电气控制电路设计标准规范.doc

电气控制电路设计规范(1)【引入】电器图以各种图形、符号和突显等形式来表达电气系统中各电器设备、装置、元器件互相连接关系。电器图是联系电气设计、生产、维修人员工程语言，能对的、纯熟识读电气图是从业人员必备基本技能。一、电气图作用与分类为了表达电气控制系统设计意图，便于分析系统工作原理、安装、调试和检修控制系统，必要采用统一图形符号和文字符号。1.电气系统图和框图2.电气原理图3.电器布置图4.电器安装接线图5.功能图6.电气元件配备明细表二、电气图阅读基本办法1.电气图阅读基本办法1)主电路分析2)控制电路分析3)辅助电路分析4)联锁和保护环节分析5)总体检查2.电气图阅读1)主电路阅读2)阅读控制电路三、电气控制电路设计规范1.电气工程制图内容电气控制系统是由若干电器元件按照一定规定连接而成，从而实现设备或装置某种控制目。为了便于对控制系统进行设计、分析研究、安装调试、使用维护以及技术交流，就需要将控制系统中各电器元件及其互相连接关系用一种统一原则来表达，这个统一原则就是国标和国际原则，国内有关国标已经与国际原则统一。用原则符号按照原则规定办法表达电气控制系统控制关系就称为电气控制系统图。电气控制系统图涉及电气系统图和框图、电气原理图、电气接线图和接线表三种形式。各种图均有其不同用途和规定表达方式，电气系统图重要用于表达系统层次关系，系统内各子系统或功能部件互有关系，以及系统与外界联系；电气原理图重要用于表达系统控制原理、参数、功能及逻辑关系，是最详细表达控制规律和参数工程图；电气接线图重要用于表达各电器元件在设备中详细位置分布状况，以及连接导线走向。对于普通机电装备而言，电气原理图是必要，而别的两种图则依照需要绘制。绘制电气接线图则需要一方面绘制电器位置图，在实际应用中电气接线图普通与电气原理图和电器位置图一起使用。国标局参照国际电工委员会（IEC）颁布原则，制定了国内电气设备关于国标。关于国标有GB47281984电气图用图形符号、GB69881986电气制图、GB50941985电气技术中项目代号和GB71591987电气技术中文字符号制定通则。2.电气工程制图图形符号和文字符号按照GB47281984电气图用图形符号规定，电气图用图形符号是按照功能组合图原则，由普通符号、符号要素或普通符号加限定符号组合成为特定图形符号及方框符号等。普通符号是用以表达一类产品和此类产品特性简朴图形符号。文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。基本文字符号又分单字母文字符号和双字母文字符号两种。单字母符号是按拉丁字母顺序将各种电气设备、装置和元器件划分为23类，每一大类电器用一种专用单字母符号表达，如“K”表达继电器、接触器类，“R”表达电阻器类。当单字母符号不能满足规定而需要将大类进一步划分，以便更为详尽地表述某一种电气设备、装置和元器件时采用双字母符号。双字母符号由一种表达种类单字母符号与另一种字母构成，组合形式为单字母符号在前、另一种字母在后，如“F”表达保护器件类，“FU”表达熔断器，“FR”表达热继电器。辅助文字符号用来表达电气设备、装置、元器件及线路功能、状态和特性，如“DC”表达直流，“AC”表达交流，“SYN”表达同步，“ASY”表达异步等。辅助文字符号也可放在表达类别单字母符号背面构成双字母符号，如“KT”表达时间继电器，“YB”表达电磁制动器等。为简化文字符号起见，当辅助文字符号由两个或两个以上字母构成时，可以只采用第一位字母进行组合，如“MS”表达同步电动机。辅助文字符号也可单独使用，如“ON”表达接通，“N”表达中性线等。3.电气控制原理图绘制原则电气控制系统图涉及电气原理图、电气安装图（电器安装图、互连图）和框图等。各种图图纸尺寸普通选用297210、297420、297630、297840（mm）四种幅面，特殊需要可按GB12674机械制图国标选用其她尺寸。1）目和用途电路原理图就是详细表达电路、设备或装置所有基本构成某些和连接关系工程图。重要用于详细理解电路、设备或装置及其构成某些作用原理；为测试和故障诊断提供信息；为编制接线图提供根据。2）绘图基本原则依照简朴清晰原则，电气原理（电路）图采用电器元件展开形式绘制。