第4章 电气控制线路设计及实例分析
(建筑电气工程)第四章电气控制线路的设计第章电气控制精编
（建筑电气工程）第四章电气控制线路的设计第章电气控制第四章电气控制线路的设计本章要点●介绍电气控制线路设计的原则和内容●学习电气控制线路设计的方法●掌握拖动方案和控制方案的确定原则●熟练掌握元器件的选择方法本章难点●控制线路的设计和优化在生产中，机械设备的使用效能和其电气自动化的程度有着密切的关系，尤其是机电壹体化已成为现代机械工业发展的总趋势，所以要搞好机电工作，就应当掌握生产设备电气控制线路的设计。
通过前几章的学习，在已经初步掌握了低压电器、电气控制线路的基本环节以及壹些典型生产机械电气控制线路的基础上，本章将介绍相关的电气控制线路的设计方法和所使用的低压电器的选择方法。
第壹节设计的基本原则和内容设计工作的首要问题是树立正确的设计思想，树立工程实践的观点，使设计的产品经济、使用、可靠、先进、使用及维修方便。
任何壹台机械设备的结构形式和使用效能和其电气自动化程度有着十分密切的关系，因此电气控制设计必须和设备的机械设计相对应，这就要求电气设计人员必须对机械设备的的机械结构、加工工艺有壹定的了解，这样才能设计出符合要求的电气控制设备。
壹、电气控制系统设计的基本内容机械设备的控制系统绝大多数属于电力拖动控制系统，因此生产机械电气控制系统设计的基本内容有以下几个方面：１．确定电力拖动方案。
２．设计生产机械电力拖动自动控制线路。
３．选择拖动电机及电气元件，制定电器明细表。
４．进行生产机械电力装备施工设计５．编写生产机械电气控制系统的电气说明书和设计文件二、电力拖动方案确定的原则对各类生产机械电气控制系统的设计，首要的是选择和确定合适的拖动方案。
主要根据设备的工艺要求及结构来选用电动机的数量，然后根据各生产机械的调速要求来确定调速方案，同时，应当考虑电动机的调速特性和负载特性相适应，以求得电动机充分合理的应用。
1．无电气调速要求的生产机械在不需要电气调速和起动不频繁的场合，应首先考虑采用鼠笼式异步电动机。
电气控制线路设计举例
电器，热元件电流为0.5A，工作时将额定电流调整
为0.43A。
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
3.5.4选择电器元件
由于M2、M3电动机额定电流很小，故KM2、KM3
选用JZ7-44交流中间继电器代替，线圈电压为127V，
触点额定电流5A，4对动合触点，4对动断触点。
§3.5 电气控制线路设计举例
3.5.1 CW6163卧式车床电气传动的特点及 控制要求
3.5.2 电动机的选择 3.5.3 电气控制线路设计 3.5.4 选择电器元件 3.5.5 制定电气元件明细表 3.5.6 绘制电气元件安装布置及接线图
第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
3.5.1 CW6163卧式车床电气传动的特点及 控制要求
其余各元件选用见表3-3所示。
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第4章 电工测量Байду номын сангаас工厂输配电和安全用电
3.5.5制定电气元件明细表
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全用电
3.5.4选择电器元件
如表3-3，明细表中应注明各元器件名称、型号、 规格及数量等。
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3.5.1 CW6163卧式车床电气传动的特点及控制要求 1）车床主运动和进给由电动机M1集中传动，主轴
正反转由两组摩擦片离合器来完成。 2）主轴制动采用液压制动器。 3）冷却泵由电动机M2拖动。
4）刀架快速移动由单独快速移动电动机M3拖动。 5）进给运动的纵向左右运动，横向前后运动， 以及快速移动，都集中由一个手柄操纵。
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第四章电气控制线路的设计方法
中，触点 KA 的取值与线圈 KM 的取值相同，而
KM1 与继电器的常闭触点的取值相同，所以， 故实现了非运算。
1、电气线路的逻辑表示
KA1 A J KM KM1
（a）逻辑符号 （b）控制线路实例
KM F
图1.20 逻辑“非”
1、电气线路的逻辑表示
三、电气线路的逻辑表示
1、电气线路的逻辑表示
四、逻辑代数的基本性质
AB AB A
2、触点电路的化简
步骤： （1）列写化简电路的全部逻辑表达式 （2）化简为最佳化逻辑表达式 （3）转化为相应的触点电路 （4）简化整体电路：合并相同触点组
2、触点电路的化简
一、公式法化简逻辑函 数 1、列写逻辑表达式
K1 AC BD AD BC K 2 AD BD AE BE
1、电气线路的逻辑表示
一、电器元件的逻辑表示 1、常开触头 ：
K , KM , SB
常闭触头：K , KM , SB
2、开关元件的受激状态、触头的闭合状态为：1 开关元件的原始状态、触头的断开状态为：0
