PLC电气控制技术

一、惯用电气图形符号和文字符号电气控制线路设计基础电气控制系统图是工程技术通用语言，为了便于交流与沟通，在电器控制线路中，各种电器元件图形、文字符号必须符合国家标准。为了便于掌握引进技术和先进设备，便于国际交流和满足国际市场需要，国家标准局参考国际电工委员会(IEC)公布相关文件，制订了我国电气设备相关国家标准，采取新图形和文字符号及回路标号，颁布了GB/T4728-2023电气图用图形符号、GB6988-87电气制图和GB7159-87电气技术中文字符号制订通则。表1-20列出了惯用电气图形、文字符号表，以供参考。

由按钮、开关、接触器、继电器等有触点低压控制电器所组成控制线路叫做电气控制线路。将电气控制系统中电器元件及其连接电气控制线路用一定图形表示出来，称之为电气控制系统图。因为低压电器是电力拖动自动控制系统基本组成元件，所以，这里主要研究电力拖动自动控制系统电气控制系统图。第1页

电气原理图采取电器元件图形和文字符号表示电路中各个电器元件连接关系而绘制图样，它并不反应电器元件实际大小和安装位置。其作用是便于详细了解工作原理，指导系统或设备安装、调试与维修。在电力拖动自动控制系统中，电气原理图依据电气控制线路依据电路经过电流大小可分为主电路、控制电路和辅助电路。

主电路包含从电源到电动机电路，是强电流经过部分，普通画在原理图左边。

控制电路是经过弱电流电路，普通由按钮、线圈、触点等组成，普通画在原理图右边。

辅助电路指照明、信号指示、检测等电路。电气控制系统图普通有电气原理图、电器布置图、电气安装接线图三种。二、电气控制系统图绘制标准和基本方法第2页主电路控制电路辅助电路（2）控制系统内全部电机、电器和其它器械带电部件，均应在原理图中表示出来。第3页（3）电气原理图中全部电器元件也均应采取国家标准中统一要求图形符号和文字符号表示。为便于分析和阅读，普通采取电器元件展开图画法。即：

同一电器元件各个部件能够不画在一起，但需用同一文字符号标出。若有多个同一类型电器元件,可在文字符号后加上数字序号下标，如SB1、SB2、KA1、KA2等。（4）全部按钮、触头均按没有外力作用和没有通电时原始状态画出。

对于继电器、接触器触点，按其线圈不通电时状态画出；对于按钮、行程开关等触点，按未受外力作用时状态画出。（5）导线应防止交叉、折弯最少。导线能够水平布置，也能够垂直布置。

第4页（6）不论主电路还是控制电路，辅助电路，均按功效布置，尽可能按动作次序从上到下，从左到右排列。控制电路两线交叉连接时电气连接点须用黑点标出。第5页（7）为方便阅图，在电气原理图中可将图分成若干个图区，并标明个图区电路作用。图区标示第6页

电器元件布置图

电器元件布置图反应各电器元件实际安装位置，在图中电器元件用实线框表示，而无须按其外形形状画出；在图中往往还留有10%以上备用面积及导线管（槽）位置，以供走线和改进设计时用；在图中还需要标注出必要尺寸。CW6132型普通车床电器布置图线槽外引线端子板CW6132型普通车床电气原理图第7页

电气安装接线图

电气安装接线图反应是电气设备各控制单元内部元件之间接线关系。电气安装接线图是按照电器元件实际位置和实际接线绘制，依据电器元件布置最合理、连接导线最经济等标准来安排。它为安装电气设备、电器元件之间进行配线及检修电气故障等提供了必要依据。

