E_D_FF_ANY_HYS¶

E_D_FF_ANY_HYS

Einleitung¶

Der Funktionsblock E_D_FF_ANY_HYS realisiert ein Daten-Latch-Flipflop mit einer einstellbaren Hysterese. Er übernimmt einen numerischen Eingangswert D auf den Ausgang Q, jedoch nur dann, wenn die Differenz zwischen dem aktuellen Ausgang Q und dem neuen Eingang D einen vorgegebenen Schwellwert (HYSTERESIS) überschreitet. Dadurch werden kleine, unerwünschte Schwankungen (z. B. Rauschen) wirksam unterdrückt.

Schnittstellenstruktur¶

Ereignis-Eingänge¶

Name	Typ	Beschreibung
`CLK`	Event	Taktsignal; bei einer steigenden Flanke wird der Latch-Vorgang ausgelöst.

Ereignis-Ausgänge¶

Name	Typ	Beschreibung
`EO`	Event	Wird nach erfolgreicher Übernahme von `D` nach `Q` (d. h. wenn die Hysterese-Bedingung erfüllt ist) ausgegeben.

Daten-Eingänge¶

Name	Typ	Beschreibung
`D`	ANY_NUM	Der zu latchende Wert.
`HYSTERESIS`	ANY_NUM	Hysterese-Band; die minimale absolute Änderung zwischen `Q` und `D`, die eine Übernahme auslöst.

Daten-Ausgänge¶

Name	Typ	Beschreibung
`Q`	ANY_NUM	Der aktuell latched Wert.

Adapter¶

Keine Adapter.

Funktionsweise¶

Der Baustein besitzt einen internen Zustandsautomaten mit den Zuständen START und SET. Nach dem Start befindet er sich im Zustand START. Beim ersten CLK-Ereignis wird in den Zustand SET gewechselt und der Algorithmus LATCH ausgeführt, unabhängig von der Hysterese. Dabei wird Q := D gesetzt und das Ereignis EO ausgelöst.

In jedem weiteren Aufruf von CLK im Zustand SET wird geprüft, ob die absolute Differenz zwischen dem aktuellen Q und dem neuen D größer oder gleich HYSTERESIS ist. Die Bedingung lautet:

GE(SUB(MAX(D, Q), MIN(D, Q)), HYSTERESIS)

MAX(D, Q) und MIN(D, Q) liefern die größere bzw. kleinere der beiden Zahlen.
SUB(...) berechnet die positive Differenz (Betrag).
GE(...) prüft, ob diese Differenz ≥ HYSTERESIS ist.

Nur wenn diese Bedingung wahr ist, wird der Algorithmus LATCH erneut ausgeführt (Q := D) und EO gesendet. Ist die Bedingung falsch, bleibt Q unverändert und es wird kein Ereignis ausgegeben. Der Zustand bleibt in beiden Fällen SET.

Technische Besonderheiten¶

Generischer Datentyp: Die Ein- und Ausgänge D, HYSTERESIS und Q sind als ANY_NUM deklariert. Der Baustein kann daher mit beliebigen numerischen IEC-61499-Typen (z. B. INT, REAL, LREAL) verwendet werden, solange alle drei Größen den gleichen konkreten Typ besitzen.
Hysterese-Funktion: Die Hysterese wird als Betrag der Differenz zwischen altem und neuem Wert realisiert. Dadurch ist die Schaltrichtung egal – ein Überschreiten des Schwellwerts in beide Richtungen löst eine Übernahme aus.
Initialverhalten: Beim ersten CLK nach dem Start wird der Wert immer übernommen (keine Hysterese-Prüfung). Dies entspricht einer Initialisierung des Ausgangs.

Zustandsübersicht¶

Der Funktionsblock enthält einen sehr einfachen Automaten mit zwei Zuständen:

Zustand	Beschreibung
`START`	Initialer Zustand nach dem Start des Bausteins. Wartet auf das erste `CLK`-Ereignis.
`SET`	Arbeitszustand. Bei jedem `CLK` wird die Hysterese-Bedingung ausgewertet.

Transitionen:

START → SET : bei jedem CLK (ohne Bedingung).
SET → SET : bei CLK und erfüllter Hysterese-Bedingung (d. h. GE(SUB(MAX(D,Q), MIN(D,Q)), HYSTERESIS) == true). Dann wird LATCH ausgeführt und EO ausgegeben.
SET → SET : bei CLK ohne erfüllte Bedingung: Es findet kein Algorithmus statt, kein Ereignis.

Es gibt keinen Übergang zurück nach START – der Automat bleibt nach dem ersten CLK dauerhaft in SET.

Anwendungsszenarien¶

Stabilisierung von Sensorsignalen: Wenn ein analoger Sensor (z. B. Temperatur, Druck, Füllstand) durch Rauschen oder kleine Schwankungen unruhige Werte liefert, kann der Baustein die Ausgabe glätten. Beispiel: Füllstandsmessung mit einem Abstandssensor, bei dem kleinere Wellen auf der Flüssigkeitsoberfläche ignoriert werden sollen.
Schalthysterese in Regelungen: In Zweipunktreglern oder Vergleichern kann dieser Baustein genutzt werden, um ein ständiges Ein-/Ausschalten (Flattern) zu verhindern. Der HYSTERESIS-Wert definiert die tote Zone.
Wertübernahme mit Totband: In der MES-/SCADA-Ebene können überwachte Prozesswerte nur dann aktualisiert werden, wenn sich der Wert signifikant ändert – das reduziert Datenverkehr und Alarmflut.

Vergleich mit ähnlichen Bausteinen¶

Baustein	Funktion	Unterschied
`E_D_FF`	Standard-D-Flipflop (nur boolesche Werte)	Übernimmt jeden Takt sofort, keine Hysterese, nur `BOOL`-Typ.
`E_D_FF_ANY`	D-Flipflop für beliebige Datentypen (ohne Hysterese)	Gleiche Funktion wie `E_D_FF`, aber generisch. Übernimmt jeden Takt sofort.
`E_D_FF_ANY_HYS` (dieser Baustein)	D-Flipflop mit Hysterese für beliebige numerische Typen	Übernimmt nur bei ausreichender Abweichung.

Der wesentliche Vorteil von E_D_FF_ANY_HYS ist die Kombination aus generischem Datentyp (ANY_NUM) und einer konfigurierbaren Hysterese, die eine flexible und robuste Signalverarbeitung ermöglicht.

Fazit¶

Der Funktionsblock E_D_FF_ANY_HYS erweitert das klassische D-Flipflop um eine Hysterese-Funktion für numerische Werte. Er eignet sich ideal für Anwendungen, bei denen kleine Änderungen unterdrückt werden sollen, ohne auf einen speziellen booleschen Schwellwertschalter angewiesen zu sein. Dank des generischen Typs kann er in unterschiedlichsten Steuerungs- und Automatisierungsszenarien eingesetzt werden. Die einfache Zustandslogik und die klare Schnittstelle machen ihn effizient und leicht verständlich.