Ladder-diagram

Et ladder-diagram, på dansk ofte kaldet et stigediagram, er en grafisk notation til programmering og dokumentation af styringslogik i PLC’er og i klassiske relæbaserede styretavler. Diagrammet ligner en stige: De to lodrette “skinner” er forsyningsspændingens aktive leder og nul/retur, og de vandrette “trin” er de enkelte delkredse, der tilsammen udgør maskinens styrefunktioner. Ladder er et af de fem IEC 61131-3-standardiserede PLC-sprog og foretrækkes især, når driftspersonalet har baggrund i el-montage og relæteknik.

Grundlæggende elementer

• Skinner (rails): Den venstre skinne er logisk forbundet til +24 V DC eller L1 AC, den højre til 0 V eller N. Strømmen “flyder” fra venstre mod højre, præcis som i et relædiagram.
• Trin (rungs): Hvert vandret trin er én selvstændig logikstreng. PLC’en gennemgår trinnene i rækkefølge, som regel oppefra og ned, i hvert programscan.
• Kontakter: Symbolerne efterligner fysiske relækontakter. En normalt åben kontakt (NO) lukker, når den tilknyttede variabel er sand, og en normalt lukket (NC) bryder under samme betingelse. Sådan kan både positive og negative logiske betingelser udtrykkes.
• Coils (spoler): Yderst til højre på trinnet sidder coil-symbolet. Det aktiverer en udgang, et internt flag, en timer eller et relæ, når betingelserne for alle kontakterne foran er opfyldt.
• Specialblokke: Timere, tællere, sammenlignere og matematiske blokke står typisk som rektangler i trinnet og udvider kontaktlogikken med tid, tælling eller aritmetik.

Sådan læser du et ladder-diagram

1. Start ved den venstre skinne, og følg linjen mod højre.
2. Er en kontakt lukket (sand), fortsætter “strømmen”. Er den åben, er stien brudt.
3. Kontakter i serie giver AND-logik, kontakter i parallel giver OR-logik.
4. Er der ubrudt forbindelse fra venstre til højre skinne, bliver coil-elementet aktiveret, og udgangen bliver sand eller høj. PLC-softwaren viser det ofte med farver, så fejlfinding bliver intuitiv.

Typiske anvendelser

• Start/stop-kredsløb til motorer med selvhold, nødstop og kontakter på dæksler eller porte.
• Sekvensstyringer på transportanlæg, hvor givere, reed-kontakter eller fotoceller giver startbetingelsen for næste trin.
• Niveaustyring af tanke: En nedre grænsekontakt starter pumpen, og en øvre kontakt stopper den.
• Alarm- og låsekredsløb, hvor bestemte fejltilstande spærrer maskinen, indtil en operatør kvitterer på et betjeningspanel.

Fordele

• Symbolerne er de samme som i et klassisk relædiagram, så elektrikere og teknikere hurtigt kan læse logikken uden at kunne avanceret programmering.
• De fleste PLC-programmeringsværktøjer viser aktiviteten live, og det forkorter stilstanden, når der skal fejlsøges.
• Eksisterende relækredse kan som regel overføres én-til-én til ladder, når anlægget opgraderes til PLC-styring.
• Sproget er standardiseret i IEC 61131-3, der giver ens syntaks og datatyper uanset PLC-fabrikat.

Begrænsninger

• Større projekter med mange hundrede trin kan blive uoverskuelige, hvis de ikke er struktureret med funktionsblokke, etiketter og tydelige rung-numre.
• Beregninger, datahåndtering og komplekse algoritmer skrives hurtigere i tekstbaserede sprog som Structured Text eller i grafiske sprog som Function Block Diagram.
• Diagrammet er traditionelt lineært, og uden modulopdeling kan en ændring give uventede sideeffekter.

Sammenhæng med tavlebygning

Når en styretavle konstrueres, tegnes der typisk både effektkredsløb og styrekredsløb. Kontakt- og spolenavnene i ladder-programmet (fx K1, M001, I0.0) svarer til de fysiske relæer, klemmer og PLC-ind- og udgangsmoduler. Ledningsmærkning og klemrækker nummereres på samme måde, så montøren kan følge den samme “stige” fysisk i tavlen. Når de to svarer én-til-én, bliver Factory Acceptance Test, idriftsættelse og senere service lettere.

Standarder og god praksis

• IEC 61131-3 definerer fem PLC-sprog, heriblandt Ladder (LD), og beskriver også variabeltyper, on-delay-timere (TON), off-delay-timere (TOF) og tællere (CTU/CTD).
• EN 60204-1 stiller krav til nødstop, beskyttelseskredse og verifikation. Selvom sikkerhedsrelæer ofte klarer de kritiske funktioner i hardware, viser ladder-diagrammet stadig deres status til diagnose.
• God dokumentation betyder entydige tag-navne, rung-referencer og kommentarer, så hver ændring kan spores gennem hele maskinens levetid.