零基础无实物一步一步学PLCS7-1200仿真背景知识二电气控制基本电路

在上一节讲述了基本的元器件知识之后，同学们应该深挖每一个元器件的原理和选型原则。可以为未来的自己设计项目时候的选型做到游刃有余。今天给大家带来一些电气控制或者工控领域的常见的基本电路，这些基本电路都是构成当今工控领域复杂电路的基本单元，非常值得学习。同时也是PLC编程的基础，同学们要知道元器件是如何从电气控制电路过渡到PLC的程序的。

一、电气原理图构成

电气原理图的一般原则：
（1）电气原理图一般包含主回路和控制回路。主回路是完成该电路主要功能的电路，相当于废话哈，其实主电路是电气控制电路中大电流通过的部分，由接触器主触点、电动机、低压断路器、开关电源等组成。控制电路由主令电器、接触器线圈、继电器线圈、接触器辅助触点、继电器触点、信号灯、PLC控制器、低压断路器等元器件组成。一般我们的控制对象是电动机，设计时，主电路和控制电路分开绘制。实际布线的时候也是主电路和控制电路分开布线。所以在设计时养成良好的习惯是非常重要的。
（2）各个低压电气元器件采用对应国家规定的电气图形符号和文字符号表示，这个主要是产品有出口需要的要符合当地国家的标准和规范，如CE和UL认证等等，尤其是电气符号和插头的标准需要符合当地的标准，否则会导致无法使用，具体大家可以参考国际电工网站，那上面有所有的插头相关的各个国家的样式标准。
（3）采用便于阅读的原则来安排各个元器件在控制电路中的位置。同一元器件的各部件根据需要可以不绘制在一起，比如说继电器和接触器，本身该类器件设计的初衷就是小电压控制大电压，而实际上通常大电压所在的主电路和小电压的控制电路不在同一物理位置，比如挖矿的设备等等。但文字符号要相同，因为是同一个元器件，若有多个同一种类的元件，需要按照序号正常排列下去，如KM1、KM2和KA1、KA2、KA3等等。
（4）设计的电路图中所有电器的触点，都需要按照未上电平时的状态设计，分析电路时候需要将所有的触点按照上电后的动作规律进行分析。例如继电器、接触器的触点，按吸引线圈不通电时的状态绘制，开关、按钮按其不受外力作用的状态绘制等。
（5）所有元器件的安装位置和按动作顺序尽量要遵循从上到下，从左到右依次排列，可水平布置或垂直布置。按照电路的电流流向，这样分析和后期安装调试都是一个非常好的习惯。
（6）有直接电气联系的十字交叉导线连接点，要用黑点表示；无直接电气联系的交叉导线连接点不画黑点。所有接触器或开关类的联动触点需要用虚线连接，表示其所有对应的触点要动作就一起动作，否则就是独立的开关触点。
（7）图纸设计的时候需要有区域标识，将电气原理图竖线分成不同的10个部分，然后在每页原理图中的继电器类似的器件，要标注其元器件所有触点所在的页数和对应的区域。方便其他使用图纸的部门可以方便的检查和调试，分析电路。

二、电气原理图的结构图

俗话说机电不分家，大部分从事多年工作的同学，电气的可能会点机械，机械的可能会点电气调试。最基本的你设计一个原理图系统，你需要设计一个外壳柜子。通常一般这个柜子是行业内标准的，也可定制，成本不多。同学们选好柜子大小后，或者老板给你提出需求后，你需要根据需求将你设计的元器件塞到柜子里面。那么柜子里面的元器件摆放需要根据上一节介绍的原则，遵循从上到下，从左到右依次排列，可水平布置或垂直布置。

借用一个图给大家看看大概是什么样的，你的元器件分布在柜子内的位置也要考虑布线的方便，以及之前提到过的主回路和控制回路的线路要分开布置，控制回路特别是信号线应加以屏蔽，以减小外界干扰。绘制布置图时，应将各电气元器件按照外形尺寸画出，并布置在电气控制柜中，同时标注出间距和尺寸。

