BLOCOS DE FUNÇÃO. Figura 1 - Tela de programação com ambiente selecionado para Bloco de Funções

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1 BLOCOS DE FUNÇÃO Desde que as primeiras linguagens de programação foram desenvolvidas, houve um considerável avanço em termos de facilitação para que o usuário pudesse escrever mais rapidamente o programa que atendesse às suas necessidades. As primeiras linguagens disponíveis, também chamadas de linguagem de primeira geração, dispunham apenas de um pequeno conjunto de instruções básicas disponíveis. Assim, qualquer outra função que o usuário desejasse deveria ser programada a partir deste pequeno conjunto. Com o passar dos anos, e à medida que as novas gerações de linguagens de programação para CLP foram sendo desenvolvidas, os fabricantes de CLP passaram a incluir no conjunto de instruções uma série de funções de alto nível capazes de realizar facilmente um sem número de tarefas. Algumas destas funções, inclusive já são padronizadas pela norma IEC Assim, neste capítulo serão abordadas algumas destas funções mais usuais para a programação de CLP. Figura 1 - Tela de programação com ambiente selecionado para Bloco de Funções

2 Um Diagrama de Blocos de Função, (Function Block Diagram) FBD é uma linguagem gráfica para programação de CLP baseado na interpretação do comportamento do sistema. Este comportamento pode ser descrito em termos do fluxo de sinais entre os elementos do diagrama, caracterizando-se por uma grande semelhança com circuitos eletrônicos digitais. Os elementos da linguagem FBD devem ser interconectados por linhas de fluxo, seguindo a convenção utilizada em geral para linguagens gráficas. Nesta convenção o lado esquerdo é destinado para os sinais de entradas do bloco, enquanto o lado direito é reservado para os sinais de saída do bloco. A ilustração a seguir exemplifica o uso de um bloco para representar a operação lógica E entre duas variáveis (BOTAO_1 e BOTAO_2) cujo resultado deverá acionar a variável MOTOR. Figura 2 - Exemplo de bloco de função Cada bloco tem um número fixo de pontos de conexão de entrada e de saída, e é representado por um simples retângulo A saída de um bloco pode ser conectada a entrada de outro bloco. Os sinais se propagam da saída dos blocos para as entradas de outros blocos e as saídas são atualizadas como um resultado do processamento dos blocos. A ilustração a seguir mostra duas redes de blocos usados para montar as lógicas de SET e de RESET da variável MOTOR. Observe que um sinal denominado TRUE (em inglês significa verdadeiro) é utilizado para indicar a presença permanente de um nível lógico alto. Figura 3 - Exemplo de conexões entre blocos Num bloco de função deve-se estar atento à simbologia que se emprega para cada sinal de entrada quanto ao tipo de sensibilidade. Conforme o caso pode ser sensível a nível

3 (alto ou baixo) ou por borda (de subida ou de descida). Veja a ilustração a seguir, onde o bloco OR é sensível: ao nível lógico alto da variável SINAL_1, ao nível lógico baixo da variável SINAL_2, à borda de subida da variável SINAL_3, e à borda de descida da variável SINAL_4. Figura 4 - Tipos de sensibilidade dos sinais de entrada Devido à sua complexidade, algumas funções exigem um bloco para poderem ser representadas, é o caso de temporizadores, contadores e outras, conforme será apresentado nas seções seguintes. BLOCOS BIESTÁVEIS Este bloco de função realiza a memorização do estado da saída Q em nível lógico 0 ou 1 dependendo da entrada que for ligada (SET ou RESET). Seu comportamento segue o mesmo princípio do programa exemplo mostrado na Figura 29 no capitulo anterior, sendo na verdade uma forma alternativa de se escrever o mesmo programa. Assim, A primeira vez que a função é executada o valor da saída Q é posto em 0. Ao se ligar a entrada SET o valor da saída Q é colocado em nível 1, o sucessivo desligamento de SET não ocasiona o desligamento da saída Q, ou seja, permanece memorizado. Para comutar a saída Q novamente para nível 0 será preciso acionar a entrada RESET. Caso ambas as entradas forem atuadas esta função dará prioridade ao desligamento da saída. A figura abaixo mostra a representação gráfica de um bloco RS. Figura 5 - Bloco biestável RS Um bloco de função biestável SR é um bloco similar ao bloco RS, com a diferença de que caso ambas as entradas forem atuadas esta função dará prioridade ao desligamento da saída. A figura abaixo mostra a representação gráfica de um bloco SR.