在绘制安装接线图时普通应遵照以下标准：

(1)各电器元件用要求图形、文字符号绘制，同一电器元件各部件必须画在一起。各电器元件位置应与实际安装位置一致。(2)不在同一控制柜或操作台上电器元件电气连接必须经过端子排进行。各电器元件文字符号及端子编号应与原理图一致，并按原理图接线进行连接。(3)走向相同多根导线可用线束表示，但线径不一样导线例外。(4)画连接导线时，应标明导线规格、型号、根数等规格要求，方便施工人员顺利施工。第8页CW6132车床电气安装接线图第9页三、继电接触控制系统基本控制电路任何简单或复杂电气控制回路均由一系列基本步骤所组成，包含：

启停控制、点动控制、连续控制、自锁控制、互锁控制、多地点控制、次序控制和自动循环控制等很多步骤，下面就上述步骤结构及规律作详细介绍。第10页所谓点动，即手动按下按钮时，电动机运转工作；手动松开按钮时，电动机停顿工作。特点是：能实现电动机短时转动，整个运行过程完全由操作人员决定。主电路由空气开关QS、交流接触器KM主触头和笼型电动机M组成；控制电路由开启按钮SB和交流接触器线圈KM组成。电动机点动控制线路图1、点动控制步骤开启过程以下：先合上空气开关QS→按下开启按钮SB→接触器KM线圈通电→KM主触头闭合→电动机M通电直接开启。

停机过程以下：松开SB→KM线圈断电→KM主触头断开→M断电停转。第11页连续运转即要求电动机长时间连续运行，从电机控制角度说即为长动控制。2、连续运转控制步骤

主电路由空气开关QS、接触器KM主触头、热继电器FR发烧元件和电动机M组成；

控制电路由停顿按钮SB1、开启按钮SB2、接触器KM常开辅助触头和线圈、热继电器FR常闭触头组成。

工作过程：开启：合上空气开关QS→按下开启按钮SB2→接触器KM线圈通电→KM主触头闭合(KM常开辅助触头闭合)→电动机M接通电源运转(松开SB2)。

停机：按下停顿按钮SB1→KM线圈断电→KM主触头和辅助常开触头断开→电动机M断电停转。第12页

自锁即要求电动机控制回路开启按钮按下松开后，电动机仍能保持运转工作状态。3、自锁控制与互锁控制(a)图为经典含有自锁功效控制线路，当按钮SB1按下后，接触器KM线圈得电，同时其常开辅助触点吸合，当按钮被松开后仍能保持接触器KM线圈得电，自锁功效得以实现。

ab(b)图为两路自锁电路，SB2起停顿作用，按下SB1，KM1线圈自锁运行，按下SB3，KM2自锁运行。第13页互锁即在一个接触器得电动作时，经过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作现象叫互锁（或联锁）。实现互锁作用常闭触头称为联锁触头（或互锁触头）。3、自锁控制与互锁控制电器联锁(互锁)作用：正转时，SBR不起作用；反转时，SBF不起作用。从而防止两触发器同时工作造成主回路短路。互锁KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMFKMRSBR~KMRM3~ABCKMFFRFUQS正转反转第14页第15页

有些电气设备，为了操作方便，常要求能在多个地点对同一台电动机实现控制(如要求即可在现场控制运转状态，又可在控制室或其它远程场所控制运转状态)。这种控制方法叫做多地控制。下列图所表示为3地联锁控制线路。把一个开启按钮和一个停顿按钮组成一组，并把3组开启、停顿按钮分别放置3地，即能实现3地点控制。图中SB11、SB12，SB21、SB22，SB31、SB32组成3组，分别放在控制室，操作间及现场。左图实现3地点动控制，右图实现3地连续运转控制。4、多地联锁控制多地联锁控制接线标准是开启按钮应并联连接，停顿按钮应串联连接。第16页在生产实践中，有时要求一个拖动系统中多台电动机实现先后次序工作。

要求:电启机M2开启后，电动机M1才能开启。5、

多台电动机先后次序工作控制电动机次序控制接线规律以下:（1）要求KM2动作后KM1才能动作，故将KM2常开触头串接于KM1线路中。（2）要求KM2动作后KM1不能动作，故将KM2常闭触点串接于KM1线圈电路中。工作过程以下：

