电气控制电路设计方法(继电器版)
作者：左厚臣
前言
在工业自动化发达的今天，机器代替了人工生产，可编程逻辑控制器得到了广泛的应用，节约成本性能稳定也是放在了首位。在某种场合下，用几个继电器、时间继电器同样也可以代替可编程逻辑控制器，这样不仅可以节约一定的成本，同样也具有稳定性，为此，本文列出了几个常用的电气控制线路设计方法，并举例说明，具有一定的实用价值。
关键词：电气线路控制 继电器控制 电路设计
一、常用电气元件符号
断路器
接触器主触头
接触器常开触点
接触器常闭触点
接触器线圈 继电器线圈 时间继电器线圈
继电器常开触点
继电器常闭触点 按钮常开触点 按钮常闭触点
时间继电器常开触点 时间继电器常闭触点 单向交流电机 三相交流电机
热继电器主触头 热继电器常闭触头
QF KM KM KM KM KA KT KA KA SB KT KT M M FR FR SB
二、设计思路
电气控制线路主要分为两大部分，一是主电路部分，二是控制部分，如下图所示：
上图是一个控制三相电机启动停止的原理图，当按下SB1时电动机启动，按下SB2时电动机停止运转。当电机过载后FR 常闭触点断开，电动机停止，很好的保护了电机过载带来的危害。
从图中可以看出，主电路主要作用是给执行元件供电，并保护供电中漏电、过载、短路带来的危害（QF 也可以是带漏电过载保护开关）。控制电路主要负责以达到某种控制要求，对执行元件的间接控制。
在设计这样的控制线路时按照两部分即主电路部分和控制电路部分来进行设计，思路就会更加的清晰。
由于控制电路部分占主要并且主电路设计简单，所以本文只说明控制电路的设计方法。
三、电气控制线路常用的控制方法
1、经验法
经验法顾名思义也就是凭借一些经验来设计电气控制线路的一些方法。但是缺点是不适合设计逻辑性较复杂的电路，设计起来会毫无头绪，思路不是很清晰，对于简单的电路会比较得心应手。由于每个人的思路都不一样，这里就不举例说明。
2、起保停电路法
起保停电路法用得也是比较多的一种方法，它是通过启动条件，保持条件及断开条件这种逻辑思维来实现的。如下图所示：
U V W N
QF FR KM M
SB1 SB2 FR KM KM 主电路 控制电路
工人B KM3
这是一个最基本的启保停电路，当KM 吸合后KA 线圈有电KA 触点也就吸合，即
使KM 断开KA 仍然有电继续保持吸合状态，当按下SB 后KA 失电，从而达到了启动保持停止的效果，那么可以看出： 启动条件：KM 吸合 保持条件：KA 吸合 断开条件：按下SB
一个电气自动控制线路可以看做是多个起保停电路组成，下面就用这种方法举例说
明。
控制要求，如上图所示:工人A 在A 点将工件放到升降移动机构上通过升降传送到
B 点的工人B 使用后升降机构再返回到A 点继续等待工人A 进行下次作业。 那么控制流程分析：
1、工人A 放上工件按下按钮1
2、电机M2正转上升至限位1停止
3、M1正转移动到限位4停止
4、电机M2反转下降到限位2停止
5、工人取下工件按下按钮2电机M2正转上升至限位1停止
6、M1反转移动至限位3停止
7、M2反转移动至限位2停止等待下一步作业
整个电路中也就两个执行元件机M1和M2，但是由于有正反转，所以会延伸到4个执行元件，即M1正转、M1反转、M2正转、M2反转，分别由KM1、KM2、KM3、KM4来控制。可以先不考虑启动和停止条件分别绘出电路图如下：
M1正转
SB KA KM KA M1 M2
限位1 限位2 限位3
限位4 按钮1 按钮2
A 点
B 点 工人A KM1
KM4 KM2
KM2
KM4
KM1 KM2 KM2
M1反转
M2正转
M2反转
刚刚不是说不考虑启动和断开条件么，为什么还多了这么多断开条件呢？其实这 些断开条件并非是启保停的断开条件，这里引入的一个概念叫做互锁，是为了防止两 个电机在运行中不“打架”而加进去了。
比如说M2反转过程中，如果因为误动作，导致正转线圈也启动，那么可能导致 短路的危险。所以加入的KM1(M1正转)、KM2（M1反转）、KM3(M2正转)的断开件
从图中可以看得到，KM1、KM2、KM3、KM4各用了3个辅助常闭触点加上接
电动机主电路用的触头，那么各用了6组触头，能不能化简呢，当然可以的。从上图中找出它们的公共点，化简成如下图所示：
KM3 KM3
KM4 KM1 KM4
KM3 KM1 KM1
KM2
KM2
KM1
KM4 KM3 KM3
KM4 KM4
KM3
KM2 KM1
限位4 接下来加入各个启动条件及自保持条件，绘出电路图如下：
KM1启动条件：1、按钮1按下并且M2停到限位2 2、按钮2按下并且M2停到限位2 KM2启动条件：1、M1到达限位3 2、M2到达限位4
KM3启动条件：1、M2到达限位1并且M1到达限位3 KM4启动条件：1、M2到达限位1并且M1到达限位4
保持条件：KM1、KM2、KM3、KM4保持条件为自身，即自保持。
KM1 KM2 KM2
KM1 KM4 KM3 KM3 KM4 KM4 KM3 KM2 KM1 限位2 按钮1 M1正转
M2正转