1、电气线路的逻辑表示
1、电气线路的逻辑表示
二、逻辑代数的基本逻辑关系
（1）“与”运算（逻辑乘） 逻辑代数中运算符号“×”或“·”读作“与”。 “与”运算的真值表如表1.1所示。
表1.4 非运算
1、电气线路的逻辑表示
实现逻辑“非”的器件叫做“非”门，它的逻
辑符号如图1.3（a）所示，图1.3（b）示出了
继电控制线路中“非”运算的实例，通常称KA 为原变量，为反变量，它们是一个变量的两种 形式，如同一个继电器的一对常开、常闭触点， 在向各自相补的状态切换时同步动作。图（b）
KA1 A + B J KA1 KM
电气控制线路设计及实例分析
《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
控制电路设计时应注意的问题 ：
尽量减少连接导线 。设计控制电路时，应考虑 电器元件的实际位 置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图a是不 合理的。
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
快进KM1 工进KM3
快退KM2
SQ1
工退KM4 SQ3Fra bibliotekSQ2
原 位
转 换
终 点
《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
快进 2、分析接触器线圈的起始和终止条件： 1）KM1：起始条件—起动按钮SB2 ↓ 终止条件—SQ2↓ 2）KM3：起始条件—SQ2↓ 终止条件—SQ3↓ 3）KM4：起始条件—SQ3↓ 终止条件—SQ2↑ 4）KM2：起始条件—SQ2↑ 终止条件—SQ1↓ KM2会在电路开始通电时就通电，这种情况应 增加起始条件：当KM4+时松开SQ2，即 （（KM4+）+（SQ2↑））；因而KM4终止条 件调整为KM2+。 快退 工退 工进
当SQ1↓，SQ2↑，但KM4-，即工退 未开始时，不能快退；工退时，SQ2 未↑，不能快退，工退结束SQ2↑， 才能使KM2+，开始快退；当SQ2↑， KM2+，切断KM4-，停止工退。
《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
3、组合与优化：增加连锁与保护环节，急停按钮等
快进KM1
按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电 器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线 到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直 接连接，就可以减少一次引出线，如图b所示。
电气控制线路设计实例
电气控制线路设计实例下面通过一个实例介绍电气掌握线路的一般设计方法。
拟设计某机床主电动机掌握线路。
要求：1)可正反转；2)双向点动掌握13)双向反接制4)有短路和过载爱护。
1．电路设计(1)主电路设计点动时要频繁起动，定子回路应串入限流电阻，反接制动时为削减制动电流，定子回路也应串入限流电阻。
而在正常正反转运转时，应旁路限流电阻。
故主电路应具有正反转选择和是否串入限流电阻选择功能、如图1所示，正常正反转运转时，KM主触点应闭合；点动或制动时，KM主触点应断开。
图1 车床电气原理图(2)掌握电路设计图2 点动掌握线路图3 正反向及制动掌握线路1)点动掌握点动时定子回路应串入限流电阻，按下按钮SB4，接触器KM1得电吸台。
它的主触点闭合，KM 4不得电，电动机的定子绕组经限流电阻R和电源接通．电动机在较低速度下正向起动。
松开按钮SB4，KMl断电，电动机停止转动。
在点动过程中．继电器KM线圈不通电，KMl线圈不会自锁。
反方向时类同。
见图2。
2)主轴电动机的反接制动掌握反接制动时定子回路也应串人限流电阻。
速度继电器与被控电动机是同轴联结的，当电动机正转时．速度继电器正转动合触点KSl闭合；电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2闭合。
当电动机正向旋转时，接触器KMl和KM都处于得电动作状态，速度继电器正转动合触点KS1闭合，这样就为电动机正转时的反接制动做好了预备。
当要停车制动时，按下制动按钮SBI，各接触器都失电；松开按钮SB1，经正转动合触点KSl接通反转接触器KM2。
当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器KSl动合触点断开，切断了接触器KM2线圈的通电回路，电动机停止。
电动机反转时的制动与正转时的制动相像，见图3。
3)主电动机的正反转掌握电路主电动机正转由正向起动按钮SB2掌握，按下按钮SB2时，接触器KM首先得电动作，它的主触点闭合将限流电阻短接。
接触器KM的帮助触点闭合使接触器KM1得电吸合，电动机在满电压下正向起动。
电气控制线路设计及实例分析教材模板ppt