合上空气开关QS→按下开启按钮SB2→接触器KM2通电→电动机M2开启→常开辅助触头闭合→按下开启按钮SB1→接触器KM1通电→电动机M1开启。按下停顿按钮SB→两台电动机同时停顿。第17页在一些电气设备中，有些是经过设备自动往复循环工作.比如造纸自动喷水管左右摆动喷水就是经过电动机正、反转实现自动往复循环。6、自动循环控制工作过程以下：合上电源开关QS→按下SB1→KM1通电→电动机M正转，喷水管左移→喷水管左移到一定位置，螺杆撞动限位开关ST2→ST2常闭触头断开→KM1停顿吸合，此时ST2常开触头接通KM2通电→电动机M反转喷水管右移→喷水管右移到一定位置，螺杆撞动限位开关ST1→ST1常闭触头断开→KM2停，KM1再次得电，依次往复运行。控制线路按照行程控制标准，利用生产机械运动行程位置实现控制，通常采取限位开关。第18页电气控制保护步骤非常多，在电气控制线路中：

最为惯用是熔断器及断路器，应用方法是串联在回路中，其分断作用是当线路电流超出其允许最大电流时熔断或跳保护。（自动空气开关/断路器作用：可实现短路、过载、失压保护

）（熔断器作用：用于短路保护）

第二类较惯用保护步骤是电动机保护，如热保护继电器，当电动机过载、缺相及三相电流不平衡时跳保护。

电气控制线路常设有以下保护步骤：

1)短路保护

当电路发生短路时，短路电流会引发电器设备绝缘损坏和产生强大电动力，使电机和电路中各种电器设备产生机械性损坏，所以当电路出现短路电流时，必须快速而可靠断开电源。7电气控制惯用保护步骤第19页图(a)为采取熔断器作短路保护电路。

当主电机容量较小，其控制电路不需另设熔断器，主电路中熔断器也作为控制电路短路保护。

当主电机容量较大，则控制电路一定要单独设置短路保护熔断器。图(b)为采取自动开关作短路保护电路。

既作为短路保护，又作为过载保护，其过流线圈用做短路保护。线路出故障时，自动开关动作，事故处理完重新合上开关，线路则重新运行工作。低压断路器（自动空气断路器、自动空气开关、自动开关）第20页2)过电流保护

不正确开启和过大负载，经常引发电动机产生很大过电流，尤其是对频繁开启和正反转重复短时工作电动机，在其运行过程中产生过电流可能性更大，尽管由此引发过电流普通比短路电流要小，但对电机影响比较大，经常会引发电机内部部件损坏，所以，要进行过电流保护。过电流保护普通采取过电流继电器.过流保护分为定时限过流保护和反时限过流保护。

继电保护动作时间固定不变，与短路电流大小无关，成为定时限过流继电保护。定时限过流继电保护时间是由时间继电器设定，时间继电器在一定范围内连续可调，使用时可依据给定时间进行整定。继电保护动作时间与短路电流大小成反比，称为反时限过流继电保护。短路电流越大，这种保护动作时间越短；短路电流越小，保护动作时间越长。第21页定时限过电流保护动作原理：当流过系统电流值超出过电流保护装置整定动作值，且经过一定时间延时后使保护装置动作，切断故障电路。保护过程：当电动机开启时，延时继电器KT常闭触点闭合着，过电流继电器过电流线圈不接入电路，这时，即使开启电流很大，但过电流保护不动作，开启结束后，KT常闭触点经过延时已经断开，过电流继电器开始起保护作用。第22页3)过载保护电动机长久超载运行，其绕组温升将超出允许值而损坏，所以应设过载保护步骤。过载保护普通采取热继电器作为保护元件。热继电器含有反时限特征，因为热惯性关系，热继电器不会受短路电流冲击而瞬时动作；当有8～10倍额定电流经过热继电器时，需经1s～3s动作，这么，在热继电器动作前，热继电器发烧元件可能已烧坏。所以，在使用热继电器做过载保护时，还必须装有熔断器或过流继电器配合使用。第23页图(a)所表示为两相保护，适合用于保护电动机任一相断线或三相均衡过载时。但当三相电源发生严重不平衡或电动机内部短路、绝缘不良等，有可能使某一相电流比其它两相高，则上述两电路就不能可靠进行保护。图(b)为三相保护，能够可靠保护电动机各种过载情况。第24页

