PLC编程语言入门：深入解析梯形图（LAD）基础指令

2026/02/07企业新闻新闻中心行业新闻 30

一、引言：自动化控制的核心语言

在现代工业自动化领域，可编程逻辑控制器（PLC）已成为工业控制系统的核心。PLC编程语言是工程师与自动化设备之间的桥梁，而梯形图（Ladder Diagram，简称LAD）作为最直观、应用最广泛的PLC编程语言，尤其受到工程师和技术人员的青睐。

梯形图的起源可以追溯到传统的继电器控制系统，其图形化的编程方式让电气工程师能够轻松地将已有的电气控制知识迁移到PLC编程中。据行业调查数据显示，全球约75%的PLC程序使用梯形图作为主要或辅助编程语言，足见其在工业自动化领域的重要地位。

二、梯形图编程基础概念

1. 梯形图的基本结构

梯形图之所以得名，是因为其编程界面形似梯子。它由两条垂直的电源轨（通常左侧为火线，右侧为零线）和多条水平的“梯级”组成。每个梯级代表一个独立的逻辑控制回路，包含输入条件（触点）和输出结果（线圈）。

每个梯形图程序都遵循“从左到右，从上到下”的扫描执行原则。PLC的CPU会循环扫描程序，首先读取所有输入状态，然后按顺序执行每个梯级，最后更新输出状态。这种循环扫描的机制是理解PLC工作原理的关键。

2. 梯形图的核心组成元素

触点：代表输入条件，可以是物理输入（如按钮、传感器）或内部状态
线圈：代表输出动作，可以是物理输出（如电机、指示灯）或内部标志
功能块：执行特定功能的指令，如定时器、计数器、数学运算等
连线：连接各个元素，形成电流通路

三、梯形图基础指令详解

1. 常开触点（Normally Open Contact）

常开触点是梯形图中最基本的指令，用“| |”表示。它检查指定地址的逻辑状态是否为“1”（通电）。

工作原理：当关联的位地址为“1”时，触点“闭合”，允许逻辑“电流”通过；当位地址为“0”时，触点“断开”，阻断逻辑流。

应用示例：

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I0.0      Q0.0
| |-------( )

此简单梯级表示：当输入I0.0为“1”时，输出线圈Q0.0通电。

实际应用场景：启动按钮控制电机运行。当操作员按下启动按钮（I0.0=1），电机接触器（Q0.0）得电启动。

2. 常闭触点（Normally Closed Contact）

常闭触点用“|/|”表示，与常开触点的逻辑相反。

工作原理：当关联的位地址为“0”时，触点“闭合”，允许逻辑流通过；当位地址为“1”时，触点“断开”，阻断逻辑流。

应用示例：

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I0.1      Q0.0
|/|-------( )

此梯级表示：当输入I0.1为“0”时，输出线圈Q0.0通电；当I0.1为“1”时，Q0.0断电。

实际应用场景：急停按钮控制。正常情况下急停按钮未被按下（I0.1=0），设备正常运行（Q0.0=1）；当按下急停按钮（I0.1=1），设备立即停止。

3. 输出线圈（Output Coil）

输出线圈用“( )”表示，是梯形图的输出指令。

工作原理：当线圈左侧的逻辑通路“通电”时，线圈对应的位地址被置为“1”；当逻辑通路“断电”时，该位地址被复位为“0”。

重要特性：

一个位地址在同一程序中只能有一个线圈输出（双线圈问题）
线圈分为普通线圈、置位线圈和复位线圈

应用示例：

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I0.0     I0.1      Q0.0
| |-------|/|-------( )

此梯级表示：当I0.0为“1”且I0.1为“0”时，Q0.0输出“1”。

4. 置位线圈（Set Coil）与复位线圈（Reset Coil）

置位线圈用“(S)”表示，复位线圈用“(R)”表示，它们具有锁存功能。

工作原理：

置位线圈：当逻辑通路通电时，将指定的位地址置为“1”并保持，即使逻辑通路变为断电状态
复位线圈：当逻辑通路通电时，将指定的位地址置为“0”并保持

应用示例：

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I0.0             Q0.0
| |--------------(S)
I0.1             Q0.0
| |--------------(R)

此程序表示：按下启动按钮(I0.0)，设备启动(Q0.0=1)并保持运行；按下停止按钮(I0.1)，设备停止(Q0.0=0)。

实际应用场景：电机启停控制。这是工业控制中最常见的“启-保-停”电路的核心部分。

5. 上升沿检测（Positive Edge Detection）

上升沿检测指令检查信号从“0”到“1”的变化，用“P”或“↑”表示。

工作原理：仅在检测到信号上升沿的扫描周期内，触点闭合一个扫描周期。

应用示例：

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I0.0            M0.0
|P|------------( )

当I0.0从“0”变为“1”时，M0.0仅在一个扫描周期内为“1”。

实际应用场景：计数器触发。确保每次按钮按下只计数一次，避免因按钮抖动或长按导致多次计数。

6. 下降沿检测（Negative Edge Detection）

下降沿检测指令检查信号从“1”到“0”的变化，用“N”或“↓”表示。

工作原理：仅在检测到信号下降沿的扫描周期内，触点闭合一个扫描周期。

应用示例：

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I0.0            M0.1
|N|------------( )

当I0.0从“1”变为“0”时，M0.1仅在一个扫描周期内为“1”。

四、基础逻辑组合指令

1. 串联连接（AND逻辑）

多个触点串联表示逻辑“与”关系，所有触点必须同时闭合，逻辑通路才通电。

应用示例：

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I0.0     I0.1     I0.2      Q0.0
| |-------| |-------|/|-------( )

