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7/27/2019 AutomaoIndustrial_GuiaFormando

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Formao Modular

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INSTITUTO DO EMPREGOE FORMAO PROFISSIONAL

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Guia do Formando

Automao IndustrialAutomao IndustrialAutomao IndustrialAutomao IndustrialAutomao Industrial

IEFPIEFPIEFPIEFPIEFP ISQISQISQISQISQ

Copyright, 1997Todos os direitos reservados

IEFP

Nenhuma parte desta publicao pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma ou processosem o consentimento prvio, por escrito, do IEFP

Coleco MODULFORM - Formao Modular

Ttulo Automao Industrial

Suporte Didctico Guia do Formando

Coordenao Tcnico-Pedaggica IEFP - Instituto do Emprego e Formao ProfissionalDepartamento de Formao ProfissionalDireco de Servios de Recursos Formativos

Apoio Tcnico-Pedaggico CENFIM - Centro de Formao Profissional da IndstriaMetalrgica e Metalomecnica

Coordenao do Projecto ISQ - Instituto de Soldadura e Qualidade

Direco de Formao

Autor Severino Raposo

Capa SAF - Sistemas Avanados de Formao, SA

Maquetagem e Fotocomposio ISQ / Jos Artur Almeida

Reviso OMNIBUS, LDA

Montagem UNIPRINT, LDA

Impresso e Acabamento UNIPRINT, LDA

Propriedade Instituto do Emprego e Formao ProfissionalAv. Jos Malhoa, 11 1000 Lisboa

Preo 4 500 esc.

1. Edio Portugal, Lisboa, Junho de 1997

Tiragem 1 000 Exemplares

Depsito Legal

ISBN


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Recurso a diapositivos

ou transparncias

Recurso a software

Recurso a videograma

Actividades / Avaliao

Destaque

ndice

Objectivos

Resumo

Bibliografia

Caso de estudoou exemplo


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ndiceIEFPIEFPIEFPIEFPIEFP ISQISQISQISQISQ

AAAAAutomao Industrialutomao Industrialutomao Industrialutomao Industrialutomao Industrial IG . 1IG . 1IG . 1IG . 1IG . 1

NDICE GERAL

I - INTRODUO AUTOMAO INDUSTRIAL

Conceito de automao I.2

O que a automao? I.2

Componentes e nveis de um sistema automatizado I.2

Dispositivos de automao I.5

Resumo I.6

Actividades / Avaliao I.7

II - CIRCUITOS LGICOS

Circuitos lgicos II.2

Lgica booleana II.2

Suficincia das operaes II.7

Diagramas lgicos II.8

Formas padro das funes lgicas II.8

Sntese de circuitos lgicos combinatrios II.9

Simplificao de funes atravs de mapas de Karnaugh II.10

Funes booleanas incompletamente especificadas II.11

Exemplos de circuitos combinatrios II.12

Circuitos sequnciais II.19

Elementos de memria II.19

Tabela de transies II.20

Diagrama de estados II.21

Tabela de estados II.21
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Tabela de excitao II.22

Tipos de flip-flops II.22

Circuitos sequnciais sncronos II.23

Sntese de circuitos sequnciais II.25

Resumo II.31

Actividades / Avaliao II.32

III - DISPOSITIVOS DE COMANDO E POTNCIA

Introduo III.2

Contactores III.2

Smbolos de contactores III.4

Contactores modulares III.5

Contactores disjuntores III.5

Contactores para aplicaes especficas III.5

Contactores inversores III.5

Escolha de um contactores modulares III.6

Caractersticas de contactores III.6

Disjuntores III.7

Caractersticas dos disjuntores III.10

Programadores electrnicos e temporizadores III.11

Caractersticas dos programadores III.13

Caractersticas dos temporizadores III.14

Deslastradores electrnicos III.14

Rels III.15

Rels electromagnticos III.15

Rels de induo III.16
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Rels trmicos III.16

Rels de estado slido III.17

Variadores de velocidade III.20

Variadores de velocidade para motores AC III.21

Variadores para motores DC III.22

Arrancadores estrela-tringulo III.23

Resumo III.25

Actividades / Avaliao III.26BIBLIOGRAFIA B.1
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Introduo Automao Industrial
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Introduo Automao IndustrialIEFPIEFPIEFPIEFPIEFP ISQISQISQISQISQ

Automao IndustrialAutomao IndustrialAutomao IndustrialAutomao IndustrialAutomao Industrial I . 1I . 1I . 1I . 1I . 1

OBJECTIVOS

No final desta unidade temtica, o formando dever estar apto a:

Definir o que a automao;

Enumerar os nveis de automao;

Identificar os principais componentes da automao.

TEMAS

Conceito de automao

Dispositivos de automao

Resumo

Actividades /Avaliao

INTRODUO AUTOMAO INDUSTRIAL


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Componente Cientfico-Tecnolgica



O que a automao?

Automao uma forma de controlo de um dado processo.

Ao longo de praticamente toda a histria da humanidade, a actividade deproduo foi efectuada manualmente ou com a ajuda de animais. Apenas hcerca de dois sculos foram criadas mquinas a vapor, para ajudar no fabricode bens. O controlo destas mquinas era manual e o operador humano controlavatodas as fases da operao das mquinas.

Recentemente, com o desenvolvimento dos recursos computacionais e de

controlo de sistemas, o controlo da produo passou a poder ser automatizadoe controlado por computadores ou autmatos programveis. a este ltimotipo de controlo de produo que este mdulo dedicado.

Podemos, portanto, entender automao como uma forma de controlo autnomodo processo de fabrico. Este controlo autnomo pode, no entanto, fazer intervira deciso humana para, por exemplo, parar o processo de fabrico.

Componentes e nveis de um sistema automatizado

Em qualquer sistema automatizado podemos distinguir os seguintescomponentes:

Distribuio

Mquinas ou instalao

Dispositivos de comando

Interface homem-mquina

Sistemas de aquisio de dados

Sistemas de tratamento de dados

Entende-se por distribuiotoda a rede elctrica, pneumtica, hidrulica,etc., de alimentao e fornecimento de energia

Mquinas ou instalaoso todas as mquinas ou dispositivos a controlar.Estes podem ser, por exemplo, motores elctricos.

Os dispositivos de comando asseguram as funes de comando dosdispositivos ou mquinas de um sistema automatizado. Como exemplo,apontam-se os contactores ou, ainda, os variadores de velocidade dosmotores.

Definio de automao

CONCEITO DE AUTOMAO

Componentes de um sistemaautomatizado


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Fig. I.1 Estrutura de um sistema automatizado.

Actuadores ou accionadores so dispositivos que accionam um qualquermecanismo, como, por exemplo, motores elctricos.

Por interface homem-mquina, entendem-se os dispositivos que so actuadospelo homem, por forma a comandar uma dada aco. Como exemplo destescomponentes, temos os interruptores e teclados de computador.

Para garantir o funcionamento correcto de qualquer sistema, necessria aaquisio de dados, ou seja, a medio de grandezas fsicas relevantespara o controlo do processo. Como exemplo destes sistemas, apontam-se

os sensores de leitura de temperatura, presso, fora, etc.

Nos sistemas automatizados, necessrio o tratamento de dados, isto ,mediante as leituras dos dispositivos de aquisio de dados, o sistemadever tratar a informao e reagir de acordo com as condies exteriores.So exemplos deste tipo de dispositivos os computadores e os autmatosprogramveis.

A automao que descrevemos pode, contudo, ser feita a vrios nveis. Estesnveis representam estados diferentes de aplicao de automao. Os nveisde automao so os seguintes:

Nvel 1 - Neste nvel encontram-se as mquinas e dispositivos de comando, osquais podem ser todos controlados, ou no. Trata-se do nvel mais baixo,aquele onde apenas se faz o controlo automtico da fbrica (shop-floor) edos seus equipamentos.

Nvel 2-Controlo de dispositivos. Neste nvel englobam-se os controladores,autmatos programveis e computadores de controlo, para alm dosdispositivos de comando.

Nvel 3- Gesto da produo. Esta feita atravs da informao da produorecolhida pelos dispositivos de tratamento de dados, tratamento esseefectuado por programas especializados existentes no computador de

comando.

Nveis de automao


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Nvel 4- Gesto global. Este nvel j pouco tem a ver com os componentes deautomao tal como foram definidos anteriormente. Engloba todas ascomponentes do processo de fabrico; armazns, produo, embalagem,

controlo, etc.

