Funktion

Wie gesagt, die Relaistechnik ist nicht 'out' aber immer mehr im Zurückweichen. Dadurch werden Relais auch immer teuerer und früher oder später kaum noch beschaffbar. Also besser aufbewahren und zu dem Schalten von Lasten, der gavanischen Trennung (keine elektrische Verbindung - Schutz vor hohen Spannungen) und Schutz der Logic vor Störimpulsen nutzen.

Microelektronik - in IC's (integrated circuit - integrierte Schaltkreise-IS) vorhandene Schaltungen aus Transistoren und Dioden die die Funktionen AND/NAND usw (sogenannte Gatter) und Speicher (sogenannte FlipFlop's) enthalten. Die Verteilung der vielen Beinchen und der Inhalt in diesen IC's sind, wie bei Transistoren und Röhren in Datenblättern (Data Sheet - zu finden im 'Netz' und Bibloteken) genauestens aufgeführt.
Der Grund warum ich erst mal die sogenannten 'fest programmierten' Schaltkreise zu Erklährung der Problematik benutze und nicht gleich Computer oder Controller ist einfach, ich kann Erkanntes sofort, sehr einfach und billig ausprobieren und erlernen/festigen. Übrigens - es muß nicht in jedem Fall gleich ein Computer sein, denn auch da gibt es Vor- und Nachteile. Doch dazu später, erst mal muß ich wissen worum es eigentlich geht um entscheiden zu können ob ich für diese oder jene Anwendung dies oder das benutze.

Die Mikroelektronik hat nun den großen Vorteil das kein Verschleiß stattfindet (keine bewegten Teile - Anker, kein Abbrand - Kontakte) und für praktisch jede Schaltfunktionen fertige Vertreter vorhanden sind, welche mit Relais und/oder Transistoren nur umständlich gelöst werden können. Natürlich muß man erst mal verstehen wie Relaischaltungen in Schaltkreise übersetzt werden und da beginnt schon für viele das große Missverständnis. In den Publikationen wird man meist gleich mit Fachbegriffen nur so bombardiert (Wahrheitstabelle, Boolsche Gleichung und und und). Doch eigentlich machen Schaltkreise nichts anderes als Relais nur das es anders genannt wird. Der Grund dafür ist aber sehr verständlich.

Natürlich könnte man die Bezeichnungen 'UND/ODER/NICHT oder richtiger AND/OR/NOT' auch für Relais benutzen oder Parallelschaltung für Schaltkreise denn die Logic der Parallelschaltung ist nichts anderes als die ODER-Funktion, Reihenschaltung ist UND und Öffner ist NICHT. Macht aber keiner weil es nicht für notwendig erachtet wurde. Jetzt mit der Globalisierung und modernen Technik war es aber notwendig eine allgemeine Sprache zu finden die von allen verstanden wird und für alle Arten von Steuerungen gleichermaßen gilt.

Auch wir 'Deutsche' mussten Federn lassen, denn welche Sprache bietet sich da wohl am meisten an? Fast die halbe Menschheit versteht schon englisch. Selbst in Deutschland werden es täglich mehr und sind die Worte 'AND/OR/NOT' doch auch für uns 'Daddis' einfach zu verstehen. Und die Frage ob das Allen zusteht, sollte sich wohl für uns nicht stellen oder?

Wenn man diese Umdenke "Schaltung - Logic" erst mal gepackt hat dann lassen sich viele Steuerungsaufgaben (Blocksteuerung, Schattenbahnhof usw) in der Regel viel einfacher und eleganter lösen. Meist auch billiger, leichter, kleiner und nicht zu unterschätzen geräuschlos und verschleißfrei.

