DE2617959C2 - Elektrisches Zeitglied - Google Patents

Description

a) ein monostabiles Kippglied, bei dem durch Einbau der ersten Drahtbrücke (15) die eingestellte Impulsdauer dann unabhängig vom Eingangssignal ist, wenn das Eingangssignal zeitlich länger ist als die Impulsdauer und bei dem die Impulsdauer vorzeitig mit dem Eingangssignal endet (Fig. 3),

b) ein monostabiles Kippgiied, bei dem durch Einbau der ersten Drahtbrücke (15) und einer elektrischen Verbindung (20) vom Ausgang (A 2) auf die Eingangsseite eines dem ersten ODER-Glied (10) vorgeschalteten weiteren UND-Gliedes (11) die Impulsdauer unabhängig von der Dauer des anstehenden Eingangssignals auch bei mehrmaligem Wechsel des Eingangssignals von 0- auf L-Polarität während der Impulsdauer ist (F i g. 3),

c) ein nachtriggerbares monostabiles Kippglied, bei dem durch den Einbau der ersten (15) und der zweiten Drahtbrücke (16) die gesamte Impulsdauer abhängig ist von der eingestellten Impulsdauer und vom zeitlichen Abstand zwischen dem ersten und dem letzten 0-L-Signalübergang am Eingang während der gesamten Impulsdauer (F i g. 4),

d) ein Ausschaltverzögerer, bei dem durch den Einbau der drei Drahtbrücken (15,16, 17) durch den Wechsel des Eingangssignals von L- auf O-Signal das Ausgangssignal dem Eingangssignal um eine eingestellte Zeit verzögert folgt (Fig. 5),

e) ein Taktgenerator durch dauerndes Anlegen eines L-Signals an einen Löscheingang (E4) der Rücksetzeinrichtung (RSE) und an die Eingangsseite des weiteren UND-Gliedes (11).

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Zeitglied, bestehend aus einem Zeitkreis mit einem mit /?C-G!iedern versehenen blockierbaren Oszillator, logischen Schaltgliedern und einem Frequenzzähler, sowie einer Rücksetzeinrichtung für den Frequenzzähler, das als Einschaltverzögerer beschaltbar ist.

Ein solches elektrisches Zeitglied ist aus dem Siemens-Katalog STl vom Mai 1974 »Schaltkreissystem Simatic« Seite 6/6 bis 6/11 bekannt. Dort werden binäre Signale verkürzt, verlängert und verzögert. Die Laufzeiten müssen mit zusätzlichen Widerständen und Kondensatoren eingestellt werden. Ein Einstellen der verschiedenen Betriebsarten nur durch Drahtbrücken ist nicht möglich.

In der elektronischen Steuerungstechnik werden ganz allgemein zur Nachbildung von Laufzeiten Zeitglieder oder monostabile Kippglieder verwendet.

Zeitglieder oder monostabile Kippglieder können nach dem analogen Verfahren (Auswerten der Spannung eines Kondensators, der über einen Widerstand aufgeladen wird) oder nach dem digitalen Verfahren (Zählen der Impulse eines Oszillators mit einem Impulszähler) arbeiten. Für die Realisierung langer Zeiten wird das digitale Verfahren, z. B. mit Zählern und Oszillatoren in C/MOS-Technik, bevorzugt. Zeitglieder oder monostabile Kippglieder, die nach dem digitalen Verfahren arbeiten, besitzen eine hohe Genauigkeit und eine sehr geringe Wiederholzeit gegenüber Zeitgliedern und monostabilen Kippgliedern, die nach dem analogen Verfahren arbeiten. Desweiteren können beliebig lange Verzögerungszeiten realisiert werden.

Zeitglieder können als Einschaltverzögerer (Verzögerung des 0-L- bzw. L-0-Signales), als Ausschaltverzögerer (Verzögerung des L-O- bzw. 0-L-Signals) oder als Ein- und Ausschaltverzögerer (Verzögerung des 0-L-Signals und des L-0-Signals) ausgeführt sein.

Monostabile Kippglieder dienen dazu, Impulse auf eine bestimmte Dauer zu verlängern oder zu verkürzen. Bei mcnostabilen Kippgliedern unterscheidet man zwischen drei Varianten.

Bei Variante eins ist die eingestellte Impulsdauer unabhängig von der Dauer des anstehenden Eingangssignales (Startsignal), gleichgültig wie oft das Eingangssignal während der Impulsdauer zwischen 0-Signal und L-Signal wechselt.

