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电气控制系统设计的基本原则
电气控制系统设计的基本任务
电气控制线路的设计方法
C
0
N
T
E
N
T
S
第第44章章 常用低压电器常用低压电器
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1. 最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求
设计之前，首先要调查清楚生产要求。一般控制线路只要求满足启动、
反向和制动就可以了；有些则要求在一定范围内平滑调速和按规定的规
律改变转速，出现事故时需要有必要的保护、信号预报，各部分运动要
求有一定的配合和联锁关系等。
电气控制系统设计的基本原则
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2. 在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单、经济
(1) 尽量选用标准的、成熟的环节和线路。
(2) 尽量缩短连接导线的数量和长度。
电气控制系统设计的基本原则
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(3) 尽量减少电器数量，采用标准件，尽可能选用相同
型号的电器元件，以减少备用量。
(4) 尽量减少不必要的触头，简化控制线路以减小控制
线路的故障率，提高系统工作的可靠性。为此可采用以下4
种方法。
① 合并同类触头。如图所示，在获得同样功能的情况下，图(b)比图(a)
在电路中减少了一对触头。但是在合并触头时应注意触头对额定电流值
的限制。
电气控制系统设计的基本原则
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电气控制系统设计的基本原则
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② 利用转换触头。利用具有转换触头的中间断电器，将两触头合并成一
对转换触头，如图所示。
电气控制系统设计的基本原则
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③ 利用半导体二极管的单向导电性来有效减少触头数，如图所示。对于
弱电电气控制电路，这样做既经济又可靠。
电气控制系统设计的基本原则
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(5) 线路在工作时，除必要的电路必须通电外，其余的尽量
不通电以节约电能，并延长电路的使用寿命。
电气控制系统设计的基本原则
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3．保证控制线路工作的可靠和安全
(1)正确连接电器的触点。
SQ
KM1
KM2
SQ
(a)
SQ
KM1
SQ
(b)
KM2
电气控制系统设计的基本原则
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(2) 正确连接电器的线圈。
电气控制系统设计的基本原则
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在直流控制电路中，对于电感较大的电磁线圈，如电磁阀、电磁铁
或直流电动机励磁线圈等，不宜与相同电压等级的继电器直接并联
工作
电气控制系统设计的基本原则
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(3)避免出现寄生电路
在控制线路的设计中，要注意避免产生寄生电路(或叫假电路)
电气控制系统设计的基本原则
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(4) 在线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线
路。
电气控制系统设计的基本原则
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(5) 避免发生触点“竞争”与“冒险”现象
电气控制系统设计的基本原则
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(6) 应考虑各种联锁关系
在频繁操作的可逆运行线路中，正反向接触器之间不仅要有电气联锁，
而且要有机械联锁。
(7) 设计的线路应能适应所在电网情况，如电网容量的大小，电压频率的
波动范围，以及允许的冲击电流数值等。据此决定电动机的启动方式是直
接启动还是间接(降压)启动。
(8) 控制线路工作的安全性
电气控制线路应具有完善的保护环节，用以保护电网、电动机、控制电
器以及其他电器元件，避免因误操作而发生事故。
电气控制系统设计的基本原则
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4. 保证操作、安装、调整、维修方便和安全
为了使电器设备维修方便，使用安全，电器元件应留有备用触头，
必要时应留有备用电器元件，以便检修调整改接线路；应设置隔离电器，
以免带电检修。控制机构应操作简单，能迅速而方便地由一种控制形式转
换到另一种控制形式，例如由手动控制转换到自动控制。
电气控制系统设计的基本原则
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电气控制系统设计的基本任务
电气设计的基本任务是根据控制要求设计和编制出设备制造和使用维
修过程中所必需的各种图纸、资料，其中包括电气系统的组件划分与元
器件布置图、安装接线图、电气原理图、控制面板布置图等，编制设备
清单、电气控制系统操作使用及维护说明书等资料。
因此，电气控制系统设计包含原理设计与工艺设计两部分。
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电气控制系统设计的基本任务
1. 原理设计内容
电气原理设计是整个系统设计的核心，它是工艺设计和制定其他技术
资料的依据，电气控制系统原理设计内容主要包括以下部分。
(1) 拟定电气设计任务书。
(2) 确定拖动方案，选择所用电动机的型号。
(3) 确定系统的整体控制方案。
(4) 设计并绘制电气原理图。
(5) 计算主要技术参数并选择电气元件。
