AUTOMAÇÃO
(M323)
CAPÍTULO IV
El
Elementos
t de
d sistemas
i t
de
d
comando lógico
g
2013/2014
Elementos lógicos
„ÍNDICE
Í
‹Elementos de diálogo homem/máquina
‹Funções lógicas básicas
‹Elementos de memória monoestáveis
‹Elementos de memória biestáveis
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
2
Elementos lógicos
„Esquema simplificado de funcionamenfuncionamen
to de um sistema de comando
MÁQUINA
(Parte operativa)
Variáveis de
entrada
(sensores)
Variáveis de
saída
(actuadores)
AUTOMATISMO
(Parte de
comando)
Diálogo
Homem/Máquina
H
/Má i
3
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Elementos lógicos
„Sistema de comando lógico sequencial
Entradas
(xi)
Saídas
(Xi)
Sistema de decisão
(Sd)
Saídas
dos
elementos
de memória
Comando
dos
elementos de
memória
Sistema de memória
(Sm)
(yr)
Sc
(Yr)
Sc - Sistema de comando lógico
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
4
Elementos lógicos
„Diálogo homem/máquina
homem/máquina, sensores e
actuadores
‹O diálogo Homem/Máquina pode ser
estabelecido entre máquinas, quer sejam
partes operativas ou de comando e entre
as máquinas e o homem (operador
humano))
‹No primeiro caso, encontrámos duas
grandes classes de elementos q
g
que
produzem esse diálogo:
”Sensores
”Actuadores
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
5
Elementos lógicos
„Diálogo homem/máquina
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
6
Elementos lógicos
„Elementos de diálogo Homem-Máquina
‹Deve ser estabelecido por elementos que
permitam a intervenção directa do
operador humano
‹Pertencem a este grupo os teclados,
teclados
botoneiras e “joysticks”, entre outros
‹Estes elementos permitem ao operador
comunicar com o sistema de comando da
máquina, e por outro lado receber
informações desta através de
sinalizadores sonoros,, luminosos ou
monitores e registadores
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
7
Elementos lógicos
„Elementos
diálogo HomemMáquina
„El
t de
d diál
H
Má i
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
8
Elementos lógicos
„Elementos
diálogo Homem-Máquina
„El
t de
d diál
H
Má i
‹Os elementos de interrupção de caudal
num sistema de comando, podem agruparse nos seguintes três tipos principais:
”O operador
”Partes em movimento de uma máquina
ou grandezas físicas
”Outra forma de caudal
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
9
Elementos lógicos
„Elementos de diálogo Homem-Máquina
‹No primeiro tipo, o elemento de comando
é em geral,
l uma botoneira,
b t
i
manípulo
í l ou
pedal
‹No segundo tipo, estão incluídas todas as
formas de sensores incluindo os de fim de
curso
p , o elemento de comando
‹No terceiro tipo,
vai depender do caudal agente. Em muitos
casos é uma corrente eléctrica,, pelo
p
que
q
a
forma usual corresponde a uma bobina
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
10
Elementos lógicos
„Elementos
diálogo Homem-Máquina
„El
t de
d diál
H
Má i
‹Elementos do primeiro tipo - botoneiras
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
11
Elementos lógicos
„Sistema avançado de diálogo HomemMáquina
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
12
Elementos lógicos
„Sensores
‹Os sensores têm como missão captar
informações da parte operativa,
operativa
fornecendo no caso mais simples sinais de
natureza lógica
‹A actuação dos sensores é realizada pela
grandeza
d
fí
física
i a captar
t
‹Se a grandeza a captar for uma posição
extrema, designa-se por sensor por fim de
curso
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
13
Elementos lógicos
„Exemplos
de sensores:
„E
l d
‹Sensores de fim de curso dos cilindros
pneumáticos
‹Sensores de detecção da presença ou
ausência de peça
‹Sensores de outras grandezas físicas:
temperatura, pressão, nível de líquido,
etc.