Bei Variante zwei, einem nachtriggerbaren monostabilen Kippglied, ist die Impulsdauer abhängig von der eingestellten Impulsdauer plus zeitlichem Abstand zwischen Startsignal und dem letzten 0-L-Signalübergang während der gesamten Impulsdauer.

Bei Variante drei ist die Impulsdauer abhängig vom anstehenden Eingangssignal derart, daß beim Anstehen des Eingangssignales von kürzerer Dauer als die eingestellte Impulsdauer der Impuls mit dem Eingangssignal endet, daß jedoch bei längerer Dauer des Eingangssignales gegenüber der eingestellten Impulsdauer der Impuls nach Ablauf der eingestellten Zeit endet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zeitglied zu finden, das nur durch geringfügige Änderungen universell einsetzbar ist, sowohl als Zeitglied als auch als monostabiles Kippglied.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhaft ist besonders, daß sich der Anwender das erfindungsgemäße Universalzeitglied nur durch den Einbau weniger Drahtbrücken auf die für ihn benötigte Funktionsart einstellen kann. Der Anwender ist damit in

der Lage, auch Funktionen auszuführen, die bisher nur mit Zusatzeinrichtungen und unter hohem Aufwand zu verwirklichen waren.

Vorteilhaft ist weiter, daß alle Funktionen des Universalzeitgliedes, besonders aber die Funktion Abfallverzögerer, bei Speisespannungszuschaltung sofort betriebsbereit sind.

Es ist also vorteilhaft, daß das Universaheitglied in allen Betriebsarten bei Speisespannungszuschaltung sofort betriebsbereit ist. Bei langen Laufzeiten besteht eine Eingriffsmöglichkeit derart, daß bei Anlegen eines kurzzeitigen L-Signales an den Löscheingang die Laufzeit vorzeitig abgebrochen, blockiert und damit der Ausgang auf 0 gesetzt werden kann. Bei Wegnahme des anstehenden Eingangssignales wird die Blockierung wieder aufgehoben.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Universalzeitgliedes wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Zeitkreis, die Rücksetzeinheit RSEund die Eingangsschaltung,

F i g. 2 die Betriebsart Einschaltverzögerer,

F i g. 3 die Betriebsart monostabiles Kippglied I. II,

F i g. 4 die Betriebsart monostabiles Kippglied III,

F i g. 5 die Betriebsart Abfallverzögerer.

Das Kernstück des erfindungsgemäßen Universalzeitgliedes ist der Zeitkreis gemäß Fig. 1. Die Darstellung der binären Verknüpfungsglieder erfolgt hierbei in der neuen Norm nach DIN 40 700. Das Universalzeitglied kann wahlweise durch einschaltbare Brücken die unterschiedlichsten Betriebsarten ausüben. Diese Betriebsarten sind durch den Einsatz weiterer binärer Verknüpfungsglieder zu dem vorhandenen Zeitkreis möglich. Der Zeitablauf jeder Funktion kann über einen Löscheingang vorzeitig beendet werden. Ein Wechsel des Eingangssignales von L auf 0 hebt die Blockierung des Zeitablaufes wieder auf.

Der Zeitkreis nach Fig. 1 setzt sich zusammen aus einem blockierbaren Oszillator, bestehend aus den NAND-Gliedern 1, 2 und dem frequenzbestimmenden Netzwerk Al, Λ 2, Cl, dem Inverter 3, einem Frequenzzähler 4 mit invertiertem dynamischem Eingang. Die Rücksetzeinrichtung RSE besteht aus dem NOR-Glied 5, dem Verzögerungsglied 8, dem Exklusiv-ODER-GIied 6, dem Löschspeicher 9 und dem ODER-Glied 7. Vor dem Zeitkreis ist das ODER-Glied 10 angeordnet.

Der Oszillator beginnt zu schwingen, wenn die Blockierung an den NAND-Gattern 1 und 2 durch ein L-Signal, hervorgerufen durch ein L-Signal am Eingang £1 oder £2 und einem O-Signal am Ausgang des Zählers, aufgehoben wird. Der Oszillator schwingt so lange, bis am Ausgang A 1 des Zählers ein L-Signal erscheint. Dieses blockiert den Oszillator über den Inverter 3 am NAND-Glied 1, wodurch der Zählvorgang unterbrochen wird. Das L-Signal am Zählerausgang steht solange an, bis dieser über die Rücksetzeinrichtung RSEauf Null gesetzt wird.