(6) 编写元件目录清单及设计说明书，为工程技术人员的使用提供方便
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2. 工艺设计内容
工艺设计的主要目的是便于组织电气控制系统的制造，实现原理设计
要求的各项技术指标，为设备的调试、维护、使用提供必要的图样资料。
工艺设计的主要内容如下。
(1) 根据设计原理图及所选用的电器元件，设计绘制电气控制系统的
总装配图及总接线图。总装配图应能反映各电动机、执行电器、各种电器
元件、操作台布置、电源及检测元件的分布状况；总接线图应能反映系统
中的电器元件各部分之间的接线关系与连接方式。
电气控制系统设计的基本任务
(2) 根据原理框图和划分的组件，对总原理图进行编号，绘制各组件原
理电路图，列出各部分的元件目录表，并根据总图编号统计出各组件的进
出线号。
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(3) 根据组件原理电路及选定的元件目录表，设计组件装配图(电器元件
布置与安装图)、接线图，图中应反映各电器元件的安装方式与接线方式。
这些资料是组件装配和生产管理的依据。
(4) 根据组件装配要求，绘制电器安装板和非标准的电器安装零件图，
标明技术要求。这些图样是机械加工和外协作加工所必需的技术资料。
(5) 设计电气原理图。根据组件尺寸及安装要求确定电气柜结构与外形尺
寸，设置安装支架，标明安装尺寸、面板安装方式、各组件的连接方式、
通风散热以及开门方式。在电气原理图设计中，应注意操作维护方便与造
型美观。
电气控制系统设计的基本任务
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(6) 根据总原理图、总装配图及各组件原理图资料进行汇总，分别列出外
购件清单，标准件清单以及主要材料消耗定额。这些是生产管理(如采购、
调度、配料等)和成本核算所必须具备的技术资料。
(7) 编写使用维护说明书。
电气控制系统设计的基本任务
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根据电气设计的内容，电气控制系统设计的基本步骤如下。
(1) 拟定电气控制系统设计任务书。
(2) 确定拖动(传动)方案、选择电动机型号。
(3) 确定控制方案。
(4) 画出电气控制线路原理图。
(5) 选择电器元件，制定电机和电器元件明细表。
(6) 设计电气柜、操作台、电气安装板，画出电机和电器元件的总体布
置图。
电气控制系统设计步骤
(7) 绘制电气控制线路装配图及接线图。
(8) 编写设计计算说明书和使用说明书。
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电气原理设计的方法主要有分析设计法(又称经验设计法)
和逻辑设计法两种，下面将分别介绍。
分析设计法
所谓分析设计法指根据生产工艺的要求选择适当的基本控制环节
(单元电路)或将经过考验的成熟电路按各部分的联锁条件组合起来并加以
补充和修改，以综合成满足控制要求的完整线路。当找不到现成的典型环
节时，可根据控制要求边分析边设计，将主令信号经过适当的组合与变换，
在一定条件下得到执行元件所需要的工作信号。设计过程中，要随时增减
元器件和改变触头的组合方式，以满足拖动系统的工作条件和控制要求，
经过反复修改得到理想的控制线路。
电气控制系统设计方法
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例：设计一皮带运输机的电气控制系统。
先M1，再M2, 后M3 ，切断货源，防止压带, 堵转
开机顺序： 先M3，再M2， 后M1，防止压带堵转
停机顺序：
物流方向
M1 M2
进口
出口
M3
开机预警： 启动时需先用蜂鸣器发出警报信号
电气控制系统设计方法---分析设计法
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控制要求：
1.有延时启动预警功能。在启动时需先用蜂鸣器（YV)发出警报信号，预报
机器即将启动，警告人们迅速退出危险区，之后方允许机器启动。
2.为了避免货物在皮带上堆积，启动要求为：
A:启动顺序：皮带机3#，2#，1#
B:每个皮带机启动之间要有一定的时间间隔
3.为了在停机后皮带机上无货物滞留，停机要求为：
A:停机顺序：皮带机1#，2#，3#
B:每个皮带机停机之间要有一定的时间间隔。
电气控制系统设计方法---分析设计法
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1.主电路的设计
分析：3台电机都采用鼠笼型异步电动机拖动，不同时启动，对电网冲击
小。不经常制动，对制动时间和准确度无特殊要求。
因此：
2）无需制动，自由停车即可。
3）加装短路和过载保护即可。
1）直接启动
电气控制系统设计方法---分析设计法
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1）动力部分设计
电气控制系统设计方法---分析设计法
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2）控制部分设计
① 预警功能设计
电气控制系统设计方法---分析设计法
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2）控制部分设计
顺序启动设计②
电气控制系统设计方法---分析设计法
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2）控制部分设计
顺序停车设计③
电气控制系统设计方法---分析设计法
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3）保护设计
必要的短路和过载保护④
电气控制系统设计方法---分析设计法
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4）完整控制图
电气控制系统设计方法---分析设计法
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电气控制系统设计方法
逻辑设计法
1）. 将控制线路中的接触器、继电器线圈的通电与断电，触头的闭合
与断开，以及主令元件的接通与断开等看成逻辑变量，并将这些逻辑
变量关系表示为逻辑函数关系式.