它涉及所有电器元件导电部件和接线端点，但并不按照电器元件实际位置来绘制，也不反映电器元件大小。因而，绘制电路图时普通要遵循如下基本规则：(1)电路图普通包括主电路和控制、信号电路两某些。为了区别主电路与控制电路，在绘制电路图时主电路(电机、电器及连接线等)，用粗线表达，而控制、信号电路(电器及连接线等)用细线表达。普通习惯将主电路放在电路图左边(或上部)，而将控制电路放在右边(或下部)。(2)控制系统内所有电器和其她器械带电部件都应在原理图中表达出来(3)在原理图中不画各电器元件实际外形图,而采用国家规定统一原则图形符号。文字符号也要符合国家规定原则。(4)在原理图中，各个电器元件和部件在控制线路位置应依照变阅读原则安排。(5)原理图中元件、器件和设备可动某些都按没有通电和没有外力作用 时开闭状态画出。(6)原理图绘制应布局合理、排列均匀，为了识图，可以水平位置，也可垂直位置。(7)主电路（动力电路）中电源电路绘水平线；受电动力设备（如电动机等）及其他保护电器支路，应垂直于电源电路绘制。(8)控制和信号电路应垂直地绘于两条水平电源线之间，耗能元件（如接触器线圈、电磁铁线圈，信号灯等）应直接连接在接地或下方水平电源线上，各种控制触头连接在上方水平线与耗能元件之间。(9)在电路图中各个电器并不按照它实际布置状况绘制，而是采用同一电器各部件分别绘在它们完毕作用地方。(10)无论主电路还是控制电路，各元件普通按照动作顺序自上而下、从左到右依次排列。(11)电气元件应按功能位置，并尽量按水平顺序排列，其布局顺序应当是从上到下，从左到右。(12)电气原理图中，有直接联系交叉导线联接点，要用黑圆点表达；无直接联系交叉导线联接点不画黑圆点。(13)为区别控制线路中各电器类型和作用，每个电器及它们部件用规定图形符号表达，且每个电器有一种文字符号，属于同一种电器各个部件(如接触器线圈和触头)都用同一种文字符号表达。而作用相似电器用规定文字符号加数字序号表达。(14)由于各个电器在不同工作阶段分别作不同动作，触点时闭时开，而在电路图内只能表达一种状况。因而，规定所有电器触点均表达到在（线圈）没有通电或机械外力作用时位置。对于接触器和电磁式继电器为电磁铁未吸合位置，对于行程开关、按钮等则为未压合位置。(15)在电路图中两条以上导线电气连接处要打一圆点，且每个接点要标一种编号，编号原则是：接近左边电源线用单数标注，接近右边电源线用双数标注，普通都是以电器线圈或电阻作为单、双数分界线，故电器线圈或电阻应尽量放在各行边（左边或右边）。(16)对具备循环运动机构，应给出工作循环图，万能转换开关和行程开关应绘出动作程序和动作位置。(17)电路图应标出下列数据或阐明：a.各电源电路电压值，极性或频率及相数。b.某些元器件特性（如电阻，电容器参数值等）；c.不惯用电器（如位置传感器、电磁阀门、定期器等）操作办法和功能。3)图面区域划分 为了便于检索电路，以便阅读，可以在各种幅面图纸上进行分区。按照规定，分区数应当是偶数，每一分区长度普通不不大于25 mm，不不不大于75mm。每个分区内竖边方向用大写拉丁字母，横边方向用阿拉伯数字分别编号。编号顺序应从标题栏相对左上角开始。编号写在图纸边框内。在编号下方和图面上方设有功能、用途栏，用于注明该区域电路功能和作用。4)符号位置索引由于像接触器、继电器这样电器其线圈和触点在电路中依照需要绘制在不同地方，为了便于读图，在接触器、继电器线圈下方绘出其触点索引表，如图3.1所示。对于接触器，其中左边一列为主触点所在区域，中间为辅助常开触点所在区域，右边一列为辅助常闭触点所在区域。对于继电器，其中左边一列为常开触点所在区域，右边一列为常闭触点所在区域。图3.1（CM6132普通车床电器控制线路原理图）四、电气控制系统图基本知识1.图形、文字符号1）图形符号图形符号通惯用于图样或其他文献，用以表达一种设备或概念图形、标记或字符。电气控制系统图中图形符号必要按国标绘制。2）文字符号文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号。文字符号合用于电气技术领域中技术文献编制，也可表达在电气设备、装置和元件上或其近旁以标明它们名称、功能、状态和特性。