▷ O que é uma CPU e o que ela faz?
Diagramas de escada e o PLC para engenheiros eletricistas - iniciantes
Diagrama Ladder do PLC
O diagrama de escada tem e continua sendo a maneira tradicional de representar seqüências elétricas de operações.
Diagramas Ladder e o PLC (na foto: Siemens modular programável controlador SIMATIC S7-1500; crédito: Wikimedia)
Esses diagramas representam a interconexão dedispositivos de campo de tal forma que a ativação ou ativação de um dispositivo LIGUE outro dispositivo de acordo com uma seqüência predeterminada de eventos.
figura 1 ilustra um diagrama de escada elétrica simples.
Figura 1 - Diagrama de escada elétrica simples
Os diagramas da escada original foram estabelecidos pararepresentam circuitos lógicos hardwired usados para controlar máquinas ou equipamentos. Devido ao amplo uso da indústria, eles se tornaram uma maneira padrão de comunicar informações de controle dos projetistas aos usuários do equipamento.
Como os controladores programáveis foram introduzidos, este tipo de representação de circuito também era desejável porque era fácil de usar e interpretar e era amplamente aceito na indústria.
Os controladores programáveis podem implementar todas as condições do diagrama em escada “antigo” e muito mais. Sua finalidade é realizar essas operações de controle de maneira mais confiável a um custo menor.
Um PLC implementa, em sua CPU, todos os antigosinterconexões hardwired usando suas instruções de software. Isso é feito usando diagramas de escada familiar de maneira transparente para o engenheiro ou programador. O conhecimento da operação, da varredura e da programação de instrução do CLP é vital para a implementação adequada de um sistema de controle.
Figura 2 ilustra a transformação do PLC do diagrama simples mostrado em figura 1 para um formato PLC. Observe que os dispositivos de campo de E / S “reais” estão conectados às interfaces de entrada e saída, enquanto o programa ladder é implementado de maneira semelhante ao hardwiring, dentro do controlador programável (por exemplo, com fio dentro da CPU do PLC, em vez de cabeado painel).
Como mencionado anteriormente, a CPU lê o status das entradas, energiza o elemento do circuito correspondente de acordo com o programa e controla um dispositivo de saída real através das interfaces de saída.
Figura 2 - Implementação de PLC da Figura 1
Como você verá mais tarde, cada instrução érepresentado dentro do PLC por um endereço de referência, um valor alfanumérico pelo qual cada dispositivo é conhecido no programa PLC. Por exemplo, o botão de pressão PB1 é representado dentro do PLC pelo nome PB1 (indicado no topo do símbolo de instrução) e, da mesma forma, para os outros dispositivos mostrados em Figura 2.
Essas instruções são representadas aqui, por simplicidade, com os mesmos nomes de dispositivos e instruções. O exemplo 1-1 ilustra a similaridade na operação entre circuitos com fio e PLC.
Exemplo 1
No circuito com fio mostrado em figura 1, a luz piloto PL irá ligar se o limiteo interruptor LS1 fecha e se o botão PB1 ou o interruptor de limite LS2 fecha. No circuito PLC, a mesma série de eventos fará com que a luz piloto - conectada a um módulo de saída - seja ligada.
Note que no circuito PLC Figura 2, a representação interna dos contatosfornece a lógica de energia equivalente como um circuito com fio quando o dispositivo de campo de entrada referenciado fecha ou é pressionado. Esquema de hardwired e diagramas de implementação de PLC para o circuito em figura 1 ilustrando as configurações das entradas que irão ligar o PL.
Solução
Figura 3 mostra várias configurações possíveis para o circuito em figura 1. As linhas azuis destacadas indicam que a energia está presente naquele ponto de conexão, que é também o modo como um dispositivo de programação ou monitoramento representa a potência em um circuito PLC.
As duas últimas configurações em Figura 3 são os únicos que vão ligar o PL.