etc
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
14
Elementos lógicos
„Exemplos de sensores de posição
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
15
Elementos lógicos
„Actuação dos sensores de posição
Elementos
de
actuação
mecânica
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
16
Elementos lógicos
„Sensores de proximidade indutivos
A aproximação de
uma peça
metálica, produz
uma diminuição da
resistência global
do circuito, que é
utilizada para
produzir um sinal
de detecção da
peça metálica
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
17
Elementos lógicos
„Sensores de proximidade indutivos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
18
Elementos lógicos
„Sensores foto-eléctricos
foto eléctricos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
19
Elementos lógicos
„Modelos de células foto-eléctricas
foto eléctricas
industriais
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
20
Elementos lógicos
„Sensores de grandezas analógicas (Ex:
sensor de pressão)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
21
Elementos lógicos
„Actuadores
‹Os actuadores provocam a mudança de
estado da máquina
á
(parte operativa), o
que corresponde a pôr em funcionamento
determinados dispositivos
‹Se, por exemplo, o objectivo for
posicionar uma peça, então o actuador
poderá ser um motor (posicionamento
angular) ou um cilindro pneumático ou
hidráulico (posicionamento linear)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
22
Elementos lógicos
„Exemplos de actuadores industriais
Motor eléctrico
Cilindro pneumático
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
23
Elementos lógicos
„Funções lógicas elementares
‹Uma classe importante de elementos
ló i
lógicos
utilizados
tili d em automação
t
ã
corresponde à realização de circuitos
lógicos de funções lógicas elementares:
”E (AND)
”OU (OR)
”NEGAÇÃO (NOT)
‹Estas funções e a forma como são
implementadas nas diversas tecnologias
irão ser abordadas num dos pontos
seguintes
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
24
Elementos lógicos
„Elementos de memória
‹São elementos que pertencem à parte de
comando e ajudam a caracterizar o estado
interno da parte operativa (neste caso, o
estado lógico)
‹São também conhecidos pela designação
de variáveis auxiliares ou internas
‹Definem exclusivamente, ou em conjunto
com a informação dos sensores (variáveis
de entrada da parte de comando), e
elementos de diálogo
g homem/máquina,
/
q
,a
acção desta sobre a parte operativa
25
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Elementos lógicos
„Contactos eléctricos
‹Simbologia normalizada
Contacto normalmente aberto
(NA)
Contacto normalmente
fechado
(NF)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
26
Elementos lógicos
„Tipos de contactos eléctricos
‹Existem contactos em que, para reter a
i f
informação
ã dada,
d d é necessário
á i manter
t a
acção sobre estes
‹Quando se retirar a acção sobre o
contacto, esta volta ao estado inicial
(repouso) devido à acção de uma mola
p de contacto tem a designação
g ç
de
‹Este tipo
“contacto de impulso – pulse switch”
‹Contactos que mantêm o estado:
encravamento
27
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Elementos lógicos
„Tipos
de contactos
„Ti
d
t t eléctricos
lé t i
‹Para cada um destes tipos de contactos,
podem definir-se três estados:
”Estado tecnológico
”Estado físico
”Estado eléctrico
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
28
a
Elementos lógicos
„Convenção sobre contactos eléctricos
‹Estado tecnológico: corresponde à sua
própria concepção e por conseguinte o seu
comportamento. Deste modo, tem-se:
”de trabalho (NA)
”de repouso (NF)
"a"
a (a=1)
“a’ " (a=0)
‹Estado eléctrico: caracteriza a passagem
ou não de corrente eléctrica. Neste caso,
teremos:
”se passar corrente, o valor lógico é 1
passar corrente, o valor lógico
g
é0
”se não p
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
29
a
Elementos lógicos
„Convenção sobre contactos eléctricos
‹Estado físico: É o mais importante. Assim,
tem-se:
”Se o contacto estiver accionado,, o
estado físico é um (1)
”Se o contacto não estiver accionado, o
estado físico é zero (0)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
30
Elementos lógicos
„Convenção
„C
ã sobre
b contactos
t t eléctricos
lé t i
C t t de
Contacto
d trabalho
t b lh (NA)
C t t de
Contacto
d repouso (NF)
(Contacto não actuado)
Estado tecnológico a=1
Estado tecnológico a’ =0
Estado físico
í
a=0
Estado físico
í
a’ =0
Estado eléctrico
a=0
Estado eléctrico
a’ =1
Contacto de trabalho (NA)
Contacto de repouso (NF)
(Contacto actuado)
Estado tecnológico a=1
Estado tecnológico a’ =0
Estado físico
a=1
Estado físico
a’ =1
Estado eléctrico
a=1
Estado eléctrico
a’ =0
a
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
31
Elementos lógicos
„Funções lógicas – Tecnologia eléctrica
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
32
Elementos lógicos
„Funções lógicas – Tecnologia eléctrica