Na figura I.2, podem ver-se os diferentes nveis da automao.

Fig. I.2 Nveis de automao.

De realar que nem sempre existem, num dado sistema automatizado, todos

os nveis atrs referidos. O mais comum existirem apenas os dois primeiros,que so os nicos absolutamente essenciais para se dizer que a produo feita com recurso automao.

Com o avano tecnolgico, principalmente ao nvel das comunicaes e dainformtica, comeam a aparecer vrios sistemas com todos os nveis referidos.

Neste mdulo de Automao Industrial sero apenas tratados os dois primeirosnveis da automao (nvel 1 Mquinas a controlar, e nvel 2 Dispositivos decontrolo), j que so os mais comuns.

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

Nivel 4Gesto Global

Gesto da produo

Dispositivos de controlo

Controlo de umaou mais mquinas

Shop-Floor


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Os dispositivos de automao e respectivos componentes podem ser divididosem diferentes grupos, representando famlias. Estes grupos so os seguintes:

Dispositivos de comando de potncia

Actuadores



Aquisio de dados

Os diferentes tipos de componentes contidos em cada um dos grupos indicadosconstam do esquema da fig. I.3.

Este esquema no pretende ser extensivo e, portanto, enumerar todos osdispositivos existentes, apresentando-se apenas os principais. Estesdispositivos de automao sero tratados em vrias unidades separadas.

Dispositivos de automao

DISPOSITIVOS DE AUTOMAO

Fig. I.3 Dispositivos da automao e respectivos componentes

Pneumticos e hidraulicosActuadores

Elctricos

Tratamento de dadosAutmatos programveis

Redes de comunicao

Interface Homem-Mquina

Unidades de comando e sinalizao

Botoneiras

Teclados e terminais

Aquisio de dados

Sensores de fora, presso e acelerao

Sensores de posio

Sensores de presena

Sensores de viso

etc.

Dispositivos de comando e potncia

Contactores

Rels

Temporizadores

Arrancadores e variadores de velocidade

Programadores electrnicos


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Automao uma forma de controlo de um dado processo.

A automao, na sua forma mais simples, implica o controlo de um processo(industrial, laboratorial ou outro) por um circuito desenvolvido para essa aplicaoespecfica.

Atravs do desenvolvimento recente de recursos computacionais e de controlode sistemas, o controlo da produo passou a ser automatizado e controladopor computadores ou autmatos programveis.

A automao tem vrios nveis, consoante os equipamentos ou reas da fbrica

que controla. A automao pode ser introduzida numa simples mquina at fbrica, na sua globalidade.

Os componentes ou dispositivos de automao dividem-se, por seu lado, em:

Componentes de distribuio

Mquinas ou instalaes

Dispositivos de comando


Sistemas de aquisio de dados


RESUMO


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Componente Prtica



Introduo Automao Industrial

ACTIVIDADES / AVALIAO

1 - O que automao?

2 - Para cada dispositivo da automao, identifique os vrios componentesque o constituem.

3 - Indique quais os dispositivos da automao mais comuns.

4 - Quais os nveis de automao que conhece?


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Circuitos Lgicos
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Circuitos LgicosIEFPIEFPIEFPIEFPIEFP ISQISQISQISQISQ

Automao IndustrialAutomao IndustrialAutomao IndustrialAutomao IndustrialAutomao Industrial II . 1II . 1II . 1II . 1II . 1

OBJECTIVOS ESPECFICOS

No final desta unidade temtica, o formando dever estar apto a:

Definir circuitos combinatrios;

Identificar circuitos sequenciais;

Projectar circuitos lgicos.

TEMAS

Lgica boleana

Sintese de circuitos lgicos conbinatrios Circuitos sequenciais

Sintese de circuitos sequenciais

Familia de circuitos sequenciais

Familia de circuitos digitais

Resumo


CIRCUITOS LGICOS


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Lgica Booleana

Esta lgica baseia-se no sistema de numerao binrio, que tem apenas doisnmeros, 0 e 1, ou, ainda, Verdadeiro e Falso. As variveis lgicas tm,portanto, apenas dois nveis possveis. Tal como no sistema de numeraodecimal (ou em qualquer outro), sempre possvel definir funes. Vejamos umexemplo de uma funo com trs variveis (tabela II.1a) e b)).

S = f(A,B,C)

S a sada; A, B e C, as entradas.

Tabela de verdade

CIRCUITOS LGICOS

Tabela II.1 Exemplo de funo booleana.

Qualquer funo booleana pode ser expressa em termos de uma tabela que sechama tabela de verdade.

Consideremos o bloco lgico da figura II.1

a) b)

A B C S A B C S

F F V 0 0 0 1

F V F 0 0 1 0

V F F 0 1 0 0

V V V 0 1 1 1

F F V 1 0 0 1

F V V 1 0 1 1

V F F 1 1 0 0

F

F

F

F

V

V

V

V V V V 1 1 1 1


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O nmero de funes booleanas dado pela frmula seguinte:

Nmero funes = 22P

m

[Equao II.1]

P = Nmero de sadas

m = Nmero de entradas

Fig. II.1 Funo lgica com vrias entradas e sadas.

No caso da funo anterior, tnhamos trs variveis de entrada e uma de sada,logo temos 21 2

3 = 256.

No caso de funes de duas variveis, temos a tabela de verdade da pginaseguinte.

As funes mais usuais da lgica de Boole tm smbolos para as representar.Na figura II.2 pode ver-se essa simbologia. de notar que todas as funesapresentadas podem ter mais de 2 entradas (excepto a negao).

Funo lgica

Funo

Entradas Sadas

X1

X2

Xm

Y1

Y2

Yp


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Tabela II.2 - Funes possveis para duas variveis booleanas.

A 0 0 1 1

B 0 1 0 1 Funo

f0 0 0 0 0 f = 0

f1 0 0 0 1 f = AB (e - and)

f2 0 0 1 0 f = A B

f3 0 0 1 1 f = A

f4 0 1 0 0 f = B A

f5 0 1 0 1 f = B

f6 0 1 1 0 f = A B (ou exclusivo - xor)

f7 0 1 1 1 f = A+B (ou - or)

f8 1 0 0 0 f = A B+ (no ou - nor)

f9 1 0 0 1 f = A B (no ou exclusivo-exclusive nor)

f10 1 0 1 0 f = B

f11 1 0 1 1 f = B A (B implica A)

f12 1 1 0 0 f = A

f13 1 1 0 1 f = A B (A implica B)

f14 1 1 1 0 f = AB (no e - nand)

f15 1 1 1 1 f = 1


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Na lgebra de Boole temos apenas 2 operadores:

+ simboliza a unio;

. simboliza a interseco.

Os axiomas fundamentais da lgebra booleana so:

1 - As operaes + e . so fechadas em B (B representa o universo booleano).

b b B1 2, (b1+b2) B

b b B1 2, (b1.b2) B

2 - Comutatividade

b b B1 2, b1+b2 = b2+b1, b1.b2 = b2.b1

Teoremas da lgebrabooleana

NOR - Ou negadoOR - Ou

Not - NegaoAND - e

NAND - e negado NOT XOR - Ou exclusivo negado

XOR - Ou exclusivo

Fig. II.2 Smbolos das funes lgicas mais usuais.


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3 - Elementos neutros

b B0 b Bb+b0 = b b B1 b Bb1.b = b

4 - Distributividade

b b B1 2, b1+(b2.b3) = (b1+b2).(b1+b3), b1.(b2+b3) = (b1.b2)+(b1.b3)

5 - Complementao

b B

b B

b+b =b1, b.b = b0

Os teoremas fundamentais da lgebra de Boole so os seguintes:

1 - Unicidade dos elementos neutros

Isto : existe apenas um elemento neutro; representando o elementoneutro por b0, temos:

b Bb b b+ =0

2 - Idempotncia

b Bb b b+ = , b.b = b

3 - Elementos absorventes

b Bb+1=1, b.0=0

4 - Absoro

b b B1 2, b1+(b1.b2) = b1, b1.(b1+b2) = b1

5 - Dualidade

Todo o teorema ou identidade algbrica dedutvel dos axiomas e definies dalgebra de Boole permanece vlido se:

as operaes + e . e os elementos b0 e b1 forem trocados.

Teoremas da lgebrabooleana


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6 - Unicidade do complemento

O complemento de um elemento nico: no podem existir dois ou mais

complementos de um elemento.

