李杰华
（佛山市晨洲电气有限公司）
摘要：从四个方面论述电气原理图规范设计，以利于指导电气接线安装、设备维护，柔性设计更利于设备升级换代，更能保持设备电气控制系统的连续性。
关键词：电气图；规范
引言
电气图一般有电气原理图、电气接线图及电气安装图，甚至包括有电气系统方框图。各种电气图彼此之间有关联，在设备安装、维护及故障排除中可以互相参考互相印证，但其作用及重点又各不相同。其中电气接线图是依据电气原理图进行绘制，用于指导接线工人正确连接线路；电气安装图主要是表明电器元件安装位置，重点是根据电气原理图设计中的强弱电路走向，并考虑各种电器元件之间电磁干扰等问题进行设计；而电气系统方框图则是根据电气原理图中按完成的功能进行划分，表明原理图中各功能区间相互关系的一种简略表示。
无论是电气接线图还是电气安装图，又或是电气系统方框图，都是在电气原理图的基础上进行设计绘制，也就是说一般是先设计好电气原理图再设计电气接线图及电气安装图。那么，什么是电气原理图呢？电气原理图是用来表明设备的工作原理及各电器元件间的作用，一般由主电路、控制执行电路、检测与保护电路、配电电路等几大部分组成。电气原理图直接体现了电子电路与电气结构以及其相互间的逻辑关系。分析电路时，通过识别电气原理图纸上所画各种电路元件符号，以及它们之间的连接方式，就可以了解电路实际工作时的情况。
电气原理图又可分为整机原理图，单元部分电路原理图，整机原理图是指所有电路集合在一起的分部电路图。
电气原理图按不同的行业，又有不同的特点和表示方法，例如建筑电气原理图、电力配电原理图等，这类行业的电气原理图由于其逻辑关系简单，一般用比较简略的方法进行表示，行业中也有一些约定俗成的表示符号和方法，非常适合于此行业的电气工程人员设计和读图识别，国家也制定有相应的行业电气设计规范，但是自动化设备由于设备种类众多、行业众多、特性不一，复杂程度不一样，国家虽然颁布有电气图形符号，但并没有制定特定哪一类设备的设计规范，绝对多数工程技术人员是参阅一些国际认证标准，如 CE、UL 等认证标准，自由发挥进行设计，由于工程技术人员的水平不一、公司技术管理要求不一，电气图纸设计千差万别。
然而电气原理图的规范设计却又是相当重要的，规范设计的电气原图层次分明、清楚整洁，容易读图、易于分析，便于指导电气接线安装，便于设备维护，柔性设计更便于设备升级换代，更能保持设备电气控制系统的连续性。此外，电气原理图设计是否规范，也体现出一个公司电气设计方面整体的设计水平和技术管理水平。
下面就谈一下如何更规范设计电气原理图。
一、安全性设计规范
电气原理图设计应保证安全第一的原则，谈到安全设计，这是一个比较复杂的范畴，具体有如下几个注意方面：
1.1 设备工艺安全性设计
根据设备的工作工艺流程，分析设备工作过程中可能发生的各种风险，如有无高温引起绝缘老化，过电流引的发热等，选择合适的安全设计方案，比如限电流设计、检测温升设计，容量预留设计等，确保电气设计满足设备生产工艺的安全性。
1.2 防止触电的安全性设计
防止触电是任何用电设备必须具备的安全设计，设计时选择适当的漏电保护开关、国际标准的安全线色，选用合适的接地保护措施，确定接地保护标识及接地保护导线线径大小等。
1.3 紧急停止的安全性设计
紧急停止通常是在设备出现异常情况，可能造成设备损坏或人身伤害时采取的措施，紧急停止操作发生后会即时停止设备的所有运作，锁住并保持当前停机状态，任何操作按钮均无效，直至故障排除，按下复位键复位，再次按起动按钮时，设备才能重新工作。
CE 认证规范中有关紧急停止安全性设计方面强调执行紧急停止时是不依赖于逻辑器件进行，也就是说，当紧急停止按钮按下之后，无需经过类似于 CPU 运行进行逻辑判断再执行紧急停止命令，这通常是一般工程师容易略或常犯的错误之一。
CE 安全认证中，关于紧急断开的设计要求紧急断开总开关距离设备操作维修平台0.6m-1.9m处，不超过1.9米，这一点也容易忽略。
二、结构化设计规范结构化设计
