电气控制线路基础

1．3　电气控制线路基础

电气控制线路是用导线将电动机、电器、仪表等电气元器件按一定的要求连接起来，并实现某种特定控制要求的电路。为了表达电气控制系统的结构、原理等设计意图，便于电气系统的安装、调试、使用和维修，将电气控制系统中各电器元件及其连接线路用一定的图形表达出来，这就是电气控制系统图。

电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器元件布置图和电气安装接线图。在图上用不同的图形符号来表示各种电器元件，用不同的文字符号说明图形符号所代表的电器元件的名称、用途、主要特征及编号等。按电气元器件的布置位置和实际接线，用规定的图形符号绘制的图形称为安装图。安装图用于电气控制系统的安装、检修和调试。根据电路工作原理，用规定的图形符号绘制的图形称为原理图。原理图能够清楚地表明电路功能，便于分析系统的工作原理。由于电气原理图具有结构简单，层次分明，适合应用于分析、研究电路的工作原理等优点，所以无论在设计部门还是生产现场都得到了广泛的应用。

各种图有其不同的用途和规定画法，应根据简明易懂的原则，采用国家标准统一规定的图形符号、文字符号和标准画法来绘制。本节先简要介绍新国家标准中规定的有关电气技术方面常用的文字符号和图形符号，然后重点介绍电气原理图的绘制原则。

1．3．1　常用电气元器件图形符号和文字符号

电气控制系统图是工程技术的通用语言，为了便于工程技术人员的交流和沟通，其中电气元器件的图形符号和文字符号必须符合国家标准规定。国家标准管理委员会是负责组织国家标准的制定、修订和管理的组织。通常国家标准是在参照国际电工委员会（IEC）和国际标准化组织（ISO）所颁布标准的基础上制定的。近年来，有关电气元器件图形符号和文字符号的国家标准变化较大。GB／T 4728—1984《电气简图用图形符号》更改较大，GB 7159—1987《电气技术中的文字符号制定通则》也早已废止。