Die Rücksetzeinrichtung RSE liefert dann ein L-Signal, wenn am Eingang El sowie am Ausgang des ODER-Gliedes 10 ein 0-Signal ansteht oder wenn der Löschspeicher 9 nicht gesetzt ist. Die wahren Eingänge E1, El werden über ein ODER-Glied 12 verknüpft und danach mit dem inversen Eingang £3 über das Sperr-UND-Glied 11 verknüpft auf den Zeitkreis geführt. Die Löscheinrichtung, welche einen vorzeitigen Abbruch des Zeitablaufes bei langen Laufzeiten ermöglicht, besteht aus dem Löschspeicher 9, de- über den Löscheingang £4 gesetzt und über das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 5 gelöscht werden kann. Das Ausgangssignal des Speichers 9 wird über die ODER-Glieder 7 und 18 auf den Rücksetzeingang R des Impulszählers 4 geführt

Beim Zuschalten der Speisespannung wird für die Einschaltdauer von 150 ms von einem Richtimpulsgeber 19 ein L-Signal über die ODER-Glieder 7 und 18 auf den Rücksetzeingang R des Zählers 4 geführt, wodurch ίο dieser auf Null gesetzt wird.

Die Beschreibung der einzelnen Betriebsarten erfolgt nach den F i g. 2 bis 5.

Die Bezeichnungen aus der Beschreibung des Zeitkreises sind geblieben, nur ist der Zeitkreis und die Rücksetzeinrichtung RSE in vereinfachter Form dargestellt

Bei der Betriebsart Einschaltverzögerer ist keine Brücke vorhanden, die Arbeitsweise erfolgt daher gemäß F i g. ?. Steht an E1 oder £2 ein L-Signal an, so liefert der Zeitkreis, der sich nach F i g. 1 zusammensetzt, nach Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit ein L-Signal, das über das Exklusiv-ODER-Glied 13 nicht invertiert an das UND-Glied 14 gelangt, wodurch an diesem die UND-Bedingung erfüllt ist. Am Ausgang A 2 erscheint sofort ein L-Signal. Beim Wechsel von L-Signal auf O-Signal am Eingang bringt die Rücksetzeinrichtung RSE, die in dieser Betriebsart nur als Inverter arbeitet, den Zeitkreis in die Ruhelage. Das Exklusiv-ODER-Glied 13 ist mit seinem einen Eingang an die Klemme 13a angeschlossen.

Die Betriebsart monostabiles Kippglied 1 gemäß Fig. 3 entsteht durch die Brücke 15. Hierdurch wird über die Klemme 13a der zweite Eingang des Exklusiv-ODER-Gliedes 13 mi! einer als L-Signal wirkenden Spannung U beaufschlagt, wodurch das Exklusiv-ODER-Glied 13 als Inverter arbeitet, so daß das Ausgangssignal des Zeitkreises in invertierter Form zum UND-Glied 14 gelangt. Steht am Eingang £1 oder £2 ein L-Signal an, so ist die UND-Bedingung des Gliedes 14 einerseits durch die direkte Verbindung von Sperr-UND-Glied 11 über das ODER-Glied 10 und andererseits durch das über 13 invertierte 0-Signal des Zeitkreisausganges sofort erfüllt. Am Ausgang A 2 erscheint ein L-Signal. 1st die vorgesehene Laufzeit des Zeitkreises abgelaufen, so hebt das durch das Exklusiv-ODER-Glied 13 invertierte L-Signal des Zeitkreisausganges die UND-Bedingung des UND-Gliedes 14 wieder auf, und am Ausgang A 2 erscheint ein 0-Signal, wodurch die Dauer des abgegebenen Impulses beendet ³⁽¹ ist.

Wechselt das Eingangssignal an £ 1 oder £2 während der Impulsdauer von L-Signal auf 0-Signal, so wird die UND-Bedingung des UND-Gliedes 14 nicht mehr erfüllt und der Impuls wird vorzeitig abgebrochen. Desweiteren bringen die in dieser Betriebsart als Inverter arbeitenden Teile der Rücksetzeinrichtung RSE wie beispielsweise Verzögerungsglied 8, NOR-Glied 5 und Exklusiv-ODER-Glied 6 den Zeitkreis in die Ruhelage.