3）主电路各接点标记三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标记。电源开关之后三相交流电源主电路分别按U、V、W顺序标记。分级三相交流电源主电路采用三相文字代号U、V、W前边加上阿拉伯数字1、2、3等来标记，如U1、V1、W1；U2、V2、W2等。4）符号位置索引由于像接触器、继电器这样电器其线圈和触点在电路中依照需要绘制在不同地方，为了便于读图，在接触器、继电器线圈下方绘出其触点索引表。对于接触器，其中左边一列为主触点所在区域，中间为辅助常开触点所在区域，右边一列为辅助常闭触点所在区域。对于继电器，其中左边一列为常开触点所在区域，右边一列为常闭触点所在区域。五、电气控制图基本规律1.自锁控制KMKMSB1）含义 2）电路构成 KM1KM1SB1KM2KM2KM2SB2KM12.互锁控制1）含义 2）电路构成（电气互锁）六、基本电气控制电路1.启、保、停控制图6.40所示是三相鼠笼式电动机单向启、停控制线路，它由6.1（a）主电路和6.1（b）控制电路构成。主电路涉及一种断路器QF、一种接触器KM主触点、一种热继电器FR热元件和一台电动机M，控制电路涉及一种停止按钮SB1和一种启动按钮SB2、接触器吸引线圈和一种常开辅助触点、热继电器常闭触点。合上开QF（作电源总开关），按下SB2，接触器KM吸引线圈接通得电，衔铁吸合，其主触点闭合，电动机便运转起来，与此同步，KM辅助触点也闭合，将启动按钮SB2短路，这样当松开SB2时接触器线圈依然接通，像这样运用电器自身触点保持自己线圈得电，从而保持线路继续工作环节称为自锁（自保）环节。这种触点称为自锁触点。按下SB1，KM线圈断电，其主触点打开，电动机便停转，同步KM辅助触点也打开，故松开按钮后， SB1虽复位而闭合，但KM线圈已经不能继续得电，从而保证了电动机不会自行启动，若要使电动机再次工作可再按SB2。 图6.1 （启、保、停控制电路）为了避免电动机、控制电器、设备及被控机械、操作者受到不正常工作状态有害影响，使工作更为可靠，在电路中必要具备各种保护装置。该电路具备多重保护功能，一方面，QF兼有短路保护和过载保护双重功能；另一方面，由于热继电器FR热元件串接在电机回路中，因此对电机过载和缺相运营提供了可靠保护；此外，在电动机正常运营时如突然停电或电压过低，则接触器没有足够吸合力而复位，电动机停止运转，当电源恢复正常后电路不会自行启动，避免意外事故发生，这样保护功能称为失压或欠压保护。对于大型生产机械，为了操作以便，经常规定在两个或两个以上地点都能进行操作。实现这种规定线路如图6.1（c）所示。即在各操作地点各安装一套按钮，其接线构成原则是各启动按钮常开触点并联，而各停止按钮常闭触点串连。2.正、反向控制许多负载机械运动部件，依照工艺规定经常需进行正反方向两种运动，而这种正反方向运动大多借助于电动机正反转来实现。由异步电动机工作原理可知，将电动机供电电源相序变化（任意互换两相），就可以控制异步电动机作反向运动。为了更换相序，需要使用两个接触器来完毕。图6.2所示为三相异步电动机正反转控制电路。图6.2（a）为主电路，正转接触器KM1接通正向工作电路，电机正转；反转接触器KM2接通反向工作电路，此时电动机定子端相序恰与前者相反，电机反转。图6.2（b）所示控制线路具备下述缺陷，若同步按下正向按钮SB2和反向按钮SB3，可以使KM1，KM2接触器同步接通，这会导致电源短路事故。为避免产生上述事故，必要采用互锁保护办法，使其中任一接触器工作时，另一接触器即失效不能工作，为此采用图6.2（c）所示电气互锁。当按下SB2按钮后，接触器KM1动作，使电动机正转。KM1除有一常开触点将其自锁外，另有一常闭触点串联在接触器KM2线圈控制回路内，它此时断开。因而，若再按SB3按钮，接触器KM2受KM1常闭触点互锁不能动作，这样就防止了电源短路事故。 图6.2 （正、反向控制电路）图6.2（c）所示线路在某一方向工作时，不能直接按反方向按钮直接切换运营，必要先按停止按钮SB1。若要实现正反向直接切换，可采用复合按钮接成如图6.2（d）所示线路即可。