Apostila - CLP - Blocos funcionais

Apostila - CLP - Blocos funcionais

(Parte 1 de 3)

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

B

L

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

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. - 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 Complemento

1 0

Ligado Desligado

Alto Baixo

Verdadeiro Falso

Ativado Desativado

Sim Não

Fechado Aberto

Energizado 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

L

0

1

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

(Parte 1 de 3)

Comentários