1）目前和电气制图有关的主要国家标准

（1）GB／T 4728 《电气简图用图形符号》。

（2）GB／T 5465 《电气设备用图形符号》。

（3）GB／T 20063 《简图用图形符号》。

（4）GB／B 5094 《工业系统、装置与设备以及工业产品——结构原则与参照代号》。

（5）GB／T 20939 《技术产品及技术产品文件结构原则字母代码——按项目用途和任务划分的主类和子类》。

（6）GB／T 6988 《电气技术用文件的编制》。

2）国家标准GB／T 4728

最新的《电气简图用图形符号》国家标准GB／T 4728的具体内容如下。

（1）GB／T 4728．1—2005第1部分 一般要求。

（2）GB／T 4728．2—2005第2部分 符号要素、限定符号和其他常用符号。

（3）GB／T 4728．3—2005第3部分 导体和连接件。

（4）GB／T 4728．4—2005第4部分 基本无源元件。

（5）GB／T 4728．5—2005第5部分 半导体管和电子管。

（6）GB／T 4728．6—2000第6部分 电能的发生与转换。

（7）GB／T 4728．7—2000第7部分 开关、控制和保护器件。

（8）GB／T 4728．8—2000第8部分 测量仪表、灯和信号器件。

（9）GB／T 4728．9—1999第9部分 电信：交换和外围设备。

（10）GB／T 4728．10—1999第10部分 电信：传输。

（11）GB／T 4728．11—2000第11部分 建筑安装平面布置图。

（12）GB／T 4728．12—1996第12部分 二进制逻辑元件。

（13）GB／T 4728．13—1996第13部分 模拟元件。

3）国家标准GB／T 5465

最新的《电气设备用图形符号》国家标准GB／T 5465的具体内容如下。

（1）GB／T 5465．1—2007第1部分 原型符号的生成。

（2）GB／T 5465．2—1996第2部分 电气设备用图形符号。

4）国家标准GB／T 20063

本书还参考了《简图用图形符号》国家标准GB／T 20063。和本书有关的部分标准如下。

（1）GB／T 20063．2—2006第2部分 符号的一般应用。

（2）GB／T 20063．4—2006第4部分 调节器及其相关设备。

（3）GB／T 20063．5—2006第5部分 测量与控制装置。

（4）GB／T 20063．6—2006第6部分 测量与控制功能。

（5）GB／T 20063．7—2006第7部分 基本机械构件。

（6）GB／T 20063．8—2006第8部分 阀与阻尼器。

电气元器件的文字符号一般由2个字母组成。第一个字母在《工业系统、装置与设备以及工业产品——结构原则与参照代号》国家标准GB／T 5094．2—2003中的“项目的分类与分类码”中给出；第二个字母在《技术产品及技术产品文件结构原则字母代码——按项目用途和任务划分的主类和子类》国家标准GB／T 20939—2007中给出。本书采用最新的文字符号来标注各电气元器件。由于某些元器件的文字符号存在多个选择，若有关行业在国家标准的基础上制定一些行规，则在以后的使用中表1－5中的文字表示符号可能还会发生一些改变。

电气元器件的第一个字母，即GB／T 5094．2—2003的“项目的分类与分类码”如表1－3所示。

电气元器件的第二个字母，即GB／T 20939—2007中子类字母的代码如表1－4所示。表1－3中定义的主类在表1－4中被细分成子类。注意：其中字母代码B的主类的子类字母代码是按ISO 3511—1定义的。从表1－4可以看出，与电气元器件关系密切的子类字母是A～K。

表1－3　GB／T 5094．2—2003中项目的字母代码（主类）

电气控制线路中的图形符号和文字符号必须符合最新的国家标准。在综合几个最新的国家标准的基础上，经过筛选后，在表1－5中列出了一些常用的电气图形符号和文字符号。

表1－4　子类字母代码的应用领域

表1－5　电气控制线路中常用图形符号和文字符号

续表

续表

续表

续表

续表

1．3．2　电气控制系统图的绘制原则

电气控制系统图有电气原理图、电器元件布置图和电气安装接线图三种，本节将重点介绍电气原理图及其绘制原则。

1．电气原理图

1）电气原理图及其绘制原则

电气原理图是根据工作原理而绘制的，其目的是便于阅读和分析控制线路。它应按照结构简单、层次分明的原则，采用电器元件展开形式绘制，包括所有电器元件的导电部件和接线端子，但并不按电器元件的实际布置，也不反映电器元件的实际大小来绘制。电气原理图无论是在设计部门还是生产现场都得到了广泛应用，因此，电气原理图是电气控制系统设计的核心。

电气原理图、电气安装接线图和电气元件布置图的绘制应遵循的相关国家标准是GB／T 6988《电气技术用文件的编制》。其具体内容如下。

（1）GB／T 6988．1—1997第1部分 一般要求。

（2）GB／T 6988．2—1997第2部分 功能性简图。

（3）GB／T 6988．3—1997第3部分 接线图和接线表。

（4）GB／T 6988．4—2002第4部分 位置文件与安装文件。

（5）GB／T 6988．6—2002第5部分 索引。

（6）GB／T 6988．7—1993 控制系统功能表图的绘制。

上述是最新修订后的有关电气制图的国家标准。在GB／T 6988的各个分标准中，详细规定了各种电气图的绘制原则，使用时，可参考相关资料。本章只对这些原则进行概括性的总结和应用。

下面以图1－30所示的某机床的电气原理图为例，来说明电气原理图的规定画法和应注意事项。

绘制电气原理图时应遵循的主要原则如下。

（1）电气原理图一般分主电路和辅助电路两部分。主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电动机之间相连的电器元件，一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。辅助电路是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路等。其中控制电路是由按钮、辅助触点、热继电器触点、保护电器触点以及接触器和继电器的线圈等组成的。

（2）电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。

（3）电气原理图中电器元件的布局，应根据便于阅读的原则安排。主电路安排在图面左侧或上方，辅助电路安排在图面右侧或下方。无论主电路还是辅助电路，均按功能布置，尽可能按照动作顺序从上到下、从左到右排列。

（4）电气原理图中，当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号。对于同类器件，要在其文字符号后加数字序号来区别。如两个接触器，可用QA1、QA2文字符号区别。

（5）电气原理图中，所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出；对于继电器、接触器的触点，按其线圈不通电时的状态画出；控制器按手柄处于零位时的状态画出；对于按钮、行程开关等触点，按未受外力作用时的状态画出。