7 - Involuo

( )b b=

8 - Leis de Morgan

a b a b+ = . a b a b. = +

9 - Associatividade

(a+b)+c = a+(b+c) (a.b).c = a.(b.c)

Para alm destes, existem mais teoremas, alguns dos quais so mostradosem seguida.

A+AB = A Equao [2.2]

A(A+B)=A Equao [2.3]

AB+AB = A Equao 2.4]

(A+B)(A+B )=A Equao [2.5]

A+AB=A+B Equao [2.6]

A(A+B)=AB Equao [2.7]

A+BC=(A+B)(A+C) Equao [2.8]

AB+AC=(A+C)(A+B) Equao [2.9]

(A+B)(A+C)=AC+AC Equao [2.10]

AB+AC+BC=AB+AC Equao [2.11]

Estes teoremas podem ser provados de diversas formas: por diagramas deVenn ou pela construo das tabelas de verdade.


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Usando os teoremas anteriores, simplifique:

K AB BAC = +

Pela propriedade comutativa, temos AB = BA, logo

K AB ABC = +

Se a varivel D = AB, temos

K D DC = +

Usando a equao 2.6, temos K = D + C; ento:

K AB C = +

Suficincia das operaes

Em lgebra de Boole, trs funes so suficientes para expressar todas as

outras:

AND, OR e NOT

No entanto, tambm as funes NOR e NAND so suficientes (a partir delaspode gerar-se todas as outras). Vamos, ento, provar as afirmaes anteriores.

A expresso AND pode ser expressa em termos de OR e NOT.

Assim, temos: AB = A B+ (aplicando as leis de Morgan).

Do lado esquerdo temos AND e do lado direito s OR e NOT.

Da mesma forma, temos que OR pode ser expresso em termos de AND e NOT.

Temos: A+B = A B. .

No caso da suficincia de NAND, temos:

AA=A A A. = Neste caso, duas entradas iguais aplicadas a uma porta NANDlevam a criar a negao (NOT).

Exemplo II.1


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(AA)(BB)=A A B B A B A B. . . .= = + Aqui, a repetio da operao NANDleva ao OR.

A suficincia de NOR pode ser provada da mesma forma.

Diagramas lgicos

Para alm da representao algbrica e por tabela de verdade das funeslgicas, existe ainda uma outra forma: por diagrama lgico. Vejamos um

exemplo: A AB AC+ + , cujo diagrama lgico mostrado na figura II.3.

Fig. II.3 Diagrama lgico de A AB AC+ + .

Formas padro das funes lgicas

As formas padro das funes lgicas so usadas para ajudar simplificaode funes lgicas. Existem dois tipos de formas padro:

Soma padro de produtos. A funo booleana expressa em termos dasoma de produtos de variveis. Por exemplo, Z ABC ABC= + . Cada umdestes termos simplificados chamado um termo mnimo.

Produto padro de somas. A funo expressa em termos de produto desomas. Como exemplo, temos Z A B A C B C= + + +( )( )( ). Estes termoschamam-se termos mximos.

Estes termos podem ser numerados: por exemplo, se tivermos o termo mnimo

ABC, a sua numerao ser 100 (1 para cada varivel e 0 para a negaoda varivel), e temos, portanto, o termo mnimo m

4.

Soma padro de produtos

A

B

AB

A

A+AB

C

AC

AC

A+AB+AC

Produto padro de somas


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O mesmo tipo de numerao pode ser aplicado aos termos mximos. As funesbooleanas podem, assim, ser representadas de duas formas:

f Fi mii

n

==

( . )02 1

(com termos mnimos) [Equao II.12]

n - nmero de variveis

f F mi ii

n

= +=

( )02 1

(com termos mximos) [Equao II.13]

O objectivo normal em automao , a partir da tabela de verdade de um sistema,procurar a sntese do circuito lgico. O mtodo mais comum para esta snteseso os mapas de Karnaugh. Estes mapas servem-se dos conceitos anterioresde termos mnimos e mximos. A figura II.4 mostra as representaes de mapasde Karnaugh para uma varivel.

Fig. II.4 Mapas de Karnaugh de uma varivel.

A figura II.5 mostra mapas para 2, 3 e 4 variveis.

Fig.II.5 Mapas de Karnaugh de duas, trs e quatro variveis.

SNTESE DE CIRCUITOS LGICOS COMBINATRIOS

Termos mnimos e mximos

Mapas de Karnaugh


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A forma de construir estes mapas para mais variveis usar um espelho paraas variveis j existentes e acrescentar, de um lado, 0 e, do outro, 1 (ver figuraII.6, que representa essa construo para um mapa de Karnaugh de 5 variveis).

Fig. II.6 Construo de mapa de Karnaugh de 5 variveis.

Simplificao de funes lgicas atravs de mapas deKarnaugh

Para simplificar funes atravs dos mapas de Karnaugh, fazem-seajuntamentos de 1 (termos mnimos) ou de 0 (termos mximos). Osajuntamentos devem sempre ter um nmero de 1 ou 0 de 2n (n pode ser 1,2, 3, ...).

Podem juntar-se dois, desde que a diferena entre eles seja de apenas 1 dgito.Por exemplo, podem juntar-se 1 (ou 0) no caso de eles estarem em 010 e110, mas no em 010 e 100, pois neste caso a diferena so dois dgitos.

Vejamos alguns exemplos desta simplificao na figura II.7.

O mesmo pode ser aplicado aos termos mximos.

No caso do primeiro exemplo, temos que, na coluna de CD, D mantm-seconstante a 1 e, em cima, podemos ver que A mantm-se constante a 0.Todas as outras variveis variam no ajuntamento. O resultado do 1. exemplo ,

portanto, AD.

Simplificao


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Fig. II.7 Exemplos de simplificao por mapas de Karnaugh.

Funes booleanas incompletamente especificadas

Pode acontecer que a funo pretendida no esteja completamente especificada,ou seja, apenas nos interessa que o circuito tenha um determinado tipo de

sada para algumas entradas; as outras no interessam. Nesse caso, teremosuma funo incompletamente especificada. A tabela II.3 mostra um exemplo:

Tabela II.3 Exemplo de funo incompletamente especificada.

A figura II.8 mostra a simplificao atravs de mapas de Karnaugh. Asimplificao , neste caso, feita de forma a conseguir-se as melhoresminimizaes possveis. Para tal, toma-se a sada X como 1 ou 0,

dependendo de qual deles proporciona uma maior simplificao.

1A 2A 0A S

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 x

1 0 0 x

1 0 1 x

1 1 0 x

1 1 1 1


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Codificadores

Na figura pode ver-se que a forma de simplificar o mximo possvel tomartodos os X por 1, mas outras situaes podem existir, designadamenteaquelas em que os X podem ser, alguns, 0 e, outros, 1.

Exemplos de circuitos combinatrios

Existem muitos tipos de circuitos combinatrios; nas pginas seguintes voser mostrados alguns destes circuitos.

Fig. II.8 Simplificao de funo incompletamente especificada.

Codificadores

Estes circuitos so circuitos com vrias entradas (n entradas) que socodificadas binariamente. A figura II.9 mostra um exemplo de codificador.

Fig. II.9 Exemplo de codificador.

CodificadorI0I1I2

I3I4I5I6

I7

A0

A1

A2

A2 A1

A0

1

0

0

X X

X X

1

S

S=A2+A1A0+A1A0


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O codificador funciona da seguinte forma: se uma das entradas for 1, a sadabinria ser a correspondente ao nmero da sada. A tabela II.4 mostra assadas e sua dependncia das entradas. Facilmente se pode ver que:

A2 = I4 + I5 + I6 + I7A1 = I2 + I3 + I6 + I7A0 = I1 + I3 + I5 + I7

Esta implementao tem um problema: como I0 nem sequer aparece nasequaes, as sadas so as mesmas, quer I0 seja 1 ou 0. Uma forma deresolver o problema colocar uma sada suplementar, a qual ser dada por:

S = I0 + I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 + I7.

Os codificadores podem ter prioridades diferentes para cada uma das entradas.

Esta situao til no caso de duas entradas serem simultneas; neste caso,apenas uma das entradas pode ser codificada.

Tabela II.4 - Exemplo de codificador.

Fig. II.10 Descodificador de 3 bits.

2A 1A 0A

0I 0 0 0

1I 0 0 1

2I 0 1 0

3I 0 1 1

4I 1 0 0

5I 1 0 1

6I 1 1 0

7I 1 1 1


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Descodificadores

Os descodificadores fazem o inverso dos codificadores, isto : dada uma entrada

codificada em binrio, temos activada a sada correspondente (normalmente a1). Na figura II.10 podemos ver um descodificador. Os descodificadores (talcomo uma boa parte dos circuitos binrios existentes) podem ter uma entradaque os liga ou desliga, isto , activa ou desactiva o circuito; esta entrada aentrada de ENABLE. Pode activar os circuitos estando a 1 ou a 0. No casode activar a 0, uma pequena bola aparece nesta entrada. A figura anteriormostra este aspecto.

A tabela II.5 mostra a tabela de verdade de um descodificador de 3 bits.

Tabela II.5 Tabela de verdade de um descodificador de 3 bits.

Multiplexers

Um multiplexer serve para encaminhar o sinal, vindo de uma de vrias entradas,para a sada. A entrada escolhida mediante o sinal binrio de outras entradas.A figura 2.3 mostra um multiplexer de 4 entradas. O nmero das entradas decontrolo o log de base 2 das entradas.

Fig. II.11 Multiplexer com 4 entradas.

Multiplexers

Descodificadores

0A 0 1 0 1 0 1 0 1

1A 0 0 1 1 0 0 1 1

2A 0 0 0 0 1 1 1 1

0I 1 0 0 0 0 0 0 0

1I 0 1 0 0 0 0 0 0

2I 0 0 1 0 0 0 0 0

3I 0 0 0 1 0 0 0 0

4I 0 0 0 0 1 0 0 0

5I 0 0 0 0 0 1 0 0

6I 0 0 0 0 0 0 1 0

7I 0 0 0 0 0 0 0 1


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Vejamos o caso de um multiplexerde 2:1 (duas entradas e uma sada). Asentradas do circuito so A e B, o controlo efectuado atravs de C, e a sada S. O circuito final um pouco diferente do dado pelo mapa de Karnaugh, pois

tem ainda uma entrada de Enable. Este multiplexer, o seu mapa de Karnaughe o circuito dele, aparecem na figura II.12.

Fig. II.12 -Multiplexer, mapa de karnaugh e circuito lgico

de notar que se podem fazer multiplexersde, por exemplo,4 entradas, custa de vrios multiplexersde 2 entradas. A figura II.13 mostra este exemplo.

Fig II.13 Multiplexer de 4 entradas construdo custa de MUXs de 2 entradas.

2:1

MUX

2:1

MUX

2:1

MUX

C0 C1

A

B

C

D

S


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Desmultiplexers

Estes circuitos fazem exactamente o inverso dos multiplexers, isto , temosuma entrada nica que encaminhada para uma de vrias sadas possveis,dependendo dos bitsde controlo. A figura II.14 mostra este circuito.

Fig. II.14 DeMUX 1:4.

Comparadores

Estes circuitos, como o seu prprio nome indica, comparam entradas, porforma a determinar qual a maior, dando sadas diferentes consoante a entradaA maior, igual ou inferior sada B. Na figura II.15 aparece um comparador

simples. Tem duas entradas, cada uma delas de apenas um bit, e duas sadas(pois existem trs possibilidades de sadas A>B, A=B e A


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Fig. II.16 Comparador bsico e aplicao construo de comparador de 2 bits.

Conversores de cdigo

Um conversor de cdigo um circuito que converte um cdigo noutro cdigo.Por exemplo, pode-se ter um conversor que converta cdigo BCD para umoutro cdigo. Um outro exemplo o dado pela tabela II.6.

Tabela II.6 Exemplo de tabela de verdade de um conversor de cdigos.

Comparador

A

B

X0

X1

X0

X1

X2

X2

Comparador bsico de 1 bit

A1

B1

X0="0"X1="1"X2="0"

A0

B0X0

X1X2

Comparador de dois bits

Conversores de cdigo

1ogidC 2ogidC

2A 1A 0A 2B 1B 0B

0 0 0 0 0 0

0 0 1 0 0 1

0 1 0 0 1 1

0 1 1 0 1 0

1 0 0 1 1 0

1 0 1 1 1 1

1 1 0 1 0 1

1 1 1 1 0 0


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Somadores

Estes circuitos permitem construir, com eles, somadores de dois nmerosbinrios. O circuito mais simples deste gnero o semi-somador.

O semi-somador tem duas entradas, A e B(cada uma delas de 1 bit), e duassadas, a soma Se o carryC. A figura II.17 mostra um semi-somador.

Fig. II.17 Semi-somador.

Um somador completo um somador que tem, alm das entradas A e B, umaentrada C

in(carry in). A sua tabela de verdade pode ser vista na tabela II.7

A figura II.18 mostra um somador completo e o seu mapa de Karnaugh.

Com blocos de somadores podem fazer-se somas mais complexas; a figuraII.19 mostra a construo de um somador de 4 bits, a partir de 4 somadorescompletos de um bit.

Tabela II.7 - Tabela de verdade de somador com Cin

(Carry in).

Somadores

Ai 0 1 0 1 0 1 0 1

Bi0 0 1 1 0 0 1 1

Ci-10 0 0 0 1 1 1 1

Si0 1 1 0 1 0 0 1

Ci 0 0 0 1 0 1 1 1


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Fig. II.18 Somador completo.

Fig. II.19 Mapa de Karnaugh da sada B2 do transcodificador.

Os circuitos sequenciais so circuitos em que a sada depende das entradas eda memria anterior do circuito.

Elementos de memria

Como foi referido anteriormente, os circuitos sequenciais tm memria. Vejamosalgumas formas de, atravs de circuitos lgicos, criar memrias.

A forma mais simples de criar uma memria o circuito da figura II.20. Este constitudo por duas portas inversoras, ligadas de forma a que a sada de umaseja a entrada de outra.

A2 A1

0

B2

0 0

0 0

1 1

1 1

CIRCUITOS SEQUENCIAIS


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Fig.II.20 Latch com portas inversoras.

A forma como este circuito armazena um bitde memria a seguinte: aoforar Q a ser um determinado valor, a porta inversora 2 inverte este valor (passa

a ser Q), que de novo invertido sada da porta 1, pelo que o seu valor inicialse mantm. A este circuito chama-se Latchou, ainda, Flip-Flop.

Com vrios destes circuitos podem armazenar-se vrios bits. Este tipo de circuitono usado, em vez dele usam-se outros; um exemplo o Flip-Floptipo SR.A figura II.21 mostra este Flip-Flop.

Fig. II.21 Flip-Flops tipo RS eR S

Pode ver-se que o Flip-FlopSR pode ser construdo de vrias formas diferentes.O funcionamento deste tipo de circuitos pode ser descrito por diferentes tabelase diagramas.

2

1

1

2

Flip-Flop


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Tabela de transies

A tabela de transies do Flip-Flop S R a seguinte:

Tab. II.7 - Tabela de transio de FF S R

Este tipo de tabelas tem as entradas (neste caso S R) e a sada Qt+1, queser funo do estado anterior do circuito. O ndice t+1 representa o estadofuturo, e o ndice t o estado actual.

A combinao de entrada 00no d uma sada estvel, razo pela qual, nesteFlip-Flop, no se pode usar.

Diagrama de estados

Este diagrama para o Flip-Flop S R mostrado na figura II.22.

Existem apenas dois estados Q=0 e Q=1, representados por A e B. Estediagrama mostra como, a partir de uma dada entrada, o circuito muda de estado.Por exemplo, se o circuito estiver no estado A (Q=0), se a entrada for S= 0 eR = 1, a sada Q passar para o estado B (Q=1).

Fig. II.22 Diagrama de estados do Flip-FlopS R

.

01

10

10

11

1101

A

(Q=0)

B

(Q=1)

Tabela de transies

Diagrama de estados

RS 1+tQ

00 -

10 1

01 0

11 tQ


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Tabela de estados

Esta tabela mostra as transies de estados, em funo das entradas. A tabelaII.8 ilustra este aspecto.

Tabela II.8 - Tabela de estados de Flip-flop S R

Tabela de excitao

Esta tabela tem a informao da mudana de Qt, em funo da entrada S R. Atabela II.9 mostra a tabela de excitao do Flip-Flop S R .

Tab. II.9 - Tabela de excitaes doFF S R

Tipos de Flip-Flops

Existem mais FF alm dos j referenciados anteriormente. Vejamos mais algunsexemplos.

Flip-floptipo JK

A tabela de transies de um Flip-Floptipo JK mostrada na tabela II.10.

Tabela II.10 - Tabela de transies de FF tipo JK.

Tabela de excitao

Qt->Qt+1 SR

0->0 10

0->1 011->0 10

1->1 01

JK Qt+100 Qt

01 0

10 1

11 Qt

Qt+1

Qt

Tabela de estados

00 10 01 11

A - B A A

B - B A B


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Flip-Floptipo D

A tabela II.11 mostra a tabela de transies do Flip-Floptipo D.

Este tipo de Flip-Floptem apenas uma entrada D. O Flip-FlopDpode, facilmente,ser construdo a partir do Flip-FlopSR; a figura II.23 mostra esta construo.

Tabela II.11 - Tabela de transio do FF tipo D.

Fig. II.23 Construo de Flip-Flop tipo D, a partir de FF SR.

Flip-Floptipo T

Este tipo de Flip-Floptem uma tabela de transies inversa do Flip-FlopD; atabela II.12 mostra isso. O Flip-FlopT tem, tal como o D, apenas uma entrada.

Tabela II.12 - Tabela de transies de FF tipo T.

Circuitos sequenciais sncronos

Todos os circuitos at agora discutidos so circuitos sem relgio. Os circuitossequenciais podem, no entanto, ter um relgio. Por relgio entende-se umaentrada que tem uma onda quadrada. Esta onda sincroniza todas as operaesdos circuitos.

T Qt + 1

0 1

1 0

D Qt + 1

0 0

1 1

Circuitos sequenciaissonoros


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Por exemplo, no caso de um Flip-Floptipo Dmostrado na figura II.24, umaalterao da entrada Dapenas se reflecte na sada, na subida de 0 para 1 daonda de relgio (em ingls clock).

O Flip-FlopD sncrono funciona da seguinte forma: quando a entrada D varia edepois a onda do relgio sobe, ento a sada do Flip-Flopvaria ao mesmotempo que o clocksobe a 1. Alguns circuitos sequenciais mudam o estadocom a transio de clockde 1 para 0. A representao do Flip-Flopsncronoaparece na figura II.25.

Fig II.24 - Flip-Flop tipo D sncrono e forma de onda de clock

Fig II.25 - Representao de um Flip-Flop tipo D sncrono.

D Q

QCLKRelgio


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Os Flip-Flops podem ainda ter outras entradas, para alm das entradas normaise do sinal de clock. Estas so as entradas de Clear. Esta entrada coloca asada Q a 0 e a entrada Set. Esta coloca a sada Q a 1.

Estas entradas podem ser sncronas ou assncronas (neste caso, ao seremactuadas, a sada reflecte imediatamente a sua aco). A figura II.26 mostraum Flip-Flopcom sete clear.

Neste caso particular pode ver-se que tanto o set como o clearso activos a 0(pois a sua entrada tem uma bola).

Estas entradas servem para se variar o valor da sada Q no estado inicial ou,ainda, quando for necessria uma mudana rpida (se clear e set foremassncronos) do estado da sada.

Fig. II.26 Flip-Flop com set e clear.

Neste ponto ser explicada uma das formas de sntese de circuitos sequenciais.Muito desta sntese tem a ver com os mapas de Karnaugh e a j explicadasntese de circuitos combinatrios.

A forma mais fcil de compreender como projectar um circuito sequencial atravs de exemplos; vejamos, ento, um deles.

SNTESE DE CIRCUITOS SEQUENCIAIS

D Q

QCLKRelgio

set

clear


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Pretende-se fazer um circuito que detecte sequenciais de bits. A sequnciaque deve ser detectada x= 1001 (x a entrada do sistema). Para estasequncia o circuito deve dar uma sada y = 1.

Resoluo:

Para resolver este problema deve-se usar a sequncia de operaes seguintes:

1) Fazer o diagrama de estados do detector de sequncias (mostrado na figuraII.27).

Fig. II.27 Diagrama e estados do detector de sequncias 1001.

O diagrama de estados feito da seguinte forma:

Define-se primeiro um estado inicial, neste caso chamado A, e a partir da,vamos ver o que acontece se a entrada x varia.

Para x=0 no se detecta o princpio da sequncia (1001), logo temos de regressarao estado inicial A e com a sada y=0, pois no se detectou a sequnciacompleta. Para x=1 detecta-se o primeiro dgito da sequncia, pelo que temosde mudar de estrada, passando ao estado B com sada y=0 .

Em B com x=0, detecta-se o segundo dgito da sequncia, pelo que se passapara o estado C e, novamente, y=0. Se em B x=1 ento volta-se ao estado B,pois como se detectasse o primeiro 1 da sequncia (e sada y=0).

0/0x/y->

1/0

1/0

0/01/0

0/0

0/0

1/1

A B

C

Estadoinicial

D

Exemplo II.2


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Em C com x=0, passa-se para D, pois detecta-se o terceiro dgito da sequncia(sada y=0). Se em C x=1 volta-se a B, pois o mesmo que se detectasse oprimeiro dgito da sequncia.

Finalmente, em D, se x=0, anula-se toda a sequncia anterior (fica x=1 000) evolta-se ao estado A com sada y=0. No caso de x=1, ento detectou-se asequncia e y=1; vai-se para o estado A, recomeando a detectar-se 1 001.

Pode ser introduzida uma pequena alterao a este diagrama de estados se,por exemplo, em vez de a deteco ser 1 001 e depois tudo recomear, osegundo 1 servir j para detectar o primeiro 1 da sequncia. Neste caso,apareceria no diagrama de sequncias uma seta entre D e B para x=0 e comsada y=1.

2) A partir do diagrama de estados podemos, agora, fazer a tabela de estadose sadas. Esta tabela representa o digrama de estados, em forma de tabela, e a transcrio directa do diagrama de estados.

Tab. II.13 - Tabela de estados e sadas do exemplo anterior.

3) Escolhe-se o tipo de Flip-Flops, por exemplo JK; como temos 4 estados,so necessrios 2 Flip-Flops (poderamos escolher qualquer outro tipo deFlip-Flop).

4) Atribuio de estados aos Flip-Flops. Temos 4 estados neste detector desequncias e vamos atribuir, a cada estado, um valor das sadas dos doisFlip-Flops.

A partir desta tabela, substitui-se os valores da tabela de transies e sadaspelos valores atribudos a cada um dos estados A, B, C e D.

Tab. II.14 - Tabela de sadas com estados atribudo

X = 0 X = 1

A A, 0 B, 0

B C, 0 B, 0

C D, 0 B, 0

D A, 0 B, 1

yt X = 0 X = 1 xt

01 0 0

10 0 0

11 0 0

00 0 1

(Q1Q0)t


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Cria-se, assim, a tabela de transies e a tabela de sadas.

Tab. II.15 - Atribuio de estados ao exemplo.

5) Acha-se a equao da sada.

Atravs da tabela de sadas (de notar que esta foi construda da mesma formaque um mapa de Karnaugh) pode ver-se que:

Tab. II.16 - Tabela de transies com estados atribudos.

6) Acha-se as equaes das entradas.

Para fazer o circuito correspondente, temos ainda de saber como se relacionamas entradas dos dois Flip-Flops com x e com as sadas (Q1Q0)t.

Para isso, temos de ter em ateno a tabela de excitaes dos FF tipo JK. Asbarras na coluna JK significam que no importa ser 1 ou 0.

Tab. II.17 - Tabela de excitaes FF JK.

Qt->Qt+1 JK

0 -> 0 0/

0 -> 1 1/

1 -> 0 /1

1 -> 1 /0

Q1Q010 A

10 B

11 C

00 D

(Q1Q0)t+1 0 1 xt

01 01 10

10 11 10

11 00 10

00 01 01

(Q1Q0)t

y x Q Q= . .1 0


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A figura II.28 mostra os mapas de Karnaugh necessrios construo dasequaes das entradas.

Neste caso temos 3 variveis como entradas (embora duas dessas entradassejam sadas de FF). Estas entradas so Q

1, Q

0e x. A forma de construir estes

mapas a seguinte:

Olhando para a tabela de transio, v-se a variao de Q1

para Q1 t+1

; comesta variao v-se, na tabela de excitaes do Flip-FlopJK, qual o valor queas entradas J

1e K

1para colocar Q

1 t+1no valor pretendido. O mesmo se faz para

J0 e K0.

Fig. II.28 Mapas de Karnaugh para achar equaes das entradas.

Quando Q1Q

0esto no estado 00 e a entrada xpassa a 1, vemos, pela tabela

de transies, que Q1Q

0passam ao estado 10 (B). Q

1passa de 0 para 1;

aplicando a tabela de excitaes do FF JK, v-se que, para o FF passar de 0para 1, necessita que a entrada J1 seja 0 e que K1 seja /.

A figura II.29 mostra o circuito resultante.

Fig. II.29 Circuito do detector de sequncias 1001.

Exemplo II.3


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Ut.02

M.T.0

2




As equaes resultantes so:

J x0

=

K x Q0 1= +J xQ

1 0=

K xQ1 0

=

Qualquer circuito sequencial pode ser projectado desta forma.

Famlias de circuitos digitais

Para a construo de circuitos digitais, existem diversos componentes padro.Estes componentes padro (circuitos integrados de diversos tipos) podem serconstrudos com diferentes tecnologias. As tecnologias mais comuns destesintegrados so as seg

TTL

Esta tecnologia tem a vantagem de poder ter um clockde frequncia elevada,mas tem um consumo de energia maior que outros tipos de tecnologia (CMOS).Tem, ainda, a vantagem de ter um fan-out(capacidade de fazer o drivedeoutros circuitos TTL) grande, permitindo, portanto, ligar a sada a bastantescircuitos TTL. So bastante baratos.

CMOS

Neste caso, a frequncia de clockque se pode ter um pouco mais lenta queem TTL, mas o consumo bastante inferior. Existe uma variante chamada

HCMOS, na qual a velocidade comparvel, se no mesmo superior, maisrpida TTL, mas custa de um consumo um pouco maior (mesmo assiminferior ao da TTL). O fan-outno to bom como o TTL. So tambm igualmentebaratos.

ECL

Das trs, esta a tecnologia mais rpida. O consumo , no entanto, muitosuperior ao das outras duas. Esta tecnologia principalmente usada emsupercomputadores.

O fan-out o mais baixo dos trs e, alm disso, a compatibilidade com circuitosexistentes a mais baixa dos trs. A tabela seguinte resume as vantagens de

cada uma das famlias de dispositivos lgicos.

Tabela II.18 - Vantagens e desvantagens das principais famlias lgicas.

Para automao, as mais usadas so TAL (e suas variantes) e CMOS (e suasvariantes).

Familia Consumo Compatibilidade Fan Out Velocidade Preo

TTL > >> >> > >

CMOS < > > < > < < >> >

RESUMO


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Ut.02

M.T.0

2

Componente Prtica



Qualquer circuito lgico pode ser construdo a partir de 3 operaes bsicas:

- .(e)

- + (ou)

- (negao)

Existem dois tipos de circuitos lgicos:

- Circuitos combinatrios

- Circuitos sequenciais

Os circuitos combinatrios tm uma sada que apenas depende do estadoactual das entradas.

Os circuitos sequenciais do uma sada que, alm de depender do estadoactual das entradas, depende tambm do estado da memria do circuito.

A integrao de circuitos lgicos feita a partir de mapas de Karnaugh.

As famlias de circuitos lgicos mais comuns so as seguintes:

- TTL

- CMOS

- ECL

Todos estes circuitos lgicos, bem como a sua constituio e sntese, seroabordados nesta unidade de uma forma mais completa e detalha

RESUMO


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Ut.02

M.T.0

2

Componente Prtica



ACTIVIDADES / AVALIAO

0

15

30

45

0

0

000

0

0 0

1

1 1

1 1

1

1

1

A B

000 001001 011

010 010

011 111

100 101

101 110

110 100

111 000

1 - Prove, por lgica booleana, que A+AB = A usando, para isso, as tabelas deverdade.

2 - Prove, atravs de diagramas de Venn, que A+AB = A.

3 - Usando os teoremas anteriores, simplifique: K AB BAC = +

4 - Usando as equaes da lgica booleana, simplifique a expresso A A B( )+ .

5 - Simplifique, atravs de termos mximos, o mapa de Karnaugh da figuraII.30

Fig. II.30 Exerccio de simplificao.

6 - Desenhe o circuito lgico do exerccio anterior com componentes existentesda famlia CMOS e monte o circuito, como trabalho prtico.

7 - Projecte um conversor de cdigos que passe do cdigo A para o cdigo B emonte-o como trabalho prtico.

8 - Execute o projecto de um contador at 8, feito comFlip-Flops tipo D. Monte-o,

como trabalho prtico.


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M.T.0

2Ut.01



Dispositivos de Comando e Potncia
http://showbookmarks/http://showbookmarks/http://showthumbs/


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Ut.03

M.T.0

2

Dispositivos de Comando e PotnciaIEFPIEFPIEFPIEFPIEFP ISQISQISQISQISQ

Automao IndustrialAutomao IndustrialAutomao IndustrialAutomao IndustrialAutomao Industrial III . 1III . 1III . 1III . 1III . 1

OBJECTIVOS

No final desta unidade temtica, o formando dever ser capaz de:

Identificar o que so dispositivos de comando e potncia;

Enumerar e identificar os tipos mais comuns destes dispositivos;

Interpretar esquemas de aplicao desses dispositivos.

TEMAS

Contactores

Disjuntores

Programadores electrnicos e temporizadores

Deslastradores electrnicos

Rels

Variadores de velocidades

Arrancadores estrela - tringulo

Resumo


DISPOSITIVOS DE COMANDO E POTNCIA


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CONTACTORES

Por dispositivos de comando e potncia entende-se como sendo aquelesdispositivos de automao mais comuns, como por exemplo: contactores, rels,variadores de velocidade, etc.

Estes dispositivos servem no s para realizar a proteco elctrica mas,tambm, para o comando directo de motores e actuadores. Os dispositivos decomando e potncia a serem estudados nesta unidade so os seguintes:

Contactores

Rels

Disjuntores

Programadores e temporizadores

Deslastradores electrnicos

Variadores de velocidade

Arrancadores

Chama-se contactor a um interruptor comandado distncia por meio de umelectroman. A figura III.1 mostra exemplos de contactores.

A figura III.2 mostra detalhes dos contactores. Um contactor tem dois tipos decontactos:

Contactos principais

Contactos auxiliares

INTRODUO

Contactores


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Fig. III.1 Exemplo de contactores

Fig III.2 Vista interior de um contactor


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Os contactos principais servem para realizar o fecho ou abertura do circuitoprincipal (circuito de potncia).

Os contactos auxiliares servem para o comando do contactor, isto atravs dabobina do contactor, ou para sinalizao.

O fecho (ou abertura, ou ambos) de um contactor pode ser temporizado. Ocircuito electromagntico de comando pode ser de corrente alternada ou decorrente contnua, sendo, no entanto, mais comuns os de corrente alternada.

Existe, nos contactores, a chamada Espira de sombra, que tem a funo decriar um contra-fluxo nos momentos em que a corrente da rede nula, de formaa minimizar a vibrao mecnica produzida pelos 50Hz da rede elctrica.

Os contactores podem ter um sistema de sopro. Este sistema destina-se areduzir e extinguir o arco elctrico que se forma no momento da separaomecnica dos contactos principais do contactor. O sistema de sopro pode serdos seguintes tipos:

Sopro de ar comprimido

Sopro magntico

Smbolos de contactores

A figura III.3 mostra diversos tipos de contactores. Na figura, A1 e A2so ospinos da bobina de comando. Os contactos do contactor podem ser NA(normalmente abertos, por ex: 1 e 2 do esquema da esquerda) ou NF(normalmente fechados, ex: R1 e R2do 2 esquema).

Fig III.3 Simbologia de diferentes contactores

Os contactores podem ser Bi, Tri ou ainda Tetrapolares. Existem vrios tiposde contactores, cada qual com a sua gama especfica de aplicaes:

Espira de sombra

Tipos de sistema de sopro


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Contactores modulares Contactores disjuntores

Contactores para aplicaes especficas Contactores inversores

Contactores modulares

So contactores simples, que tm apenas o circuito de comando e vrioscontactos principais (podem ainda ter contactos de sinalizao). No tmproteces.

Contactores disjuntores

Este tipo de contactores integra vrias funes bsicas, que normalmenteexistem em vrios blocos. Estas funes so, para alm do contactor em si, aproteco contra curto-circuitos e (ou) sobrecarga atravs de um rel trmico ede fusveis.

Contactores para aplicaes especficas

Os contactores deste tipo so utilizados para aplicaes muito restritas,normalmente, quando a corrente a controlar (no circuito de potncia) da ordemdas centenas de Amperes, ou quando o n. de ciclos de manobras muito

elevado.

Contactores inversores

Estes podem ser uma subclasse de qualquer dos contactores citadosanteriormente. Os contactores inversores so usados para inverter o sentidode rotao dos motores trifsicos. Para tal, trocam duas das fases. Estestipos de contactores no so exclusivos entre si, isto , pode existir numcontactor uma mistura dos tipos acima referidos, como por exemplo Contactordisjuntor inversor. Na figura III.4, podem ver-se esquemas de contactoresdisjuntores. Qualquer dos contactores est protegido contra intensidade mxima

e sobrecorrente (parte trmica).

Tipos de contactores


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Fig. III.4 Esquemas de contactores disjuntores

Escolha de um contactor para uma dada aplicao

Existem diversas formas de escolher um contactor. Para se escolher umcontactor deve-se ter em conta todas as caractersticas que se pretendempara esse mesmo contactor, numa ptica do circuito a comandar.

Existem nos catlogos de fabricante diversos quadros que jogam com ascaractersticas do circuito a controlar e recomendam um dado contactor. Estesquadros podem ser apresentados em funo da potncia e da tenso do circuitoa controlar, ou em funo da vida mecnica ou elctrica, ou outro tipo decaractersticas, podendo ainda existir recomendaes para diferentes tipos deemprego.

Caractersticas de Contactores

Os fabricantes deste tipo de equipamento fornecem, normalmente, catlogos(mais ou menos detalhados) que, sob a forma de tabela, apresentam uma srie

de caractersticas. Apresentam-se aqui algumas dessas caractersticas.

Temperatura ambiente- a gama de temperatura qual o dispositivo podefuncionar devidamente.

Inclinao mxima- Inclinao mxima, em relao posio de montagem(posio vertical).

Tenso de emprego (Ue) - Valor da tenso que, combinado com a corrente deemprego, determina o emprego do dispositivo. Nos circuitos trifsicos, esta igual tenso ente as fases. Esta tenso , no mximo, igual tenso deisolamento (Ui).


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Tenso de isolamento (Ui) - a tenso de isolamento entre os contactos.

Corrente de emprego (Ie) - definida segundo a tenso de emprego, acategoria de emprego e a temperatura do ambiente em redor do dispositivo.

Corrente temporria admissvel- Corrente que o contactor pode aguentar, comos contactos fechados (aps ter estado em repouso), durante um tempo limitado,sem aquecer perigosamente.

Corrente trmica mxima (It) - corrente que um contactor, em posio fechada,pode aguentar durante um tempo de 8 horas, sem que o seu aquecimentoultrapasse os limites prescritos pelas normas.

Tenso nominal de comando- Tenso de comando do contactor.

Potncia nominal de emprego- Esta a potncia de um motor, que o contactorpode comandar tenso nominal. Pode ser expressa em KW, CV ou Hp.

Poder de corte- Valor eficaz da corrente que o contactor pode cortar.

Poder de fecho- Valor eficaz da corrente que o contactor pode estabelecer.

Impedncia dos plos- a impedncia resistiva e indutiva, desde os bornes deentrada aos de sada.

Durao de vida elctrica- Nmero mdio de manobras, em carga, que os

contactos so capazes de efectuar.

Durao de vida mecnica- Nmero mdio de manobras que os contactosconseguem efectuar em vazio.

O disjuntor um aparelho destinado a estabelecer e interromper um circuito,

tanto em condies normais como em condies anormais (como, por exemplo,no caso de um curto-circuito). Tem, basicamente, duas posies defuncionamento, nas quais pode permanecer na ausncia de aces externas.Estas posies correspondem a: Disjuntor abertoe Disjuntor fechado.

Os disjuntores so, portanto, aparelhos de proteco dos circuitos de potncia.Na figura III.5 mostrado o interior de um disjuntor.

DISJUNTORES


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Fig. III.5 - Interior de um disjuntor

1 - Rels trmico e magntico 5 - Contactos mveis2 - Eixo de soltura 6 - Contactos fixos

3 - Alavanca de comando 7 - Cmaras desionizantes4 - Mecanismo de comando 8 - Caixa isolante

A proteco pode ser de duas formas:

Magntica

Trmica

A proteco magntica utilizada para curto-circuitos e actua muito rapidamente.Funciona da seguinte forma: ao passar uma corrente muito intensa, por umabobina inserida no circuito do disjuntor, esta abre um contacto mvel que, por

sua vez, interrompe o circuito. O circuito ter, depois, de ser restabelecidomanualmente ou por comando remoto do disjuntor.

A proteco trmica usada no caso de sobrecargas. Esta proteco feitaatravs de uma lmina bimetlica, que tem a particularidade de, ao aquecer, sedeformar. Esta deformao leva ao afastamento dos contactos, abrindo, assim,o circuito. S depois de a lmina arrefecer que se pode restabelecermanualmente o circuito (ou, nalguns casos, por comando remoto).

normal encontrar as duas formas de proteco, simultaneamente, numdisjuntor. A figura III.6 mostra um disjuntor com estas caractersticas.


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Fig. III.6 Disjuntores magneto-trmicos

Os disjuntores para tenses e potncias elevadas tm, geralmente, algumaforma de extino do arco elctrico. Os disjuntores tm, normalmente, doisbotes:

I - Boto de accionamento do disjuntor

O - Boto de disparo manual

Relativamente tenso, os disjuntores podem classificar-se em:

Disjuntores de baixa tenso (cerca de 500V AC e 250V DC) Disjuntores de mdia tenso (at cerca de 30KV) Disjuntores de alta tenso

Os disjuntores de baixa tenso tm como meio de extino do arco,normalmente, cmaras desionizantes, que so, geralmente, de um de trstipos:

Corrente nominal at cerca de 1 000A (de corte de 30KA) Corrente de corte at 100KA (normalmente tm fusveis associados) DC para correntes > 1 000A (so, normalmente, unipolares, de

desionizao magntica)

Os disjuntores de mdia tenso so, normalmente, do tipo de desionizaomagntica.

Para alta tenso, usam-se os disjuntores de volume de leo reduzido, de arcomprimido ou, ainda, de hexafluoreto de enxofre.

Tipos de disjuntores


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O que nos interessa neste caso , particularmente, os disjuntores de baixatenso.

A figura III.7 mostra os esquemas de disjuntores

Fig. III.7 Esquemas de disjuntores

Da esquerda para a direita, e para baixo, temos:

Dois disjuntores de proteco contra sobrecorrentes (parte trmica) ecorrente mxima.

Dois disjuntores com proteco de tenso mnima. Disjuntor com proteco contra sobrecorrente e corrente mxima, e com

rearme.

Disjuntor de sobre-intensidade.

Caractersticas dos disjuntores

Para alm das caractersticas j referidas anteriormente para os contactores,os disjuntores tm algumas mais.

Corrente trmica convencional consignada it-Corrente qual o contactor dispara,

por efeito trmico.

Tempo total de corte a Icc mximo -Tempo que o contactor leva a abrir acorrente com corrente mxima.

Curva de disparo -Esta curva mostra o tempo de disparo, em funo da correnteaplicada ao disjuntor (ver figura III.8).


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Fig. III.8 Curva de disparo de um disjuntor

Um programador serve para programar uma dada aco; pode ter ligado a ele

sensores, por exemplo, de temperatura, ou crepusculares. Os programadorespodem tambm ser temporizados, mecnicos ou electrnicos. Quando somais complicados, temos um programador electrnico. Este permite uma maiorflexibilidade da programao.

Os programadores podem ter associados a eles diversos tipos de sensores detemperatura, iluminao ou outros, permitindo, assim, alargar o mbito dasaplicaes destes programadores. Por exemplo, podem ter interruptorescrepusculares (que um detector de luminosidade associado a um interruptor),podendo, assim, parar a iluminao, mal nasa o dia. Estes sensores so,normalmente, externos ao programador.

Podem ter s uma via (possibilidade de controlar apenas um circuito) ou vrias

vias (1, 2 ou 4). A figura III.9 mostra programadores electrnicos e seusesquemas.

O programador da esquerda tem duas vias (esquema de cima e da esquerda )e o outro tem 4 vias (esquema da direita).

O esquema de baixo, do lado esquerdo, representa um programador de umavia que permite a programao de temperaturas. O sensor de temperatura estligado entre pinos 9 e 10.

O esquema de baixo, da direita, o de um programador com sensor crepuscular(de luz).