Die Betriebsart monostabiles Kippglied Il entsteht durch die Brücken 15 und die äußere gestrichelt eingezeichnete elektrische Verbindung vom Ausgang Λ 2 .";m Eingang £1. Durch die Brücke 15 wird der zweite Eingang des Exklusiv-ODF.R-Gliedes 13 mit einer als L-Signal wirkenden Spannung Ubeaufschlagt, wodurch dieses als Inverter arbeitet, so daß das Ausgangssignal des Zeitkreises in invertierter Form zum UND-Glied 14 gelangt. Steht am Eingang £2 ein

L-Signal an, so ist die UND-Bedingung des UND-Gliedes 14 einerseits durch die direkte Verbindung vom Sperr-UND-Glied It über das ODER-Glied 10 und andererseits durch das über 13 invertierte O-Signal des Zeitkreisausganges sofort erfüllt. Am Ausgang A 2 erscheint ein L-Signal. Ist die vorgesehene Laufzeit des Zeitkreises abgelaufen, so hebt das durch das Exklusiv-ODER-Glied 13 invertierte L-Signal des Zeitkreisausganges die UND-Bedingung des UND-Gliedes 14 wieder auf, und am Ausgang erscheint ein O-Signal, wodurch die Dauer des abgegebenen Impulses beendet ist.

Wechselt das Eingangssignal an £2 während der Impulsdauer mehrmals von O-Signal auf L-Signal, so bleibt dies ohne Einfluß auf die Laufzeit und damit auf die Impulsdauer, da die ODER-Bedingung des ODER-Gatters 12 durch die Verbindung vom Ausgang A 2 auf den Eingang £1 weiterhin erfüllt bleibt. Durch diese dauernde Erfüllung der ODER-Bedingung des ODER-Gliedes 12 bleibt auch ein mehrmaliger Wechsel des Eingangssignales an £2 von O-Signal auf L-Signal während der Laufzeit ohne Einfluß auf die Impulsdauer.

Nach Beendigung des Impulses bringen die in dieser Betriebsart als Inverter arbeitenden Teile Verzögerungsglied 8, NOR-Glied 5 und Exklusiv-ODER-Glied 6 der Rücksetzeinrichtung RSE den Zeitkreis wieder in die Ruhelage.

Die Betriebsart monostabiles Kippglied III (nachtriggerbares monostabiles Kippglied) nach Fig. 4 entsteht durch die Brücken 15 und 16. Durch die Brücke 15 wird der zweite Eingang des Exklusiv-ODER-GIiedes 13 mit einer als L-Signal wirkenden Spannung U beaufschlagt, wodurch dieses als inverter arbeitet, so daß das Ausgangssignal des Zeitkreises in invertierter Form zum UND-Glied 14gelangt. Steht am Eingang £1 oder £2 ein L-Signal an, so ist die UND-Bedingung des UND-Gliedes 14 einerseits durch die direkte Verbindung vom Sperr-UND-Glied 11 über ODER-Glied 10 zum UND-Glied 14 und andererseits durch das über das Exklusiv-ODER-Glied 13 invertierte O-Signal des Zeitkreisausganges erfüllt und am Ausgang A 2 erscheint sofort ein L-Signai. Ist die vorgesehene Laufzeit beendet, so hebt das durch das Exklusiv-ODER-Glied 13 invertierte L-Signal des Zeitkreisausganges die UND-Bedingung des UND-Gliedes 14 wieder auf und am Ausgang A 2 erscheint ein O-Signal, wodurch die Dauer des abgegebenen Impulses beendet ist.

Wechselt das Eingangssignal an £1 oder £2 von L-Signal auf O-Signal, so bleibt dies ohne Einfluß auf die

CillgcSicillc I iTl JJÜlSuÜÜcr. UU u'ürCli uTUCrCC iu uaS VGiIi Eingang E1 oder £2 über das Sperr-UND-Glied 11 und über das ODER-Glied 10 zum UND-Glied 14 gelangende L-Signal über die Rückführung Brücke 16, ODER-Glied 10 gespeichert wird.

Wechselt während des Zeitablaufes das Eingangssignal von L-Signal auf O-Signal und danach wieder auf L-Signal. so gibt der jetzt als monostabiles Kippglied arbeitende Teil mit Verzögerer 8, NOR-Glied 5 und Exklusiv-ODER-Glied 6 der Rücksetzeinrichtung RSE einen kurzen Impuls ab, durch den der Impulszähler 4 des Zeitkreises in die Nullage gesetzt wird, so daß der Zeilablauf von neuem beginnt und somit die eingestellte Impulslänge um den zeitlichen Abstand zwischen dem ersten O-L-Signalübergaiig und dem zweiten O-L-Signalübergang verlängert wird.

