2.2 梯形图编程入门
本节将介绍梯形图编程的基础知识
学习目标
- 理解梯形图的基本概念
- 掌握梯形图的基本元素
- 能够绘制简单的梯形图程序
1. 梯形图的起源与特点
1.1 起源
梯形图（Ladder Diagram，LD）起源于继电器控制电路图。为了让电气工程师能够快速上手PLC编程，设计者将传统的继电器电路图"横过来"，形成了类似梯子的图形——梯形图。
继电器电路图 → 梯形图的演变：
【传统继电器电路图】 【PLC梯形图】
L ─────┬─────── N │ │
│ ├──┤├──┬──────( )─┤
┌─┴─┐ │ SB1 │ KA1 │
│SB1│ │ │ │
└─┬─┘ │ KA1 │ │
│ ├─┤├──┘ │
┌─┴─┐ │ │
│KA1│
└───┘
纵向表示 横向表示
电源在上下 电源在左右（母线）1.2 为什么叫梯形图？
梯形图得名原因：
左母线 右母线
(L) (N)
│ │
├───┤├───┬───┤/├───────────────( )───┤ ← 横档1
│ │ │
│ │ │
├───┤├───┘ │ ← 横档2
│ │
│ │
├───┤├───────────────────────────(S)───┤ ← 横档3
│ │
│ │
├───┤├───────────────────────────(R)───┤ ← 横档4
│ │
整体形状像一个"梯子"，所以称为梯形图1.3 特点总结
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| 直观性 | 类似电气原理图，电气人员容易理解 |
| 通用性 | 所有PLC品牌都支持，是最通用的编程语言 |
| 调试性 | 在线监控时，导通路径高亮显示，便于调试 |
| 适用性 | 特别适合开关量逻辑控制 |
2. 梯形图的基本结构
2.1 整体结构
梯形图结构组成：
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 左母线 控制逻辑 输出 右母线 │
│ │ ┌───────────────┐ │ │
│ │ │ │ │ │
│ ├──────┤ 触点组合 ├──────────────┤ │
│ │ │ (输入条件) │ 线圈 │ │
│ │ │ │ (输出结果) │ │
│ │ └───────────────┘ │ │
│ │ │ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────┘
母线：代表电源
触点：代表输入条件（按钮、传感器等）
线圈：代表输出结果（电机、指示灯等）2.2 程序组织
梯形图程序组织：
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ 网络1 (Network 1) │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ I0.0 I0.1 │
│ ────┤├────┬────┤/├────────────────────( Q0.0 )── │
│ │ │
│ Q0.0 │ │
│ ────┤├────┘ │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ 网络2 (Network 2) │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ I0.2 │
│ ────┤├────────────────────────────────( Q0.1 )── │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ 网络3 (Network 3) │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ I0.3 I0.4 │
│ ────┤├──────────┤├────────────────────( Q0.2 )── │
└─────────────────────────────────────────────────────┘
说明：
- 每个网络(Network)是一个独立的控制逻辑单元
- 网络从上到下、从左到右执行
- 建议每个网络只有一个输出3. 常开触点与常闭触点
3.1 常开触点（NO - Normally Open）
常开触点符号：
──┤├── 或 ──| |──
含义：
- 平时（无信号时）：断开状态
- 有信号时：闭合导通
物理对应：
- 常开按钮（按下才导通）
- 常开传感器（检测到物体才导通）
示例：
I0.0
──────┤├──────────────( Q0.0 )──
当I0.0=1时，Q0.0=1（导通）
当I0.0=0时，Q0.0=0（断开）3.2 常闭触点（NC - Normally Closed）
常闭触点符号：
──┤/├── 或 ──|/|──
含义：
- 平时（无信号时）：闭合导通
- 有信号时：断开
物理对应：
- 常闭按钮（按下才断开）
- 急停按钮（通常是常闭）
