2008)的要求。

该标准还对图框格式、标题栏方位、附加符号等作了具体规定，相关内容可参考本书第1章。

2．电气图用图形符号

电气图中的元器件、装置、线路及其他安装方法等是按简图形式绘制的。在一般情况下，电气图都借用图形符号、文字符号来表达。这些符号就像电气工程语言中的“词汇”。我们阅读电路图时，首先要了解和熟悉这些符号的形式、内容、含义，以及它们之间的相互关系。

电气图用图形符号按其在电气图中使用时本身具有的不同表达功能可分为一般符号、符号要素、限定符号。

1)一般符号

用以表示一类产品和此类产品特征的一种通常的、很简单的符号称为一般符号。一般符号可以作为图形符号直接用于电气图中，也可以加上限定符号后使用。

2)符号要素

一种具有确定意义的简单图形必须与其他图形组合以构成一个设备或概念的完整符号，称为符号要素。

例如，在图10-1中，图a是构成电子管的几个符号要素：管壳、阳极、阴极、栅极。这些符号都有确定的含义，但不能单独使用，可以以不同的方式进行组合，构成不同类型的图形符号。

图10-1符号要素及其组合

3)限定符号

用以提供附加信息的一种加载其他符号的符号称为限定符号。限定符号所表达的附加信息一般是电流或电压的种类、可变性、力和运动的方向、能量或信号流动的方向及材料的类型等。表10-1中列出了常用的限定符号。

限定符号的应用使得图形符号能够表达更丰富的内容。例如，在图10-2中，在电阻器一般符号的基础上加上不同的限定符号，分别可以得到可变电阻、滑线电阻、预调电阻、带滑动触点的预调电阻、光敏电阻、压敏电阻和热敏电阻。

图10-2限定符号应用示例

限定符号一般不能单独使用，但一般符号有时可以作为限定符号使用。例如图10-3中，半导体二极管的一般符号加在桥式电路框内表示全波桥式整流器。

图10-3全波桥式整流器

3．电气制图用文字符号

文字符号用于编制电气技术领域中的技术文件，可以用来表示设备、装置和元器件的名称、功能、状态和特征信息。电气制图中的文字符号的使用应符合国家标准《电气技术中的文字符号制定通则(GB/T7159—1987)》的规定。文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。

1)基本文字符号

基本文字符号主要用于表示电气设备、装置和元器件的种类代号，分为单字母符号和双字母符号两种。单字母符号按拉丁字母顺序将各种电气设备、装置和元器件划分为23大类，每类用一个专用单字母表示，如“R”表示电阻器类，“C”表示电容器类等。双字母是由一个表示种类的单字母和另一个字母组成。其组合形式应以单字母符号在前、另一字母在后的次序列出。例如，“GB”表示蓄电池，“G”为电源的单字母符号。只有当用单字母符号不能满足要求、需要将大类进一步划分时才采用双字母符号，以便较详细和更具体地表述电气设备、装置和元器件。

表10-2列出了部分电气设备常用基本文字符号。

完整电气设备基本文字符号可参考国家标准《电气技术中的文字符号制定通则(GB/T7159—1987)》。

2)辅助文字符号

辅助文字符号是用以表示电气设备、装置和元器件以及线路的功能、状态和特征的符号，如“SYN”表示同步，“L”表示限制，“RD”表示红色等。辅助文字符号也可放在表示种类的单字母符号后边组成双字母符号，如“SP”表示压力传感器，“YB”表示电磁制动器。为简化文字符号，若辅助文字符号由两个以上字母组成，则允许只用其第一位字母进行组合，如“MS”表示同步电动机等。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。电气设备常用辅助文字符号可参考国家标准《电气技术中的文字符号制定通则》(GB/T7159—1987)中的相应说明。

4．连接线

在电气图上，各种图形符号之间的连线统称为连接线。连接线可能是传输能量流、信息流的导线，也可能是表示逻辑流、功能流的某种特定的图线。连接线是构成电气图的重要组成部分，如何正确表示、标识、标记连接线是电气制图的重要内容。

