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RS-Flipflop (Relais)

Das RS-Flipflop (auch SR-Flipflop genannt) gehört zu den wichtigsten Schaltungen in der Elektronik und Elektrotechnik. Darüber hinaus stellt die Schaltung, als das einfachste Flipflop, einen Ausgangspunkt für alle anderen Flipflops dar. Es ist eine Schaltung, die selbständig einen von zwei Zuständen halten kann, wodurch sie als ein Speicher einer Datenmenge von einem Bit fungiert. Sie wird oft auch als bistabile Kippstufe genannt. Die Flipflops sind vor allem in der Elektronik weit verbreitet. In der Elektrotechnik kommt man z.B. bei Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) mit dem RS-Flipflop in Berührung.
Das RS-Flipflop hat zwei Eingänge, Reset (R) und Set (S). Mit dem Eingang Set wird der Ausgang des Flipflops gesetzt. Mit dem Eingang Reset wird der Ausgang wieder zurückgesetzt. Das Signal Reset hat den Vorrang, d.h. wenn beide Signale gleichzeitig anliegen, wird der Ausgang zwingend zurückgesetzt.
In der Steuerungstechnik wird diese RS-Speicherfunktion sehr häufig eingesetzt. Mittlerweile stellen praktisch alle Hersteller ein RS-Flipflop als eine Grundfunktion in dem Befehlsvorrat dem Anwender zur Verfügung. Es wird auch zwischen SR-Funktionsbausteinen (Vorrangig Rücksetzen) und RS-Funktionsbausteinen (Vorrangiges Setzen) unterschieden.

Eine RS-Flipflop-Schaltung mit Relais wird als praktische Anwendung kaum verwendet. Als Veranschaulichung der Funktionalität eines Flipflops oder als einfache Übung kann sie durchaus nützlich sein.
Die Schaltung ist schnell aufgebaut. Wir bilden mit zwei Relais jeweils eine Selbsthaltung auf und verriegeln sie gegenseitig. Auf die Aus-Taster wird hier verzichtet. Die Schaltung sieht dann so aus:

RS-Flipflop mit zwei Relais

Mit dem Taster S2 kann unsere Kippschaltung gesetzt werden. Nach Betätigung von S2 zieht das Relais K2 an und hält sich über K2-13/14 selbst. Sollte davor das Relais K1 eingeschaltet sein, wird es dank Verriegelung K2-11/12 abgeschaltet. Wenn wir an einem freien Schließer von K2 einen Verbraucher, z.B. eine Lampe angeschlossen hätten, würde sie jetzt aufleuchten. Sie bleibt auch dann an, wenn wir den Taster S2 loslassen, K2 hält sich ja selbst. Wenn wir dagegen an einem freien Schließer von K1 ebenfalls eine Lampe angeschlossen hätten, würde sie jetzt ausgehen.
Sobald wir den Taster S1 betätigen, passiert praktisch das Gleiche nur in entgegengesetzter Richtung. K1 geht an, hält sich selbst und schaltet K2 ab. Die Lampe von K2 geht aus, die von K1 an.
Und so können wir mit den Tastern S1 und S2 zwischen den beiden Relais K1 und K2 sicher umschalten. Sie behalten ihren jeweiligen Zustand bei, solange die Schaltung unter Spannung steht.
Zwei kleine Schönheitsfehler hat unser RS-Flipflop jedoch schon. Das erste Problem taucht dann auf, wenn wir beide Taster gleichzeitig betätigen. Dann gehen nämlich beide Relais an. Das geht in der Steuerungstechnik natürlich nicht. In diesem Fall müsste die Dominanz von S1 (als den Taster mit Vorrang) zum Ausdruck kommen und das Einschalten von K2 sicher ausschließen. Das zweite Problem entsteht beim Anlegen der Spannung. In diesem Fall bleiben beide Relais aus. Ein Flipflop kennt normalerweise nur zwei Zustände. Entweder ist die eine oder eben die andere Seite aktiv.
Um die Probleme zu beheben, ergänzen wir die Schaltung um ein weiteres Relais. Dann sieht die Schaltung wie folgt aus:

RS-Flipflop mit drei Relais

Jetzt sieht man, dass beim Anlegen der Spannung das Relais K1 sofort anzieht. Damit haben wir einen stabilen und korrekten Ausgangszustand. K1 ist an, K2 aus. Mit S2 kann das Flipflop jetzt umgeschaltet werden. Wenn wir dann anschließend S1 betätigen, wird K2 über den Öffner K0-11/12 abgeschaltet und K1 folglich wieder eingeschaltet. Die Hauptfunktionen blieben also trotz Änderung erhalten. Wenn man jetzt beide Taster gleichzeitig betätigt, wird S1 Vorrang haben, denn K0 geht dann an und schaltet K2 zwingend ab.

RS-Flipflop realisiert mit drei Relais (Testschaltung)

SPS / Logikverarbeitung

Bei Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) werden, wie bereits erwähnt, RS-Flipflops meistens als fertige Bausteine zur Verfügung gestellt. Bei SR-Glieder hat die Rücksetzen-Funktion den Vorrang, bei RS-Gliedern die Setzen-Funktion. Hier einige Beispiele:

SPS Hier kann das Verhalten des Bausteins gut beobachtet werden (SR-Glied). Wenn beide Eingänge gesetzt sind, hat die Funktion Rücksetzen immer den Vorrang. Der Ausgang wird dann immer zurückgesetzt. (Tia Portal, Siemens)

MOVISAFE Config UCS Sicherheitssoftware Fa. SEW

LOGO! Soft Comfort Mini SPS von Siemens

Für alle Beispiele gilt die gleiche Logiktabelle:

RS-Flipflop Logiktabelle

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