但这种电路仅合用于小容量电机控制，并且拖动机械负载装置转动惯量较小和容许有冲击场合。3.点动控制对于正常机电设备，采用启、保、停电路能满足正常使用规定。但在设备安装调试或维护调试过程中，经常要对工作机构作微量调节或瞬间运动，这就规定电动机按照操作指令作短时或瞬间运转。实现这种规定线路如图6.3所示。在图6.3（b）电路中，按下按钮SB电机运转，松开按钮电机及时停转，因此这样电路称为点动控制。图6.3（c）电路把点动与长动控制结合在一起，通过转换开关SA实现点与长动切换。图6.3（d）电路是通过设立不同按钮来实现点动（SB3）与长动（SB2）控制。图6.3 （点动控制电路）4.顺序控制为了保证机电设备安全运营，经常需要各部件按顺序工作。如在机床中在启动了润滑油泵电机后，才可以启动主轴电机。如图6.4所示为典型顺序控制电路，在图6.4（b）电路中，按下M1启动按钮SB2后，接触器KM1得电并自锁，M1回路接通并运转，且KM1辅助常开触点闭合，为KM2得电作好了准备。这时可按SB4使KM2得电并自锁，来启动M2运营。M2可单独停止，但M1停止则M2会被停止。图6.4（c）所示电路为延时顺序启动电路，按下M1启动按钮SB2后，接触器KM1得电并自锁，M1回路接通并运转，同步通电延时继电器KT得电并开始计时。延时时间到达后，KT触点使KM2得电并保持，来启动M2运营。按下停止按钮SB1使M1、M2同步被停止。图6.4（ 顺序控制电路）5.自动循环控制在自动化生产中，依照加工工艺规定，加工过程按一定程序（工步）进行自动循环工作。在组合机床和专用机床中惯用采用此类方式工作。自动过程进行需要有条件来触发，依照触发条件不同，自动控制电路惯用有准时间控制和按行程控制两种形式。如图6.5所示为按行程控制自动循环控制电路。 图6.5 （自动循环控制电路）按下启动按钮SB2或 SB3实现（正向或反向）启动，如按下正向启动按钮SB2后，接触器KM1得电并自锁，M1回路接通运转并带动工作台左行，始终到机械撞块压下行程开关SQ1使得正向回路断开，工作台停止左行。同步SQ1常开触点闭合使KM2得电并自保，接通反向回路，电机反转带动工作台右行。当机械撞块压下行程开关SQ2使得反向回路断开，工作台停止右行。同步SQ2常开触点闭合使KM1得电并自保，接通正向回路，电机正转带动工作台左行，依次往复实现自动循环。在实际应用中，为了安全起见，普通还要设立位置极限开关SQ3、SQ4。此外由于机械式行程开关使用寿命有限、噪音和可靠性等问题，在当代设备中越来越多地采用非接触式接近开关来代替机械式行程开关。6.鼠笼异步电机星形三角形降压启动控制对于10kW以上鼠笼异步电机，其很大启动电流（额定电流57倍）会对供电系统产生巨大冲击，因此普通不直接全压启动，普通采用降压方式启动。因功率在4kW以上鼠笼异步电机正常运营时均为三角形接法，故采用星形三角形降压启动可有效限制启动电流。星形三角形降压启动控制电路如图6.6所示。启动时将电机定子绕组接成星型，这样加到电动机每相绕组上电压为额定值，而电流只有额定值1/3，从而明显减小启动电流。当电机转速逐渐上升接近额定值时，再将定子绕组切换成三角形接法，转为额定电压下正常运营。图6.6（ 鼠笼异步电机星形三角形降压启动控制）为了实现启动过程自动切换，在控制电路中使用了一只时间继电器KT。按下启动按钮SB2后，接触器KM得电并自锁，KMY也得电，电动机以星型接法开始启动运转。同步时间继电器KT线圈也得电而开始定期，当到达设定期间时其触点动作，KT延时断开触点断开KMY，而延时闭合触点接通KM并自锁，使电动机定子绕组切换成三角形接法，转为额定电压下正常运营。7.鼠笼异步电机反接制动控制反接制动就是在切断电机正常供电电源后给电动机施加变化相序电源，从而使电机迅速停止制动办法。反接制动开始时，切断电机正常供电电源，电机在机械惯性作用下在原方向上继续运转。当变化了相序电源加上之后，转子与定子旋转磁场之间相对速度接近于两倍同步转速，因此在此瞬间定子电流相称于全电压直接启动电流两倍，则反接制动转矩也很大，制动迅速。反接制动控制电路如图6.7所示，按下启动按钮SB2后，接触器KM1得电并自锁，电机正常运营，转速上升后与电机同轴安装速度继电器KS动作， KS常开触点闭合，为KM2得电作好了准备。