Apostila - CLP - Blocos funcionais - automação - nadab

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6º Período de Engenharia Elétricaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa Diagrama de Blocos de
Funções (FBD)
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA
E TECNOLOGIA DE GOIÁS (IFG)
CAMPUS JATAÍ
CONTROLADORES LÓGICOS
PROGRAMÁVEIS (CLP´s)
Diagrama de Blocos de Funções (FBD – Function Block Diagram)
Prof. Dr. André Luiz
1 - Diagrama de Blocos de Funções – Function Block Diagram (FBD)
É uma das linguagens gráficas de programação, muito popular na Europa, cujos
elementos são expressos por blocos interligados, semelhantes aos utilizados em
eletrônica digital. Essa linguagem permite um desenvolvimento hierárquico e modular do
software, uma vez que podem ser construídos blocos de funções mais complexos a partir
de outros menores e mais simples.
Por ser poderosa e versátil, tem recebido uma atenção especial por parte dos
fabricantes. Devido à sua importância, foi criada uma norma para atender
especificamente a esses elementos (IEC 61499), visando incluir instruções mais
poderosas e tornar mais clara a programação.
Os blocos lógicos correspondem a uma linguagem de nível intermediário e muito
prática, pois traz consigo várias funções de temporização pré-definidas, facilitando assim
a confecção de programas. Desse modo neste curso será abordada essa linguagem de
programação.
Vamos supor que seja necessário determinar a função lógica interna de um sistema
desconhecido, conforme mostra a figura 1.
Figura 1 - Sistema binário com duas entradas (A e B) e uma saída (L)
A idéia é injetar sinais lógicos nas entradas A e B de todos as combinações possíveis
e, para cada uma dessas combinações, registrar o resultado obtido na saída L. A Tabela
1 apresenta um exemplo de tabela que poderia ser obtida.
Tabela 1 - Exemplo de uma tabela de um sistema com duas entradas
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
L
0
1
0
1
Observe que a listagem das combinações de entrada obedece à seqüência da
contagem binária, o que torna fácil sua construção.
1.1 - Fluxograma para o desenvolvimento de projetos combinacionais
A primeira etapa do desenvolvimento do projeto de um sistema combinacional
consiste na análise do problema, buscando identificar as variáveis de entrada e de saída,
bem como um modelo que vai solucionar o problema. Em seguida, constrói-se a tabela
verdade, simulando todas as possibilidades para as variáveis de entrada e obtendo os
respectivos valores de saída. Na seqüência, obtêm-se as expressões lógicas
simplificadas por um dos métodos a serem estudados nesta apostila e por último,
desenha-se o diagrama esquemático equivalente à função lógica obtida. Esta seqüência
é ilustrada pela figura 2.
Figura 2 – Seqüência de desenvolvimento de um projeto combinacional
1.2 - Álgebra Booleana
No caso das chaves, apresentadas anteriormente, podemos ver que só existem duas
possibilidades para o circuito: ou a chave esta fechada ou está aberta. Quando somente
duas situações são possíveis, trata-se de um sistema chamado binário, ou seja, de duas
possibilidades.
Quem primeiramente estudou este assunto foi o matemático George Boole que
desenvolveu uma teoria para tratar os sistemas binários. O conjunto de seu trabalho é
citado nos textos como “álgebra de booleana”. Mais tarde, em 1938, Claude E. Shannon
desenvolveu a aplicação da álgebra booleana no projeto de circuitos de comutação
telefônica.
Uma revisão da formulação apresentada pela Álgebra de Boole é importante para os
usuários de circuitos à relés e controladores programáveis. O objetivo deste capítulo é
revisar os conceitos básicos da lógica booleana visando a sua utilização em projetos de
circuitos baseados em relés ou de programação do controlador programável.
1.2.1- Variável e Expressão Booleana
Variável booleana é um literal que representa o estado de alguma coisa que possui
somente dois estados: falso ou verdadeiro, aberto ou fechado, está presente ou não está
presente, etc. Por exemplo, (se um relé está energizado então podemos representar o
estado do relé energizado ou desenergizado) por uma variável X cujos valores podem
ser somente 1 ou 0. Por exemplo, uma chave que pode estar aberta ou fechada, como
ilustra a figura 3.
Figura 3 – Variável lógica associada a uma chave
Uma proposição lógica, relativa a essa chave, é “a chave esta fechada”. Essa
proposição é representada pelo símbolo A. Então, quando a chave está fechada, a
variável A é verdadeira, e quando a chave esta aberta, a variável A é falsa.
Como visto, a variável booleana (também chamada binária) possui dois valores que
no caso da representação do estado de uma chave são fechado e aberto.