2、线圈的分析顺序应尽量与控制过程的动作顺序一致。 以此例学习条件分析法的应用： 1、分析动作过程：
原位→起动按钮↓→快进（KM1+）→SQ2↓→工进（KM3+）→ SQ3↓→工 退（KM4+）→SQ2↑→快退（KM2+）→原位SQ1↓→停止
➢ 多个电器的依次动作问题 在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一 个电器的控制电路。
➢ 可逆电路的联锁 在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅要 有电气联锁，而且 还有机械联锁。
➢ 要有完善的保护措施 常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、过 电压、失电压等保 护 环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等必 须的指示信号。
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
控制电路设计时应注意的问题 ：
➢ 尽量减少连接导线 。设计控制电路时，应考虑电 器元件的实际位
置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图a是不 合理的。
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电 器柜内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线 到操作台上，所以一般都将起动按钮和停止按钮直 接连接，就可以减少一次引出线，如图b所示。
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
➢ 正确连接电器的线圈 。 a)电压线圈通常不能串联使用，如图a所示。由于它 们的阻抗不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配 不等。即使外加电压是同型号线圈电压的额定电压 之和，也不允许。因为电器动作总有先后，当有一 个接触器先动作时，则其线圈阻抗增大,该线圈上的 电压降增大，使另一个接触器不能吸合，严重时将 使电路烧毁。
《电气控制与PLC》教案
《电气控制与PLC》教案第一章：电气控制基础1.1 概述介绍电气控制的基本概念、原理和分类。
解释电气控制系统的组成和作用。
1.2 低压电器介绍低压电器的分类和功能。
讲解常用低压电器的结构和工作原理。
1.3 电气控制线路分析简单的电气控制线路实例。
介绍电气控制线路的设计方法和步骤。
第二章：可编程逻辑控制器（PLC）基础2.1 PLC概述介绍PLC的定义、功能和应用领域。
解释PLC的工作原理和基本结构。
2.2 PLC编程语言介绍PLC编程语言的种类和特点。
讲解PLC编程的基本规则和方法。
2.3 PLC的硬件组成介绍PLC的硬件组成部分及其功能。
讲解PLC的输入输出接口和通信接口。
第三章：PLC编程与应用3.1 基本指令讲解PLC基本指令的功能和用法。
通过实例讲解基本指令的应用。
3.2 功能指令介绍PLC功能指令的分类和功能。
讲解常用功能指令的用法和应用。
3.3 PLC控制系统设计介绍PLC控制系统设计的基本原则和方法。
通过实例讲解PLC控制系统的设计过程。
第四章：电气控制与PLC在工业应用案例分析4.1 案例一：电动机的控制分析电动机控制电路的工作原理。
讲解如何使用PLC实现电动机的控制。
4.2 案例二：conveyor传送带的控制分析conveyor传送带控制电路的工作原理。
讲解如何使用PLC实现conveyor传送带的控制。
第五章：PLC的故障诊断与维护5.1 PLC故障诊断方法介绍PLC故障诊断的基本方法和技巧。
讲解如何进行PLC故障诊断和排除。
5.2 PLC的维护与保养介绍PLC的维护保养内容和注意事项。
讲解PLC的日常维护和故障预防措施。
第六章：PLC在工业自动化中的应用案例6.1 案例三：温度控制系统的应用分析温度控制系统的工作原理和需求。
讲解如何使用PLC实现温度控制系统的自动化控制。
6.2 案例四：液体自动控制系统中的应用分析液体自动控制系统的工作原理和需求。
讲解如何使用PLC实现液体自动控制系统的控制。
电气控制线路设计和实例分析报告
2.677 0.43
IR
2.5
A 7.6A
可选用RLl-15型熔断器，配用10 A的熔体。
多个电器的依次动作问题 在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另 一个电器的控制电路。
可逆电路的联锁 在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅 要有电气联锁，而且 还有机械联锁。
要有完善的保护措施 常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、 过电压、失电压等保 护 环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全等 必须的指示信号。