2）. 运用逻辑函数基本公式和运算规律对逻辑函数式进行化简，使之
成为“与”、“或”、“非”的最简关系式.
3）.根据最简式画出相应的电路结构图.
4）.最后再做进一步的检查和完善，得到所需的控制线路。
设计的基本步骤.
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电气控制系统设计方法---逻辑设计法
继电接触式控制线路中逻辑变量的处理
一般在控制线路中，电器的线圈或触头的工作存在着两个物理状态。
对于接触器、继电器的线圈是通电与断电；对于触头是闭合与断开。在
继电接触式控制线路中，每一个接触器或继电器的线圈、触头以及控制
按钮的触头都相当于一个逻辑变量，它们都具有两个对立的物理状态，
故可采用“逻辑0”和“逻辑1”来表示。任何一个逻辑问题中，“0”
状态和“1”状态所代表的意义必须做出明确的规定，在继电接触式控
制线路逻辑设计中规定如下。
(1) 对于继电器、接触器、电磁铁、电磁阀、电磁离合器等元件的
线圈，通常规定通电为“1”状态，失电则规定为“0”状态。
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(2) 对于按钮、行程开关元件，规定压下时为“1”状态，复位时为
“0”状态。
(3) 对于元件的触头，规定触头闭合状态为“1”状态，触头断开状
态为“0”状态。
分析继电器、接触器控制电路时，元件状态常以线圈通电或断电来
判定。该元件线圈通电时，其本身的常开触头(动合触头)闭合，而其本
身的常闭触头(动断触头)断开。因此，为了清楚地反映元件状态，元件
的线圈和其常开触头的状态用同一字符来表示，而其常闭触头的状态用
该字符的“非”来表示。例如对于接触器KM1来说，其常开触头的状态用
KM1表示，其常闭触头的状态用则用 表示。
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
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2. 继电接触式控制线路中的基本逻辑运算
继电接触式控制线路中的基本逻辑运算可以概括为3种：与、或、非。
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
下面对这3种基本逻辑运算做详细分析：
1) 继电接触式控制线路中的逻辑“与”
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2) 逻辑“或”
3) 逻辑“非”
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
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3. 逻辑函数的基本公式和运算规律
(1)交换律：
(2)结合律：
(3)分配律：
(4)吸收律：
(5)互补律：
(6)非非律：
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
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【例】化简如下电路。
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
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逻辑式为
函数式化简为
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
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等效电路：
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
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4. 逻辑设计法的一般步骤
(1) 按工艺要求作出工作循环图。
(2) 按工作循环图画出主令元件、检测元件和执行元件等的状态波
形图。
(3) 根据状态波形图，列写执行元件(输出元件)的逻辑函数式。
(4) 根据逻辑函数式画出电路结构图。
(5) 进一步检查、化简和完善电路，增加必要的联锁、保护等辅助
环节。
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
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【例】为了保护冲床操作者的人身安全，采用在两地有两个
人同时控制才能启动冲床的方案。线路中使用3个按钮，分别
为SB1、SB2、SB3，控制冲床电机的接触器线圈为KM，同时按
下SB1、SB2或同时按下SB2、SB3时，KM接通，其余情况下KM均
不通电。
解： ①根据题目的要求，列出接触器、继电器通电后动作状
态表，如表图所示。
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
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SB1 SB2 SB3 f(KM)
0 0 0 0
1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 0
1 1 0 1
0 1 1 1
1 0 1 0
1 1 1 0
冲床的元件状态表
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
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② 列出逻辑变量和输出变量的逻辑代数式并化简。
③ 根据逻辑代数式绘制控制电路，如图所示。
④ 检查、完善所设计的线路。主要检查是否存在寄生电路及触头竞
争，然后绘制主电路并加入必要的保护环节。
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
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【例】 某电动机只有在继电器KA1、KA2和KA3中任何一个或
任何两个继电器动作时才能运转，而在其他任何情况下都不运
转，试设计其控制线路。
解：电动机的运转由接触器KM控制。
根据题目的要求，列出接触器、继电器通电后动作状态表，如表图所示。
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
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根据动作状态表，接触器KM通电的逻辑函数式为
利用逻辑代数基本公式进行化简得：
根据简化了的逻辑函数关系式，可绘制如图所示的电气控制线路。
电气控制系统设计方法---逻辑设计法
本章小结
1．电气控制系统设计的基本原则。
在本章，我们学了：
2．电气控制线路的设计方法（经验设计法和逻辑设计法）。
