機床和機械設備在工作中，應具有根據工藝過程的要求，進行啟動、製動、正反向、調速及保持一定工作狀態的控製功能。機械設備大都以電動機作為動力，采用繼電接觸式控製係統進行控製。而繼電接觸式控製係統通常是由一些基本電氣控製線路組成。
由於三相異步電動機具有結構簡單、維護方便、價格低等優點，因而這種電動機已普遍地應用於機床和機械設備上。所以在本章中主要以異步電動機為例，介紹它廣泛采用的基本電氣控製規律。
第一節電氣圖的基本知識
用電氣圖形符號繪製的圖稱電氣圖，這種圖通常又稱為“簡圖”或“略圖”。電氣圖是電工領域中最主要的提供信息方式，它提供的信息內容可以是功能、位置、設備製造及接線等。
電氣圖主要有係統圖與框圖、電路圖、接線圖與接線表、功能表圖、邏輯圖、位置圖等。各種圖的命名主要是根據其所表達信息的類型和表達方式而確定的。
電氣控製係統是由電氣設備及電氣元件按照一定的控製要求連接而成。為了表達設備電氣控製係統的組成結構、工作原理及安裝、調試、維修等技術要求，需要用統一的工程語言即用工程圖的形式來表達，這種工程圖是一種電氣圖，叫做電氣控製係統圖。
電氣控製係統圖一般有三種：電路圖（電氣原理圖）、電氣接線圖、電器元件布置圖。電氣控製係統圖是根據國家電氣製圖標準，用規定的圖形符號、文字符號以及規定的畫法繪製的。
一、電氣控製係統圖中的圖形符號和文字符號
國家電氣圖用符號標準GB 4728規定了電氣圖中圖形符號的畫法，該標準與國家電氣製圖標準GB/T 6988於1990年1月1日正式貫徹執行。國家標準中規定的圖形符號基本與國際電氣技術委員會（IEC）發布的有關標準相同。圖形符號由符號要素、限定符號、一般符號以及常用的非電操作控製的動作符號（如機械控製符號等），根據不同的具體器件情況組合構成。
國家標準GB 7159—1987《電氣技術中的文字符號製訂通則》規定了電氣工程圖中的文字符號，它分為基本文字符號和輔助文字符號。
基本文字符號有單字母符號和雙字母符號。單字母符號表示電氣設備、裝置和元器件的大類，例如K為繼電器類元件這一大類；雙字母符號由一個表示大類的單字母與另一表示器件某些特性的字母組成，例如KT即表示繼電器類器件中的時間繼電器，KM表示繼電器類元件中的接觸器。
輔助文字符號用來進一步表示電氣設備、裝置和元器件的功能、狀態和特征。
二、電氣原理圖
電氣原理圖結構簡單，層次分明，便於分析和研究電路的工作原理，是電氣控製係統裏最重要的一種圖。
電氣原理圖的繪製規則由國家標準GB/T 6988.4給出。
（一）電路繪製
電氣原理圖一般包括主電路和控製電路兩部分，它們可分別畫出。主電路（又稱主回路）是設備的驅動電路，包括從電源到電動機的電路，是較大電流通過的部分。控製電路（又稱控製回路）由按鈕、接觸器和繼電器的線圈、各種電器的動合（常開）、動斷（常閉）觸點組合構成控製邏輯，實現需要的控製功能，是較小電流通過的部分。主電路、控製電路和其它的輔助照明電路、保護電路一起構成電氣控製係統電氣原理圖。
電氣原理圖中的電路可水平布置或垂直布置。水平布置時，電源線垂直畫，其它電路水平畫，控製電路中的耗能元件（例如接觸器的線圈）畫在電路的最右端。垂直布置時，電源線水平畫，其它電路垂直畫，控製電路中的耗能元件畫在電路的最下端。
（二）元器件繪製和器件狀態
電氣原理圖中的所有電器元件不畫出實際外形，采用國家標準規定的圖形符號和文字符號表示，同一電器的各個部件可根據需要畫在不同的地方，但必須用相同的文字符號標注。若有多個同一種類的電器元件，可在文字符號後加上數字序號的下標，如KM1、KM2等。
電氣原理圖中所有電器元件的可動部分通常表示在電器非激勵或不工作的狀態和位置，其中常見的器件狀態有：
（1） 繼電器和接觸器的線圈在非激勵狀。
（2）斷路器和隔離開關在斷開位置。
（3）零位操作的手動控製開關在零位狀態，不帶零位的手動控製開關在圖中規定的位置。
（4）機械操作開關和按鈕在非工作狀態或不受力狀態。