当按下停止按钮SB1后，KM1断电复位，而KM2得电并自锁，电机进入反接制动运营，转速迅速下降。当转速下降到一定值（低于100r/min）时，KS触点打开，使KM2断电，制动过程结束。反接制动缺陷是由于制动电流很大，导致很大电路冲击和机械冲击，因此，为了限制制动电流，普通在制动回路中串接制动电阻R。图6.7 鼠笼异步电机反接制动控制8.鼠笼异步电机能耗制动控制在工业设备中异步电机另一种惯用制动办法是能耗制动，即在断开电机三相电源之后，给定子绕组加上一种直流电源，则在定子绕组中建立静止磁场，从而在旋转转子中产生制动转矩。为了加强制动效果，在定子上所加直流制动电流普通不不大于电机额定电流，因此不能长时间通以直流制动电流。工程上普通有两种办法解决这个问题，一是速度原则，采用速度继电器，当电机速度下降到一定值如下时，通过速度继电器触点断开直流制动电源；另一种办法是时间原则，采用时间继电器，当制动过程进行到一定期间时，通过时间继电器触点断开直流制动电源。采用时间继电器鼠笼异步电机能耗制动控制电路如图6.8所示，按下启动按钮SB2后，接触器KM1得电并自锁，电机正常运营。当按下停止按钮时，KM1断开三相电源，同步KM2接通直流制动电源进行能耗制动，时间继电器也接通开始计时。当制动过程进行到一定期间时，电机速度接近于零，时间继电器延时断开触点断开KM2，制动过程结束。图6.8（ 鼠笼异步电机能耗制动控制）七、构成电气控制电路基本规律及保护办法构成电气控制电路基本规律有：按电气联锁进行控制规律和按控制过程变化参量进行控制规律。前者涉及启动与停止控制（自锁电路）、正反向接触器间互锁控制、实现按顺序工作时联锁控制、持续工作与点动工作联锁控制、多地或条件联锁控制、自动循环控制等；后者涉及准时间、电流、行程、速度等原则控制规律。电气联锁控制就是顺序控制，就是将各种控制电气及其触头，按照一定逻辑关系组合来实现控制系统规定。联锁控制分为自锁，互相制约（互锁）、按先决条件制约、选取制约、两地或多地操作控制等。点动与自锁电路。按下启动按钮，电动机转动；松开按钮后，电动机停转，这种控制称为点动控制。按下启动按钮后松开按钮，电动机可以持续运营，只有按下停车按钮时电动机才停止，这种具备记忆功能电路称为自锁电路。其特点是依托接触器自身辅助动合触头保持线圈得电电路，称为自锁或自保电路，起自锁作用动合触头被称为自锁触头或自保触头。若规定甲、乙两只接触器不能同步接通，则可在其线圈前互串对方辅助动断触头，即在乙接触器线圈前串接甲接触器辅助动断触头，在甲接触器线圈前串接乙接触器辅助动断触头，这样可保证每次最多只能有一只接触器得电，而另一只则不能得电，这种逻辑关系称为接触器互锁。互锁事实上是一种联锁关系，之因此这样称谓，是为了强调触头之间互锁作用。互锁电路又称为先动作优先电路，即先按下启动开关所控制继电器吸合，而后按下启动开关所控制继电器被锁定在释放状态。若同步按下两个启动开关，则动作快者有效。运用复合按钮动合、动断触头在电路中起互相制约接法，称为机械联锁或按钮联锁。运用复合按钮联锁功能，可以实现“正-反-停”或“反-正-停”控制。复合按钮虽具备联锁功能，但工作不可靠，由于在实际使用中，由于短路电流或大电流长期作用，接触器主触头会被强烈电弧“烧焊”在一起，或者当接触器机构失灵，使主触头不能断开，这时若另一接触器动作，将会导致电源短路事故。为防止电源两相短路故障，保证每次只容许一只接触器得电吸合，而另一只接触器不能得电吸合，因而两只接触器间需要有一种联锁关系，即互串对方接触器动断触头。这种运用接触器辅助动断触头联锁称为电气联锁或接触器联锁，它有效地防止由于误操作而导致两相短路故障。但是，该电路只能实现“正-停-反”或“反-停-正”，若使电动机由正转变为反转（或由反转变为正转），则必要先按下停止按钮，才干再反向（或正向）启动，这样操作极为不以便。故在实际使用中，普通把两种联锁结合起来，即互串对方接触器及复合按钮动断触头，就可以解决上述局限性。因而，把同步具备电气、机械双重联锁控制电路，称为复合联锁电路。它既能实现“正-停-反-停”控制，又能实现“正-反-停”控制。这种控制电路兼有按钮联锁和接触器联锁长处，操作以便、安全可靠且反转迅速。