本章介紹工具機電氣系統設計的一般規則性知識。
第一節：常用工具機電路邏輯
一、驅動線圈與觸點的關係
（一）線圈與觸點
接觸器、繼電器等在工具機控制電路中是最典型的參與控制的器件，它們都有自身的線圈和觸點。
圖3-1：線圈及常開、常閉觸點
器件觸點又分常開（動合）觸點和常閉（動斷）觸點，常開觸點**圈被送電激勵的瞬間閉合（接通），常閉觸點**圈被送電激勵的瞬間開啟（分斷）。
我們可以利用對線圈的通/斷電來控制常開、常閉觸點動作來實現區域性電路的通斷，並通過適當的觸點互連關係來組成控制邏輯。
（二）觸點在電路圖中的畫法
觸點在電路圖中，有兩種畫法，一是豎著畫，一是橫著畫。
豎畫時，遵行左開、右閉的原則，即常開點在左，常閉點在右。如圖3-1。
橫畫時，遵行上開、下閉的原則，即常開點在上，常閉點在下。如圖3-2。
圖3-2：常開、常閉觸點橫畫
實際專案使用中，國標符號的基本結構得到比較好的採用，但畫法的方向性並不規範，更多的是受個人的製圖習慣影響。
二、觸點的串聯、併聯、混聯
串聯：兩個觸點的首尾相連的連線方式。
圖3-3：觸點的串聯
串聯的觸點必須兩個同時接通時，電路才形成通路。
併聯：兩個觸點的首端相連、尾端相連的連線方式。
圖3-4：觸點的併聯
併聯的觸點只要有其中乙個接通時，電路就形成通路。
混聯：串聯、併聯相混用的方式。
圖3-5：觸點混聯的例子
圖3-5中，上面鏈結實際上是1、2串聯，如果把1、2看做乙個觸點，它又和3併聯；下面連線是1、3併聯，如果看做乙個觸點，它又與2串聯。
事實上，無論如何混聯，通過等效電路的方法，都可以最終變為串並聯的基本連線關係。
三、自鎖、互鎖、連鎖
（一）自鎖
**圈的控制電路中，使用該線圈本身的觸點，保持線圈接通後不再掉電的連線方法叫做自鎖。
如圖3-6：線圈km通過按鈕sb1送電，接觸器km的輔助觸點閉合，使電源被持續送到線圈，這時即使啟動按鈕sb1鬆開，線圈km也持續供電。km通過其輔助觸點實現了自我鎖定，即自鎖。
圖3-6：自鎖電路
（二）互鎖
互鎖是通過兩個對立的，不允許重**生的事件互相連鎖，形成有你無我，有我無你的控制形式，以杜絕兩個事件同時發生。
這類事件如工作台的前進/後退、公升降機的上公升/下降、電動機的正轉/反轉等等，都是不允許同時發生的事件。如果控制電路不可靠，造成同一時間內發生，輕則出現故障，重則誘發重大事故。
圖3-7給出了互鎖的控制邏輯。
圖3-7：互鎖電路
上圖中，ka1、ka2被看做是km1、km2控制迴路的等效電路。當km1的控制條件滿足而得電時，其輔助觸點強行斷開km2線圈，使km2線圈無法在同一時間內送電，km1的輔助觸點鎖住了km2線圈。同理，km2線圈送電時，km1線圈也無法送電。
以上圖中，km1、km2通過輔助觸點彼此形成互相鎖定，以避免兩個對立的事件同時發生。這就是所謂的「互鎖」。
（三）連鎖
連鎖是指乙個事件的發生作為另乙個事件允許或不允許發生的條件，兩個事件之間不形成對立，只形成單向鎖定關係。
這樣的連鎖關係在現實生活和裝置控制中非常多見：如砂輪不旋轉時，不允許工作台工進；吊具不開啟到位時，不允許公升降機下降；夾具不夾緊時，不允許加工開始等等。我們可以用前乙個事件的發生，作為後乙個事件的連鎖條件。
圖3-7中，如果去掉km2的輔助觸點，那麼km1對km2就形成了單向的連鎖關係，即km1得電時，km2不允許得電。
四、啟動/停止、點動
啟動/停止和點動電路是最簡單也最常用的電路。
（一）啟動/停止電路
啟動/停止電路需要兩個按鈕、乙個接觸器（繼電器）來完成。
下圖是啟動/停止電路圖。
圖3-8：啟動/停止電路
如圖3-8：線圈km通過按鈕sb1送電，接觸器km的輔助觸點閉合，使電源被持續送到線圈，這時即使啟動按鈕sb1鬆開，線圈km也持續供電，除非通過按鈕sb2分斷一次，km線圈才掉電。這裡的sb1為啟動按鈕，sb2為停止按鈕。
（二）點動電路
點動也叫寸動，一般是指對運動機構的控制，即按下按鈕時，輸出動作，抬起按鈕時，輸出停止。
圖3-9：點動電路
上述電路中，即實現了點動的規定動作。
圖3-10：啟動/停止、點動電路
上述電路是啟動停止、點動的合成電路，即可以完成啟動/停止的持續運轉，又可以點動。
點動電路一般用於裝置的除錯、調整、修理作業。
五、自動/手動工作方式
裝置控制電路常需要設定若干控制方式，最普遍用到的是自動/手動方式，有的裝置為方便維修，還設有維修方式、標定方式等。
工作方式一般用主令開關（兩位或三位）來選擇。當選擇自動時，其自動條件被加到只有自動迴圈時才允許的動作邏輯中；選擇手動時，其手動條件被加到只有手動調整時才允許的動作邏輯中。
圖3-11：自動/手動電路
上圖中，sa1為自/手動選擇開關，sb1為自動/手動復位按鈕，ka1、ka2分別為自動、手動方式繼電器，自動、手動迴路通過輔助觸點彼此互鎖，並實現自鎖。後續電路中，可以引用ka1、ka2的輔助觸點進行控制。
