Ladder-Logik

Über Ladder-Logik-Diagramme

Ladder-Logik ist die grafische Programmiersprache zur Beschreibung von Steuerprogrammen in Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) – den Industrierechnern, die weltweit Fabrikautomation, HLK-Systeme, Förderbänder und Prozessanlagen betreiben. Der Name leitet sich vom Erscheinungsbild des Diagramms ab: zwei vertikale Schienen, verbunden durch horizontale Sprossen, wobei jede Sprosse eine Bedingung-zu-Aktion-Regel ausdrückt. Elektriker und Steuerungsingenieure haben es übernommen, weil es die Relais-Schaltpläne widerspiegelt, die sie bereits kannten.

Schematex folgt IEC 61131-3:2013, dem internationalen Standard für SPS-Programmiersprachen, mit den in der nordamerikanischen Industriepraxis verbreiteten Allen-Bradley (Rockwell) Tag-Adress-Namen-Konventionen. Diese Seite beschreibt, was der Parser heute akzeptiert.

1. Ihr erstes Ladder-Diagramm

Das kleinste nützliche Ladder-Programm: eine Sprosse, zwei Kontakte, eine Spule.

Vier Regeln decken 80 % der Anwendungsfälle ab:

1. Beginnen Sie mit ladder, optional gefolgt von einem zitierten Titel.
2. Jede Sprosse beginnt mit rung N "optionaler Kommentar": in einer eigenen Zeile. Der abschließende Doppelpunkt ist optional.
3. Elemente werden einzeln pro Zeile aufgelistet, eingerückt unter der Sprosse – von links nach rechts bedeutet Reihenschaltung (UND-Logik).
4. Ein parallel: / branch:-Block führt ODER-Logik ein. Jeder Branch hat seine eigene Elementliste.

Kommentare können mit #, // oder Mermaid-Stil %% in einer eigenen Zeile beginnen.

2. Kontakte

Kontakte repräsentieren Eingabebedingungen – sie leiten Strom, wenn das zugehörige Bit zum Kontakttyp passt.

Syntax:

XIC(tag)
XIC(tag, "address")
XIC(tag, "address", name="Description")
XIC(tag, address="address", name="Description")

• tag — erforderlich. Der SPS-Tag-Name (wird unterhalb des Kontaktsymbols angezeigt).
• "address" — optionales positionelles zweites Argument. Die E/A-Adresse (z. B. "IN 1.0", "BIT 3.1").
• name="…" — optionales Schlüssel-Wert-Argument. Für Menschen lesbare Beschreibung (wird oberhalb des Symbols angezeigt).

3. Spulen

Spulen repräsentieren Ausgangsaktionen – sie wirken auf ein Tag-Bit, wenn die Sprosse Stromfluss hat.

Syntax: identisch zu Kontakten – OTE(tag), OTE(tag, "address"), OTE(tag, "address", name="…").

OTL und OTU werden paarweise verwendet, um Set/Reset-Flipflops aufzubauen. Die letzte Sprosse, die schreibt, gewinnt.

4. Funktionsblöcke

Funktionsblöcke führen Timer-, Zähler-, Rechen- und Vergleichsoperationen durch. Sie erscheinen inline in einer Sprosse und haben Schlüsselwortparameter nach dem obligatorischen Tag-Argument.

4.1 Timer

TON(timer_tag, PT=5000)

Der Timer-Tag speichert die abgelaufene Zeit. Das Q-Bit des Timers (Fertig-Ausgang) wird über den Tag-Namen in nachgelagerten Kontakten abgerufen.