4 Figura 6 - Bloco biestável SR TEMPORIZADORES Os temporizadores constituem uma importantíssima função possível de ser implementada nos sistemas automatizados com CLP. Pode-se dizer que praticamente quase todas as aplicações empregam pelo menos uma das três principais formas de temporizadores. Estes tipos de temporizadores são denominados: Temporizador de atraso na subida, Temporizador de atraso na descida e Temporizador de pulso, os quais são mais bem detalhados a seguir. Observe que em todos os casos eles funcionam ligando uma saída dependente de uma temporização que tem início definido pelo nível lógico do sinal na entrada. a) Temporizador de Atraso de Subida (TON) Figura 7 - Temporizador TON Após o início do pulso, a saída fica em nível baixo durante o tempo especificado na entrada PT; depois irá para nível alto enquanto a entrada IN não volte ao nível baixo. A saída ET apresenta o valor do tempo decorrido desde o início da temporização. Caso a entrada IN seja colocada em nível alto por um período de tempo inferior ao tempo programado, a saída Q não atua. O diagrama temporal a seguir demonstra o comportamento desta função.

5 Figura 8 - Diagrama temporal do temporizador TON b) Temporizador de atraso na descida TOF Figura 9 - Temporizador TOF Neste caso a saída vai para nível alto durante todo o tempo em que a entrada IN fica ligada, permanecendo ainda ligado por um tempo após o desligamento da entrada IN. O tempo de retardo para desligar é definido pelo valor especificado na entrada PT. A saída ET apresenta o valor do tempo decorrido desde o início da temporização. Caso a entrada IN seja recolocada em nível alto antes de ter decorrido a temporização, a saída Q não chega a desligar. O diagrama temporal a seguir demonstra o comportamento desta função.

6 Figura 10 - Diagrama temporal para o temporizador TOF c) Temporizador de pulso definido TP Figura 11 - Temporizador TP Neste caso, quando a entrada IN vai para nível alto, a saída Q vai para nível alto e permanece neste nível durante o tempo especificado na entrada PT, independente do estado da entrada IN. A saída ET será incrementada enquanto Q estiver em nível alto. Ao final do pulso, o tempo decorrido será mantido até o início do próximo pulso.

7 Figura 12 - Diagrama temporal para o temporizador TP CONTADORES Similarmente aos temporizadores, os contadores também são estruturas muito úteis em sistemas automatizados via CLP. Tipicamente eles podem ter estrutura de contagem crescente, decrescente ou ainda bidirecional. Há, de certa forma uma semelhança conceitual entre contadores e temporizadores, fato que leva muitos estudantes iniciantes a confundir seu uso em aplicações diversas. A diferença fundamental entre contadores e temporizadores é que enquanto estes últimos contabilizam tempo para atuarem suas saídas, os contadores por sua vez contabilizam eventos que, geralmente independem do instante de tempo em que ocorrem. a) Contador crescente Figura 13 - Contador crescente

8 Conta os pulsos (borda de subida) na entrada CU (Counter Up) até que um valor máximo PV (Programmed Value) seja atingido. Neste instante o valor de contagem é congelado e a saída Q é ativada. A entrada R (Reset) leva o valor do contador para zero. A saída CV (Current Value) apresenta o valor atualizado do contador. Matematicamente a função de temporização pode ser escrita como: 1, secv PV Q = 0, secv < PV CV ( CV + 1) CU R = 1 CV O diagrama temporal a seguir na Figura exemplifica o comportamento do contador crescente no programa exemplo. = 0 Nome da variável Tipo Endereço Conta CTU Pulso BOOL I Zera BOOL I Saida BOOL Q Figura 14 - Programa exemplo com contador crescente

9 Figura 15 - Comportamento do programa exemplo para contador crescente Para o exemplo anterior deve-se observar que o valor de contagem é zerado todas as vezes que a entrada R do contador é colocada em nível alto. Por outro lado a saída Q do cantador vai a nível alto toda vez que o valor de contagem for maior ou igual a cinco, cujo valor foi programado na entrada PT. b) Contador decrescente Figura 16 - Contador decrescente Decrementa o valor de contagem a cada pulso (borda de subida) na entrada CD (Counter Down) até atingir o valor zero. Neste instante a contagem é interrompida e a saída Q vai a nível alto. A entrada LD (Load) é usada para carregar o valor inicial descrito em PV (Programmed Value). Observe que o valor inicial do contador é zero e, por isto a saída Q é inicialmente posta em nível alto até que a entrada LD seja acionada. A saída CV (Current Value) apresenta o valor atualizado do contador. Matematicamente a função de temporização pode ser escrita como: 1, secv 0 Q = 0, secv > 0 CV ( CV 1) CD LD = 1 CV = PV