示例：
I0.1
──────┤/├──────────────( Q0.0 )──
当I0.1=0时，Q0.0=1（导通，因为常闭平时导通）
当I0.1=1时，Q0.0=0（断开）3.3 对比理解
常开与常闭触点对比：
输入信号 常开触点┤├ 常闭触点┤/├
─────────────────────────────────────
0 断开 导通
1 导通 断开
记忆口诀：
- 常开：有信号才开（导通）
- 常闭：有信号才闭（断开）
逻辑关系：
- 常开触点：输出 = 输入
- 常闭触点：输出 = NOT(输入)3.4 真值表
| 输入信号 | 常开触点 -| |- | 常闭触点 -|/|- |
|---|---|---|
| 0 (FALSE) | 0 (断开) | 1 (导通) |
| 1 (TRUE) | 1 (导通) | 0 (断开) |
4. 线圈与输出
4.1 普通线圈
普通输出线圈符号：
──( )── 或 ──( )──
含义：
- 左侧逻辑条件满足时，线圈得电（输出ON）
- 左侧逻辑条件不满足时，线圈失电（输出OFF）
示例：
I0.0
──────┤├──────────────( Q0.0 )──
当I0.0=1时，Q0.0输出ON
当I0.0=0时，Q0.0输出OFF
对应物理设备：继电器线圈、接触器线圈4.2 置位线圈（SET）
置位线圈符号：
──(S)── 或 ──(SET)──
含义：
- 条件满足时，输出置1并保持
- 条件不满足时，输出保持不变（不会自动复位）
示例：
I0.0
──────┤├──────────────(S Q0.0)──
I0.0产生上升沿时，Q0.0=1，并一直保持
即使I0.0变回0，Q0.0仍然保持1
特点：需要配合复位线圈使用4.3 复位线圈（RESET）
复位线圈符号：
──(R)── 或 ──(RESET)──
含义：
- 条件满足时，输出置0
- 条件不满足时，输出保持不变
示例：
I0.1
──────┤├──────────────(R Q0.0)──
I0.1=1时，Q0.0被复位为0
置位/复位配合使用：
I0.0
──────┤├──────────────(S Q0.0)── 启动
I0.1
──────┤├──────────────(R Q0.0)── 停止4.4 各类线圈汇总
| 线圈类型 | 符号 | 功能 |
|---|---|---|
| 普通线圈 | ( ) | 条件满足=ON，不满足=OFF |
| 置位线圈 | (S) | 条件满足时置1，保持 |
| 复位线圈 | (R) | 条件满足时置0 |
| 取反线圈 | (/) | 输出与条件相反 |
| 正跳变线圈 | (P) | 上升沿输出一个扫描周期 |
| 负跳变线圈 | (N) | 下降沿输出一个扫描周期 |
5. 梯形图的阅读方法
5.1 阅读顺序
梯形图阅读顺序：
① ② ③ ④ ⑤
│ │ │ │ │
▼ ▼ ▼ ▼ ▼
────┤├────┬────┤/├────┬────────( )──
│ │
⑥ │ │
▼ │ │
────┤├────┘ │
│
⑦ ⑧ │
▼ ▼ │
────┤├────┤├─────────────┘
执行顺序：① → ② → ③ → ④ → ⑤
↓
⑥ → 跳回主线
↓
⑦ → ⑧ → 汇合到输出
原则：从上到下，从左到右5.2 逻辑分析方法
分析梯形图的步骤：
1. 找出输出
└── 确定线圈/输出是什么（Q0.0、M0.0等）
2. 追溯输入条件
└── 从输出向左，找出所有导通路径
3. 确定逻辑关系
└── 串联 = AND（与）
└── 并联 = OR（或）
└── 常闭 = NOT（非）
4. 写出逻辑表达式
└── 用布尔代数表示
示例：
I0.0 I0.1
────┤├──┬──┤/├────────────( Q0.0 )──
│
I0.2│
────┤├──┘
逻辑表达式：Q0.0 = (I0.0 AND NOT I0.1) OR I0.2
或：Q0.0 = I0.0 · /I0.1 + I0.25.3 在线监控
在线监控状态显示：
【正常状态】（I0.0=0，Q0.0=0）
I0.0
────┤├──────────────────( Q0.0 )──
细线表示断开
【导通状态】（I0.0=1，Q0.0=1）
I0.0
━━━━┥┝━━━━━━━━━━━━━━━━━━( Q0.0 )━━
粗线/绿色高亮表示导通
这是梯形图调试的重要优势！6. 简单梯形图程序示例
6.1 示例1：简单启停控制
控制要求：按下启动按钮，电机运行；按下停止按钮，电机停止。
I/O分配：
输入：I0.0 - 启动按钮（常开）
I0.1 - 停止按钮（常闭）
输出：Q0.0 - 电机接触器
梯形图程序：
I0.0 I0.1
────┤├────┬────┤├────────────( Q0.0 )──
│
Q0.0 │
────┤├────┘
工作原理：
1. 按下I0.0（启动），I0.0=1，Q0.0得电
2. Q0.0的常开触点闭合，形成自保持
3. 松开I0.0，Q0.0仍然保持ON（自锁）
4. 按下I0.1（停止），I0.1断开，Q0.0失电
