电气控制系统中图的作用与绘图原则

2.1.1 电气图的特点

1）电气图的表达形式

《电气制图》（GB6988）及《电气技术用文件的编制》（GB／T6998.1—1997）规定，电气图的表达形式分为4种：

（1）图（drawing）

图是图示法的各种表达形式的统称。根据定义，图的概念是广泛的，它不仅指用投影法绘制的图（如各种机械图）、用图形符号绘制的图（如各种简图），也包括用其他图示法绘制的图（如各种表图）。 图也可以定义为用图的形式来表示信息的一种技术文件。

（2）简图（diagram）

简图是用图形符号、带注释的围框或简化外形表示系统或设备中各组成部分之间相互关系及其连接关系的一种图。在不致引起混淆时，简图也可简称为图。

应该说明的是，“简图”是技术术语，不要从字义上去理解为简单的图。 应用这一术语的目的是为了把这种图与其他的图相区别。再者，我国有些部门曾经把这种图称为“略图”。 为了与其他国家标准［如《机械制图机构运动简图符号》（GB4460—84）］的术语一致，本标准采用了“简图”而不用“略图”。 在电气图中，大多数图种，如系统图、电路图和接线图等都属于简图。

（3）表图（chart）

表图是表明两个以上变量之间关系的一种图。 在不致引起混淆时，表图也可简称为图。根据定义，表图所表示的内容和方法都不同于简图。经常碰到的曲线图、时序图都属于表图之列。应该指出，“表图”也是技术术语，之所以用“表图”而不用“图表”，是因为这种表达形式主要是图而不是表。

（4）表格（table）

表格是把数据按纵横排列的一种表达形式，用以说明系统、成套装置或设备中各组成部分的相互关系或连接关系，或者用以提供工作参数。表格也可简称表。表格可以作为图的补充，也可以用来代替某种图。

2）电气图在中国发展的3个阶段

工程界要交流，就需要工程语言，即使是不同国籍的工程技术人员。只要按照相约的符号和规则来描述，大家就能看得懂，能实现信息结构的传送和表达，实现技术交流。 电气简图就是通过直观图形来传达信息的工程语言，电气信息结构文件编制规则与电气简图用图形符号一样，也是电气工程的一种语言。

世界上大多数国家将国际IEC标准作为统一电气工程语言的依据，我国在将IEC标准转化为国家标准的过程中经历了3个阶段。

（1）第1阶段

20世纪60年代中期，国家第一机械工业部提出由国家科学技术委员会发布了《电工系统图图形符号》（GB312：1964）、《电力及照明平面图图形符号》（GB313：1964）、《电信平面图图形符号》（GB314：1964）等系列标准。 这些标准参照IEC（国际电工委员会）修订相关标准的建议方案制定，使我国第一次有了统一的电气图形符号标准，为国内各部门制定相应的行业标准提供了依据，从而也提高了我国电气设计的标准化水平。

（2）第2阶段

20世纪80年代中期，由国家标准局发布的电气制图及电气图用图形符号、电气设备用图形符号和主要的相关国家标准有：电气制图标准7项，即（GB6988.1—86）～（GB6988.7—86）；电气图用图形符号标准13项，即（GB4728.1—85）～（GB4728.13—85）；电气设备用图形符号标准2项，即（GB5465.1—85～GB5465.2—85）；相关标准5项，即《电气技术中的项目代号》（GB5094—85）、《电气技术中的文字符号制订通则》（GB7159—87）、《电气系统说明书用简图的编制》（GB7356—87）、《电器接线端子的识别和用字母数字符号标志接线端子的通则》（GB4026—83）、《绝缘导线的标记》（GB4884—85）等。

该系列标准参照采用了《电气简图用图形符号》（IEC60617：1983）标准、《简图、表图、表格》（IEC113）标准、《电气技术中的项目代号》（IEC60750）标准及相关文件，以IEC符号为主，并根据当时国内情况加入了一些IEC标准中没有的符号。这套系列标准的发布实施，为我国正在起步的改革开放和“四个现代化”建设提供了技术支持，为提高电气技术信息交流的速度和质量发挥了重要作用。