Wie ich schon sagte - was hält uns ab diesen vielen Grips den wir jedesmal in die Relais stecken einen Teil davon erst mal zum Umdenken auf Logic, die ja eigentlich gar nichts anderes ist, zu verwenden. Das muß ja nur einmal verstanden sein und wird mit dem Umgang immer einfacher. Im übrigen haben wir das ja eigentlich schon immer so gemacht nur nicht bewust. Wie gesagt die Relais werden ja trotzdem weiter gebraucht und genutzt, und Hilfe bietet sehr gut 'Wiki' im Internet (www.wikipedia.de) an. Auch das Probieren wird uns erleichtert. Bei Relais müssen fast immer Drähte an- und abgelötet werden um die richtige Schaltung zu finden. Bei der Mikroelektronik werden recht billig Breadboard (Experimentierboard, Steckbrett) angeboten auf denen sehr einfach verschiedene Schaltungen ausprobiert werden können.

Als Zugabe was vor allem gegenüber dem Computer (später) bedeutend wird, ist das eine mikroelektronische Schaltung immer in Echtzeit und autark (also sofort und völlig selbstständig) funktioniert. Wie gesagt, auch mit elektronischen Mitteln (Transistoren und Dioden) wären diese Schaltungen (Gatter und Speicher) möglich aber meist auch sehr umständlich. Aber auch hier (wie bei Relais) nicht gleich wegschmeißen. Die Transistoren und Dioden können ja trotzdem weiter zum Schalten von Verbrauchern, zu Hilfsfunktionen wie zB. Verstärkung und andere Anwendungen gebraucht werden. Auf jeden Fall ist die Verwendung der Mikroelektronik zum Erlernen von Logic sehr hilfreich und angebracht.
Eine Aussage kann helfen zu verstehen was gemeint ist:

                                        "Logic ist medienlos"

soll heißen das Logic auch mit anderen Mitteln (pneumatisch, hydraulisch und teilweise sogar mechanisch) gelöst werden kann. Logic ist also erst mal nicht an irgendein Medium (in unserem Fall elektrischer Strom) gebunden. Das es aber in den meisten Fällen doch damit gemacht wird bietet sich geradezu an. Doch zuerst mal findet Logic im Kopf statt.

Kleines Beispiel - Aus Sicherheitsgründen soll erst dann etwas vonstatten gehen wenn beide Hände aus dem Gefahrenbereich sind (Presse, Schere usw). Das wird mit zwei Taster (sagen wir Taster x0 und x1) in einem gewissen Abstand (damit ich nicht mit einer Hand beide Taster drücken kann) in Reihenschaltung erledigt. Damit ist gewährleistet das die Schere/Presse (nennen wir mal y) seine Tätigkeit ausführt ohne das unsere Hände zu Schaden kommen.
Nun haben wir eine Funktion, nämlich die Funktion "y = x0 Und x1" - international Y = X0 AND X1.

Um noch mal "medienlos" zu erläutern wäre es doch auch möglich mittels zweier mechanischer Sperrklinken (Klinke x0 und Klinke x1) die gleiche Funktion zu erfüllen. Entscheidend ist doch nur das ich bewußt bin welche Funktion (Aufgabe - egal mit welchen Mitteln) erfüllt werden soll. Das ist "Logic - medienlos" Punkt.
Wir können daraus sogar gleich eine Wahrheitstabelle ableiten. Diese ist nicht dazu da (meine Lügen zu entlarven ;=) sondern um die Funktion eines Gatters schneller zu erkennen um es einsetzen zu können.



Die Schreibweisen der Funktionen in Tabellenform und in Schaltzeichen ist in einzelnen Teilen der Erde noch nicht ganz einheitlich. Da werden für AND die Zeichen 'ein Pfeil nach oben' oder ein 'Punkt in der Mitte' oder ein Kaufmannsund '&', und für OR 'Pfeil nach unten' oder ein Pluszeichen "+" oder eine '1' und für NOT ein Schrägstrich "/" verwendet. Für das Darstellen auf dem Computer werden sich wohl (AND = A B, OR = A + B, NOT = /A) durchsetzen.
Die Wahl der Bezeichnungen der Variablen XY / AB oder groß / klein -geschrieben ist freigestellt. Ich tendiere zu X0..1..2..n wenn mit mehreren Befehlsgebern (Variablen) gearbeitet wird. Das hat folgende Gründe. Die Schaltkreise habe Eingänge und Ausgänge die meist mit E und A 0...n bezeichnet sind. Wenn ich nun die gleichen Bezeichnungen für meine Schalter, Taster, Sensoren benutze kann es schnell zu Unklarheiten kommen.
Als Zweites könnte ich auch die volle Bezeichnung (zB. Notaustaster, Starttaster, Türschalter usw) benutzen um ein Programm zu erstellen aber das wäre dann mit der Zeit sehr mühevoll wenn ich jedes mal wenn ich diese Variable benutze die volle Bezeichnung hinschreiben müßte. Da ja am Anfang eines Programmes in den meisten Programmiersprachen die Variablen 'declariert' (festgelegt) werden müssen, kann ich diese kurzen Schreibweisen (x1, x2 usw) benutzen und gleich als Bemerkung einmal die volle Bezeichnung dahinter schreiben. So geht das eigendliche Programmschreiben sehr viel schneller und entspannter.