在建筑、机械设计通常考虑的设计方案，其实在软件设计和电气原理图中设计也应当采用结构化的设计，也有越来越多的电气工程技术人员采用结构化设计；结构化构建软件平台，非常有利于软件的升级换代，容易维护，同样，结构化设计的电气原理图更容易适用于产品的更升换代，更容易适用于设备的随意扩展，结构化设计的图纸层次性较强，读图容易，当然也便于设备的维护，便于指导排除故障。
那么什么是结构化设计呢?结构是指系统内各个组成要素之间的相互联系、相互作用的框架。结构化设计即是即是整个系统结构模块化，每个模块之间相对独立又相互关联，模块之间有相应的标准对接口，取消或更改某个模块时对整体系统变化不会产生根本的影响或致命伤害，很容易进行整个系统的维护、升级和更换。
很显然，电气原理图采用结构化设计具体设计时，考虑设备的功能、特性，统一布局，统筹安排，有主有次，电路整体模块化，有一次回路、二次回路及控制回路等，一个好的系统化结构化电气设计甚至考虑到与设备的工作时的工艺流程结合，做得更细致时甚至会考虑到元件的编号的规则性、归类性及扩充性。
结构化设计意味着化复杂为简单，让复杂的原理条理化、归一化、系统化，各电气原件之间连结清晰明了，设备的工作原理来龙去脉都非常清楚，当设备出现故障时，非常容易查找分析，更容易指导设备的维修。例如，我们开始设计八温区回流焊设备电路图纸时，需要考虑到十温区，甚至十二温区等机型的出现。这样系统的考虑，无论回流焊设备如何出现功能或系统的升级，始终如一保持电气原理图的一致性及扩充性。
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三、图纸绘制的规范
同一台设备，不同的设计人员，其绘制的图纸千差万别，规范的设计整整有条，疏而不漏，清楚明了，相反，不规范设计是“千回百转”，晦涩难读，那么，在图纸绘制方面有哪些方面需要注意呢？
3.1 主次分明，先简单后复杂
电路绘制时，一个比较系统的设计，先是设计好系统电源分配，然后是一次回路二次回路设计，最后是控制回路设计，即遵守主次分明，先简单后复杂的设计原则。
3.2 符号标准化原则
绘制电路图优先使用国家颁布的最新的标准电气图形符号进行表达，如无相应的符号，可考虑行业约定俗成的图形符号，自行新建符号尽可能表达出电气元件功能、性能、特点，并加以标识标注和说明，以工程技术人员能容易识别读懂为原则。
优先使用国家颁布的与图形符号相对应的文字符号，文字符号一般是用一到二个以上的字母组合，表示特定的含义。
无论是图形符号还是文字符号，符号都具有“唯一”性，即同一类型元件只能用同一类符号来表达，例如继电器符号，如果使用了KA，就不宜再使用K，或J来表达。
国家颁布的标准符号中，有优先使用符号和推荐使用符号，应优先使用“优先使用符号”。
绘制线路图时，电气元件的状态是以不工作即不得电的状态进行表示，同类的符号大小一致，不能有的符号画得很大，有的符号画得很小，并且图形符号要与配对的文字符号相适应，一般来说图形符号比文字符号要略大。
3.3 线码规范化原则
线码是电气线路中最基本的符号，是电器元件互连的回路标识，所有设备必须按照电路图的线路号码严格接线方可能正常工作，显然在维修设备过程中，工程技术人员查找故障时进行测量，也是依据原理图的标识线码进行分析查找，可见线码的标识非常之重要，但很多电气工程人员在绘图时没有注意到这一点，在编码时随意性很强，导致整个原理图的线路编码毫无规则可言，这样，在设计复杂的电路时就会容易出现重码现象。
线路编码一般是用数字来表示，但应遵守规范和规则原则，所谓有规范和有规则就是有统一的编码规律和原则，例如可应用奇数制或偶数制编号原则，也可以按顺序从小到大的原则，在特定的功能区域也可以用字母加数字的原则，如 A01，A02，A03…….，另外，线码具有唯一性，即线码不能重复使用。线码编号位数一般没有限制，但位数一般不宜超过四位数字或字母。
3.4 标注规范化原则
