Язык релейных диаграмм LD (Ladder diagram) и его применение

Язык релейных или лестничных диаграмм LD (от англ. Ladder diagram) представляет собой простой в обращении, графический язык разработки. В его основе лежат релейно-контактные схемы, поэтому элементами логики здесь выступают: обмотки реле, контакты реле, горизонтальные и вертикальные перемычки.

Пары контактов реле или кнопки — вот основные логические переменные языка LD, при этом состояние переменных — это есть ни что иное, как состояние контактов: разомкнутое или замкнутое.

Сама же программа на данном графическом языке представляется аналогом релейной схемы, в которую может входить множество различных функциональных блоков. В общем и целом, синтаксис языка LD позволяет очень просто строить логические схемы для релейной техники.

Немного истории

Как таковой, язык релейных схем существовал еще во времена Томаса Эдисона, и лишь в начале 1970-х он был адаптирован для первых ПЛК. В самом начале данный язык появился в пакетах программирования ПЛК компаний Modicon и Allen-Bradly, причем символика была заимствована именно из электротехнической области.

Язык LD изначально был предназначен для инженеров по автоматизации, работающих на предприятиях. Интерфейс программирования наглядно преподносит логику работы контроллера, позволяет легко решать задачи ввода в эксплуатацию, а также быстро находить неполадки в подключенном к ПЛК оборудовании. Разработчики стандарта специально сделали форму такой, чтобы максимально облегчить работу инженерам по релейной автоматике на ПЛК.

Язык релейной логики является одним из первых языков, широко используемых в ПЛК. По этой причине в настоящее время он по-прежнему остается одним из самых популярных.

В Соединенных Штатах например, язык релейных диаграмм — самый распространенный язык для программирования ПЛК. Он также широко распространен по всему миру. Написанная программа выглядит интуитивно понятно, так что любой инженер-электрик сможет легко ее прочитать и понять, ведь логические операции здесь представляются в виде электрической цепи с разомкнутыми и замкнутыми контактами.

Результат логической операции «ЛОЖЬ» или «ИСТИНА» в общем случае имеет под собой соответствующее состояние цепи: если ток течет — «ИСТИНА», «true», если тока нет — «ЛОЖЬ», «false».

В STEP 7 этот язык известен как LAD (Ladder Logic). Фрагмент программы, сделанной на языке типа LAD: 

Достоинства и недостатки языка LD

Главное достоинство языка — безусловно простота. Программа представляется как электрический поток, любой специалист по электротехнике это поймет. Правила просты, здесь используются лишь булевые выражения, код рационален и легко может быть оптимизирован вручную.

Соответственно вытекает отсюда главный недостаток — операции только двоичные, лишь дискретные состояния возможны, непрерывное управление сразу отпадает. К тому же с увеличением количества реле схема становится сложной для чтения, понимания и отладки.

Преимущества:

• самый популярный язык программирования ПЛК,

• интуитивно понятен для людей, умеющих читать электрические схемы,

• возможность быстро находить ошибки,

• готовые элементы и функциональные блоки,

• простота кода, обеспечивающая эффективный анализ,

• идеально подходит для работы с простыми процессами.

Недостатки:

• непригоден для сложных процессов, потому что тогда он теряет простоту и анализ становится намного сложнее,

• сложная реализация более сложных функций, таких как ПИД-регуляторы, тригонометрические функции или функции обработки данных.

Изучение языка релейных диаграмм LD на первый взгляд может показаться сложной задачей, но это ценный навык для тех, кто занимается промышленным программированием.

Как выглядит программа на LD

Две вертикальные линии представляют пару питающих шин. Между шинами располагаются горизонтально цепи, в которые включаются обмотка и контакты реле. В цепи может быть установлено произвольное количество контактов. Последовательно соединенные контакты должны замкнуться все, тогда по цепи пойдет ток, и обмотка реле получит питание. Несколько обмоток реле может быть включено параллельно, но не последовательно.

В языке LD для каждого контакта имеет место логическая переменная, которая и определяет состояние контакта. Для нормально-разомкнутого контакта переменная принимает значение «ИСТИНА» когда контакт замкнут, или принимает значение «ЛОЖЬ», когда контакт разомкнут. Надпись над контактом — это имя переменной и одновременно название контакта.

При последовательном соединении нескольких контактов логика равноценна операции «И». Параллельно соединенные контакты воспроизводят логическую операцию «монтажное ИЛИ». Цепь замкнута «ON», разомкнута — «OFF», что сказывается на состоянии обмотки реле и на значении логической переменной применительно к обмотке — «ЛОЖЬ» или «ИСТИНА».

• -||- контакт нормально-разомкнутый

• -|/|- контакт нормально-замкнутый

• -( )- катушка реле

• -(/)- катушка реле инверсная

Как легко видеть, графические обозначения внутри LD-диаграммы интуитивно понятны, но они отличаются от принятых в электрических схемах. Тем не менее, факт, что символы псевдографики служат для построения диаграммы (программы), является преимуществом языка.

Для инверсных контактов (нормально-замкнутых -|/|- ) характерно значение переменной «ИСТИНА», когда контакт разомкнут, и значение переменной «ЛОЖЬ» — когда контакт замкнут. Работа такого контакта эквивалентна логической операции НЕ. Комбинацией инверсного и прямого контакта получается переключающий контакт.

Кроме того, как видите, обмотки реле также могут быть инверсными, что означает, что логическая переменная принимает инверсное значение по отношению к состоянию цепи: ток течет — «ЛОЖЬ», тока нет — «ИСТИНА».

Примеры использования языка LD:

Схемы пуска электродвигателя на языке лестничных диаграмм LD для ПЛК

Примеры простых программ для ПЛК в CodeSys на языке релейных диаграмм

Реализации проходного выключателя для автоматизации управления освещением

Еще один очень распространенный язык программирования ПЛК:

Язык функциональных блоковых диаграмм (FBD)

Мы планируем развивать эту тему здесь:

Обучение применению и программированию ПЛК

Андрей Повный 

Structured Text

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

Книга «Изучаем Structured Text МЭК 61131-3»: Ссылка на книгу

Популярные публикации:

• Какой датчик температуры лучше, критерии выбора датчика
• Что такое ПИД-регулятор
• Современные способы дистанционного управления уличным освещением

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Устройства автоматики, Промышленное электрооборудование, Программируемые логические контроллеры

Подпишитесь на наш канал в Телеграм «Автоматика и робототехника» (современные технологиии, инновации и будущее автоматизации). Нажмите на ссылку ниже и будьте в центре событий в мире автоматики: Автоматика и робототехника 

Источник