1)连接线的表示

(1)连接线的一般表示方法如图10-4所示。

图10-4连接线的一般表示

(2)导线根数的表示方法。

当用单线表示一组导线时，若需要表示出导线根数，则可在导线上加小短斜线表示，根数较少(4根以下)时，短斜线的数量就表示导线的根数；根数较多时，可在单根短斜线上加数字表示导线根数，如图10-5所示。

图10-5导线根数的表示

(3)导线特征的表示。

导线的特征通常采用符号标注：

①在导线符号上方标出电流种类、配电系统、频率和

电压等。

②在导线符号下方标出如下内容：

·导线数 × 每根导线截面积(mm2)，若导线界面不同，可用“+”将其分开；

·导线材料，用化学元素符号表示，如图10-6(a)所示；

·导线型号、截面和安装方法，如图10-6(b)所示。

图10-6(a)表示线路有3根相线，导线截面积为70mm2，一根中线，导线截面积为35mm2，交流50Hz，380V，导线材料为铝(Al)。

图10-6导线特征的表示

(4)导线换位的表示。

在某些情况下需要表示电路相序的更换、极性的反向、导线的交换等，此时可采用如图10-7所示的表示方法。

图10-7导线特征的表示

2)连接线的粗细

为了突出或区分某些电路及电路的功能，连接线可采用不同粗细的图线来表示。一般来说，电源主电路、一次电路、主信号通路等采用粗线，其他控制电路、二次电路等采用细线。图10-8中，由隔离开关QS、断路器QF等组成的变压器T的电源电路采用粗线，而由电流互感器TA、电压互感器TV、电度表Wh组成的测量电路用细线表示。

图10-8连接线的粗线示例

3)连接线的分组和标记

母线、总线、配电线束、多芯电线电缆等可视为平行连接线。对多条平行连接线，应按功能分组，不能按功能分组的可以任意分组，每组不多于三条，组间距大于线间距离，见图10-9(a)。

为了表示连接线的功能或去向，可以在连接线上加注限号名或其他标记，标记一般置于连接线上方，也可置于连接线的中断处，必要时，还可在连接线上标出信号特性的信息，见图10-9(b)。

图10-9连接线的分组和标记示例

4)连接点的表示方法

导线连接点的表示有以下三种情形：

(1)对T形连接点可加实心圆点(·)，也可不加实心圆点；

(2)对+形连接点必须加实心圆点(·)；

(3)对交叉而不连接的两条连接线，在交叉处不能加实心圆点，并应避免在交叉处改变方向，还应避免穿过其他连接线的连接点。

在图10-10(a)中表示了两种等价的T形连接点表示方法；图(b)、(c)分别表示了两线交叉(不连接)和两线形成十字连接的情况；在图(d)中表示了在交叉处改变方向的正确画法和错误画法。

图10-10连接点表示方法示例

5)连接线的连续表示法和终端表示法

(1)连接线的连续表示法。用单线表示连续的连接线。

(2)连接线的中断表示法。当连接线较长或穿越稠密区域时，允许将连接线中断，在中断处加相应的标记。另外，一条图线需要连接到另外的图上，必须用中断线表示。

10.3电气系统图

电气系统图也称框图或概略图，是用符号或带注释的框概略表示系统或分系统的基本组成、相互关系及其主要特征的一种简图。它通常是某一系统、某一装置或某一成套设计图中的第一张图样。系统图或框图可分不同层次绘制，可参照绘图对象的逐级分解来划分层次。它还可作为教学、训练、操作和维修的基础文件，使人们对系统、装置、设备等有一个概略的了解，为进一步编制详细的技术文件以及绘制电路图、接线图和逻辑图等提供基础，也为进行有关计算、选择导线和电气设备等提供重要依据。

(1)系统是一个没有明确界定的概念，因此概略图既可以表示大型、整体系统，也可以表示小型、局部系统。例如，图10-11表示的是发电厂通过升压变压器将电力输送到输电网络后，再经过降压变压器送到区域变电站，直至输送到最终用户的电力系统图。