5. 自保持解除，电机停止6.2 示例2：两地控制
控制要求：两个地方都可以启停电机。
I/O分配：
输入：I0.0 - 启动按钮1
I0.1 - 启动按钮2
I0.2 - 停止按钮1（常闭）
I0.3 - 停止按钮2（常闭）
输出：Q0.0 - 电机
梯形图程序：
I0.0 I0.2 I0.3
────┤├────┬────┤├────┤├────────( Q0.0 )──
│
I0.1 │
────┤├────┤
│
Q0.0 │
────┤├────┘
逻辑：(I0.0 OR I0.1 OR Q0.0) AND I0.2 AND I0.3 = Q0.06.3 示例3：顺序启动
控制要求：电机1启动后，电机2才能启动。
I/O分配：
输入：I0.0 - 电机1启动
I0.1 - 电机2启动
I0.2 - 停止（常闭）
输出：Q0.0 - 电机1
Q0.1 - 电机2
梯形图程序：
网络1：电机1控制
I0.0 I0.2
────┤├────┬────┤├────────────( Q0.0 )──
│
Q0.0 │
────┤├────┘
网络2：电机2控制（需要Q0.0先ON）
I0.1 Q0.0 I0.2
────┤├────┤├────┤├────────────( Q0.1 )──
│
Q0.1 │
────┤├────┘
说明：电机2的启动条件包含Q0.0，确保顺序启动6.4 示例4：互锁控制
控制要求：电机正转和反转不能同时进行。
I/O分配：
输入：I0.0 - 正转按钮
I0.1 - 反转按钮
I0.2 - 停止按钮（常闭）
输出：Q0.0 - 正转接触器
Q0.1 - 反转接触器
梯形图程序：
网络1：正转控制
I0.0 Q0.1 I0.2
────┤├────┤/├───┤├────────────( Q0.0 )──
│
Q0.0 │
────┤├────┘
网络2：反转控制
I0.1 Q0.0 I0.2
────┤├────┤/├───┤├────────────( Q0.1 )──
│
Q0.1 │
────┤├────┘
互锁原理：
- Q0.1的常闭触点在正转回路中
- Q0.0的常闭触点在反转回路中
- 任何一个输出ON，另一个就无法ON7. 梯形图编程规则
7.1 基本规则
梯形图编程规则：
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ 规则1：触点在左，线圈在右 │
│ ──┤├────( )── ✓ 正确 │
│ ──( )────┤├── ✗ 错误 │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ 规则2：线圈不能直接连接左母线 │
│ ──────────( )── ✓ 正确（有触点） │
│ ────( )──────── ✗ 错误（直接连） │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ 规则3：线圈不能串联 │
│ ──┤├──( )── ✓ │
│ ──┤├──( )──( )── ✗ 错误 │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ 规则4：同一线圈不要重复使用（双线圈问题） │
│ 网络1: ──┤├──( Q0.0 )── │
│ 网络2: ──┤├──( Q0.0 )── ✗ 应避免 │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│ 规则5：尽量减少触点使用，简化逻辑 │
└─────────────────────────────────────────────────────┘7.2 推荐做法
| 做法 | 说明 |
|---|---|
| 每个网络一个输出 | 便于阅读和调试 |
| 添加注释 | 说明每个网络的功能 |
| 使用有意义的符号名 | 如Motor_Start而非I0.0 |
| 先画流程图 | 复杂逻辑先理清思路 |
| 分段调试 | 一段一段验证 |
本节小结
梯形图编程入门要点：
┌────────────────────────────────────────────────────┐
│ 1. 梯形图源自继电器电路图，直观易懂 │
│ │
│ 2. 基本元素：母线、触点、线圈 │
│ │
│ 3. 常开触点┤├：有信号才导通 │
│ 常闭触点┤/├：有信号才断开 │
│ │
│ 4. 串联=AND，并联=OR，常闭=NOT │
│ │
│ 5. 阅读顺序：从上到下，从左到右 │
│ │
│ 6. 自保持电路是最基本的控制模式 │
└────────────────────────────────────────────────────┘练习题
- 画出以下逻辑的梯形图：Q0.0 = (I0.0 OR I0.1) AND I0.2
- 分析以下梯形图的逻辑功能：
I0.0 I0.1 ────┤├────┤/├────┬────────( Q0.0 )── │ I0.2 │ ────┤├───────────┘ - 设计一个三地控制电机的梯形图程序。