4.2 Zähler

CTU(cycle_counter, PV=100)

4.3 Mathematik

ADD(result_tag, IN1=setpoint, IN2=offset)
MOV(dest_tag, IN1=source_tag)

4.4 Vergleiche

EQU(compare_tag, IN1=speed_actual, IN2=speed_setpoint)

5. Parallelbranches

Ein parallel:-Block führt ODER-Logik ein – die Sprosse hat Strom, wenn ein beliebiger Branch leitet. Jeder Branch ist ein branch:-Unterblock mit seinen eingerückten Elementen.

parallel:
  branch:
    XIC(LOCAL_START)
  branch:
    XIC(REMOTE_START)

Branches in einem parallel:-Block werden gleichzeitig ausgewertet. Der Block schließt, wenn die Einrückung auf das Niveau vor parallel: zurückkehrt.

Regeln:

• parallel: muss innerhalb einer Sprosse erscheinen.
• branch: muss innerhalb eines parallel:-Blocks erscheinen – alleine verwendet löst es LadderParseError aus.
• Jeder Branch enthält ein oder mehrere Elemente.
• Elemente nach dem parallel:-Block sind in Reihe mit ihm (UND-Logik).

6. Labels und Kommentare

• Titel: ladder "Motor Control" – nur in der ersten Zeile, als Zeichenfolge in Anführungszeichen.
• Sprossennummer: erforderliche Ganzzahl nach rung.
• Sprossenkommentar: optionale Zeichenfolge in Anführungszeichen nach der Sprossennummer, vor dem optionalen Doppelpunkt: rung 3 "Run indicator": oder rung 3 "Run indicator".
• Tag: erstes Argument in den Klammern – wird unterhalb des Symbols angezeigt.
• Adresse: zweites positionelles Argument (in Anführungszeichen): XIC(START_PB, "IN 1.0").
• Name: name="…" Schlüsselwortargument – für Menschen lesbare Beschreibung, die oberhalb des Symbols angezeigt wird.
• Zeilenkommentare: #, // oder %% am Zeilenanfang (nach führenden Leerzeichen). Dieselben Marker starten auch nachgestellte Kommentare.

7. Reservierte Wörter und Escaping

Am Zeilenanfang reserviert (Groß-/Kleinschreibung-unabhängig): ladder, rung, parallel:, branch:.

Elementnamen sind ausschließlich aus ASCII-Großbuchstaben: XIC, XIO, ONS, OSF, OTE, OTL, OTU, OTN, TON, TOFF, TP, CTU, CTD, CTUD, ADD, SUB, MUL, DIV, MOV, EQU, NEQ, GRT, LES, GEQ, LEQ.

Tag-IDs – müssen dem Muster [A-Z][A-Z0-9_]* entsprechen (der Parser matcht [A-Z][A-Z0-9_]* für den Elementnamen-Präfix). Kleinbuchstaben-Tags werden innerhalb der Klammern akzeptiert.

Zeichenfolgen in Anführungszeichen in Adress- oder Namensargumenten müssen doppelte Anführungszeichen "…" verwenden.

8. Häufige Fehler

9. Grammatik (EBNF)

document      = header NEWLINE rung+

header        = "ladder" ( WS quoted-string )? NEWLINE
quoted-string = '"' any-char-but-quote* '"'

rung          = "rung" WS integer ( WS quoted-string )? ":"? NEWLINE
                  element+

element       = contact-line
              | coil-line
              | fb-line
              | parallel-block

contact-line  = contact-type "(" tag ( "," arg )* ")" NEWLINE
contact-type  = "XIC" | "XIO" | "ONS" | "OSF"

coil-line     = coil-type "(" tag ( "," arg )* ")" NEWLINE
coil-type     = "OTE" | "OTL" | "OTU" | "OTN" | "RES"

fb-line       = fb-type "(" tag ( "," arg )* ")" NEWLINE
fb-type       = "TON" | "TOFF" | "TP"
              | "CTU" | "CTD" | "CTUD"
              | "ADD" | "SUB" | "MUL" | "DIV" | "MOV"
              | "EQU" | "NEQ" | "GRT" | "LES" | "GEQ" | "LEQ"

arg           = quoted-string             // positional (address)
              | key "=" quoted-string     // keyword (e.g. name="…")
              | key "=" number            // keyword (e.g. PT=5000)

parallel-block = INDENT≥2 "parallel:" NEWLINE
                   ( INDENT branch-block )+

branch-block   = "branch:" NEWLINE
                   ( INDENT element )+

tag           = [A-Za-z][A-Za-z0-9_]*
key           = [A-Za-z][A-Za-z0-9_]*
integer       = [0-9]+
number        = [0-9]+ ( "." [0-9]+ )?
comment       = ( "#" | "//" | "%%" ) any NEWLINE

