AI_D_FF_HYS¶

AI_D_FF_HYS

Einleitung¶

Der Funktionsblock AI_D_FF_HYS realisiert ein taktgesteuertes D‑Flipflop (Data Latch) mit einer konfigurierbaren Hysterese. Er dient dazu, ein binäres oder analoges Eingangssignal stabil zu verriegeln und Störungen im Signalverlauf auszufiltern. Die Hysterese verhindert ein ständiges Umschalten bei geringen Signaländerungen (Prellen, Rauschen) und sorgt so für einen sauberen, verzögerungsfreien Ausgangszustand.

Schnittstellenstruktur¶

Ereignis-Eingänge¶

Ereignis	Typ	Mit Variablen	Beschreibung
INIT	EInit	HYSTERESIS	Initialisierung und Vorgabe des Hysteresebandes

Ereignis-Ausgänge¶

Ereignis	Typ	Beschreibung
INITO	EInit	Bestätigung der Initialisierung

Daten-Eingänge¶

Bezeichnung	Typ	Beschreibung
HYSTERESIS	INT	Hysterese-Bandbreite (z. B. in digitalen Schritten)

Daten-Ausgänge¶

Der Baustein besitzt keine direkten Daten-Ausgänge. Der verriegelte Wert wird über den Adapter‑Plug Q zur Verfügung gestellt.

Adapter¶

Bezeichnung	Typ	Richtung	Beschreibung
I	AI	Socket	Eingangsadapter: Taktsignal (E1) und Daten (D1)
Q	AI	Plug	Ausgangsadapter: latched value (D1) und zugehöriges Ereignis (E1)

Der verwendete Adaptertyp adapter::types::unidirectional::AI ist ein unidirektionaler Daten- und Ereigniskanal. Über den Socket I werden die Werte des Takts (E1) und der Daten (D1) empfangen; über den Plug Q wird der latched Wert (D1) zusammen mit einem Bestätigungsereignis (E1) ausgegeben.

Funktionsweise¶

Initialisierung
Der Baustein wird durch das Ereignis INIT aktiviert. Dabei wird der übergebene Wert HYSTERESIS als Hystereseband gespeichert. Nach erfolgreicher Initialisierung wird INITO ausgelöst.
Datenverriegelung
Nach der Initialisierung wartet der Baustein auf ein Taktsignal am Adapter I (Ereignis I.E1). Bei jedem Taktereignis wird der aktuelle Datenwert I.D1 eingelesen.
Der interne Funktionsblock E_D_FF_ANY_HYS vergleicht den eingehenden Wert mit dem zuletzt verriegelten Wert unter Berücksichtigung der Hysterese:
Überschreitet der neue Wert den alten Wert um mehr als die Hälfte der Hysterese, wird der neue Wert übernommen (gesetzt).
Unterschreitet er den alten Wert um mehr als die Hälfte der Hysterese, wird der neue Wert übernommen (rückgesetzt).
Bei geringeren Differenzen bleibt der Ausgang unverändert.

Der so ermittelte latched Wert wird am Adapter Q bereitgestellt: Q.D1 enthält den digitalen Wert, und das Ereignis Q.E1 signalisiert die Aktualisierung.

Technische Besonderheiten¶

Adapterbasierte Kommunikation
Der gesamte Daten- und Ereignisaustausch erfolgt über Adapter. Dies ermöglicht eine lose Kopplung zwischen dem Flipflop und den angeschlossenen Komponenten und erleichtert die Wiederverwendung in verschiedenen Kontexten.
Hysterese zur Störunterdrückung
Die Hysterese verhindert ein Flip‑Flop‑Verhalten bei Rauschen oder prellenden Signalen. Die Bandbreite wird als Ganzzahl (INT) übergeben und kann zur Laufzeit über INIT neu gesetzt werden.
Keine direkten Datenausgänge
Der latched Wert ist nur über den Adapter Q zugänglich. Dies erzwingt eine strukturierte Signalweiterleitung im Gesamtsystem.
Eingebetteter Funktionsblock
Das eigentliche Flipflop mit Hysterese wird durch den internen FB E_D_FF_ANY_HYS realisiert, was die Komplexität kapselt und die Wartung erleichtert.

Zustandsübersicht¶

Der FB kennt keine expliziten Zustände im Sinne einer Endlichen Automaten. Er befindet sich nach der INIT-Behandlung in einem Betriebszustand, in dem er auf Taktereignisse wartet. Ein erneuter INIT‑Aufruf setzt die Hysterese neu und initialisiert die interne Logik.

Zustand	Beschreibung
Initialisiert	Nach erfolgreichem INIT bereit zur Verarbeitung
Warten auf Takt	Erwartet ein I.E1-Ereignis am Eingangsadapter
Datenverarbeitung	Bei I.E1: Hysterese-Vergleich und ggf. Übernahme

Anwendungsszenarien¶

Entprellung von Schaltern und Sensoren
Ein mechanischer Kontakt liefert prellende Signale. Die Hysterese unterdrückt kurzzeitige Änderungen und gibt nur stabile Zustände weiter.
Rauschunterdrückung bei analogen Signalen
Ein Analog-Digital-Wandler liefert verrauschte Werte. Die Hysterese verhindert ständiges Umschalten zwischen benachbarten Quantisierungsstufen.
Zustandsspeicher in Steuerungen
Der Baustein kann als einfaches D‑Flipflop verwendet werden, um einen digitalen Wert taktgesteuert zu übernehmen und bis zum nächsten Takt zu halten.
Schnittstelle zwischen asynchronen und synchronen Systemen
Der Adapter erlaubt die Anbindung von Bausteinen mit unterschiedlichen Ereignistakten, indem das Flipflop als Puffer dient.

Vergleich mit ähnlichen Bausteinen¶

Baustein	Hysterese	Takteingang	Ausgabeart	Besonderheit
AI_D_FF_HYS	Ja	Ja	Adapter (AI)	Flexible Adapter-Kopplung
Standard D‑FF (61499)	Nein	Ja	Direkte Datenausgänge	Keine Störunterdrückung
SR‑Flipflop	Nein	Nein	Direkt	Set/Reset, kein Takt
Schmitt‑Trigger	Ja	Nein	Analoge Schwelle	Nur Schwellwert, kein Speicher

Der AI_D_FF_HYS kombiniert die Eigenschaften eines getakteten D‑Flipflops mit einer einstellbaren Hysterese und bietet durch die Adapter‑Schnittstelle eine plattformunabhängige Integration in IEC‑61499‑Systeme.

Fazit¶

Der AI_D_FF_HYS ist ein robuster und flexibler Funktionsblock zur taktgesteuerten Signalverriegelung mit Hysterese. Er eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen Störungen aus dem Eingangssignal herausgefiltert werden müssen, ohne auf einen einfachen Takt‑Flipflop verzichten zu können. Die adpaterbasierte Schnittstelle fördert modulare, wiederverwendbare Entwürfe und macht den Baustein zu einem wertvollen Element in der Automatisierungstechnik und Signalverarbeitung.