PROGRAMADORES ELECTRNICOS E TEMPORIZADORES

Programadores e

temporizadores


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Um temporizador , como o seu prprio nome o indica, um dispositivo quepermite a temporizao de uma dada aco. Estes temporizadores permitem,normalmente, programar o nmero de horas de funcionamento de um dadocircuito bem como as de no-funcionamento, podendo ter a possibilidade deter em conta os diversos dias da semana, e mesmo feriados.

A figura III.10 mostra temporizadores e os seus esquemas de utilizao.

a) b)

Fig III.10 Temporizadores e respectivos esquemas


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Na figura III.10 pode ainda ver-se os esquemas de utilizao dos doistemporizadores.

Por sua vez, na figura III.11, podem ver-se os diagramas temporais para cadaum destes temporizadores. Ao temporizador da esquerda, a), diz respeito odiagrama temporal de cima.

O seu funcionamento o seguinte:

- Diagrama temporal de cima, Fig III.11 a), temporizador ao repouso - A redeR deve estar ligada. O fecho do interruptor K d inicio temporizao, t,acendendo o LED V. Depois de decorrido o tempo t, a carga C colocada sobtenso, at abertura do interruptor K ou ao desaparecimento de tenso darede R.

- Diagrama temporal de baixo, Fig III.11 b), temporizador ao trabalho - A redeR deve estar ligada. O fecho prvio de K coloca sob tenso a carga C. Aabertura de K d incio temporizao e acende o LED V. Aps o tempo t, acarga desligada da tenso e o LED V apaga-se. A carga fica desligada datenso at um novo fecho de K.

Fig III.11 Diagramas temporais de temporizadores

Caractersticas dos programadores

Nmero de vias -Nmero de circuitos a controlar pelo programador.

Tipo de sensor -Podem ser de vrios tipos: temperatura, luminosidade, etc..

Distncia mxima do sensor - Distncia mxima qual se pode colocar o

sensor.


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Temporizao - Tipo de temporizao, no caso de o programador sertemporizado.

Preciso - Preciso temporal, no caso de o programador ser temporizado.

Caractersticas dos temporizadores

Gama de temporizao - a gama de tempos em que o temporizador podeser programado.

Preciso de regulao - a preciso do temporizador, em relao ao final deescala.

Estes dispositivos asseguram o controlo da intensidade total absorvida e cortamcircuitos no-prioritrios, no caso de essa intensidade ser ultrapassada. Osdeslastradores tm um sensor de corrente que lhes permite saber se a correntemxima , ou no, ultrapassada.

Existem vrios tipos de deslastradores:

- Hierarquizado (1, 2 ou 3 vias)

Em caso de ultrapassada a corrente permitida, primeiro actua 1 via, depois 2 e,finalmente, as 3.

- Prioridade rotativa (3 vias)

Neste caso, a prioridade da deslastragem alterada num dado perodo detempo. As vias actuam alternadamente e cada receptor funciona 1/3 ou 2/3 dotempo. A figura III.12 mostra um exemplo de deslastradores mais sensor, e oesquema do deslastrador.

Fig. III.12 Deslastradores electrnicos

Tipos de deslastradores

DESLASTRADORES ELECTRNICOS


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Este dispositivo serve para o controlo de um circuito por outro e funciona deuma forma idntica aos contactores. Existem vrios tipos de rels, podendoestes classificar-se com base em:

Princpio de funcionamento

Electromagnticos

Induo

Trmicos

Estado slido

Grandeza qual so sensveis

Amperimtricos

Voltimtricos

Watimtricos, etc.

Tipo de interveno

Instantnea

Atraso

Funo

Proteco Medida

Controlo

Rels electromagnticos

Estes tipos de rels so sensveis a uma s grandeza, normalmente, a correnteque atravessa o circuito de comando. Funcionam da mesma forma que oscontactores, isto , tm uma bobina que est montada num electroman. Se a

corrente for excessiva, atrai uma pea que, por sua vez, actua sobre os contactos.

RELS

Tipos de rels


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A figura III.13 mostra o funcionamento dos rels electromagnticos.

Fig III.13 Princpio de funcionamento dos rels electromagnticos

Rels de induo

Estes funcionam de forma parecida aos motores de induo e, tal como estes,fazem girar, neste caso, um disco, com uma fora que dada pela multiplicaodas correntes dos dois enrolamentos (que esto desfasados de 90espacialmente) e do seno do desfasamento entre essas correntes. A figuraIII.14 apresenta o funcionamento deste tipo de rels.

Fig III.14 Princpio de funcionamento dos rels de induo

Rels trmicos

So sensveis a uma variao de temperatura. A sensibilidade conseguidaatravs de uma liga bimetlica, que se deforma com a temperatura. Esta peatem dois metais de coeficientes de dilatao diferentes. Assim, a correnteatravessa a pea que, por efeito de Joule, aquece. Como um dos metais dilata


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mais que o outro, a pea dobra e ao dobrar desliga (ou liga) alguns contactos.A figura III.15 mostra a lmina que faz funcionar este tipo de rels.

Fig III.15 Princpio de funcionamento dos rels trmicos

a - Lmina bimetlica simples

b - Lmina bimetlica em espiral

Rels de estado slido

Estes rels so os mais recentes e devem-se ao avano da electrnica. Sorels que no tm nenhuma pea mvel. Funcionam da seguinte forma: do ladodo circuito de controlo existe um foto-diodo. Quando dado ao rel o sinal de

controlo, passa corrente pelo foto-diodo, que emite luz. Do outro lado existeum foto-transstor (ou foto-triac, no caso de AC), o qual fica num estado deconduo. Este foto-transstor (ou triac) est ligado a um circuito que liga, porsua vez, a parte de potncia do rel (por transstor, no caso de rel DC, e porTriac, no caso de AC). A figura III.16 mostra os esquemas possveis para estetipo de rel.

Fig. III.16 Esquemas de rels de estado slido


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Os rels tm variadas aplicaes. Podem ser usados como controlo de outroscircuitos, como proteco (normalmente trmica) e, ainda, como rels de medidae controlo. A figura III.17 mostra o formato de diversos tipos de rels.

Fig. III.17 Esquemas de rels

Do lado esquerdo da Fig. III.17 est o esquema de um rel de encravamento.Do lado direito da figura est um rel de circuito impresso.

A forma deste rels pode ser bastante variada. A figura III.18 mostra algumasdessas formas, nomeadamente, a de um rel de encravamento (rel da esquerda)e de um rel de circuito impresso.

a) Rel de encravamento c) Rel de proteco

b) Rel de circuito impresso d) Rel de medida e controlo

Fig. III.18 Vista de diversos tipos de rel da esquerda para a direita e de cima para baixo


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Temos:

Rel de encravamento. Rel de circuito impresso. Rel de proteco. Rel de medida e controlo.

A figura III.19 mostra o esquema de um rel de proteco. Pode ver-se, nesteesquema, um circuito especializado que monitoriza a corrente e faz actuardois contactos (95-96 e 97-98), e um contacto auxiliar, no caso de a correnteser demasiado elevada (ao mesmo tempo que acende um LED).

Fig. III.19 Esquemas de rel de proteco

A figura III.20 mostra esquemas de rels de medida e controlo. Da esquerdapara a direita:

Rel de deteco de assimetria de fases e do sentido de rotao dasfases.

Rel de deteco de assimetria e de subtenso ou sobretenso.

Rel de medida de resistncia de lquidos, atravs de sondasmergulhveis.


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Fig. III.20 Esquemas de rels de medida e controlo

Este tipo de dispositivos serve para fazer variar a velocidade de motores. Afigura III.21 mostra, do lado esquerdo, um variador AC e, do lado direito, umvariador DC.

Fig. III.21 Variadores de velocidade AC (esquerda) e DC

VARIADORES DE VELOCIDADE


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Existem dois tipos principais de variadores de velocidade:

Para motores AC Para motores DC

Variadores de velocidade para motores AC

Este equipamento funciona pelo princpio bsico da alterao da frequncia darede com que os motores de corrente alternada (AC) so alimentados. Esteprincipio de funcionamento mostrado na figura III.22.

Fig. III.22 Princpio de funcionamento dos variadores de velocidade de corrente alternada

Estes variadores de velocidade tm uma seco de rectificao da onda, seguidade uma filtragem, por forma a gerar uma tenso contnua. Depois vem uma

seco que, a partir da tenso contnua, gera uma onda aproximadamentesinusoidal.

A figura III.23 mostra as formas de onda geradas no ondulad

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