(2)概略图描述的内容是系统的基本组成和主要特征，而不是全部组成和全部特征。例如，图10-11所示的电力系统中只涉及基本组成部分及其结构，并未涉及各部分的细节。

(3)概略图可在整体的不同层次上进行划分。在较高层次上绘制的概略图可反映对象的粗略概况；在较低层次上绘制的概略图可表示局部对象的具体细节。

(4)在概略图中，多线系统通常采用单线表示，系统的构成一般采用图形符号表示，对于某一具体的电气装置，也可采用框图符号，如图10-12所示。

图10-11电力系统概略图示例图10-12电子示波器的结构组成

10.4电

路

图

电路图是用国家标准统一规定的电气图形符号和文字符号，按工作顺序排列，详细表示电路、设备或成套装置的工作原理、基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。其目的是便于学生详细理解设备的工作原理，分析和计算电路的特性及参数，为测试和寻找故障提供信息，为编制接线图提供依据。

1．电路图的基本内容

电路图一般应包括以下主要内容：

(1)表示电路中元件或功能键的图形符号；

(2)元件或功能键之间的连接线、单线或多线、连续线或中断线；

(3)项目代号，如高层代号、种类代号、位置代号、端子代号；

(4)用于逻辑信号的电平约定；

(5)功能键的补充信息。

2．电路图的绘制要点

1)布局

电路图应采用合理的布局，必要的标注应位于图形符号的上方或左方。进行电路图布置时，一般输入端在左，输出端在右，按工作原理从左到右、从上到下排列；元件之间的所有连接用实线绘出。

2)项目代号

组成电气系统的每一个元器件在电路图中都应有一个唯一的标识，这个标识就是项目代号。项目代号由文字符号和数字两部分组成。例如，图10-13中的电容C1，其中“C”标识该元件的类型是电容，“1”表示此电路中电容元件的序号。

图10-13项目代号标识

3)工作状态

电路图中的可动元件要按无电状态时的位置画出。例如，各类开关、继电器、断路器均表示的是其断电时的状态。

4)连接线

电路图中的连接线一般为水平布置或垂直布置；必要时将某些线(如主电路、主信号线)加粗；连接线的交叉、弯折一般应为直角，且路径应最短。

电路中过长的连接线可采用中断线的表示法，如图10-14所示。

图10-14连接线中断表示

成组的外接线可采用表格的形式，表明外接线的端子代号、

电路特性及去向，如表10-3所示。

表10-3中，“标记”栏标出本路信号输出、输出的方向及项目代号；“编号”栏标出顺序号及端子代号；“电路特性”栏标出本路信号的特性；“去向”栏标出外接项目的名称及代号。

3．电路图分析示例

图10-15说明了压缩机电动机(M1)和风机电动机(M2)供电、控制及互相锁频的电路构成和工作原理。

(1)按供电电源和功能划分为两部分：主电路按能量的流向绘制，表示电能经过熔断器F1和F2、接触器KM1和KM2至电动机M1和M2；辅助电路按顺序动作，表示电路的基本功能。

(2)主电路采用垂直布置，副主电路采用水平布置，各元件均用图形符号表示，与其外形结构无关。

(3)图中附表详细表示了各元件的技术参数及连接关系。

图10-15电路图示例

10.5接

线

图

接线图是表示成套设备、整件、组件或装置之间连接关系的简图。当连接关系用表格表示时称为接线表。接线图及接线表是电气产品生产、维修时使用的重要技术文件。两种表示方法既可单独使用，也可以组合使用。一般以接线图为主，接线表予以补充。接线图或接线表按连接对象不同可分为四类，如表10-4所示。

1．项目和端子的一般表示方法

1)项目的表示方法

接线图中的项目一般采用简化外形符号(正方形、长方形、圆形等)表示；某些接线比较简单的元件(如电阻、电容、信号灯等)也可以用一般图形符号表示；元件外形一般用细实线绘制，有些情况下，也可用点画线绘出，但有引接线的边应用细实线绘制，如图10-16所示。

图10-16项目和端子的表示方法

2)端子的表示方法

端子一般用图形符号和端子代号表示，如图10-16(a)所示，小圆圈表示端子的图形符号，数字表示端子代号，在书写时表示为-K:1，-K:2，…。当用简化外形表示端子项目时，可不画端子符号，仅用端子代号表示。如图10-16(b)所示，端子排-X用简化外形表示，没有画出端子符号，只有端子代号1、2、3、4。