4)失压保护在电动机正常工作时，假如因为电源关闭而使电动机停转，那么，在电源电压恢复时，电动机就会自行开启。电动机自开启可能造成人身事故或设备事故。预防电压恢复时电动机自开启保护称失压保护。它是经过并联在开启按钮上接触器常开触头来实现失压保护，即自锁控制，如图2.11所表示。采取继电器、接触器控制后，电源电压<85%时，接触器触头自动断开，可防止烧坏电机；另外，在电源停电后突然再来电时，可防止电机自动起动而伤人。第25页5)极限保护一些直线运动生产机械常设极限保护，该保护是由行程开关来实现。如龙门刨床刨台，设有前后极限保护；矿井提升机，设上、下极限保护。温度、压力、液位等在生产过程中可依据生产机械和控制系统不一样要求，设置对应极限保护步骤。

第26页电动机保护

短路保护是因短路电流会引发电器设备绝缘损坏产生强大电动力，使电动机和电器设备产生机械性损坏，故要求快速、可靠切断电源。通常采取熔断器和过流继电器等。

欠压是指电动机工作时，因为电压低于正常工作电压而使电动机停转，失压(零压)是指电源电压消失而使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能自动重新起动(亦称自起动)，易造成人身或设备故障。惯用失压和欠压保护有：用接触器自锁及欠压继电器组成失压、欠压保护。

过载保护是为预防三相电动机在运行中电流超出额定值而设置保护。常采取热继电器FR保护，也可采取自动开关和电流继电器保护。第27页8行程控制KMRM3~ABCKMFFUQFR行程控制实质为电机正反转控制，只是在行程终端要加限位（行程）开关。正程逆程BA1第28页行程控制电路（1）正程限位开关STASTB逆程至右极端位置撞开STA

动作过程SB2正向起动按钮正向运行电机停车（反向运行一样分析）控制电路KMFFRKMRSB1KMFSB2STASB3STBKMRKMRKMF限位开关~反向运行正向运行2第29页行程控制(2)--自动往复运动正程逆程电机工作要求：1.能正向运行也能反向运行2.到位后能自动返回3第30页行程控制电路（2）动作过程至右极端位置撞开STA

SB起动按钮电机正向运行电机反向运行至左极端位置撞开STB

控制电路KMFFRKMRSB1KMFSB2STASTBKMRKMRKMF限位开关~STASTB工作要求：1.能正向运行也能反向运行2.到位后能自动返回4第31页＃1电机M1控制要求：1.M1起动后，M2才能起动，2.M1

、M2可单独停车。＃2电机M29

次序控制第32页次序控制电路（1）：两电机只确保起动先后次序，没有延时要求。

控制电路FR1KM1KM2SB3SB4KM2KM1SB1SB2KM1FRFR1FR2FR2~控制要求：1.M1起动后，M2才能起动，2.M1、M2可单独停车。第33页不能够

!两电机各自要有独立电源；这么接，主触头（KM1）负荷过重。M3~KM1FRKM2M3~KM2KM1SB2KM2KM1SB3SB1主电路控制电路这么实现次序控制可不能够?~FR第34页KM1SB1SB2KTFRKM1KM2KM2KM2KT次序控制电路(2)：M1起动后，M2延时起动。SB2