（3）第3阶段

20世纪90年代，随着科学技术的发展，系统和设备越来越复杂，功能越来越完善，但人们对操作和维修却要求越来越简单易行，希望通过阅读电气信息结构文件就能正确掌握操作技能和维修方法。这就要求电气信息的表达更具有全局的观念。将复杂的系统看作一个整体，而将各个单元、功能、位置看作是系统的一部分而作相应的分层，并给各层中各个项目以清晰的符号代号，以利于快速检索和查询。由于电气技术的发展对文件编制提出了新的要求，于是IEC首先修订了IEC113系列标准，代之以新的标准系列《电气信息结构文件编制》（IEC 61082），全面规范了电气简图和相关文件的编制。 同时，又发布了《工业系统、成套装置与设备以及工业产品——结构原则和检索代号》（IEC61346）系列标准，代替了《电气技术中的项目代号》（IEC60750），提出了结构与检索的全新概念。 IEC还对文件和文件编制规定了满足信息技术要求的管理方法。由于机、电早已密不可分，IEC在20世纪90年代中后期发布的多个标准都是IEC和ISO（国际标准化组织）联合起草的，适用范围不仅是电，而是一切技术领域。

正是基于上述情况，我国也将新IEC标准转化为国家标准的第3阶段。 随着20世纪90年代中后期国际标准的全面更新，我国的电气信息结构、文件编制标准化技术委员会修订了第二版GB／T4728系列标准（T的含义为推荐选用）。 GB／T4728仍由13部分组成，但符号形式、内容、数量与IEC60617的第二版完全相同。1997—2003年修订了第二版《电气制图》（GB6988）系列标准，并更名为《电气技术用文件的编制》（GB／T6988），主要有：一般要求、功能性简图、接线图与接线表、位置文件和安装文件等，其内容与《电气信息结构文件编制》（IEC61082）完全相同。这些新标准的发布与实施，加速了我国技术领域的信息化进程，在国内、外经济技术交流中发挥重要作用，也为我国电气工程技术与国际接轨奠定了基础。

3）电气信息结构文件的文件种类

（1）结构

为了使工业系统、成套装置与设备以及工业产品的设计、制造、维修或运营能高效率地进行，我们往往将系统及其信息分解成若干部分，每一部分又进一步细分。这种连续分解成部分和这些部分的组合就称为结构。

结构可以反映以下几方面：a.系统的信息结构，即信息在不同的文件和信息系统中如何分布；b.每一种文件的内容结构；c.检索代号的构成。 当然，它也反映系统或成套装置本身。一个系统以及每一个组成的物体，都可以从诸多方面进行观察。例如：a.它能做什么；b.它是如何构成的；c.它位于何处。 相对我们对物体观察的3个方面，可以得到所研究方面的3种类型，我们把相应的结构分别称为：a.功能面结构；b.产品面结构；c.位置面结构。电气信息结构文件种类就是按此划分。

（2）文件

文件是指由若干相关记录构成的集合，是能为人所感知的、作为一个整体可在用户和系统之间进行交换的结构化信息量。

文件是媒体上的信息，是我们借助媒体所需获得的信息。 我们想要的信息可能是物体的功能，也可能是物体的位置，或者是技术数据，或者仅是想知道物体之间是如何连接的。上述这些信息类型要形成文件，还需要用一定的表达形式，如用图、表格或文字的形式。因为最基本的记录信息的材料是纸张，所以我们俗称看图纸，从图纸上获得所需要的信息。随着科学技术的发展，又出现了诸如缩微胶片、磁带、磁盘、光盘这样的数据媒体类型用以记录信息。于是信息不仅可以以静态方法记录在纸张和缩微胶片上，也可以以动态方法显示在图像显示装置上。

工程技术信息的表达方式主要有图、表格和文字。图是指用图形来表达信息的文件，它还可以包含注释；表格是指采用行和列的形式来表达信息的文件；文字是指运用文字语言来表达信息的文件，如说明书、操作指南以及图、表格中的说明文字等。