2．导线的表示方法

在接线图中，每条导线都要进行编号。导线的表示有以下两种方法：

(1)连续线：端子之间的导线用连续线表示。如图10-17(a)所示，项目6和项目7之间的两条导线(10号、11号)是用连接线表示的。其中，10号线一端接项目6的5号端子，另一端接项目7的1号端子；11号线一端接项目6的4号端子，另一端接项目7的2号端子。

图10-17导线的表示方法

(2)中断线：端子之间的导线用中断线表示。如图10-17(b)所示，项目X1和X2之间的两条导线是用中断线表示的。其中8号线一端接项目X1的1号端子，另一端接项目X2的A端子；9号线一端接项目X1的2号端子，另一端接项目X2的B端子。

3．接线图的视图选择

接线图表达的项目是存在于特定的立体空间的，因此接线图存在视图选择的问题。接线图的视图选择应以最能清晰地表示出各个项目的端子和布线情况为原则，当一个视图不能清晰表示多个面的布线时，可以采用多个视图。如图10-18所示的控制柜，若要表示箱内各面(后壁、左壁、右壁、箱门、箱顶、箱底)的设备布线情况，可将各面视图展开到一个平面中。

图10-18接线图的视图选择

4．接线表的格式

接线表用来反映接线图中各条导线的来处和去向、导线的类型和长度、连接的端子号和所属的项目代号。接线表一般包括线缆号、规格、长度、连接点号、所属项目的代号和其他说明等。其典型格式如表10-5所示。

10.6逻

辑

功

能

图

逻辑功能图是利用二进制逻辑单元符号绘制的一种简图，用以表达系统的功能、逻辑连接关系以及工作原理。这种图一般只表示功能而不涉及实现方法，属于功能图的一种。

1．逻辑和逻辑关系

在现代信息处理系统中，经常会处理诸如开关的通断、电位的高低、晶体管的导通与截止等信息，这类信息都可以用“0”和“1”两个状态值及其组合来表示。“0”和“1”两种状态的所有组合即为逻辑，而逻辑功能图就是用来描述信息处理过程中逻辑值变化的一种图形表示形式。

基本逻辑关系有“与”、“或”、“非”三种类型。

1)“与”关系

在如图10-19(a)所示的电路中，只有熔断器F未熔断且开关Q已闭合，电动机M才能运转。F、Q和M之间存在着某种逻辑关系，这种逻辑关系可以用逻辑代数式来表示为

M

=F·Q

这种关系称为逻辑“与”关系，其真值表(表示逻辑变量输入、输出全部输出状态的表格)见表10-6，其逻辑符号表示如图10-19(b)所示。

图10-19“与”关系

2)“或”关系

图10-20(a)所示的电路是由两个并联的开关a、b控制一个灯c的电路，只要a、b中有一个闭合，灯c就会亮。这是一个典型的“或”关系，这种逻辑关系用逻辑代数表示为：

c

=a+b

图10-20“或”关系

其真值表见表10-7，逻辑符号表示如图10-20(b)所示。

图10-21“非”关系

2．逻辑图的几个概念

1)逻辑状态

逻辑功能图中变量的取值表示两种状态，如“开”和“关”、“是”和“非”、“真”和“假”，这两种状态分别称为逻辑0和逻辑1，可以用二进制数“0”和“1”表示。

2)逻辑电平

确定了逻辑状态后，还要确定逻辑状态所表示的物理量(如电位)。在实际应用中，一般不用物理量的绝对数值，而会指定一个阈值，超过了该值，被认为是高电平，反之则被认为是低电平。

3)逻辑约定

在绘制逻辑功能图时，需要确定逻辑状态(逻辑0和逻辑1)与逻辑电平(高电平和低电平)之间的对应关系，这种对应关系的规定称为逻辑约定。逻辑约定分为两种：

(1)正逻辑：高电平对应逻辑1，低电平对应逻辑0。

(2)负逻辑：高电平对应逻辑0，低电平对应逻辑1。

3．常用逻辑单元的图形符号

在绘制逻辑功能图时，逻辑单元的图形符号必须依据国家标准《电气简图用图形符号第12部分：二进制逻辑元件》(GB/T4728.12—2008)中的规定。常用逻辑单元的图形符号见表10-9。