Figura 3 - Configurações possíveis de entradas e saídas correspondentes
Referência // Controladores Programáveis - Teoria e Implementação por L. A. Bryan
Controladores Lógicos Programáveis
Transcrição
1 Controladores Lógicos Programáveis Diagramas de Blocos Diagramas de Escada Grafcet Exercícios de Programação Autómato da Siemens Laboratórios Integrados III Departamento de Electrónica Industrial e de Computadores Universidade do Minho Escola de Engenharia Guimarães
2 Software MicroWin Este módulo tem como objectivo a aprendizagem de programação de autómatos. Os autómatos usados são os da Siemens (modelo 215). O respectivo software chama-se MicroWin e encontra-se instalado no directório D:Program FilesMicroWin. Quando se liga o CPU do Autómato e se arranca com o programa MicroWin deve-se executar o comando Read CPU type para garantir que a porta do computador está a comunicar com o Autómato. Neste programa deve-se colocar um ramo do diagrama de escada em cada NetWork do MicroWin. Após todos os ramos do programa terem diso introduzidos, deve acrescentar-se um ramo (Network) com a instrução END de modo a que o MicroWin saiba que o programa termina nessa instrução. Os ramos com utilização de TIMERS têm 2 partes: Um ramo para inicialização do Timer e outro ramo para perguntar quando o Timer chegou ao fim. Os endereços dos Timers começam em 100 e cada valor deste endereço tem um significado (carrege em F1-HELP para saber mais acerca destes timers e contadores). É possivel utilizar variaveis (em vez de endereços tipo I0.0). Todos os exercícios devem utilizar variáveis para que seja mais fácil fazer o debug ao programa. Fernando Ribeiro - 26 Setembro 2005 Pag. 1/10
3 1) Na figura que se segue pode ver-se representada uma expressão boleana que gera um output Y usando as variáveis de input X1 a X5. Pode ainda ver-se um diagrama de blocos correspondente à mesma expressão boleana. 1.1) Desenhe o diagrama de escada correspondente a esta expressão com apenas um ramo. 1.2) Desenhe agora o diagrama de escada mas com dois ramos, onde o primeiro ramo calcula o valor interno marcado por *. 1.3) Para ambos os programas, atribua endereços válidos a todos os inputs e outputs. Edite e execute os programas no CLP (Controlador Lógico Programável). Verifique que trabalham correctamente corrigindo-os onde e quando necessário. Fernando Ribeiro - 26 Setembro 2005 Pag. 2/10
4 2) Tal como no exercício 1, considere a figura que se segue: 2.1) Desenhe o diagrama de escada com apenas um ramo. 2.2) Desenhe também o diagrama de escada com 5 ramos onde os primeiros quatro calculam os valores do output internos marcado por *. 2.3) Edite e execute os programas no CLP. Verifique que trabalham correctamente corrigindo-os onde e quando necessário. Fernando Ribeiro - 26 Setembro 2005 Pag. 3/10
5 3) A equação que se segue representa uma forma de output latching. 3.1) Desenhe o diagrama de blocos para esta equação. 3.2) Desenhe o diagrama de escada para esta equação. 3.3) Edite e execute o programa no CLP. Verifique que trabalha correctamente corrigindo-o onde e quando necessário. Fernando Ribeiro - 26 Setembro 2005 Pag. 4/10
6 4) A figura que se segue mostra o esquema eléctrico e mecânico de uma porta de garagem automática. Os nomes entre parêntesis referem-se às variáveis boleanas usadas para descrever as regras de controlo. A figura que se segue consiste na representação do sistema de controlo desta porta de garagem automática. Esta sequência é descrita através do gráfico sequencial de funções (Grafcet). Fernando Ribeiro - 26 Setembro 2005 Pag. 5/10
7 Lógica dos Eventos: Lógica das Sequências: Lógica das Acções: O passo inicial acontece com a porta toda aberta ou toda fechada, mas não durante qualquer movimento desta. O passo 3 é activado através de um pedido de fecho, resultando na porta ser movida até estar completamente fechada (a não ser que o dispositivo de segurança seja activado). Se este é activado, há uma transição para o passo 2. O passo 2 é activado através de um pedido de abertura (ou uma transição do passo 3), resultando na porta ser movida até estar completamente aberta. Finalmente, ocorre um retorno ao passo 1 quando a porta volta a estar completamente aberta ou fechada. Fernando Ribeiro - 26 Setembro 2005 Pag. 6/10
8 4.1) Desenhe o diagrama de escada que controle os movimentos da porta necessários traduzindo da figura anterior. O programa deve ter a mesma estrutura da figura anterior, isto é: Lógica de acontecimentos (2 ramos) Lógica de sequencias (3 ramos) Lógica de acções (2 ramos) De notar que as fórmulas para a lógica de acontecimentos e para a lógica de acções já estão cridas, faltando ainda a criação das fórmulas para a lógica de sequências. 4.2) Edite e execute os programas no CLP. Verifique que trabalham correctamente corrigindo-os onde e quando necessário. Fernando Ribeiro - 26 Setembro 2005 Pag. 7/10
9 5) Considere o seguinte elevador a funcionar num restaurante para transporte de refeições. 5.1) Estude e planeie a lógica do seu funcionamento. Atribua nomes aos inputs e outputs. 5.2) Descreva este processo através do gráfico sequencial de funções (Grafcet). 5.3) Crie as fórmulas (tal como no exercício anterior) para cada uma das lógicas (eventos, sequências, acções). 5.4) Faça o diagrama de escada deste sistema. 5.5) Edite e execute os programas no autómato. 5.6) Se achar que deve acrescentar um sistema de segurança neste elevador, faça-o e justifique a sua utilização. Fernando Ribeiro - 26 Setembro 2005 Pag. 8/10
10 6) Considere o seguinte cruzamento com os respectivos semáforos. Os peões tem um botão de pressão que quando pressionado, provoca que o semáforo dos carros passe a amarelo e depois a vermelho (é sempre dada prioridade aos peões). 6.1) Estude e planeie a lógica do seu funcionamento. Atribua nomes aos inputs e outputs. 6.2) Descreva este processo através do gráfico sequencial de funções (Grafcet). 6.3) Faça o diagrama de escada deste sistema. Não esquecer as diferentes lógicas (eventos, sequências, acções). 6.4) Edite e execute os programas no autómato. 6.5) Se achar que devem ser feitas algumas correções ao funcionamento deste cruzamento (tal como usar tambem semáforos para os peões), faça-as e justifique-as. Fernando Ribeiro - 26 Setembro 2005 Pag. 9/10
11 Este exercício 7 é para os elementos do grupo fazerem totalmente sem qualquer ajuda do docente. 7) Considere o seguinte plano de rega de uma vivenda. Há quatro pontos de rega (A, B, C e D) mas devido à pouca pressão da água tem de se ligar um de cada vez. Cada um destes pontos terá de ligar três vezes 5 minutos cada um. Assim a sequência será o ponto A (5 minutos), depois o ponto B (5 minutos), depois o ponto C (5 minutos) e finalmente o ponto D (5 minutos). Depois esta sequência será repetida mais duas vezes. Cada um destes pontos de rega têm um sensor que detecta (num certo raio de acção) a presença de pessoas, animais, ou veículos. Caso este sensor detecte algo, este ponto deverá parar de regar (enquanto o sensor detectar a referida presença), sem necessidade de parar o relógio (timer). 7.1) Estude e planeie a lógica do seu funcionamento 7.2) Descreva este processo através do gráfico sequêncial de funções (Grafcet). 7.3) Faça o diagrama de escada com a devida lógica de eventos, sequências e acções. 7.4) Edite e execute os programas no autómato. 7.5) Se achar que devem ser feitas algumas correções ao funcionamento deste sistema, façaas e justifique-as. Fernando Ribeiro - 26 Setembro 2005 Pag. 10/10
▷ O que é uma CPU e o que ela faz?
A parte mais importante do seu computador, se você tivesse que escolher apenas um, seria a unidade central de processamento (CPU). É o hub principal (ou “cérebro”) e processa as instruções que vêm dos programas, do sistema operacional ou de outros componentes do PC.
1’s e 0’s
Graças a CPUs mais poderosas, passamos da dificuldade de exibir uma imagem na tela do computador para o Netflix, chat de vídeo, streaming e videogames cada vez mais realistas.
A CPU é uma maravilha da engenharia, mas, em seu núcleo, ainda depende do conceito básico de interpretação de sinais binários (1’s e 0’s). A diferença agora é que, em vez de ler cartões perfurados ou processar instruções com conjuntos de válvulas, as CPUs modernas usam pequenos transistores para criar vídeos TikTok ou preencher números em uma planilha.
O básico da CPU
A fabricação de CPU é complicada. O ponto importante é que cada CPU possui silício (uma peça ou várias) que abriga bilhões de transistores microscópicos.
Como aludimos anteriormente, esses transistores usam uma série de sinais elétricos (corrente “ligada” e corrente “desligada”) para representar o código binário da máquina , composto de 1’s e 0’s . Como há tantos desses transistores, as CPUs podem realizar tarefas cada vez mais complexas em velocidades maiores do que antes.