Simbolicamente, costuma-se representar a variável booleana por 1 e 0. Portanto, em
relação à figura anterior, tem-se A = 1 ou A = 0.
Cabe lembrar que os símbolos 1 e 0 não têm aqui um significado numérico apenas
lógico. No campo dos sistemas digitais, esses dois valores são dois níveis de tensão
prefixados aos quais associamos os símbolos 1 e 0. Por exemplo, + 5 V = 1 e 0 V = 0.
Uma denominação muito comum de 0 e 1 são os termos baixo / alto ou nível lógico
baixo / nível lógico alto.
Os dois estados lógicos de um sistema binário são correlacionados de várias
maneiras, como, por exemplo:
Um dos estados
1
Ligado
Alto
Verdadeiro
Ativado
Sim
Fechado
Energizado
Complemento
→
0
→
Desligado
→
Baixo
→
Falso
→
Desativado
→
Não
→
Aberto
→
Sem Energia
A álgebra booleana usa três operações básicas: Não, E e Ou. A operação não é a
negação ou o complemento, indicada por uma barra sobre a variável, e as operações E
e OU são representadas pelo símbolo de multiplicação (“•”) e adição (“+”)
respectivamente. Note que, na verdade, não se trata de uma multiplicação nem de uma
adição, mas apenas um símbolo para indicar a operações lógicas E e OU.
2 - Funções Lógicas
Porta lógica é um circuito que contém um ou mais terminais de entrada de sinais
(onde são colocadas as variáveis booleanas) que executa uma operação booleana entre
as variáveis presentes nas suas entradas e transfere o resultado para a saída. Tais
dispositivos obedecem às leis da álgebra de Boole.
Vamos fazer a equivalência das portas lógicas com símbolos utilizados normalmente
em esquemas eletrônicos (blocos de funções), com o circuito de chaves e com diagrama
a relés.
2.1 - Função Inversora (NOT)
A operação inversora, ou de negação, atua sobre uma única variável de entrada. O
nível lógico de saída é sempre oposto ao nível lógico de entrada; ele inverte
(complementa o sinal de entrada).
A figura 4 representa o circuito equivalente de uma porta inversora e seu diagrama
de contatos. A lâmpada acende se a chave A estiver aberta e apaga se ela estiver
fechada
Figura 4 – Circuito equivalente de uma função inversora.
A figura 5 apresenta os símbolos lógicos para uma porta inversora em diagrama de
blocos de funções, também conhecidos pela sua abreviação do idioma inglês FBD
(Function Block Diagram).
Figura 5 – Símbolos da função lógica inversora em FBD
A tabela 2 apresenta a tabela – verdade para a operação de inversão.
A
0
1
L
1
0
Tabela 3 – Tabela - verdade da operação lógica inversora
Exemplo 1: Uma lâmpada vermelha deve ser acesa sempre que um motor estiver
desligado
Solução:
Figura 6 – Se o estiver desligado, vai ligar a lâmpada.
2.2 - Função E (AND)
2.2.1 - Representação da porta E no diagrama elétrico
A figura 7 mostra um circuito com duas chaves (A e B). A lâmpada (L) só acende se
as chaves A e B estiverem fechadas.
Assumindo que a “chave fechada” corresponda a nível 1 e “lâmpada acesa”
corresponda também a nível 1, em uma operação E o resultado será 1somente se todas
as entradas foram iguais a 1: nos outros casos o resultado é 0. Baseado nessas
observações pode-se construir sua tabela-verdade, conforme a tabela 3.
2.2.2 - Representação da porta E (AND) no diagrama de blocos de funções.
Outra forma de representar o sistema é utilizando blocos de função os símbolos
correspondentes estão representados na figura 8.
Figura 8 – Símbolos para a porta lógica E (AND) convencional, Clic02 e Ladder respectivamente
2.3 - Função OU (OR)
2.3.1 - Representação da porta OU no diagrama elétrico.
A Figura 9 mostra o circuito elétrico equivalente de uma porta utilizando chaves
Figura 9 – Função OU utilizando chaves
Analisando o diagrama da Figura 9, podemos concluir que basta que qualquer uma
das chaves (A ou B) seja pressionada para que a lâmpada L seja acesa ou também se
ambas estiverem fechadas simultaneamente.
Então, em uma operação OU o resultado será 1 se qualquer uma das entradas for
igual a 1. O resultado somente é 0 se nenhuma chave estiver fechada.
Baseado nas observações anteriores pode-se construir a tabela – verdade da função
OU, conforme a Tabela 4.
Tabela 4 – Tabela – verdade da função lógica OU
A
0
B
0
L
...
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