Um das Ganze abzurunden auch noch die OR-Funtion. ZB im Treppenhaus schalten Taster (zum Verständnis mal drei) in Paralellschaltung die Beleuchtung ein wenn ein oder mehrere Taster gedrückt werden.
Die Wahrheitstabelle sieht dann so aus.



Zur Erklährung der Ausgang Y (Treppenlicht) ist ein wenn der Taster X0 OdeR der Taster X1 oder der Taster Xn usw betätigt ist (eine Spannung an den jeweiligen Eingang leiten). Welchen Eingang des IC's für welchen Taster/Schalter/Sensor benutzt wird ebenfalls in der Declaration niedergelegt. Dabei ist es ohne Belang ob die Nummerierung tatsächlich übereinstimmt, also Taster X1 kann auch durchaus mal an Eingang E4 angeschlossen sein. Dem Controller/Computer ist das auf deutsch 'wurscht' denn nachschauen in der Declaration muß er sowieso immer.
Mit anderen Worten Ausgang Y ist nur dann aus wenn kein Taster gedrückt ist. Dagegen bei der AND-Funktion ist der Ausgang nur dann ein wenn alle Taster (X1 Und X2 Und Xn Und ...) gedrückt sind. Man sagt  international zu "1" eingeschaltet auch TRUE (wahr - daher Wahrheitstabelle) und "0" ausgeschaltet - FALSE (unwahr). Hier haben sich 0 und 1 schon durchgesetzt und TRUE/FALSE werden nur noch zur zusätzlichen Erklährung verwendet. Die anderen Funktionen (NAND/NOR/EXOR usw) sind ebenfalls in Wiki sehr gut erklärt (besser als ich das jemals könnte), man muß eben nur die Grundfunktionen ge'fressen' haben dann geht's schon. Die Anzahl der Eingänge kann unendlich sein aber es werden immer höchstens 8 zu einer Einheit (0-7 - das erste Byte) zusammengefasst. Als Ergänzung zur Treppenhausschaltung muß noch gesagt werden das in diesem Fall noch ein Zeitglied (FlipFlop nicht Badelatschen ;=) zwischengeschaltet wird um das Licht nach einer gewissen Zeit von alleine wieder ausgehen zu lassen.
Diese Kippglieder (FlipFlop - FF) sind auch Funktionen die in verschiedenen Varianten ebenfalls in IC's zur Verfügung stehen (Wiki nachsehen). Es können damit unter anderem  Schaltzustände gespeichert werden. Als Beispiel - ein Taster wird nur kurzzeitig betätigt, das Signal soll aber weiterhin zur Verfühgung stehen (Gleisabschnitt einschalten) oder ein Gleiskontakt wird überfahren, aber die Schranke soll solange geschlossen bleiben bis ein weiterer Gleiskontakt betätigt wird.

Die NOT-Funktion entspricht einem Öffnerkontakt beim Taster oder Relais. Für das Verständnis von Schaltkreisen gilt:

                                "was am Ende bei rauskommt"

Auf jeden Fall sind diese 'fertigen' Schaltungen eine sehr große Hilfe und meist auch eine Ersparnis (Geld und ..Schmalz).

So genug 'Kopp gequalmt' sagen wir erst mal was zum "Computer" und Alternativen im nächsten Beitrag.                         KK