A contagem de transistores não significa necessariamente que a CPU será mais rápida. No entanto, ainda é uma razão fundamental para o telefone que você carrega no bolso ter muito mais poder de computação do que, talvez, todo o planeta quando fomos à lua .
Antes de prosseguirmos na escada conceitual de CPUs, vamos falar sobre como uma CPU executa instruções com base em código de máquina, chamado de “conjunto de instruções”. CPUs de empresas diferentes podem ter conjuntos de instruções diferentes, mas nem sempre.
A maioria dos PCs com Windows e processadores Mac atuais, por exemplo, usa o conjunto de instruções x86-64, independentemente de serem CPU Intel ou AMD. Macs estreando no final de 2020, no entanto, terão CPUs baseadas em ARM , que usam um conjunto de instruções diferente. Há também um pequeno número de PCs com Windows 10 usando processadores ARM .
Núcleos, caches e gráficos
Agora, vamos dar uma olhada no próprio silício. O diagrama acima é de um white paper da Intel publicado em 2014 sobre a arquitetura de CPU da empresa para o Core i7-4770S . Este é apenas um exemplo da aparência de um processador – outros processadores têm layouts diferentes.
Podemos ver que este é um processador de quatro núcleos . Houve um tempo em que uma CPU tinha apenas um único núcleo. Agora que temos vários núcleos, eles processam as instruções com muito mais rapidez. Os núcleos também podem ter algo chamado hyper-threading ou multi-threading simultâneo (SMT), que faz um núcleo parecer dois para o PC. Isso, como você pode imaginar, ajuda a acelerar ainda mais os tempos de processamento.
Os núcleos neste diagrama estão compartilhando algo chamado cache L3. Esta é uma forma de memória onboard dentro da CPU. As CPUs também possuem caches L1 e L2 contidos em cada núcleo, bem como registradores, que são uma forma de memória de baixo nível. Se você quiser entender as diferenças entre registradores, caches e RAM do sistema, verifique esta resposta no StackExchange .
A CPU mostrada acima também contém o agente do sistema, o controlador de memória e outras partes do silício que gerenciam as informações que entram e saem da CPU.
Finalmente, há os gráficos integrados do processador, que geram todos aqueles maravilhosos elementos visuais que você vê na tela. Nem todas as CPUs contêm seus próprios recursos gráficos. As CPUs AMD Zen para desktop, por exemplo, requerem uma placa de vídeo discreta para exibir qualquer coisa na tela. Alguns processadores Intel Core para desktop também não incluem gráficos onboard.
A CPU na placa-mãe
Agora que vimos o que está acontecendo por baixo do capô de uma CPU, vamos ver como ela se integra ao resto do seu PC. A CPU fica no que é chamado de soquete na placa-mãe do seu PC.
Uma vez encaixado no soquete, outras partes do computador podem se conectar à CPU por meio de algo chamado “barramentos”. A RAM, por exemplo, se conecta à CPU por meio de seu próprio barramento, enquanto muitos componentes do PC usam um tipo específico de barramento, chamado de “PCIe”.
Cada CPU tem um conjunto de “pistas PCIe” que pode usar. As CPUs Zen 2 da AMD, por exemplo, têm 24 pistas que se conectam diretamente à CPU. Essas pistas são então divididas pelos fabricantes de placas-mãe com orientação da AMD.
Por exemplo, 16 pistas são normalmente usadas para um slot de placa gráfica x16. Então, há quatro pistas para armazenamento, como um dispositivo de armazenamento rápido, como um SSD M.2. Alternativamente, essas quatro faixas também podem ser divididas. Duas pistas podem ser usadas para o SSD M.2 e duas para uma unidade SATA mais lenta, como um disco rígido ou SSD de 2,5 polegadas.
São 20 pistas, com as outras quatro reservadas para o chipset , que é o centro de comunicações e controlador de tráfego da placa-mãe. O chipset tem seu próprio conjunto de conexões de barramento, permitindo que ainda mais componentes sejam adicionados a um PC. Como você pode esperar, os componentes de alto desempenho têm uma conexão mais direta com a CPU.
Como você pode ver, a CPU faz a maior parte do processamento das instruções e, às vezes, até os gráficos funcionam (se for construída para isso). A CPU não é a única maneira de processar instruções, no entanto. Outros componentes, como a placa gráfica, têm seus próprios recursos de processamento integrado. A GPU também usa seus próprios recursos de processamento para trabalhar com a CPU e executar jogos ou realizar outras tarefas com uso intensivo de gráficos.