Nach Beendigung des Impulses arbeiten die Teile Verzögerer 8. NOR-Glied 5, Exklusiv-ODER-Glied 6 der Rücksetzeinrichtung RSE wieder als verzögerter Inverter des Eingangssignals, das dauernd abgegebene L-Signal der Rücksetzeinrichtung bringt und hält den Zeitkreis in der Ruhelage.

Die Betriebsart Ausschaitverzögerer (Verzögerung des L-O-Signalüberganges) nach Fig. 5 entsteht durch die Brücken 15, 16 und 17. Die Brücken 15 und 16 bewirken dieselbe Funktion wie beim nachtriggerbaren monostabilen Kippglied, durch die Brücke 17 wird jedoch der Zeitkreis über den Rücksetzeingang des Impulszählers 4 bei einem L-Signal am Eingang £ 1 oder £2 dauernd in der Nullage gehalten. Erst durch einen Wechsel auf O-Signal am Eingang wird der Zeitkreis freigegeben, wodurch, wie beim nachtriggerbaren monostabilen Kippglied, am Ausgang A 2 erst nach Ablauf der eingestellten Zeit das Signal von L-Signal auf O-Signal wechselt.

Der große Vorteil eines nach diesem Verfahren arbeitenden Ausschaltverzögerers gegenüber bisher üblichen Ausschaltverzögerern, die durch Invertierung des Ein- und Ausgangssignales eines Einschaltverzögerers realisiert werden, liegt in der sofortigen Verfügbarkeit bei Zuschaltung der Speisespannung — eine unerläßliche Forderung bei langen Verzögerungszeiten. Diese sofortige Verfügbarkeit wird dadurch erreicht, daß bei diesem Verfahren der Impulszähler des Zeitkreises nur durch einen Richtimpulsgeber in die Nullage gesetzt werden muß. Bei einem nach üblichem Verfahren arbeitenden Ausschaitverzögerer müßte dagegen der Impulszähler in die Endstellung gesetzt werden, was einen wesentlich höheren Aufwand erfordern würde.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Universalzeitgliedes wird die Betriebsart Taktgenerator erreicht, wenn gemäß F i g. 1 an den Löscheingang £4 ein dauerndes L-Signal gelegt wird, wodurch über den Löschspeicher 9 und die ODER-Glieder 7 und 18 der Impulszähler 4 des Zeitkreises blockiert wird. Das Signal des nun dauernd schwingenden Oszillators, besteht aus den NAND-GHedcrr. 1 und 2 und dem zeitbestimmenden Netzwerk R 1, /?2, Cl, kann am Ausgang A3 abgegriffen werden. Legt man an Eingang £1 oder £2 ein L-Signal, so steht am Ausgang A 3 die Taktfrequenz des Zeitkreisoszillators dauernd zur Verfügung. Bei O-Signal an den Eingängen £1 und £2 oder bei L-Signal an Eingang £3 wird der Oszillator gesperrt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrisches Zeitglied, bestehend aus einem Zeitkreis mit einem mit ÄC-Gliedern versehenen blockierbaren Oszillator, logischen Schaltgliedern und einem Frequenzzähler, sowie einer Rückseizeinrichtung für den Frequenzzähler, das als Einschaltverzögerer beschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang (A 1) des Zeitkreises ein Exklusiv-ODER-Glied (13) mit seinem einen Eingang angeschlossen ist, wogegen sein anderer Eingang an einer Klemme (13a/ liegt, die über eine erste Drahtbrücke (15) mit einer Spannungsquelle (£/; verbindbar ist, daß hinter dem Exklusiv-ODER-Glied (13) ein UND-Glied (14) angeordnet ist,dessen Ausgang (A 2) über eine zweite Drahtbrücke (16) mit dem einen Eingang eines dem Zeitkreis vorgeschalteten ersten ODER-Gliedes (10) verbindbar ist, daß ein zweites ODER-Glied (18) mit seinem Ausgang mit dem Rücksetzeingang des Frequenzzählers (4) im Zeitkreis verbunden ist und das zweite ODER-Glied (18) eingangsseitig einerseits mit dem Ausgang der Rücksetzeinrichtung (RSE) verbunden ist und andererseits über eine dritte Drahtbrücke (17) mit dem einen Eingang des ersten ODER-Gliedes (10) verbindbar ist, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des UND-Gliedes (14) und einem Eingang der Rücksetzeinrichtung (RSE) verbunden ist und daß erzielbar sind: