Язык релейных диаграмм LD (Ladder diagram) и его применение

Язык релейных или лестничных диаграмм LD (от англ. Ladder diagram) предстaвляет собой доступный в эксплуатации графический язык конструирования. Основу составляют релейно-контактные схемы, поэтому элементами логики выступают: обмотки реле, контакты реле, горизонтальные и вертикальные перемычки.

Пары контактов реле или кнопки — вот центральные логические переменные языка LD, причем состояние переменных эквивалентно состояниям контактов: разомкнутое или замкнутое.

Программа, реализуемая на данном графическом языке, выступает как аналог релейной схемы, в которую могут входить разнообразные функциональные блоки. В общем виде синтаксис LD позволяет непринуждённо конструировать логические цепи для релейной автоматики.

Немного истории

Само существование языка релейных схем восходит к эпохе Томаса Эдисона, однако к началу 1970-х он был адаптирован под первые программируемые контроллеры. Первые реализации языка появились в пакетах программирования ПЛК компаний Modicon и Allen-Bradley, где символика заимствована из электротехнической области.

Изначально LD предназначался для инженеров по автоматизации промышленных предприятий: интерфейс программирования наглядно демонстрирует логику работы контроллера, облегчает пуско-наладочные работы и упрощает диагностику подключённого оборудования. Разработчики стандарта специально адаптировали форму представления, чтобы минимизировать трудозатраты релейщиков на ПЛК.

Язык релейной логики остаётся одним из первых и наиболее широко применяемых в ПЛК. По этой причине он до сих пор удерживает заметное место в индустрии.

В США язык релейных диаграмм — один из самых распространённых языков программирования ПЛК; во всём мире он остаётся востребован. Программные решения выглядят интуитивно понятными: любой электрик способен прочитать и осмыслить их, поскольку логические операции представлены в виде электрической цепи с замкнутыми и разомкнутыми контактами.

Результат логической операции «ЛОЖЬ» или «ИСТИНА» трактуется как соответствующее состояние цепи: если ток течёт — это «ИСТИНА», иначе — «ЛОЖЬ».

Во-первых, в STEP 7 язык известен под названием LAD (Ladder Logic). Фрагмент программы на LAD может выглядеть так:

Достоинства и недостатки LD

Ключевое достоинство языка — очевидная простота: программа предстаёт как электрический токопоток, её легко разобрать специалисту по электротехнике. Правила минималистичны: применяются лишь булевы выражения, код рационален и пригоден для ручной оптимизации.

Из этого следует основной недостаток — дискретность состояний: непрерывное управление недоступно; увеличивающиеся по объёму реле усложняют чтение, понимание и отладку схемы.

Преимущества:

• самый популярный язык программирования ПЛК,
• интуитивен для специалистов, читающих электрические схемы,
• ускоренная идентификация ошибок,
• готовые элементы и функциональные блоки,
• простота кода, облегчающая анализ,
• оптимально подходит для решений простых процессов.

Недостатки:

• некомфортен для сложных процессов — теряет простоту и усложняется анализ,
• сложная реализация более сложных функций, таких как ПИД-регуляторы, тригонометрические функции или обработка данных.

Изучение LD на первый взгляд может показаться сложной задачей, но это ценный навык для специалистов промышленного программирования.

Как выглядит программа на LD

Две вертикальные линии образуют питающие шины. Между ними размещаются горизонтальные ветви, включающие обмотку и контакты реле; в цепи допускается любое число контактов. В последовательном соединении контактов ток должен замкнуть всю цепь, чтобы обмотка получила питание. Несколько обмоток могут включаться параллельно, но не последовательно.

Для каждого контакта в LD закреплена логическая переменная, определяющая его состояние. Нормально-разомкнутый контакт принимает значение «ИСТИНА», когда замкнут, и «ЛОЖЬ» — когда разомкнут. Надпись над контактом служит как идентификатор переменной и название самого контакта.

При последовательном соединении контактов логика эквивалентна операции «И», параллельное соединение реализует операцию «ИЛИ» в монтажном смысле. Цепь считается замкнутой — «ON», разомкнутой — «OFF», что отражается на состоянии обмотки реле и на значениях логических переменных, применимых к обмотке — «ЛОЖЬ» или «ИСТИНА».

• -||- контакт нормально-разомкнутый
• -|/|- контакт нормально-замкнутый
• -( )- катушка реле
• -(/)- катушка реле инверсная

Как видно, графические обозначения LD-диаграмм интуитивны, однако отличаются от принятых в электрических схемах. Тем не менее факт того, что псевдографические символы служат основой диаграммы-программы, является преимуществом языка.

Для инверсных контактов (нормально-замкнутых -|/|- ) характерно значение переменной «ИСТИНА», когда контакт разомкнут, и значение «ЛОЖЬ» — когда контакт замкнут. Такая конфигурация реализует логическую операцию НЕ. Комбинацией инверсного и прямого контактов достигается переключающий контакт.

Кроме того, обмотки реле могут быть инверсными: логическая переменная принимает инвертированное значение по отношению к состоянию цепи: ток течёт — «ЛОЖЬ», тока нет — «ИСТИНА».

Примеры применения LD:

Схемы пуска электродвигателя на языке лестничных диаграмм LD для ПЛК

Примеры простых программ ПЛК в CodeSys на языке релейных диаграмм

Реализации проходного выключателя для автоматизации управления освещением

Еще один широко распространённый язык ПЛК:

Язык функциональных блоковых диаграмм (FBD)

Мы планируем развивать данную тему здесь:

Обучение применению и программированию ПЛК

Андрей Повный

Structured Text

Представляем обзор книги по Structured Text (ST) по МЭК 61131-3. Автор — Сергей Романов

Книга «Изучаем Structured Text МЭК 61131-3»: ссылка на издание

Популярные публикации:

• Какой датчик температуры лучше: критерии выбора
• Что такое ПИД-регулятор
• Современные методы дистанционного управления уличным освещением

Надеемся, что данная статья оказалась для вас полезной. Ознакомьтесь также с другими материалами в категориях: Устройства автоматики, Промышленное электрооборудование, Программируемые логические контроллеры.

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Мир электричества

Здесь можно оставить комментарий, задать вопрос и пообщаться: Чат по электротехнической тематике

О сайте Электрик Инфо и авторах статей