Hysteresis

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Einleitung

Der Funktionsblock Hysteresis wandelt ein analoges Eingangssignal (REAL) in ein digitales Ausgangssignal (BOOL) um. Er arbeitet mit einer einstellbaren Hystereseschwelle, um ein stabiles Schaltverhalten zu gewährleisten und Oszillationen am Schwellwert zu vermeiden. Die Schaltpunkte sind symmetrisch um einen Mittelwert (THRESHOLD) angeordnet.

Schnittstellenstruktur

Ereignis-Eingänge

Ereignis	Typ	Beschreibung	Mit Daten
INIT	EInit	Initialisierungsanforderung; schaltet den Baustein aktiv oder deaktiv.	QI
REQ	Event	Normale Verarbeitungsanforderung; führt die Hysterese-Berechnung aus.	QI, INPUT, THRESHOLD, HYSTERESIS

Ereignis-Ausgänge

Ereignis	Typ	Beschreibung	Mit Daten
INITO	EInit	Bestätigung der Initialisierungs-/Deinitialisierungsanforderung.	QO
CNF	Event	Bestätigung der normalen Verarbeitung; gibt das Hysterese-Ergebnis aus.	OUTPUT

Daten-Eingänge

Name	Typ	Initialwert	Beschreibung
QI	BOOL	–	Eingangsqualifizierer; schaltet den Baustein ein (TRUE) oder aus (FALSE).
INPUT	REAL	–	Analoger Eingangswert, der überwacht wird.
THRESHOLD	REAL	0.0	Mitte des Hysteresebandes. Der Schwellwert zum Einschalten liegt bei THRESHOLD + (HYSTERESIS / 2).
HYSTERESIS	REAL	0.1	Breite des Hysteresebandes. Durch Verwendung von ABS(HYSTERESIS) wird stets ein positiver Abstand garantiert.

Daten-Ausgänge

Name	Typ	Beschreibung
QO	BOOL	Ausgangsqualifizierer; übernimmt den Wert von QI bei aktiver Verarbeitung.
OUTPUT	BOOL	Hysterese-Ausgang; TRUE, wenn der Eingang den Einschaltpunkt überschreitet, FALSE bis zum Unterschreiten des Ausschaltpunkts.

Adapter

Keine Adapter vorhanden.

Funktionsweise

Der Baustein realisiert eine Analog-Digital-Umwandlung mit Hysterese. Die Schaltpunkte werden wie folgt berechnet:

• Einschaltpunkt (Switch-on): THRESHOLD + ABS(HYSTERESIS) / 2.0
  (inklusiver Vergleich: INPUT >= ...)
• Ausschaltpunkt (Switch-off): THRESHOLD - ABS(HYSTERESIS) / 2.0
  (strikter Vergleich: INPUT < ...)

Durch die Verwendung von ABS(HYSTERESIS) bleibt die Hysterese symmetrisch, auch wenn ein negativer Wert übergeben wird. Der strikte Ausschaltvergleich (strenge Ungleichung) verhindert Oszillationen am Schaltpunkt.

Die Initialisierung (INIT) und die normale Verarbeitung (REQ) werden über den Qualifizierer QI gesteuert. Solange QI = TRUE ist, arbeitet der Baustein; bei QI = FALSE wird er deinitialisiert (Ausgänge gehen auf FALSE).

Technische Besonderheiten

• Symmetrische Hysterese: Durch ABS(HYSTERESIS) wird die Hysteresebreite stets positiv verwendet.
• Strikte Ausschaltbedingung: Die Bedingung INPUT < THRESHOLD - (ABS(HYSTERESIS) / 2.0) verhindert ein springendes Verhalten bei exakt gleichen Werten.
• Zustandssteuerung über QI: Ein INIT-Ereignis mit QI = FALSE deaktiviert den Baustein und setzt alle Ausgänge zurück.
• Fehlertoleranz: Bei deaktiviertem Baustein (QI = FALSE) wird der Ausgang OUTPUT auf FALSE gesetzt.

Zustandsübersicht

Der Baustein durchläuft folgende Zustände:

Zustand	Beschreibung
START	Initialer Ruhezustand nach dem Einschalten. Wartet auf ein INIT-Ereignis mit QI=TRUE.
Init	Initialisierung: Setzt QO = QI und OUTPUT = FALSE. Sendet INITO.
sOFF	Normalzustand bei ausgeschaltetem Ausgang (OUTPUT=FALSE). Wartet auf REQ oder INIT mit QI=FALSE.
sON	Zustand bei eingeschaltetem Ausgang (OUTPUT=TRUE). Wartet auf REQ, um den Ausschaltpunkt zu prüfen.
DeInit	Deinitialisierung: Setzt QO = FALSE und OUTPUT = FALSE. Sendet INITO und kehrt zu START zurück.

Transitionen:

• START → Init bei INIT[QI = TRUE]
• Init → sOFF bei REQ
• sOFF → sON bei REQ[INPUT >= THRESHOLD + ABS(HYSTERESIS)/2.0] (Einschalten)
• sON → sOFF bei REQ[INPUT < THRESHOLD - ABS(HYSTERESIS)/2.0] (Ausschalten)
• sOFF → DeInit bei INIT[QI = FALSE]
• DeInit → START sofort nach Deinitialisierung

Anwendungsszenarien

• Temperaturregelung: Ein Heizungssystem schaltet bei Erreichen einer oberen Schwelle ein und bei Unterschreiten einer unteren Schwelle aus, um häufiges Ein-/Ausschalten zu vermeiden.
• Füllstandsüberwachung: Signalisiert „voll“ oder „leer“ mit Hysterese, um Pumpen vor dauerndem Takten zu schützen.
• Druckschalter: Auslösen von Alarmen oder Ventilen bei Drucküberschreitung mit definiertem Rücksetzpunkt.
• Lichtsensor: Hysterese verhindert Flackern bei Umgebungslicht nahe der Schaltschwelle.

Vergleich mit ähnlichen Bausteinen

Baustein	Eigenschaft
Hysteresis (dieser FB)	Bietet eine symmetrische Hysterese um einen Mittelwert, flexible Einstellung von Breite und Schaltpunkt, strikte Ausschaltbedingung.
Einfacher Schwellwertschalter	Keine Hysterese; schaltet am exakten Schwellwert, was zu Oszillation führen kann.
Schmitt-Trigger	Besitzt zwei feste Schwellen (obere und untere); ähnlich der Hysterese, aber oft ohne einstellbare Breite.
Komparator mit Flipflop	Kombiniert einen Komparator mit einem Flipflop; realisiert ebenfalls Hysterese, benötigt aber mehr Logik.

Fazit

Der Funktionsblock Hysteresis bietet eine robuste, einstellbare Analog-Digital-Wandlung mit Hysterese. Die Verwendung von ABS(HYSTERESIS) und der strikten Ausschaltbedingung gewährleistet ein stabiles und vorhersagbares Schaltverhalten. Durch die Steuerung über QI und die Zustandsmaschine ist er sowohl für Initialisierungsphasen als auch für den Dauerbetrieb geeignet. Er ist ideal für alle Anwendungen, die einen digitalen Ausgang mit definierten Schaltschwellen benötigen.