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
33
Elementos lógicos
„Diagrama de contactos utilizado na
programação de autómatos industriais
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
34
Elementos lógicos
„ Funções lógicas - tecnologia pneumática
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
35
Elementos lógicos
„ Funções lógicas - Tecnologia pneumática
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
36
Elementos lógicos
„ Funções lógicas - Tecnologia pneumática
Função “E”
Função “OU”
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
37
Elementos lógicos
„Funções lógicas: Tec
Tec. electrónica digital
P
Porta
ló
lógica
i E (TTL) com d
duas entradas
d (74LS08)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
38
Elementos lógicos
„Funções lógicas: Tecnologia electrónica
(
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
39
Elementos lógicos
„Funções lógicas: Tecnologia electrónica
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
40
Elementos lógicos
„Elementos
El
t de
d memória
ó i
‹Os elementos de memória correspondem
p
às variáveis internas dos sistemas de
comando lógico
‹Estes elementos caracterizam assim o
estado dum processo (neste caso o estado
lógico) e, deste modo, definem
exclusivamente ou em conjunto com as
variáveis de entrada, a sua acção sobre o
exterior
e
te o
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
41
Elementos lógicos
„Elementos de memória
‹Os elementos de memória, dividem-se em
d i grandes
dois
d grupos, que são:
ã
”
Elementos monoestáveis
”Elementos biestáveis
á
„ Elementos de memória monoestáveis
‹Um elemento monoestável pode ser
caracterizado por uma variável de entrada
ou de
d comando
d ((que nalgumas
l
ttecnologias
l i
é designada por excitação ou pilotagem) e
por uma variável de saída (ou comandada)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
42
Elementos lógicos
„Elementos de memória monoestáveis
‹Implementação prática:
”Relé electrico (sistemas eléctricos)
”Válvulas
ál l com retorno por mola
l
(sistemas pneumáticos)
”Circuito integrado monoestável
(sistemas electrónicos)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
43
Elementos lógicos
„Elementos de memória monoestáveis
‹Diagrama temporal e tabela de excitação
do elemento monestável
á
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
44
Elementos lógicos
„Implementação prática
‹Tecnologia eléctrica - relé monoestável
Relé
Esquema dos contactos e bobina
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
45
Elementos lógicos
„Implementação prática - eléctrica
‹Relé electromecânico monoestável
‹O relé
lé constitui
tit i um elemento
l
t lógico
ló i em
que a informação é representada por
tensões eléctricas
‹Para este elemento, teremos as seguintes
condições de funcionamento:
”Variável de entrada -> Excitação da bobina
(X)
”Variável de saída -> Contacto(s) que se
fecha(m) ou abrem (x), devido à acção da
b bi
bobina
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
46
Elementos lógicos
„Implementação - Tecnologia
Pneumática / Óleo-hidráulica
‹Nos sistemas pneumáticos e óleohidráulicos, pode obter-se um elemento
monoestável através de uma válvula de
três orifícios/dois estados (3/2) com
retorno por mola. Neste caso, tem-se:
”Variável de entrada (comando) -> Pilotagem
da válvula (X)
”Variável de saída (comandada) -> Caudal de
ar através
é da válvula
á
(x)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
47
Elementos lógicos
„Implementação: Tecnologia
Pneumática / Óleo-hidráulica
‹A variável de comando X pode ser
realizada de diversas formas:
”manual,
”mecânica,
”mecânica
”eléctrica,
” comprimido,
”ar
i id
”….
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
48
Elementos lógicos
„Implementação: Tecnologia
Pneumática / Óleo-hidráulica
Válvula 3/2 com
retorno por mola
(símbolo ISOCETOP 1219)
x
X
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
49
Elementos lógicos
„Implementação - Tecnologia
Electrónica digital
‹Em electrónica, o termo "monoestável"
está usualmente associado a um
componente específico
‹O diagrama
‹
g
de funcionamento,, se bem
que se possa considerar dentro dos da
classe dos monoestáveis,, no sentido lato
do termo, difere ligeiramente destes
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
50
Elementos lógicos
„Monoestável electrónico
‹Neste caso, através de um circuito
externo RC, é possível
í
definir o tempo de
activação do pulso T de saída do circuito
x
X
T
ta
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
t
t
51
Elementos lógicos
„Implementação - Tecnologia
Electrónica digital
Circuito
i t
integrado
d
TTL
74LS121
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
52
Elementos lógicos
„Elementos de memória biestáveis
‹Um elemento biestável, é em geral
caracterizado por duas variáveis
á
de
comando e por uma variável comandada
(nalguns casos conjuntamente com a sua
negação)
‹Uma das variáveis de comando coloca a
variável comandada no estado lógico "1" e
a outra no estado lógico "0".