（5）保護類元器件處在設備正常工作狀態，特別情況在圖樣上說明。
（三）圖上位置表示法
在繪製和閱讀、使用電路圖時，往往需要確定元器件、連接線等圖形符號在圖上的位置。例如：
（1）當繼電器、接觸器在圖上采用分開表示法（線圈和觸頭分開）繪製時，需要采用插圖或表格表明各部分在圖上的位置。
（2）較長的連接線采用中斷畫法，或者連接線的另一端需要畫到另一張圖上去時，除了要在中斷處標注中斷標記外，還需標注另一端在圖上的位置。
（3）在供使用、維修的技術文件（如說明書）中，有時需要對某一元件或器件作注釋和說明，為了找到圖中相應的元器件的圖形符號，也需要注明這些符號在圖上的位置。
（4）在更改電路圖設計時，也需要表明被更改部分在圖上的位置。
圖上位置表示法通常有三種：電路編號法、表格法和圖幅分區法（也稱坐標法）。
電路編號法特別適用於多分支電路，如繼電控製和保護電路，每一編號代表一個支路。編製方法是對每個電路或分支電路按照一定的順序（自左至石或自上至下）用阿拉伯數字編號，從而確定各支路項目的位置。有8個電路或支路，在各支路的下方順序標有電路編號1～8。圖上方與電路編號對應的方框內的“電源開關”等字樣表明其下方元器件或線路的功能。
（四）電路圖中技術數據的標注
電路圖中元器件的數據和型號，一般用小號字體標注在電器代號的下麵。
三、電器元件布置圖
電器元件布置圖主要是用來表明電氣設備上所有電機、電器的實際位置，是機械電氣控製設備製造、安裝和維修必不可少的技術文件。布置圖根據設備的複雜程度或集中繪製在一張圖上，或將控製櫃與操作台的電器元件布置圖分別繪出。繪製布置圖時，機械設備輪廓用雙點劃線畫出，所有可見的和需要表達清楚的電器元件及設備，用粗實線繪出其簡單的外形輪廓。電器元件及設備代號必須與有關電路圖和清單上所用的代號一致。
四、電氣接線圖
表示電氣設備或裝置連接關係的簡圖稱為電氣接線圖。接線圖主要用於安裝接線，線路檢查，線路維修和故障處理。接線圖是根據電氣原理圖和電器元件布置圖編製的。在實際使用中可與電路圖和電器元件布置圖配合使用。接線圖通常應表示出設備與元件的相對位置、項目代號、端子號、導線號、導線類型、導線截麵積、屏蔽和導線絞合等內容。
第二節電氣控製線路分析基礎
一、電氣控製線路分析的內容
分析電氣控製線路是通過對各種技術資料的分析來掌握電氣控製線路的工作原理、技術指標、使用方法、維護要求等。分析的具體內容和要求主要包括以下幾方麵。
（一）設備說明書
設備說明書由機械（包括液壓部分）與電氣兩部分組成。在分析時首先要閱讀這兩部分說明書，了解以下內容：
（1）設備的構造，主要技術指標，機械、液壓、氣動部分的工作原理。
（2）電氣傳動方式，電機、執行電器的數目、規格型號、安裝位置、用途及控製要求。
（3）設備的使用方法，各操作手柄、開關、旋鈕、指示裝置的布置以及在控製線路中的作用。
（4）與機械、液壓部分直接關聯的電器（行程開關、電磁閥、電磁離合器、傳感器等）的位置、工作狀態及與機械、液壓部分的關係、在控製中的作用等。
（二）電氣原理圖
這是控製線路分析的中心內容，電氣原理圖由主電路、控製電路、輔助電路、保護及聯鎖環節以及特殊控製電路等部分組成，在分析電氣原理圖時，必須與閱讀其他技術資料結合起來。例如，各種電動機及執行元件的控製方式、位置及作用，各種與機械有關的位置開關、主令電器的狀態等，隻有通過閱讀說明書才能了解。在原理圖分析中還可以通過所選用的電器元件的技術參數，分析出控製線路的主要參數和技術指標，如可以估計出各部分的電流、電壓值，以便在調試或檢修中合理地使用儀表。
（三）電氣設備的總裝接線圖
閱讀分析總裝接線圖，可以了解係統的組成分布狀況，各部分的連接方式，主要電氣部件的布置、安裝要求，導線和穿線管的規格型號等。這是安裝設備不可缺少的資料。閱讀分析總裝接線圖要與閱讀分析說明書、電氣原理圖結合起來。
（四）電器元件布置圖與接線圖
