13/04/2015

1

GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande

Etape Transition)

Gráfico Funcional de Comando Etapa/Transición

GRAFCET

Es un método gráfico de modelado de sistemas basados en automatismos de carácter secuencial

Industrialmente: SFC (Sequential Function Chart) IEC 61131-3 Programming Languages

GRAfico

Funcional de

Comando

de Etapas y

Transiciones

13/04/2015

2

• Creado en Francia, en el año 1977, por AFCET (Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique) y ADEPA (Association pour le Développement de Production Automatisée).

• Surge ante la necesidad de disponer de un método de descripción de procesos secuenciales que fuera eficaz, simple e interpretable por técnicos de diferentes campos.

GRAFCET Las principales características del Grafcet como herramienta de

modelado de sistemas de eventos discretos son: • Ofrece una metodología de programación estructurada “top-down”

(de forma descendente), que permite el desarrollo conceptual de lo general a lo particular, descendiendo a niveles muy precisos de descripción y descomposición (granularidad) en las diversas tareas a llevar a cabo por el automatismo en sus distintas fases de ejecución y funcionamiento.

• Permite la introducción del concepto de diseño estructurado, de forma que las diversas “tareas” del automatismo se estructuran de forma jerarquizada, mediante el forzado de eventos de modelos Grafcet jerárquicamente superiores.

13/04/2015

3

Tipos de GRAFCET

• GRAFCET de Nivel 1 -Descripción funcional-

• Se trabaja con las especificaciones funcionales del automatismo, de forma independiente a la tecnología que lo llevará a la práctica.

• Describe las acciones que se deben efectuar y los elementos de control que intervendrán, sin indicar los elementos concretos que serán utilizados.

• GRAFCET de Nivel 2 -Descripción tecnológica-

• Deben indicarse todas las especificaciones de los órganos operativos.

• Deben detallarse los elementos tecnológicos que intervendrán.

• GRAFCET de Nivel 3 -Descripción operativa-

• Deben especificarse todos los elementos, con los distintivos propios de las entradas y salidas, así como las marcas o relés internos que serán utilizados.

Elementos del Grafcet

• Etapas iniciales

• Etapas normales

• Acciones asociadas Acciones asociadas condicionadas

• Transiciones

• Líneas de enlace

13/04/2015

4

Etapas iniciales • Una etapa inicial se representa con un doble cuadrado.

• Las etapas iniciales de un sistema se activan al iniciar el GRAFCET.

• Una vez se han iniciado, las etapas iniciales tienen el mismo tratamiento que las otras etapas.

• Un sistema debe tener como mínimo una etapa inicial.

Etapa inicial sin retorno Etapa inicial con retorno Etapa inicial con retorno y con activación forzada

Etapas normales • Las etapas representan los estados estables del sistema.

• Las etapas del GRAFCET se representan mediante un cuadrado numerado.

• Las etapas deben estar numeradas; aunque no necesariamente de forma correlativa. No puede haber dos etapas con el mismo número.

• Las etapas pueden estar activas o inactivas. Al representar el estado del GRAFCET en un momento dado, se puede indicar que una etapa está activa, con un punto de color (-> token).

• En las etapas, puede o no haber acciones asociadas.

Etapa normal Etapa normal activa

13/04/2015

5

Acciones asociadas • Una etapa sin ninguna acción asociada puede servir para hacer detener una acción

monoestable que se realizaba en la etapa anterior, o como etapa de espera.

• Una acción asociada indica que al estar activa la etapa, la acción se ejecuta.

• En una etapa puede haber múltiples acciones asociadas.

• Si en un sistema en un momento dado hay una sola etapa activa, entonces, solamente estarán funcionando las elementos activados por las acciones asociadas en esa etapa (a no ser que en otra etapa se haya activado de forma biestable (set-

reset) otra acción).

Etapa sin ninguna Etapa con una acción asociada Etapa con dos acciones asociadas

acción asociada (Hacer girar el motor a la derecha) (Hacer girar el motor a la derecha y

hacer funcionar el ventilador)

Acciones asociadas condicionadas • La acción a realizar en una o más de las acciones asociadas a una etapa puede

estar condicionada a una función booleana adicional.

• En el rectángulo donde se representa la acción asociada, hay una entrada para las condiciones.

Ejemplo:

En este caso el motor girará a la derecha mientras esté activa la etapa 3 y además la puerta no haya llegado ya a la derecha.

13/04/2015

6

Acciones asociadas condicionadas

• La norma IEC-848 propone representaciones, las cuales serán explicadas mediante ejemplos, para las acciones asociadas condicionadas:

Acción condicionada Supongamos un sistema en el que tenemos un control electrónico para la

regulación de unas máquinas. Si estando activa la etapa de espera 2, y el termostato indica un sobrecalentamiento entonces, el ventilador se pondrá en marcha. Esta condición, la podemos representar dentro del recuadro de la acción, o bien fuera.