《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
4.1 电气控制电路设计方法 4.2 电气控制电路设计实例分析
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
4.1 电气控制电路设计方法
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《可编程序控制器》 第四章 电气控制线路设计及实例分析
（满足螺纹加工要求）是靠两组摩擦片离合器完成。
主轴制动采用液压制动器。 冷却泵由电动机M2拖动。 刀架快速移动由单独的快速电动机M3拖动。 进给运动的纵向（左右）运动，横向（前后）运动，以及快速移动，
都集中由一个手柄操纵。
电动机型号：
• 主电动机M1：Y160M-4，1l kW，380V，23.0A，1460 r/min； • 冷却泵电动机M2：JCB-22，0.15kW，380V，0.43A，2790 r/min； • 快速移动电动机M3：Y90S-4，1.1kW，380V，2.8 A，1400 r/min。
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当 SQ1 ↓， SQ2 ↑，但 KM4- ，即工退 未开始时，不能快退；工退时，SQ2 未↑，不能快退，工退结束SQ2↑， 才能使KM2+，开始快退；当SQ2↑， KM2+，切断KM4-，停止工退。
3、组合与优化：增加连锁与保护环节，急停按钮等
快进KM1
工进KM3
快退KM2 SQ1
工退KM4
SQ2
SQ2
SQ1
SQ3
B
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O
A
C
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SQ1 SB1 KA1 SQ2 KT SQ3 KA2 KM2 KA1 KA2 SQ1 SQ3 KM2
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KA1
KT
KA2 KM1
KA2 SQ2 KM1
KM2
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L1 L2 L3 QS FU1
FU2 FR1 FU2 FR2 SB1 KT2 KM1 KM2 KT1 SB2 KM1 SB3 KA
控制电路设计时应注意的问题 ： 尽量减少连接导线 。设计控制电路时，应考虑电器元件 的实际位置，尽可能地减少配线时的连接导线，如图a是 不合理的。
按钮一般是装在操作台上，而接触器则是装在电器柜 内，这样接线就需要由电器柜二次引出连接线到操作台上， 所以一般都将起动按钮和停止按钮直接连接，就可以减少 一次引出线，如图b所示。
1、分析动作过程： 原位→起动按钮↓→快进（KM1+）→SQ2↓→工进（KM3+）→ SQ3↓→工 退（KM4+）→SQ2↑→快退（KM2+）→原位SQ1↓→停止
SQ3
快进 2、分析接触器线圈的起始和终止条件： 1）KM1：起始条件—起动按钮SB2 ↓ 终止条件—SQ2↓ 2）KM3：起始条件—SQ2↓ 终止条件—SQ3↓ 3）KM4：起始条件—SQ3↓ 终止条件—SQ2↑ 4）KM2：起始条件—SQ2↑ 终止条件—SQ1↓ KM2会在电路开始通电时就通电，这种情况应 增加起始条件：当KM4+时松开SQ2，即 （（KM4+）+（SQ2↑））；因而KM4终止条 件调整为KM2+。 工退 快退 工进
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SB3
U QS FU
V
W
KM3 KM4
SB1 KM1
KM2
KM1 FR1 FR2
KM1 SB2 KM2
KM2
KT1 KM1
KM1
KM2
KM2 SB6 KT1 KM4
10S
SB4 KM3
KM3
FR M
3~
KM3 SB5 KM4
KM4
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三、设计一小车运行的控制电路图，其动作如下： 1、启动后，小车由原点 O 处前进，到A 处（碰到限位开关 SQ1），小车后退； 2、后退到 B处（碰到限位开关 SQ2），小车停 5S，第二次 前进，直到碰到C处（碰到限位开关SQ3），又后退。 3、再次碰到B，小车停止。 4、假设接触器 KM1 接通时小车前进，KM2 接通时小车后退。 试设计电气控制电路图实现上述动作
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电磁线圈的串并联
4
b)电感量相差悬殊的两个电器线圈，也不要并联连接。