10 O diagrama temporal a seguir exemplifica o comportamento do contador decrescente. c) Contador bidirecional Figura 17 - Contador bidirecional Incrementa o valor de contagem a cada pulso (borda de subida) em CU (Counter Up) e decrementa este mesmo valor de contagem a cada pulso (borda de subida) em CD (Counter Down). A entrada R (Reset) zera o valor do contador, enquanto a entrada LD (Load) carrega o mesmo com um valor inicial descrito em PV (Programmed Value). Toda vez que o valor de contagem atingir o valor PV a saída QU é colocada em nível alto. E, toda vez que o valor de contagem cair a zero a saída QD é colocado em nível alto. A saída CV (Current Value) apresenta o valor atualizado do contador. Matematicamente a função de temporização pode ser escrita como: 1, secv PV QU = 0, secv < PV 1, secv 0 QD = 0, secv > 0 CV ( CV + 1) CU CV ( CV 1) CD R = 1 CV = 0 LD = 1 CV = PV DETECTORES DE BORDA Um bloco de detecção de borda realiza a constante monitoração do estado da entrada afim de dedetctar o exato instante em que a mesma transiciona de 0 para 1, caso se trate de uma função R_TRIG (Rising Edge Trigger), ou então, detectar o exato instante em que a

11 mesma transiciona de 1 para 0, caso se trate de uma função F_TRIG (Falling Edge Trigger). Em ambos os casos esta função irá ligar a saída por apenas um intervalo do ciclo de varredura a fim de sinalizar a ocorrência da borda. Abaixo tem-se o diagrama de blocos desta função e, a seguir vê-se um exemplo de seu comportamento através do diagrama temporal. Figura 18 - Blocos detectores de borda Nome da variável Tipo Endereço Subiu R_TRIG Desceu F_TRIG Entrada BOOL I Memoria BOOL M

12 Figura 19 - Programa utilizando detectores de borda Figura 20 - Diagrama temporal do exemplo com detectores de borda REGISTRADORES Os registros são conjuntos de bits agrupados de forma a configurar uma das cadeias descritas no Quadro 5 do capítulo 1. Independente do tipo de dado que representam, estas

13 cadeias podem ser operadas por funções de grande utilidade na programação de máquinas. Entre estas funções destacam-se as rotações e deslocamentos de registros. Uma rotação de registro consiste em deslocar à direita ou à esquerda todos os bits do registro de forma como se fosse um anel fechado, onde o primeiro bit recebe o conteúdo do último bit. No exemplo a seguir é mostrado a rotação à direita (e logo após) à esquerda de uma cadeia de 8 bits. Cadeia Inicial Rotação à esquerda Rotação à direita Por outro lado o deslocamento de um registro consiste em deslocar à direita ou à esquerda todos os bits do registro de forma como se fosse um anel aberto, o bit da extremidade é perdido. No exemplo a seguir é mostrado a rotação à direita (e logo após) à esquerda de uma cadeia de 8 bits. Cadeia Inicial Deslocamento à esquerda Deslocamento à direita Uma característica peculiar das operações de deslocamento refere-se ao fato que, caso a cadeia represente um número inteiro sem sinal, deslocar à esquerda equivale a uma multiplicação por 2 e, deslocar à direita equivale a uma divisão por dois. Para o caso do exemplo anterior a cadeia inicial representa o número 114, então facilmente se verifica que a nova cadeia deslocada à esquerda representa o número 228, enquanto à nova cadeia deslocada à direita representa o número 57. As representações para todos os blocos de deslocamento e de rotação estão apresentadas nas quatro ilustrações a seguir. a) Rotação à esquerda Figura 21 - Bloco de função para rotacionar à esquerda b) Rotação à direita

14 Figura 22 - Bloco de função para rotacionar à direita c) Deslocamento à esquerda Figura 23 - Bloco de função para deslocar à esquerda d) Deslocamento à direita Figura 24 - Bloco de função para deslocar à direita COMPARADORES Os blocos de funções para comparações são capazes de identificar o resultado de um teste booleano a fim de verificar uma das seguintes relações entre dois operandos: Relação de comparação Símbolo Mnemônico Igual = EQ Diferente NE Menor < LT Menor ou igual LE Maior > GT Maior ou igual GE Quadro 1 - Comparadores relacionais

15 Caso a função relacional avaliada resulte verdadeira então a variável de saída é colocada em nível alto. Os seis blocos de comparação estão apresentados na figura abaixo. Figura 25 - Blocos de função: comparadores relacionais