這是製造、安裝、調試和維護電氣設備必需的技術資料。在調試、檢修中可通過布置圖和接線圖方便地找到各種電器元件和測試點，進行必要的調試、檢測和維修保養。
二、電氣原理圖閱讀分析的方法
在仔細閱讀了設備說明書，了解了電氣控製係統的總體結構、電機電器的分布狀況及控製要求等內容之後，便可以閱讀分析電氣原理圖了。
閱讀電氣原理圖的方法有三種：查線讀圖法、邏輯代數分析法和過程圖示法。查線讀圖法是直接讀圖法，邏輯代數分析法和過程圖示法是間接讀圖法。
（一）查線讀圖法
繼電接觸控製線路主要由信號元件、控製元件（邏輯運算元件）和執行元件組成。執行元件用來操縱機器的執行機構，這類元件包括電動機、電磁離合器、電磁閥、電磁鐵等。信號元件用以把控製線路以外的其它物理量（如機械位移、壓力等）的變化轉換為電信號，以作為控製信號，這類元件包括主令電器、壓力繼電器等。控製元件對信號元件的信號以及自身的觸點信號進行邏輯運算，以控製執行元件按要求進行工作，控製元件包括接觸器、繼電器等。在某些情況下，信號元件可用來直接控製執行元件。
從按動操作按鈕（應記住各信號元件、控製元件或執行元件的原始狀態）開始，查對線路。觀察元件的觸點信號是如何控製其它控製元件動作的，查看這些被帶動的控製元件的觸點又是如何控製其它控製元件或執行元件動作的，並隨時注意控製元件觸點（或觸點組合）使執行元件有何運動或動作，進而驅動被控機械或被控對象有何運動。如果有自動循環控製，還要繼續追查執行元件帶動機械運動將使哪個信號元件狀態發生變化，又引起哪些控製元件狀態發生變化，再查對線路，看執行元件將如何動作。
查線讀圖法（跟蹤追擊法）讀圖時可分為以下幾步：
（1）分析主電路先分析執行元件的線路。一般應先從電動機著手，即從主電路看有哪些控製元件的主觸點和附加元件，根據其組合規律大致可知該電動機的工作情況（是否有特殊的啟動、製動要求，要不要正反轉，是否要求調速等）。這樣，在分析控製電路時就心中有數，可以有的放矢。
（2）分析控製電路在控製電路上由主電路的控製元件主觸點文字符號找到有關的控製環節以及環節間的聯係，將控製線路“化整為零”，按功能不同劃分成若幹個局部控製線路來進行分析。通常是按展開順序，結合元件表、元件動作位置圖表進行閱讀。
（3）分析輔助電路輔助電路包括執行元件的工作狀態顯示、電源顯示、參數測定、照明和故障報警等部分。輔助電路中很多部分是由控製電路中的元件來控製的，所以在分析輔助電路時，還要回過頭來對照控製電路進行分析。
（4）分析聯鎖與保護環節生產機械對於安全性、可靠性有很高的要求，實現這些要求，除了合理地選擇拖動、控製方案以外，在控製線路中還設置了一係列電氣保護和必要的電氣聯鎖。在電氣原理圖的分析過程中，電氣聯鎖與電氣保護環節是一個重要內容，不能遺漏。
（5）分析特殊控製環節在某些控製線路中，還設置了一些與主電路、控製電路關係不密切、相對獨立的某些特殊環節，如產品計數裝置、自動檢測係統、晶閘管觸發電路、自動調溫裝置等。這些部分往往自成一個小係統，其讀圖分析的方法可參照上述分析過程，並靈活運用所學過的電子技術、自控係統等知識逐一分析。
（6）總體檢查經過“化整為零”，逐步分析了每一局部電路的工作原理以及各部分之間的控製關係之後，還必須用“集零為整”的方法檢查整個控製線路，看是否有遺漏。特別要從整體角度去進一步檢查和理解各控製環節之間的聯係，以達到清楚地理解原理圖中每一個電氣元器件的作用、工作過程及主要參數。
查線讀圖法是分析電氣原理圖的最基本方法，其直觀性強，容易掌握，因而得到廣泛的采用。它的缺點是分析複雜線路時易出錯，敘述也較冗長。
（二）邏輯代數分析法
邏輯代數是一種解決邏輯問題的數學。它用字母表示變量，取值隻有“1”、“0”兩種，變量經邏輯運算後，其函數的取值也隻有“1”、“0”兩種。電氣控製中常用的繼電器、接觸器、開關等電器元件一般隻有兩個工作狀態，因而可采用邏輯代數描述、分析、設計電氣控製電路。