（3）电气信息结构文件的种类

电气信息文件可以分为功能性文件、位置文件、接线文件、项目表、说明文件和其他文件6大类。具体分类及说明见表2.1。

表2.1 电气信息结构文件的文件种类

续表

（4）不同类型文件之间的相互关系

因同一信息常常用于不同类型的文件，所以在这些文件之间必然存在着相互关系，如功能性文件、位置文件、接线文件中都有零件表等。

为了获得协调一致的整套文件，当决定文件编制次序时，必须考虑文件之间的相互关系。作为一般原则，文件的编制应从概略级开始，而后从一般到较特殊的更详细级。 例如，在功能性简图中可以分为3种级别，从概略图到功能图和电路图。同样，描述功能文件应放在描述实现功能的文件之前。我们在阅读整套电气信息结构文件时，也应该从粗到细。从概略级开始，先得到总的印象、概貌，然后从一般到较特殊的更详细级。阅读电气信息结构文件的顺序与编制电气信息结构文件的顺序是一致的。当然，为了某一目的，也可以直接阅读某一更详细级的图纸。

4）电气图用图形符号

前面已经讲到，简图主要是用图形符号绘制的，因此，对于图形符号，我们不仅要熟悉它，还要熟练地应用它。

目前，我国已经有了一整套图形符号的国家标准《电气图用图形符号》（GB／T4728.1）～（GB／T4728.13），在绘制简图时必须遵循。在该标准中，除规定了分产品单元图形符号外，还规定了一般符号、符号要素、限定符号和通用的其他符号，并且规定了符号的绘制方法和使用规则。有些符号规定了几种形式，有的符号分优选形和其他形，在绘图时，可以根据需要选用。对符号的大小、取向、引出线位置等可按照使用规则做某些变化，以达到图面清晰、减少图线交叉或突出某个电路等目的。对标准中没有规定的符号，可以选取GB／T4728中给定的符号要素、限定符号和一般符号，按其中规定的组合原则进行派生，但此时应在图纸空白处加注说明。

另外，使用规则中规定：符号的大小和符号图线的粗细不影响符号的含义，在绝大多数情况下，符号的含义只由其形式决定；大多数符号的取向是任意的。 在不改变符号含义的前提下，符号可以根据图面布置的需要，按90°的倍数旋转或取其镜像形态。

GB／T4728与GB4728的主要区别：

①等同采用IEC60617标准。新版国家标准《电气简图用图形符号》（GB／T4728：1996—2000）在符号的去留、形式、说明等方面与IEC全部一致（仅对IEC中个别有误的符号做了修改或补充）。注：T的含义为推荐选用。

②示出符号的网格。新版GB／T4728等同IEC，图形符号全部示出网格，其目的是便于计算机绘图，同时方便人们正确掌握符号各部分的比例，使符号的构成、尺寸一目了然。

③增加了大量反映新技术、新设备、新功能的图形符号。

④更改了一个产品单元名称。 将“GB4728.11中电力、照明和电信布置”改为“GB／T 4728.11建筑安装平面布置图”。由此可以说明，建筑安装平面布置的应用已得到了重视。

建筑安装平面布置图属于位置性文件，在此新标准前，IEC也没有处理好位置性文件的图形符号问题，因此，原GB4728根据国情所增加的符号大部分都在这个单元中。 例如灯的种类、安装方式；插座的种类、安装方式等。本书也重点摘录了该产品单元的图形符号，见附录表1。为了帮助标准使用人员理解旧的简图，也示出GB4728第一版时根据国情增加、现在又删去的符号，这些符号今后一般不再使用，见附录表2。由于GB／T4728标准的贯彻需要一个过程，所以本书也部分地使用GB4728的图形符号。

5）项目代号

（1）项目代号的作用

为了便于查找、区分各种图形符号所表示的元件、器件、装置和设备等，在电气图和其他技术文件上采用一种称作“项目代号”的特定代码，并将其标注在各个图形符号近旁。 必要时也可标注在该符号表示的实物上或其近旁，以便在图形符号和实物之间建立起明确的一一对应关系。

项目是指在图上通常用一个图形符号表示的基本件、部件、组件、设备、系统等，如电阻器、继电器、电动机、开关设备、配电系统等。 从“项目”的定义中可以看出，它是指在电气技术文件中出现的实物，并且通常在图上用一个图形符号（或带注释的围框）表示。 在不同的场合中，项目可以泛指各类实物，也可以特指某一个具体的元器件。总之，不论所指的实物大小和复杂程度如何，只要在图上通常用一个图形符号（或带注释的围框）表示，这些实物就可统称为项目。