KM1

KT

KM2

延时

KM2

M1起动KT

M2起动主电路同前控制电路~第35页

实现M1起动后M2延时起动次序控制，用以下电路可不能够？不能够！继电器、接触器线圈有各自额定值，线圈不能串联。KM1SB1SB2KTFRKM1KM2KM2KT~第36页例1：运料小车控制设计一个运料小车控制电路，控制要求以下：1.小车起动后，前进到A地。然后做以下往复运动：到A地后停2分钟等候装料，然后自动走向B。到B地后停2分钟等候卸料，然后自动走向A。2.有过载和短路保护。3.小车可停在任意位置。

正程逆程电机BA控制电路综合举例第37页运料小车控制电路STa、STb

为A、B两端限位开关

KTa、KTb

为两个时间继电器

M3~ABCKMFFUQFRKMR主电路STbFRKTbKMFKMRSBFSB1KMFSTaSTaKTaKMRKMRKMFSTbKTaKTbSBR~第38页该电路问题：小车在两极端位置时，不能停车。动作过程SBFKMF

小车正向运行至A端撞STaKTa延时2分钟KMR小车反向运行至B端撞STbKTb

延时2分钟KMF小车正向运行……如此往复运行。STbFRKTbKMFKMRSBFSB1KMFSTaSTaKTaKMRKMRKMFSTbKTaKTbSBR~第39页FR加中间继电器（KA）实现任意位置停车要求KMFKMFSBFKMRSTaSTaKTaSTbKTbKMRKTaKMRKMFSTbKTbSB1SB2KAKASBR~第40页工作台位置控制例2:起动后工作台控制要求：(1)运动部件A从1到2(2)运动部件B从3到4(3)运动部件A从2回到1(4)运动部件B从4回到3自动循环BM1AM2ST3ST4ST2ST11234第41页工作台位置控制电路(1)依据动作次序设计控制电路。(2)检验有没有互锁。(3)检验能否正确开启、停车。设计步骤：KMAFST4KMBRST2KMBFKMBRKMAFST4KMAFST1KMARKMBFST1KMBRST3KMBFKMAFSB1SB2KMARST2ST3~FR第42页工作台位置控制电路

该电路有何问题？小车若在1、2、3、4要求位置时，不能正常停车。KMAFST4KMBRST2KMBFKMBRKMAFST4KMAFST1KMARKMBFST1KMBRST3KMBFKMAFSB1SB2KMARST2ST3~FR第43页电路改进方法同前：加中间继电器（KA）KAFRST4KMBRST2KMBFKMBRKMAFST4KMAFST1KMARKMBFST1KMBRST3KMBFKMAFKAKMAFSB2KMARST2ST3SB1KASB3~第44页◆经验设计法

经验设计法，又称为普通设计法、分析设计法。依据生产机械工艺要求和生产过程，选择适当基本步骤和经典电路综合而成电气控制线路。

继电接触器自动控制系统设计经验设计法基本步骤1、主电路设计。主要考虑电动机开启、点动、正反转、制动及多速电动机调速。2、控制电路设计。主要考虑怎样满足电动机各种运转功效及生产工艺要求，包含实现加工过程自动或半自动控制等。3、辅助电路设计。主要考虑怎样完善整个电路设计院，包含短路、过载、零压、联锁、照明、信号、充电测试等各种保护步骤。4、重复审核电路是否满足设计标准。在条件允许情况下，进行模拟试验，直至电路动作准确无误，并逐步完善整个电气控制电路设计。第45页经验设计法基本设计方法1、依据生产机械工艺要求选取现有经典步骤，将它们有机组合并加以补充修改，综合成所需要控制线路。2、若找不到现成经典步骤，可依据工艺要求自行设计，边分析边画图，随时增加所需电器元件和触头，以满足给定设计要求。经验设计基本特点1、易于掌握，使用很广，但普通不易取得最正确设计方案。2、要求设计者含有一定实际经验，不然在设计过程中往往会因考虑不周发生差错，影响电路可靠性。3、当线路达不到要求时，多用增加触点或电器数量方法来加以处理，所以设计出线路经常不是最简单经济。4、需要重复修改草图，设计速度慢。5、普通需要进行模拟试验。6、设计程序不固定。第46页作业1、P491-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-10第47页SBF和SBR决不允许同时按下，不然造成电源两相短路。正反转控制线路3~MFRFU正转触点KMRKMFKMF.KMRFRQKMFSB..SBFKMF正转接触器正转按钮正反转控制电路必须确保正转、反转接触器不能同时动作。反转接触器SBRKMRKMR..........反转按钮反转触点第48页◆电气控制线路逻辑设计法