4．逻辑功能图举例

“异或”也是一种逻辑关系，其真值表见表10-10。“异或”关系所表达的逻辑功能为：当两个输入中的一个且只有一个为“1”状态时，输出才会为“1”状态，布尔代数表示为

c

=a + b

这一逻辑关系用逻辑功能图表示为图10-22。

图10-22逻辑功能图示例

10.7控制系统功能表图

控制系统功能表图(ControlSystemFunctionChart，CSFC)是用来描述控制系统特征与状态的一种表图。用CSFC表示的系统与实现工艺过程所采用的技术无关，因此CSFC广泛应用于各个技术领域，尤其适合对电气控制系统功能的描述。在我国新颁布的“电气制图”国家标准中，功能表图已列为正式的电气图。

1．控制系统功能表图的基本概念

1)被控系统与施控系统

控制系统功能表图能对系统过程及其控制作总体性描述，并能描述所用零部件的技术性能，而不考虑具体工艺实现过程。

为了给一个系统绘制清晰明确的功能表图，必须确切地规定系统的界限及其功能表图的范围。因为纯功能的描述并不提供系统的实际界限或内部结构的任何细节，所以只能通过在假定的界限上对输入和输出作理想描述才能够得到。

通常一个控制系统可以分为相互依赖的两个部分：

(1)被控系统：包括执行实际过程的操作设备；

(2)施控系统：接收来自操作者、被控过程等的信息并向被控系统发出命令的设备。

图10-23给出了系统的划分，表明了系统中各功能表图的界限。

图10-23控制系统的划分

2)控制系统与功能表图

对于电气设备的启动、运行和停止，需要采用各种控制手段和方法，从而构成一个完整的控制过程。

图10-24(a)表示了汽车行驶的控制系统，其过程包括发动机点火、汽车行驶、加速和停止。被控系统包括发动机、车轮等；施控系统包括启动机、油门、刹车板等。图10-24(b)为该过程的功能表图。

图10-24汽车行驶控制过程及功能表图

3)功能表图的作用

(1)为系统地进一步设计提供依据。在设计一个系统的控制系统时，可以先画出系统的框图，确定系统结构和基本功能，然后画出功能表图，确定系统的控制过程和控制步骤，并明确每一步骤的输入、输出条件及其之间的转换关系。在此基础上，就可以逐步实现系统的进一步设计。

(2)可供不同专业人员之间进行技术交流。功能表图现在已经成为一种新型的工程语言，适用于各种技术领域，从而为不同专业的技术人员进行技术交流提供了一种手段。

2．功能表图的基本图形符号与表示方法

1)功能表图的基本图形符号

功能表图包括“步”、“命令”或“动作”、“转换”、“有向线”等。其图形符号的画法在国家标准《控制系统功能表图的绘制》(GB/T6988.6—93)中有详细的规定。表10-11列出了常用功能表图的图形符号。

2)功能表图的表示方法

任何一个过程都可以分解为若干个连续的执行步骤。在功能表图中，这些执行步骤被称为“步”。步描述了控制过程的某个阶段或某一时刻的状态，一个步可以是动作的开始、持续或结束。一个过程的步分得越多，其图形描述得就越清晰。

在某个给定时刻，一个步可以是活动的或非活动的。步的活动状态可用二进制逻辑变量“X*”的逻辑值“1”表示；步的非活动状态可用二进制逻辑变量“X*”的逻辑值“0”表示。星号“*”必须用相应步的编号来代替。

当一个步为活动步时，表明发出相关命令或执行相应动作。活动步可在该符号中加一圆点以示区别。

控制过程开始阶段与初始状态相对应的活动步称为初始步。它们表征了施控系统的初始行为。每个表图都应该有一个初始步。

步符号中矩形的长宽比是任意的，符号中的“*”在使用时应以相应步的编号代替。

3)命令或动作及其表示方法

在