标注是电气原理图中最基本的元素之一，标注包括线码标注、元件名称标注、电器元件工作的电压电流频率转速等基本参数标注，及特定说明标注。标注时采用字体一致、大小一致、方向一致，即同一原理图的标注文字使用同一种字体；字号大小也一样，不能有的字号大，有的字号小；另外标注一般由一个或一个以上的字母或数字组成，有的人喜欢从左到右排列，有的人喜欢从上到下排列，无论使用何种排列，同一原理图上只采用一种排列。
四、电气元件的选型设计
电器元件选型也是电气设计的一个范畴，谈到电气元件的选型，往往是很多工程师容易略的一方面，很多时候是电气原理图设计完成，还没有确定用什么电器元件，这也非常容易导致新产品刚出来时，发生这样那样的不稳定现象，事实上，在设计之初，有经验的工程技术人员，往往要对使用什么样的电器元件初步确定下来，然后才进行设计，电器元件选型设计要注意哪些问题呢？
4.1 控制系统选择
由于PLC高度可靠性以及随着电子、软件业发展，PLC已完全摆脱了诞生初期简单的逻辑处理形象，PLC功能越来越强大，从复杂逻辑到过程量控制，从简单调节到复杂的PID运算，通信接口从简单的 RS 232 到高速的工业以太网，PLC在电气设备当中的应用目前为止多集中于电梯设备、建筑电气设备、空调设备及通风设备等。企业生产中，电气设备最为显著的特点就是需要长时间高速运行，这对于任何一种机械设备而言要求都不低。在实际使用过程当中为了保证电气设备始终具备充足的动力又不出现能源浪费，就需要在电气设备当中采用变频节能技术。
所谓变频节能技术，其基本原理就是利用半导体元件来对工频电流信号进行转化，在将其转化成为其他频率信号之后再转换成为直流电，利用逆变器对电压和电流的控制作用来实现对机械设备状态的调节，最终实现电气设备调速。电气设备变频是通过电流频率来控制转速，从而保证电气设备的自动节能运转。
PLC 的品牌越来越多，但选择何种品牌的 PLC 是仁者见仁智者见智，当然，满足控制要求是首先要考虑的，然而每个品牌又有不同的特点，例如，有的产品其通信处理功能强大，有的过程控制能力强，有的编程环境更科学等等，另外，除考虑基本性能外，还要考虑其产品升级换代的可持续性及可代替性，以及由于设备功能升级换代系统所具备的扩展性。
一般来说，选择行业知名品牌，确保器件升级的持续性和可代替性是较好的选择。产品一旦量产上市，除非控制系统从技术层面不能满足需求，否则不应当轻易更改设备的控制系统，特别是设备市场占有量到达一定数量之后，显而易见随意更换控制系统可能会带来很多的问题。
4.2 电器元件选择
电器元件品牌较多，品质参差不齐，特点也不一样，除考虑满足技术层面之外，还有一些细节需要注意，例如，为了确保产品能进入不同的市场，包括海外市场，电器元件选择中要查看有无相关认证，如涉及到安全方面，一般来说最起码的 CE 安全认证是必须的，又例如，考虑到不同的国家工作电源频率不同，电器元件的工作电源频率也是需要注意的一个技术参数，另外，考虑到电器元件在工作过程中，容易对其它元件造成电磁干扰，所以，考察其EMC方面的认证也有必要，此外，众多的电器元件的漏电流大小影响到整台设备的漏电流，也需要注意考虑电器元件漏电流这一技术指标。
结束语
总而言之，在实际设计过程中，电气工程技术人员的技术水准，良好的技术素养，严谨的设计风格，都会影响到其设计图纸是否规范，所以，养成良好的设计习惯，并依据相关的国际或国家标准进行设计非常重要。
参考文献：
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[3] 钟昕.电气自动控制系统设计的基本任务.科学与财富，2014.09.
[4] 朱江.电气原理图识别与智能化设计方法研究.湖南大学，2013.09.
论文作者:李杰华
论文发表刊物:《河南电力》2018年16期
论文发表时间:2019/1/23
标签：电气论文; 设备论文; 原理图论文; 符号论文; 电路论文; 电器元件论文; 结构化论文; 《河南电力》2018年16期论文;