實際上，現在的電路中，這類邏輯普遍使用plc來實現，除非比較簡單的硬線盤，很少有用硬線做邏輯的了。
六、正、反轉電路
下面是乙個正反轉控制電路。
圖3-12：正/反轉控制電路
sb2、sb3分別用於啟動正、反轉km1、km2，同時正、反轉通過自身輔助觸點自鎖和互鎖。互鎖控制還通過sb2、sb3實現。fr為電動機的保護熱繼電器，其下的按鈕為停止按鈕。
第二節：工具機電路基本結構
傳統的工具機電路本身又分為主電路和控制電路，前者用於分配電源、驅動電動機，是傳輸功率比較大的電路；後者用於完成控制邏輯，不用於傳輸功率。
一、主電路
最典型的主電路是電動機驅動電路，同時也包含電子半導體器件電路。
（一）供電體制
三相四線制主電路包含a、b、c三相火線和一根零/地線（接在一起），三相五線制主電路包含a、b、c三相火線和一根零線n、一根地線pe。目前轎車公司採用的是三相五線制。
圖3-13：三相火線相電壓
a、b、c之間的電壓叫做線電壓，為380vac；a、b、c對零線的電壓叫相電壓，為220vac。三相電壓之間相位依次相差120°。
（二）火線相序
主電路配線需要注意的乙個問題是，如果工具機上有電動機等對火線相序有要求的電器，abc三相順序就有嚴格要求。
以三相非同步電動機為例。相序不同時，將造成電機反轉，如果一旦接錯，可能引發裝置事故。
（三）主電路
下圖是乙個電晶體整流、逆變主電路。交流電通過二極體整流電路得到直流電，再通過igbt功率管逆變電路得到脈動交流電。這是典型的變頻器電路的主電路。
圖3-14：變頻器主電路
圖3-15：正、反轉電路的主電路
上面電路中，fu2左側為電動機正/反轉電路的主電路，反轉時，通過km1進行火線相序的改變，從而獲得反轉。控制電路與前面介紹相同。
下圖是乙個帶有變頻器的電動機驅動主電路，即可以實現兩台電動機的直接啟動（km1、km3通），又可以實現變頻啟動（km2、km4通）。
圖3-16：比較複雜的主電路例項
二、控制電路
控制電路指工具機邏輯控制部分。如前面提到的啟動/停止、點動、正/反轉電路等都是。
相對於電晶體功率電路（主電路）來講，控制功率器件（如igbt、scr等）工作邏輯的電子線路也可以叫做控制電路，這屬於電子技術專門課程，此處略。
圖3-15中，fu2及其右側部分即為控制電路。
複雜的工具機控制電路可以做到非常複雜，不過，由於plc技術的普及，現在複雜的工具機控制邏輯已經被plc程式取代。
三、plc電路
plc是計算機技術發展的產物，由於有了該項技術，工具機電氣控制變得越來越容易實現，並大幅度節省了硬體配線，降低了故障率。
（一）輸入/輸出電路
plc電路實際上是控制電路的一部分。
下面是plc輸入/輸出電路圖。
plc上邊為輸入電路，外部開關、按鈕等器件被接到plc輸入點，把控制訊號傳送給plc；下邊為輸出電路，plc的輸出控制通過輸出點送給外部指示燈、接觸器、變頻器等執行電器。
圖3-17：plc輸入/輸出電路
（二）程式梯形圖
plc程式圖是plc的控制軟體部分，是plc控制裝置圖紙必不可少的組成，對維修故障時分析裝置故障原因非常重要。
它包括梯形圖、邏輯圖、語句表等形式，後續課程將詳細介紹，此處略。
四、工具機電路的功率放大作用
所謂工具機電路的功率放大作用，是指工具機動作邏輯不直接被輸出到大功率執行電器，如電磁閥、接觸器，而是先由普通的繼電器等進行邏輯運算，再輸出給電磁閥、接觸器等大功率控制電器，通過這類電器去驅動更大負載。
圖3-18：通過中間繼電器間接控制電磁閥、接觸器等
如上圖，plc輸出訊號直接驅動ka繼電器（幾十毫安），繼電器驅動電磁閥（1000毫安左右），避免了plc直接驅動比較大電流的電磁閥，造成介面損壞。維修工通常把這個方法叫做「繼電器隔離」，其實就是一種功率放大過程。
這和半導體電子線路的控制放大類似，控制邏輯也是由小功率的電晶體（幾個、幾十個毫安）去驅動大功率電晶體（幾安到幾千安），最後去驅動電動機等大功率負載。
通過功率放大作用，實現了小功率邏輯訊號對大功率負載的控制。
第三節：工具機電路設計規劃
要合理設計工具機電路，就要按如下過程進行。
一、了解工藝要求
電路設計前的第一步，是要了解工具機的工藝要求，這些要求包括：
1、工具機用來做什麼？
2、所生產產品的精度要求，決定了對零部件的選擇。
3、節拍要求，影響到後期邏輯或程式設計。
4、加工順序（工藝順序），影響到後期邏輯或程式設計。
5、對操作的要求，影響到後期邏輯或程式設計，器件選型、布置。
等。二、了解裝置結構
了解機械工程師設計出來的裝置結構，包括：
1、機械構成和大致的裝配關係。
2、哪些部分為固定部分、哪些是運動部分。
3、驅動動力源選擇（電動機、氣、液）及力矩要求。
4、工具機結構的限制，如行程、正反轉、保險構件等。
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