（2）项目代号的组成与标注

完整项目代号包括4个具有相关信息的代号段，每个代号段都用特定的前缀符号加以区分。每个代号段的字符都包括拉丁字母或阿拉伯数字，或者由拉丁字母和数字共同组成，组成方式见表2.2。

表2.2 完整项目代号的组成

一个完整的系统或成套设备通常可以分成几个部分，其中每个部分都可以分别给出高层代号。因为高层代号同各类系统或成套设备的划分方法有关，因此还没有像第3段种类代号那样提供规定种类字母代码，也没有对第2段位置代号提供规定的字母代码。 目前还是任意选定字母及数字，为了实现检索，以后会逐步完善。

（3）种类代号

种类代号是用以识别项目种类的代号。 项目的种类同项目在电路中的功能无关。 例如，各种电阻器可视为同一种类的项目。对于某些组件，在具体使用时可以按其在电路中的作用分类。例如开关，因用在电力电路（作断路器，用Q表示）或控制电路（作选择器，用S表示）的作用不同，可视为不同的项目。

种类代号的主要作用是识别项目的种类。正因为如此，在各种电气技术文件中，种类代号（也是基本文字符号）使用得最广泛，出现得最多。 《电气技术中的项目代号》（GB5094—85）规定了项目种类的字母代码表（见附录表2），在《电气技术中的文字符号制订通则》（GB 7159—87）中，又进行了更加详细的划分。用单字母符号将各种电气设备、装置和元器件划分为23个大类，每一个大类用一个专用拉丁字母表示。 由于拉丁字母“I”和“O”容易与阿拉伯数字“1”和“0”混淆，所以不把他们作为单独的文字符号使用。用双字母符号是用第二个字母将同一大类产品按功能、状态、特性等进一步划分。(www.zuozong.com)

・ 2.1.2 电气工程图的种类・

建筑电气工程图是应用非常广泛的电气图之一，建筑电气工程图可以表明建筑物电气工程的构成规模和功能，详细描述电气装置的工作原理，提供安装技术数据和使用维护方法。根据建筑物的规模和要求不同，建筑电气工程图的种类和图纸数量也不同，常用的建筑电气工程图主要有以下几类。

1）说明性文件

①图纸目录。内容包括序号、图纸名称、图纸编号、图纸张数等。

②设计说明（施工说明）。主要阐述电气工程的依据、工程的要求和施工原则、建筑特点、电气安装标准、安装方法、工程等级、工艺要求及有关设计的补充说明等。

③图例。即图形符号和文字代号，通常只列出本套图纸中涉及到的一些图形符号和文字代号所代表的意义。

④设备材料明细表（零件表）。 列出该项目电气工程所需要的设备和材料的名称、型号、规格和数量，供设计概算、施工预算及设备订货时参考。

2）概略图（系统图）

概略图是用符号或带注释的框，概略表示系统或分系统的基本组成、相互关系及其主要特征的一种简图。其用途是：为进一步编制详细的技术文件提供依据，供操作和维修时参考。

概略图是表现电气工程的供电方式、电力输送、分配、控制和设备运行情况的图纸，在我国习惯上称为系统图、主接线图等。从概略图中可以粗略地看出工程的概貌，概略图可以反映不同级别的电气信息，如变配电系统概略图、动力系统概略图、照明系统概略图、弱电系统概略图等。概略图的规模有大有小，对于一个变配电所的概略图规模一般都比较大，而对于一个住宅户的概略图就比较简单了，例如图2.1就是某用户照明配电概略图。