所谓逻辑设计法就是依据生产工艺要求，利用逻辑代数来分析、设计线路一个方法。用这种方法能够使继电器—接触器系统设计得更为合理，设计出电路能充分发挥元件作用，所使用元件数量最少，这种方法尤其适合完成较复杂生产工艺所要求控制线路。

我们知道，作为电气控制继电器、接触器等电器元件只有两种工作状态，即线圈得电和失电、触头闭合和断开，它们都是两个对立稳定物理状态。在逻辑代数中，把这种含有两个对立稳定量称为逻辑变量，可采取“逻辑0”和“逻辑1”来表示。

任何一个逻辑问题中，“0”状态和“1”状态所代表意义必须做出明确要求，在继电接触式控制线路逻辑设计中要求以下。(1)对于继电器、接触器、电磁铁、电磁阀、电磁离合器等元件线圈，通常要求通电为“1”状态，失电则要求为“0”状态。逻辑设计法基本原理第49页(2)对于按钮、行程开关元件，要求压下时为“1”状态，复位时为“0”状态。(3)对于元件触头，要求触头闭合状态为“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。所以，为了清楚地反应元件状态，元件线圈和其常开触头状态用同一字符来表示，而其常闭触头状态用该字符“非”来表示。比如对于接触器KM1来说，其常开触头状态用KM1表示，其常闭触头状态用则用表示。第50页2.继电接触式控制线路中基本逻辑运算继电接触式控制线路中基本逻辑运算能够概括为3种：与、或、非。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逻辑“与”如图所表示，用逻辑“与”来解释，只有当K1和K2两个触头全部闭合即都为“1”态时，接触器线圈KM才能通电为“1”态。假如K1和K2两个触头中有其中任一个触头断开，则线圈KM就断电。所以电路中触头串联形式是逻辑“与”关系。逻辑“与”逻辑函数式为式。第51页2)逻辑“或”如图所表示，用逻辑“或”来解释，当触头K1和K2任意一个闭合时，则线圈KM通电即为“1”态，只有当触头K1和K2都断开时，线圈KM断电即为“0”态。逻辑“或”逻辑函数式为式。3)逻辑“非”逻辑“非”也称逻辑“求反”。图表示元件状态KA常闭触头与触发器KM线圈状态控制是逻辑非关系。其逻辑函数式为式。

当开关K合上，常闭触头状态为“0”，则KM＝0，线圈不通电，KM为“0”状态；当K打开，＝1，则KM＝1，线圈通电，接触器闭合，KM为“1”状态。第52页3.逻辑设计法普通步骤(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状态转换波形图/真值表。(3)依据状态转换波形图/真值表，列写执行元件(输出元件)逻辑函数式。(4)依据逻辑函数式画出电路结构图。(5)深入检验、化简和完善电路，增加必要联锁、保护等辅助步骤。第53页4.逻辑电路设计方法逻辑电路设计有组合逻辑电路设计和时序逻辑电路设计两种方法。下面将分别介绍这两种设计方法。

1)组合逻辑电路设计所谓组合逻辑电路是指执行元件输出状态只与同一时刻控制元件状态相关，输入、输出呈单方向关系，即只能由输入量影响输出量，而输出量对输入量无影响。以下以冲床控制过程为例来说明怎样进行组合逻辑电