图1－30　机床电气原理图

（6）电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电联系时，对“T”形连接点，在导线交点处可以画实心圆点，也可以不画；对“＋”形连接点，必须画实心圆点。根据图面布置需要，可以将图形符号旋转绘制，一般逆时针方向旋转90°，但文字符号不可倒置。

2）图面区域的划分

图纸上方的1，2，3，……等数字为图区的编号，是为了便于检索电气线路、方便阅读分析、避免遗漏而设置的。图区编号也可设置在图的下方。

图区编号下方的文字表明它对应的下方元件或电路的功能，使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能，便于理解全部电路的工作原理。

3）符号位置的索引

符号位置的索引用图号、页次和图区编号的组合索引法，索引代号的组成如图1－31所示。

图1－31　索引代号的组成

图号是指当某设备的电气原理图按功能多少册装订时，每册的编号，一般用数字表示。

当某一元件相关的各符号元素出现在不同图号的图纸上，而每个图号仅有一页图纸时，索引代号可省略“页号”及分隔符“．”。

当某一元件相关的各符号元素出现在同一图号的图纸上，而该图号有几张图纸时，可省略“图号”和分隔符“／”。

当某一元件相关的各符号元素出现在只有一张图纸的不同图区时，索引代号只用“图区号”表示。

如图1－30所示线路中，图区9中的KF常开触点下面的“8”即为最简单的索引代号。它指出了继电器KF的线圈位置在图区8。

图1－30所示线路中接触器QA1线圈及继电器KF线圈下方的文字是接触器QA1和继电器KF相应触点的索引。电气原理图中，接触器和继电器线圈与触点的从属关系使用下图编号表示，即在原理图中相应线圈下方，给出触点的图形符号，并在下面标明相应触点的索引代码，且对未使用的触点用“×”表明，有时也可采用省略的表示方法。

对于接触器QA1，上述表示法中各栏的含义如图1－32所示。

图1－32　各栏的含义一

对于继电器KF，上述表示法中各栏的含义如图1－33所示。

图1－33　各栏的含义二

2．电气安装接线图

电气安装接线图用于电气设备和电器元件的安装、配线、维护和检修。图中标示出各元器件之间的关系、接线情况以及安装和敷设的位置等。对于某些复杂的电气控制系统或设备，当电气控制柜中或电气安装板上的元器件较多时，还应该画出各端子排的接线图。通常电气安装接线图和原理图需配合起来使用，绘制电气安装接线图应遵循的主要原则如下。

（1）必须遵循相关国家标准绘制电气安装接线图。

（2）各电器元件的位置、文字符号必须和电气原理图中的标注一致，同一个电器元件的各部件（如同一个接触器的触点、线圈等）必须画在一起，各电器元件的位置应与实际安装位置一致。

（3）不在同一安装板或电气柜上的电器元件或信号的电气连接一般应通过端子排连接，并按照电气原理图中的接线编号连接。

（4）走向相同、功能相同的多根导线可用单线或线束表示。画连接线时，应标明导线的规格、型号、颜色、根数和穿线管的尺寸。

3．电器元件布置图

电器元件布置图主要用来表示电气设备或系统中所有电器元件的实际位置，为制造、安装、维护提供必要的资料。电器元件布置图可按电气设备或系统的复杂程度集中绘制或单独绘制。元器件轮廓线用细实线或点画线表示，如有需要，也可以用粗实线绘制简单的外形轮廓。

电器元件布置图的设计应遵循以下原则。

（1）必须遵循相关国家标准设计和绘制电器元件布置图。

（2）相同类型的电器元件布置时，应把体积较大和较重的安装在控制柜或面板的下方。

（3）发热的电器元件应该安装在控制柜或面板的上方或后方，但热继电器一般安装在接触器的下面，以方便与电动机和接触器连接。

（4）需要经常维护、整定和检修的电器元件、操作开关、监视仪器仪表，其安装位置应高低适宜，以便工作人员操作。

（5）强电、弱电应该分开走线，注意屏蔽层的连接，防止干扰的窜入。

（6）电器元件的布置应考虑安装间隙，并尽可能做到整齐、美观。

有关电气安装接线图和元件布置图更多的知识需要大家在以后的实践中继续学习，使理论（规则、原理等）和实际相结合，才能不断提高电气控制系统的设计水平。