图2.1 某用户照明配电概略（系统）图

从概略图中所表达的内容，我们可以了解到A栋2单元3层楼的电度表箱（照明配电箱）共有2户，每户设备容量按8k W、电流按36A计算，电度表箱的进线为3相5线，其中的L1相与电度表连接，电度表的型号为DD862-4K、10（40）A（额定电流10A、最大电流40A），经过1个40A的C45NL型号的漏电保护断路器（自动开关），再通过3根（火线L1、零线N和接地保护线PE）10mm2的BV型号导线进入户内，户内也有一个配电箱，又分成6个回路经自动开关向用户的电气设备配电，而L1、L2、L3继续向4层以上配电，零线N和接地保护线PE是共用的。对于1栋楼的配电系统图将会比较复杂，但其作用是相同的。

3）电路图

电路图是用图形符号并按工作顺序排列，详细表示电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。目的是便于详细理解作用原理，分析和计算电路特性。电路图是本教材分析的重点。

4）电气平面图

电气平面图是表示电气设备、装置与线路平面布置的图纸，是进行电气安装的主要依据。电气平面图是以建筑平面图为依据，在图上绘出电气设备、装置的安装位置及标注线路敷设方法等。常用的电气平面图有变配电所平面图、动力平面图、照明平面图、接地平面图、弱电平面图等。

图2.2 某建筑局部房间照明平面图

图2.2为某建筑的局部房间照明平面图。从照明配电平面布置图中所表达的内容，我们可以进一步了解到建筑的配电情况，灯具、开关等的安装位置情况及导线的走向。但平面布置图只能反映设备的安装位置，不能反映安装高度，安装高度可以通过说明或文字标注进行了解。另外还需详细了解建筑结构，因为导线的走向和布置与建筑结构密切相关。

5）接线图

安装接线图在现场常被称为安装配线图，主要用来表示电气设备、电器元件和线路的安装位置、配线方式、接线方式、配线场所等特征，一般与概略图、电路图和平面图等配套使用。

6）布置图

布置图是表现各种电气设备和器件的平面与空间的位置、安装方式及其相互关系的图纸，通常由平面图、立面图、剖面图及各种构件详图等组成。设备布置图经常是按三视图原理绘制的。

2.1.3 电路图

1）电路图的作用

电路图（circuit diagram）是用图形符号并按其工作顺序排列，详细表示电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。 目的是便于详细理解控制系统的作用原理，分析和计算电路特性。

电路图的主要用途是：

①便于详细理解电路、设备或成套装置及其组成部分的作用原理。

②为测试和寻找故障提供信息。

③作为绘制接线图的依据。

电路图在20世纪60年代制定的GB312等旧标准中称为电气原理图，因此许多教科书和工程技术人员仍然称其为电气原理图。

由于电路图描述的连接关系仅仅是功能关系，而不是实际的连接导线，因此电路图不能代替接线图。但电路图反映了电器的连接关系，因而也有人称之为“线路图”。

2）电路图的绘制原则

电气控制电路分为主电路和辅助电路两部分。 图2.3为一台电动机的正、反转电气控制电路图。主电路是电气控制电路中强电流通过的电路，是被控制的对象（电动机绕组）的电路，它主要由电源开关、接触器的主触头、热继电器的热元件、电动机绕组等组成；辅助电路包括控制电路、保护电路、信号（监视）电路、局部照明电路等，主要由接触器和继电器的线圈、接触器的辅助触头、继电器的触头、按钮和信号灯等电器元件组成，辅助电路是弱电流通过的部分，是为被控制的对象服务的。 电气控制系统一般都有3个基本功能：控制功能、保护功能和监视功能。比较简单的电气控制电路中一般没有信号电路和局部照明电路（或不表示），而控制电路和保护电路大多数融为一体，统称为控制电路。

图2.3 三相鼠笼式电动机正反转控制电路

在绘制比较复杂的电气控制电路图时，为了表明各电器元、器件在图中的位置，常常采用图幅分区法、电路编号法或表格法等画法反映其具体位置。 绘制比较简单的电气控制电路图主要以分析方便为原则，按功能布局法画出，一般应遵循以下原则：

①电路图中所用的电器元件、器件和设备都必须按国家标准《电气图用图形符号》（GB4728）和《电气技术中的文字符号制定通则》（GB7159）规定的图形符号和种类代号（字母文字符号）来表示。

在国标中的图形符号一般不受方向限制，特别是继电器和接触器的常闭、常开触头，可以任意转换角度，但对电源开关的要求是上端接电源线，打开电源开关时，刀部分不带电的原则画出。有关电气控制电路常用的图形符号部分见附录3。

