Binäruntersetzer
Ein Binäruntersetzer (engl.: binary scaler, auch Stromstoßschaltung in herkömmlichen Sinn, in der Automatisierungtechnik als T-Flipflop/T-Kippglied/Toggle-Flipflop bezeichnet, das T-Flipflop lässt sich aus dem JK-Flipflop herleiten durch verbinden der Eingänge J und K) gibt nach einer festgelegten Zahl von Einganggangsimpulsen einen Impuls am Ausgang ab. Im einfachsten Fall ist die Frequenz des Ausgangssignals halb so groß wie die des Eingangssignals. Beispiele für die Anwqendung von Binäruntersetzern sind Stromstoßschalter, modulo-n Zähler oder Impulsweiterschaltungen. Zur Realisierung eines Binäruntersetzers mit einer SPS gibt es mehrere meist sehr trickreiche Methoden. Im Folgenden werden Methoden dargestellt, welche bei Binäruntersetzern mit 2n Teilung angewandt werden können.
Die Realisierung von Binäruntersetzerschaltungen baut auf der Flankenauswertung auf. Mit Hilfe von asynchronen Dualzählern kann man so eine Schaltung realisieren. Ein asynchroner Dualzähler, bestehend aus einer Kette von Zähl-Flipflops, wird so geschaltet das der Takteingang jedes einzelnen Flipflops an den Ausgang der Vorstufe angeschlossen ist. Der Takteingang des ersten Flipflops wertet den Zählimpuls aus. Für einen Vorwärtszähler müssen die Flipflops ihren Ausgangszustand mit der 1/0-Flanke des Taktsignales ändern. Es werden also flankengetriggerte oder Master-Slave-Flipflops benötigt; sie sind als Binäruntersetzer geschaltet.
- Schaltung eines asynchronen 4-Bit-Dualzähler mit JK-Flip-Flops
Werden bei der Realisierung dieser Schaltung als vorwärtszählender Binäruntersetzer Flipflops verwendet die die positive Flanke auswerten sollen, muß man ihren Takt invertieren. Der Eingang C von Flipflop 1 muß mit dem negativen Ausgang Q von Flipflop 0 verbunden werden. Wird die Schaltung so wie im Bild gezeigt realisiert erhält man einen Rückwärtszähler.
Bei der Verwendung von asynchronen Zählerschaltungen wird immer nur das erste Flipflop vom Zähltakt C angesteuert, die Ansteuerung der nachfolgenden Flipflops erfolgt indirekt. Das führt dazu das das letze Flipflop seinen Eingangstakt erst dann erhält wenn alle anderen Flipflops durchgeschaltet haben. Die Änderung der Ausgangszustände der Flipflops erfolgt immer verzögert um die Schaltzeit des oder der vorgeschalteten Flipflops. Dies kann bei großen Zählkapazitäten und hohen Zählfrequenzen unter Umständen zu Problemen führen.
Unbedingt beachtet werden sollten hier die folgenden zwei Punkte:
- Die Verzögerungszeit der Kettenschaltung nach dem letzten Zählimpuls muß vergangen sein, bevor man das Zählergebnis auswertet.
- Die Zählerauswertung bei laufendem Zählvorgang setzt voraus, das die Periodendauer nicht kleiner sein darf als die Verzögerungszeit der Zählkette.
- verschiedene Flipflop-Typen als Binäruntersetzer
Binäruntersetzer in Step7
- Impulsdiagramm Binäruntersetzer
Impulsdiagramm für einen Binäruntersetzer mit halber Ausgangsfrequenz.
An diesem Impulsdiagramm kann man sehr leicht erkennen, das immer die positive Flanke der Eingangsvariablen eine Änderung des Signalzustandes der Ausgangsvariablen bewirkt.
Bei einer positiven Flanke am Eingang wird die Ausgangsvariable abwechselnd gesetzt und zurückgesetzt. Bei SIMATIC Step7 ist der Ausgangspunkt für die Realisierung eines Binäruntersetzers eine RS-Speicherfunktion (Flipflop). Das Speicherglied wird mit der Eingangsflanke ( 0 -> 1 ) gesetzt, wenn sie nicht gesetzt ist. Ist das Speicherglied bereits gesetzt wird es mit der Eingangsflanke zurückgesetzt. Dabei ist zu beachten das dies nicht im gleichen Programmzyklus geschieht. Der Impulsoperand IO wird nach dem Erfüllen der Setzbedingung sofort rückgesetzt.
- Funktionsplan Binäruntersetzer
schematischer Funktionsplan für einen Binäruntersetzer mit halber Ausgangsfrequenz:
Schematische Anweisungsliste für einen Binäruntersetzer
| U | E | 0.7 | //Eingang E0.7 | |
| FP | #FO | //Abfrage positive Flanke über Flankenoperanden FO | ||
| = | #IO | //zuweisen des Flankenoperanden FO an den Impulsoperanden IO | ||
| U | #IO | //Abfrage des Impulsoperanden IO | ||
| UN | A | 2.0 | //Abfrage und Negation des Signalzustandes des Ausgangs A2.0 | |
| S | A | 2.0 | //Ausgang A2.0 setzen | |
| R | #IO | //rücksetzen des Impulsoperanden | ||
| U | #IO | //Abfrage des Impulsoperanden | ||
| U | A | 2.0 | //Abfrage des Ausgangs A2.0 | |
| R | A | 2.0 | //rücksetzen des Ausgangs A2.0 |
Die hier aufgezeigte Realisierungsmethode ist auch für Binäruntersetzer mit größerem Teilungsverhältnis anwendbar. Durch das Hintereinanderschalten von mehreren solcher Binäruntersetzern mit halber Ausgangsfrequenz erhält man größere Teilerverhältnisse. Schaltet man n Binäruntersetzer hintereinander, erhält man ein n-faches Teilungsverhältnis von 2n zwischen Eingangsfrequenz und Ausgangsfrequenz.
Dabei verhalten sich die einzelnen Untersetzungsstufen wie die einzelnen Stellen eines Binärzählers. Dadurch erfüllt dieses Beispiel die Funktion eines Binäruntersetzers mit halber Ausgangsfrequenz und gleichzeitig die Funktion eines Binärzählers.