表示：当I0.0=1且I0.1=1且I0.2=0时，Q0.0=1。

实际应用场景：安全条件检查。例如，只有“安全门关闭(I0.0=1)”、“气压正常(I0.1=1)”且“无急停信号(I0.2=0)”时，设备才能启动。

2. 并联连接（OR逻辑）

多个触点并联表示逻辑“或”关系，任一触点闭合，逻辑通路即通电。

应用示例：

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     I0.0               Q0.0
     | |----------------( )
     |
     I0.1
     | |

表示：当I0.0=1或I0.1=1时，Q0.0=1。

实际应用场景：多位置控制。例如，设备可以从本地控制箱(I0.0)或远程控制台(I0.1)启动。

3. 复杂逻辑组合

实际应用中常需要组合串联和并联逻辑，形成复杂的控制条件。

应用示例：

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     I0.0     I0.1               Q0.0
     | |-------| |----------------( )
     |
     I0.2     I0.3
     | |-------| |

表示：(I0.0与I0.1)或(I0.2与I0.3)为真时，Q0.0=1。

实际应用场景：设备自动/手动控制模式。自动模式下(I0.0=1)满足条件(I0.1=1)时启动，或手动模式下(I0.2=1)操作员确认(I0.3=1)时启动。

五、定时器与计数器指令

1. 定时器（Timer）

定时器是PLC中最重要的功能指令之一，用于实现时间控制。

TON（接通延时定时器）：

工作原理：当使能端通电时开始计时，当前值递增；达到预设时间时，定时器位为“1”；使能端断电时复位

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I0.0            TON
| |----------+------+
             | T37  |
             | PT   |
             | 100  |
             +------+
T37           Q0.0
| |------------( )

表示：I0.0接通10秒后，Q0.0输出（假设时间基准为100ms）。

实际应用场景：电机星三角启动转换控制。星形启动运行一段时间后自动切换到三角形运行。

2. 计数器（Counter）

计数器用于记录事件发生的次数。

CTU（加计数器）：

工作原理：每次CU端检测到上升沿，当前值加1；达到预设值时，计数器位为“1”；R端为“1”时复位计数器

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I0.0            CTU
|P|----------+------+
             | C0   |
             | PV   |
             | 50   |
             +------+
I0.1            R
| |------------( )
C0             Q0.0
| |------------( )

表示：I0.0触发50次后，Q0.0输出；I0.1可复位计数器。

实际应用场景：生产线产品计数。每通过一个产品(I0.0触发一次)，计数器加1；达到设定数量(50个)时，触发换箱信号(Q0.0)。

六、梯形图编程规范与最佳实践

1. 编程基本原则

唯一性原则：同一地址的线圈在程序中只能出现一次，避免双线圈问题
明确性原则：每个梯级应有明确的逻辑目的，避免过于复杂的逻辑组合
可读性原则：合理使用注释，为地址、梯级和网络添加说明文字

2. 典型错误与避免方法

双线圈问题示例：

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网络1：
I0.0      Q0.0
| |-------( )

网络2：
I0.1      Q0.0
| |-------( )

错误分析：Q0.0在两个网络中被赋值，PLC执行时只有最后一个赋值有效。

解决方案：合并逻辑或使用中间变量。

优化后：

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I0.0      M0.0
| |-------( )

I0.1      M0.1
| |-------( )

M0.0     M0.1      Q0.0
| |-------|/|-------( )

3. 程序结构化建议

分区组织：将程序按功能分为初始化、手动模式、自动模式、报警处理等部分
标准化地址分配：建立统一的地址命名规范，如：
- I：输入
- Q：输出
- M：中间标志位
- T：定时器
- C：计数器
模块化设计：将常用功能封装成可重用的子程序或函数块

七、梯形图编程实例分析

实例1：三相电机启停控制

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// 网络1：启动控制
I0.0(启动)    I0.1(停止)   Q0.0(电机)
| |------------|/|-----------(S)

// 网络2：停止控制
I0.1(停止)
| |------------(R)
                Q0.0(电机)

// 网络3：运行指示灯
Q0.0           Q0.1(运行灯)
| |------------( )

// 网络4：故障保护
I0.2(热继)    Q0.0(电机)
| |------------(R)

程序分析：这是一个完整的电机启停控制程序，包含启动自锁、停止控制、状态指示和故障保护功能。

实例2：自动门控制系统

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// 网络1：开门触发
I0.0(开门按钮)  I0.2(防夹传感器)   T37(开门限时)
|P|--------------| |----------------+------+
                                    | TON  |
                                    | PT   |
                                    | 200  |
                                    +------+
T37              Q0.0(开门电机)
| |--------------(S)

// 网络2：关门触发
I0.1(关门按钮)  I0.2(防夹传感器)   T38(关门限时)
|P|--------------| |----------------+------+
                                    | TON  |
                                    | PT   |
                                    | 300  |
                                    +------+
T38              Q0.0(开门电机)
| |--------------(R)

// 网络3：门开到位停止
I0.3(开门限位)  Q0.0(开门电机)
| |--------------(R)

// 网络4：门关到位停止
I0.4(关门限位)  Q0.1(关门电机)
| |--------------(R)

程序分析：这个自动门控制系统包含安全保护（防夹传感器）、时间限制和位置检测功能，体现了梯形图在安全控制系统中的应用。