②电器元件、器件和设备的可动部分通常应表示在非激励或不工作的状态或位置。

即电器的线圈未通电，对应的常闭触头、常开触头没动作，开关、按钮和行程开关不受外力作用时的正常状态画出。

③电器元件及各部件不按实际位置画，而是以阅读和分析电路工作原理的需要为主画出。一般主电路画在辅助电路的左侧或上面，各分支电路按动作顺序从上到下或从左到右依次排列（水平布置或垂直布置）。

例如图2.3，主电路画在左侧，辅助电路（控制电路）画在右侧；控制电路是按动作顺序（先正转、后反转）从上到下画出的，接触器KM1控制电动机正转，接触器KM2控制电动机反转。此种画法利于视觉习惯和阅读习惯。如果控制电路比较复杂，画出的控制电路篇幅也比较大，水平布置就不利于阅读了，因此，较复杂的控制电路一般从左到右依次排列（垂直布置），例如第7章中的图7.6所示的混凝土搅拌机的控制电路。

④同一种类的电器元件用同一字母符号后加数字序号来区分。同一个电器的不同部件可用同一字母文字符号标注，其相似部分可以在种类代号之后用圆点（・ ）或横杠（-）隔开的数字来区分，也可用触头编号的方法来区分。

例如图2.3，电路中有两个接触器，分别用KM1，KM2表示。接触器KM1有线圈、主触头、辅助的常闭触头和辅助的常开触头等不同的元件或器件，因其作用不同，可共用KM1，表示是一个接触器的不同元件或器件。 其中辅助的常闭触头可以标注为KM1-1或KM1・ 1及KM11，2；而辅助的常开触头可以标注为KM1-2或KM1・2及KM13，4，其意义是表示同一个电器的不同触头，在分析电路作用原理时，有利于说明每个触头的不同作用。

⑤为了安装和检修方便，电机和电器的接线端均应标记编号。 主电路的接线端点一般用一个字母再附加数字进行区分。 辅助电路的接线端点用数字标注。 为了区别电源极性，一般以耗能元件（线圈）为界，一面用奇数，另一面用偶数。

例如图2.3中的主电路，电源用L1，L2，L3标注，反映的是供电系统的三相电源；经过电源开关QS用U1，V1，W1标注，反映的是三相电源的相序；经过熔断器FU用U2，V2，W2标注，这些实际上就是导线的标记。

图2.3中的控制电路，接触器KM1和KM2的线圈（阻抗较大，能限制电流）为耗能元件，以其为界，左面用奇数1，3，5，7，9，11，13等，右面用偶数2，4等。实际线路也有不分电源极性而连续编排，使导线的标记是连号的。

⑥在电路图中，有连接关系的十字交叉导线要用黑圆点（・ ）表示，无连接关系的十字交叉导线不画黑圆点。

2.1.4 接线图或接线表

1）接线图的用途

接线图和接线表（connection on diagram／table）是表示成套装置、设备或装置连接关系，用以进行接线和检查的一种简图或表格。

接线图和接线表主要用于对电气控制系统的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理。在实际应用中，接线图通常需要与电路图和位置图一起使用。 接线图和接线表可单独使用也可组合使用。

2）接线图的绘制原则

接线图能够表明电气控制电路中所有电机、电器的实际位置，标出各电机、电器之间的接线关系和接线去向，它为安装电气设备、在电器元件之间进行配线、检修电气故障提供必要的资料。电气安装接线图是根据电器位置（在控制柜或箱中）布置最合理、连接导线最经济等原则来安排的，一般应依据下列原则绘制：

①各电器不画实体，以图形符号代表，各电器元件的位置均应与实际安装位置一致。

②接线图中的各电器元件的字母文字符号及接线端子的编号应与电路图一致，并按电路图的位置进行导线连接，便于接线和检修。

③不在同一控制屏（柜）或控制台的电机或电器的导线连接应通过接线端子进行。

④画连接导线时，应标明导线的规格、型号、根数及穿线管的尺寸等，如图2.4所示。

图2.4 电动机正、反转电气控制电路接线图