Maßgebliche Quelle: src/diagrams/ladder/parser.ts. Wenn dies vom Parser abweicht, hat der Parser Vorrang – bitte öffnen Sie ein Issue.

10. Standardkonformität

Schematex-Ladder-Logik folgt IEC 61131-3:2013 Teil 3 für die Ladder-Diagramm-Sprache und verwendet Allen-Bradley (Rockwell) Tag-Adress-Namen-Konventionen, die in der nordamerikanischen SPS-Praxis verbreitet sind.

Was heute implementiert ist:

• ✅ Vier Kontakttypen: XIC (Schließer), XIO (Öffner), ONS (steigende Flanke), OSF (fallende Flanke)
• ✅ Fünf Spulentypen: OTE (Ausgang), OTL (Verriegelung/Setzen), OTU (Entriegelung/Rücksetzen), OTN (Negation), RES (Zähler/Timer-Reset)
• ✅ Drei Timer-Funktionsblöcke: TON, TOFF, TP mit Millisekunden-PT=-Parameter
• ✅ Drei Zähler-Funktionsblöcke: CTU, CTD, CTUD mit ganzzahligem PV=-Parameter
• ✅ Mathematik-Funktionsblöcke: ADD, SUB, MUL, DIV, MOV
• ✅ Vergleichs-Funktionsblöcke: EQU, NEQ, GRT, LES, GEQ, LEQ
• ✅ Parallel-/Branch-Blöcke für ODER-Logik
• ✅ Tag-, Adress- und Namensannotationen gemäß Allen-Bradley Studio 5000-Konventionen
• ⏳ Retentiver Timer (RTO) – im Standard; noch nicht im Parser
• ⏳ Jump (JMP) / Label (LBL)-Anweisungen
• ⏳ Master Control Reset (MCR)-Zone
• ⏳ Sofortige E/A-Anweisungen (IIN, IOT)
• ⏳ Structured Text- oder Function Block Diagram-Elemente eingebettet in Sprossen

Referenzen:

• IEC 61131-3:2013 — Programmable controllers, Part 3: Programming languages
• NEMA ICS 1-2009 — General Standards for Industrial Control and Systems
• Rockwell Automation Studio 5000 Logix Designer — Ladder Diagram Programming Manual

11. Verwandte Beispiele

12. Roadmap

Geplant – noch nicht parsebar. Verwenden Sie diese heute nicht in generiertem DSL; der Parser wird sie ablehnen oder ignorieren.

• Retentiver Timer On (RTO) — Timer, der die abgelaufene Zeit bei Stromausfall hält; erfordert einen separaten Reset-Kontakt.
• Jump (JMP) / Label (LBL) — Sprung zu einer beschrifteten Sprosse, um Logik bedingt zu überspringen; in großen Programmen für die Leistung verwendet.
• Master Control Reset (MCR)-Zone — ein eingeklammerter Bereich, der alle nicht-retentiven Ausgänge de-energisiert, wenn der MCR-Eingang falsch ist.
• Structured Text in Sprossen — inline Ausdrucksauswertung (z. B. CALC(result = a * b + c)).
• Sofortige E/A (IIN / IOT) — E/A-Scan mitten im Programm erzwingen für zeitkritische Steuerung.

Verfolgen Sie den Fortschritt in den GitHub-Issues, wenn Sie eines davon früher benötigen.