图b中直流电磁铁 YA与继电器 KA并联，在接通电源时可正 常工作，但在断开电源时，由于电磁铁线圈的电感比继电器 线圈的电感大得多，所以断电时，继电器很快释放，但电磁 铁线圈产生的自感电动势可能使继电器又吸合一段时间，从 而造成继电器的误动作。解决方法可备用一个接触器的触点 来控制。如图c所示。
动电动机其正转时为快进，反转时为快退。其中 M2 为工作进给电动机其 正转时为工进，反转时为工退。其中工作状态的转换由位置开关来实现。
电路设计—条件分析法
（二）主电路设计 此例中有M1、M2两台电机，分别有正反转控制，均为全 压起动、连续工作，无制动要求。因此设计主电路如下：
快进KM1
工进KM3
快退KM2
M1 3~ M1 3~
FR1
FR2
KA
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KM1
KT1
KM2
KT2
ห้องสมุดไป่ตู้KA
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正确连接电器的线圈 。 a)电压线圈通常不能串联使用，如图a所示。由于它们的阻抗 不尽相同，会造成两个线圈上的电压分配不等。即使外加 电压是同型号线圈电压的额定电压之和，也不允许。因为 电器动作总有先后，当有一个接触器先动作时，则其线圈 阻抗增大,该线圈上的电压降增大，使另一个接触器不能吸 合，严重时将使电路烧毁。
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尽可能减少电器数量，采用标准件和相同型号的电器:如图所示。
简化电路
当控制的支路数较多， 而触点数目不够时， 可采用中间继电器增 加控制支路的数量。
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去掉不必要的 KM1，简化电路， 提高电路可靠性
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多个电器的依次动作问题 在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器 的控制电路。 可逆电路的联锁 在频繁操作的可逆电路中，正反向接触器之间不仅要有电气 联锁，而且还有机械联锁。 要有完善的保护措施 常用的保护措施有漏电流、短路、过载、过电流、过电压、 失电压等保护环节，有时还应设有合闸、断开、事故、安全 等必须的指示信号。
第4章 电气控制线路设计及实例分析
4.1 电气控制电路设计方法
4.2 电气控制电路设计实例分析
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4.1 电气控制电路设计方 法 电气控制电路设计方法：
先设计主电路，再设计控制电路、信号电路及局部照 明电路等 控制电路设计要求： 满足生产机械的工艺要求，能按照工艺的顺序准确而可 靠地工作。 电路结构力求简单，尽量选用常用的且经过实际考验过 的电路。 操作、调整和检修方便。 具有各种必要的保护装置和联锁环节。 控制电路设计方法： 经验设计法：根据生产工艺的要求，按照电动机的控制 方法，采用典型环节电路直接进行设计。 逻辑设计法：采用逻辑代数进行设计。 2 武汉工程大学电气信息学院
SQ3
原 位
转 换
终 点
二、设计控制两台三相异步电动机正、反转的电气控制电 路。 要求： 1、两台电机均设正、反转启动按钮和停止按钮。 2 、只有当第一台电机正转或反转启动 10s 后第二台电机才 能正转或反转启动。而停车时只有第二台电机停车5s后 第一台电机才能停车。 3、当任一台电机发生过载时，两台电机均停止。
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控制电路中应避免出现寄生电路:
寄生电路是电路动作过程中意外接通的电路。如图所 示具有指示灯HL和热保护的正反向电路.
正常工作时，能 完成正反向起动、 停止和信号指示。
寄生电路
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当热继电器FR动作时，电 路就出现了寄生电路，如 图中虚线所示，使正向接 触器KM1不能有效释放， 起不了保护作用。
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4.2 电气控制电路设计实例分析
例：设计一个组合机床动力头的控制电路，要求在按下起动按钮后动力 头完成以下工作循环：快进→工进→工退→快退至原点停止。 （一）分析设计要求 此例中动力头工作台有4种工作状态：快进、工进、工退、快退。
可用M1、M2两台电机分别驱动不同的传动链来实现，其中M1为快速移
工退KM4
SQ1
SQ2
SQ3
原 位
转 换
终 点
（三）控制电路设计 条件分析法的原则： 1、以接触器、继电器、电磁铁等的线圈为分析对象，分析其通电（起始） 和断电（终止）条件，从而得出每个线圈的控制电路后经过组合和优化得出 整个控制电路。 2、线圈的分析顺序应尽量与控制过程的动作顺序一致。 以此例学习条件分析法的应用：