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
53
Elementos lógicos
„Elementos de memória biestáveis
‹Em muitos sistemas, estas entradas são
designadas respectivamente por "SET" e
"RESET“
‹Implementação prática: relés biestáveis
(também designados relés com memória),
válvulas 5/2 biestáveis (pneumática) e
flip-flops (electrónica digital)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
54
Elementos lógicos
„Elementos de memória biestáveis
‹Diagrama temporal e tabela de excitação
55
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Elementos lógicos
„Biestável eléctrico – relé biestável
‹Variáveis de comando : Xo ; X1
‹Variáveis comandadas : x ; x’
Xo
x (x0) (NF)
bobinas
x (x1) (NA)
X1
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
56
Elementos lógicos
„Biestável eléctrico (relé biestável)
‹Exemplo de relé biestável (OMRON)
existente no laboratório
ó
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
57
Elementos lógicos
„Biestável pneumático
‹Válvula 5/2 com duplo comando pneumático
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
58
Elementos lógicos
„Biestável pneumático
‹Válvula 5/2 com duplo comando
pneumático
á
(Símbolo
í
ISO-CETOP 1219 e
tabela de funcionamento)
⎯m (m10)
m (m11)
M-
M+
59
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Elementos lógicos
„Aplicação prática (biest.
(biest pneumáticos)
‹Circuito de start/stop/emergência de um
cilindro pneumático
á
A
a0
A+
M+
Start
a1
A-
M-
Stop
Emerg
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
60
Elementos lógicos
„Biestáveis - Tecnologia Electrónica
Digital
‹É conhecido ge
geralmente
almente na literatura
lite at a por
po
"Flip-flop“
‹Podem ser do tipo assíncrono (R/S) ou
síncrono (J-K)
‹Na tecnologia electrónica digital,
digital o
biestável R/S assíncrono aparece
geralmente sob a forma de circuito
integrado, podendo ser realizado através
de circuitos lógicos NAND ou NOR
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
61
Elementos lógicos
„Biestáveis - Tecnologia Electrónica
Digital
‹No caso dos biestáveis síncronos, existe
uma entrada adicional para o sinal de
relógio (clock)
‹A autorização
‹
ç
de funcionamento do
biestável J-K pode ser dada através do
flanco ascendente (leading
g edge
g ) ou
flanco descendente (trailing edge) da onda
quadrada do sinal de relógio
q
g
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
62
Elementos lógicos
„Biestáveis - Tecnologia Electrónica
Digital
‹Tabela de excitação do biestável R/S
(assíncrono)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
63
Elementos lógicos
„Biestáveis - Tecnologia Electrónica
Digital
‹Esquema interno com NANDs e símbolo do
biestável R/S assíncrono
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
64
Elementos lógicos
„Biestáveis - Tecnologia Electrónica
Digital
‹Biestável R/S assíncrono com NANDs
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
65
Elementos lógicos
„Aplicações do biestável R/S
‹Limpador de contactos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
66
Elementos lógicos
„Aplicações do biestável R/S
‹Limpador de contactos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
67
Elementos lógicos
„Aplicações do biestável R/S
‹Comutador de luz
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
68
Elementos lógicos
„Biestáveis - Tecnologia Electrónica
Digital
‹Biestável síncrono (Flip-Flop J-K) – Tabela
de excitação ou de funcionamento
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
69
Elementos lógicos
„Flip-Flop
„Flip Flop JJ-K
K (símbolo lógico)
‹Esquema detalhado
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
70
Elementos lógicos
„Flip-Flop
„Flip Flop JJ-K
K (símbolo lógico)
⎯Preset
J
Q
CP
⎯Q
K
⎯Clear
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
71
Elementos lógicos
„Flip-Flop
„Flip Flop JJ-K
K (circuitos integrados)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
72
Elementos lógicos
„Biestáveis
Bi tá i - Tecnologia
T
l i Electrónica
El t ó i
Digital
‹Aplicações: aplicam-se nas mesmas
situações indicadas para os
monoestáveis e em muitos outros
casos em que a sua utilização
tili
ã é
bastante útil
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
73
Elementos lógicos
„Exemplos de aplicação de biestáveis
electrónicos
”Controlo de motores eléctricos
”Ciclos com cilindros pneumáticos
”Contadores e sequenciadores
”Circuitos de interface entrada/saída
”Componentes de microprocessadores e
microcontroladores
i
l d
”…….
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
74
Elementos lógicos
„Aplicação do flip-flop
flip flop JJ-K
K
‹Circuito de comutação de lâmpada
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
75