M1反转
M2反转
按钮2 限位3
KM1
KM2 限位1 KM3
限位1 限位3 限位4
KM4
限位4
紧接着加入断开条件，绘出电路图如下：
那么整个电路设计完成了，需要验证一下：
第一步：按下按键1，由于M2在限位2的位置，KM1则吸合并自保持，M2正转。 第二步：M1正转至限位1时，M2停止运转。 第三步：！@#￥%……&*（。。。。。。。。。。）
乱了，乱了！M2正转到限位1时产生矛盾了，由于限位1和限位3是闭合的，那么KM2（M2反转）和KM3（M1正转）都达到了闭合的条件，问题暂且放下，就当第三步能如愿的正常进入到第四步。
第四步：由于限位1和限位3闭合，KM3吸合后自保持,M2正转。 第五步：M2正转至限位4停止运转。 第六步：@#￥%……&*（。。。。。。。。。。）
又打架了，M2正转至限位4时停止后，限位4和限位1是闭合的，那么KM4(M2反转)和KM2(M1反转)都达到了闭合的条件。还是先把问题放下继续。
KM1 KM2 KM2
KM1 KM4 KM3 KM3 KM4 KM4 KM3 KM2 KM1 限位2 按钮1 M1正转 M2正转
M1反转
M2反转
按钮2 限位3
KM1
KM2 限位1 KM3
限位1 限位3 限位4
KM4
限位1 限位2 限位4 限位3
第七步：M1正转到限位4后停止，限位4闭合，导致KM2吸合自保持后，M2反转。 第八步：M2反转至限位2后停止
第九步：按下按键2，由于M2在限位2，那么KM1闭合并自保持，M2正转。 第十步：M2正转至限位1停止
第十一步：@#￥%……&*（。。。。。。。。。。）
又不安分了，M2正转至限位1停止后，限位1和限位4是闭合的，那么KM4(M1
反转)和KM2（M2反转）都达到了闭合的条件。还是继续吧！
第十二步：M2正转至限位1后，限位1和限位4闭合，KM4吸合并自保持，M1反转。 第十三步：M1反转至限位3停止
第十四步：@#￥%……&*（。。。。。。。。。。）
任然步老实，M1反转至限位3后，限位3和限位1是闭合的，那么KM2（M2反
转）和KM3（M1正转）都达到了闭合的条件。不管不管！
第十五步：M1反转至限位3后，限位3闭合，导致KM2吸合并自保持，M2反转。 第十六步：M2反转至限位2后停止 如此周而复始的运转。
到此为止，总共有4个问题任然需要解决，梳理后归纳为两个问题,即： 1、M2在限位1M1在限位3不知去向。 2、M2在限位1M1在限位4不知去向。
为此，思路又清晰了，这里又提到一个概念，标志位，既然是不知去向的问题，那么不妨设置一个去向标志KA1，整个过程可分为送料和收回两大步骤，KA1闭合表示送料，KA1断开表示收回，同样用起保停的方式绘出电路图如下：
送料启动条件：M2停在限位2 M1停在限位3并且按下按钮1
收回启动条件：M2停在限位2 M1停在限位4并且按下按钮2，由于收回标志为KA1的常闭触点，也就是KA1的断开条件，所以所有的关系都要相反。
再将此条件加入到电路中，如下图所示
KA1 去向标志
限位2 按钮1 按钮2 限位2 KA1
限位4
限位3
限位4
KA1
KA1
绘出电路图然后验证，达到设计要求。由于限位开关触点不多，需要加继电器代替，另外紧急情况需要两地急停按钮，直接串联在电路中即可，这里就不说明了。整个电路用了2个按钮，5个继电器，4个接触器，如果用PLC 需要输入点7个，输出点4个，
KM1
KM2
KM2
KM1
KM4 KM3 KM3
KM4
KM4
KM3
KM2 KM1 限位2
按钮1 M1正转
M2正转
M1反转
M2反转
按钮2
限位3
KM1
KM2
限位1 KM3
限位1 限位3
限位4
KM4
限位1
限位2
限位4
限位3
KA1
KA1
KA1
去向标志
限位2 按钮1 按钮2
限位2
KA1
限位4
限位3
需要14个点的PLC ，一个约500RMB,但是使用继电器控制，那么只需要5个继电器，最多150RMB ，可节约350RMB ，何乐而不为呢。
3、时序图法
时序图法也是用得比较多的一种方法，常用在具有时序特性的控制线路中，接下来就举例说明。
假如需要控制一盏灯，按照亮5秒灭3秒，再亮2秒灭4秒如此循环。 首先合计一下需要用到4个定时器，一个继电器，并画出如下图形。
上图中，纵坐标代表线圈，横坐标表示线圈启动和停止的条件，图中则用波行图表示线圈的停和断。接下来绘出时序图如下。
KT1整定值为5秒,KT2整定值为8秒，KT3整定值为10秒，KT4整定值为14秒。
KT1 KT2 KT3 KT4 KA1 KT1 KT2 KT3 KT4
KA1 KT1 图中横轴带括号的表示常闭没带括号的表示常开，再根据时序图中的关系，绘出电路
图如下：
从时序图中可以看出，KT1、KT2、KT3、KT4一开始线圈便一直通电，带KT4时间14S 到后便会断开，即时序图中的（KT4）。
再绘出KA1的电路图，如下：
最开始KA1线圈是直接通电的，所以先绘成上图所示。
4S 后KA1线圈断开则是KT1时间到，可以添加KT1常闭触点，如上图所示。
KT1 KT2 KT3 KT4 KT4 KA1