另外，各位电气工程师也需要设计配线图。电气安装配线图用来表明电气设备各部件之间的连接关系、相对位置及其电气连接，是实际安装接线的依据。通常这个工作可以从原理图转化出来，当然各个公司的职责不同，可能这部分工作分属不同部门。但是作为最核心的研发工程师的同学，需要具备所有的技能。

三、电控柜里常用的结构件

当电控柜需要同箱外装置、远端控制盘或柜门上的元器件连接时，多数情况下，为了便于成柜和集中接线装配，外边的电线不是直接接到内部元器件上，而是先将柜内需要外接的接点连接到端子排上，再从端子排上连接外界元器件，端子排方便了导线的连接。

下图的电气导轨用于安装端子排、断路器、中间继电器、交流接触器、继电器、传感器的变送模块、信号隔离模块、 PLC、控制器、避雷器等器件。

下图的配线槽也简称线槽，控制柜内的线路较多时，为了美观同时为布线和维修都方便，把电线放入配线槽中。

最终将所有元器件布置到电控柜内后，开始布线。所有配线进线槽，为了方便调试需要在每个线配好线号管。端子排是为了方便电源线扩展或不同系统之间的接口连线。

四、电气控制基本电路

1.直接启动电路

该电路为刀闸开关控制，手动电路，手动合闸后，三相电机即与L1L2L3电源接通，电机接入额定AC380V电压后按照自己标定的额定转速进行旋转。

2.电动运行电路

自此开始分为，主电路和控制回路分析，主电路除了手动开关和FU保险外只有KM可以控制三相电机的接通与否。由之前所述的元器件原理可知，KM为接触器，其动作与否要看其对应的线圈是否通电。那么我们开始分析控制回路。控制回路取了L1和L2的两相，其电压为AC380V。该控制回路通过手动开关SB控制KM，手动按下SB不松手，则KM得电，对应的主回路的KM主触点常开变闭合，然后电机得电后开始旋转。SB松开后，KM失电，则电机对应主回路的KM主触点恢复为断开，电机失电开始停止旋转。

3.自锁电路（启保停）

工控领域和电气控制领域大名鼎鼎的自锁电路，也就是启保停，全称启动--保持--停止。该电路通过依靠KM接触器自身辅助触点短路掉自身回路的手动按钮SB2，而使得即使手松开SB2后其线圈保持通电，我们把这种现象称为自锁。除非，手动按下停止按钮SB1，使得KM线圈彻底失电后，电路才会恢复正常。按下SB2的动作称之为启动，手松开电路仍然维持得电状态称之为保持，手动按下SB1断开电路称之为停止。

4.互锁电路

自锁为单路控制，互锁为双路回路。即我想要实现电动机的正反两个方向控制回路的时候，我至少需要两路自锁回路，这样才能实现电动机的按照两个方向旋转。那么主回路是如何工作的呢？其实简单来说三相电动机调换任意两根线，则会按照原来旋转方向相反的方向去旋转。大家可以通过KM1和KM2主触点在主回路的连线看一下调换了哪连根线。没错，当KM2闭合式，就是L1和L3调换了一下。这样导致通入电机的线产生的磁场方向相反，所以才进行反转。然而这么设计仍然会有一个问题，就是当SB2和SB3同时被按下的时候，KM1和KM2主触点同时闭合会导致电源短路而跳闸，这是相当危险的。因此，相对于自锁电路，我们在此基础上分别将自己所在回路的接触器的常闭触点串到对方回路去，当SB2按下时候，SB3即使被按下KM2并不会得电，因为KM1的常闭触点会第一时间断开保护电路。

五、总结

在了解了上述基础知识后，我们要知道当没有PLC等控制器时候，我们可以用基本的元件完成不太复杂的简单那电路，而这些电路在一些场合具有结构简单，物美价廉的优点。但是要实现复杂的电路就必须得引入控制器了，或者PLC或者单片机等。那么从这节之后，我们会引入PLC开始给大家讲解PLC编程的相关知识。