Acción retardada (Delayed ). El motor A es pondrá en marcha 5 segundos después

de activarse la etapa 10; si la transición r se activa antes de ese tiempo el motor no llegará a ponerse en marcha.

Acción limitada (Limit).

La bomba es pondrá en funcionamiento durante 10'' después de haberse activado la etapa 11, pasado este tiempo, aunque no se active la transición s, la bomba dejará de funcionar.

13/04/2015

7

Acción de pulso

Al activarse la etapa 12, se activará la electro válvula K con un pulso de señal (señal externa).

Acción memorizada Cuando se active la etapa 13, el motor A se pondrá en marcha

de forma biestable (set), y al salir de la etapa, continuará funcionando hasta que se haga un reset a la acción. Al activarse la etapa 14, el motor A se detendrá, ya que en esa etapa, la acción hace un reset al funcionamiento del motor.

Transiciones

Las transiciones representan las condiciones que el sistema debe superar para poder pasar de una etapa a la siguiente y cuyo franqueamiento hace posible la evolución del sistema.

Al pasar una transición, el sistema deja de estar en una etapa e inmediatamente va a la siguiente. Validar la transición implica un cambio en las etapas activas del GRAFCET.

• Las transiciones se representan con un pequeño segmento horizontal que corta la línea de enlace entre dos etapas.

• Son etapas de entrada a una transición, todas las que conducen a una transición.

• Son etapas de salida a una transición, las etapas que salen de una transición.

13/04/2015

8

Receptividades asociadas a las transiciones La condición o condiciones que se deben superar para poder

pasar una transición, reciben el nombre de receptividades.

En una transición podemos tener:

• Una condición simple [Pm]

• Una función booleana [(Pm+Pk]*Pp']

• La señal de un temporizador o contador [T03]. En este caso, es habitual que el temporizador haya activado su conteo con la acción asociada de la etapa de entrada.

• La activación de otra etapa del GRAFCET [X12] Donde X nos indica que la receptividad está condicionada al hecho que la etapa (en este caso la 12) esté activa.

Líneas de enlace Las líneas de enlace son líneas verticales o horizontales, que

unen con una dirección significativa (a no ser que se indique lo contrario de arriba a abajo), las distintas etapas con las transiciones, y las transiciones con las etapas.

13/04/2015

9

Diseño y estructuras

Desarrollo del sistema • El diagrama se dibuja con una sucesión alternada de etapas y

transiciones.

• No puede haber dos etapas seguidas, ni tampoco dos transiciones seguidas.

Ejemplo 1:

• Entre las etapas 200 y 201 o entre

las etapas 200 y 202 hay dos condiciones

para la transición (000 y 001 ó 000 y 002).

• En este caso esto se puede resolver

haciendo que la receptividad de la

transición se cumpla si es valida la

función And (000 * 001) o la (000 * 002).

Diseño y estructuras Ejemplo 2:

•Al superar la condición 003 de la

transición, el motor debe girar a la

derecha y también se debe accionar

el ventilador.

•Para realizar esto se han de poner

todas les acciones asociadas en la misma

etapa.

13/04/2015

10

Evolución del sistema

Para que el sistema pueda evolucionar es necesario:

• Validar la transición. Todas las etapas de entrada a la transición deben estar activas.

• Que sea cierta la receptividad asociada. Deben ser ciertas las condiciones de la transición.

Ejemplo 3:

La primera transición se podrá validar, si la etapa 123 está activa, y además se cumple la condición 000. En este momento deja de estar activa la etapa 123, y le toma el relevo la 124. El grafcet evolucionará a la etapa 125, si estando activa la etapa 124 se cumple la condición 002 y también la 005

Ejemplo 4:

Las etapas 200 y 210 son etapas de entrada a la transición. Para validar la transición, deben esta activas las dos etapas. Para poder entrar a la etapa 220, la transición tiene que estar validada y se debe de cumplir la receptividad asociada (003) a la transición.

13/04/2015

11

Secuencia única Un GRAFCET será de secuencia única, cuando en el diagrama

solo hay una sola rama; el conjunto de etapas se irán activando una tras la otra, después de validarse las recepciones asociadas a las transiciones.

Bifurcación en OR. Selección de secuencia.

Habrá una selección de secuencias, cuando al llegar a un punto se encuentre una bifurcación en OR. Será necesario escoger cual, de las distintas sucesiones de etapas y transiciones se debe seguir. No es necesario que los diferentes caminos tengan el mismo número de etapas; pero sí conviene que las receptividades asociadas a las transiciones, sean excluyentes entre si.

13/04/2015

12

Bifurcación en OR. Selección de secuencia.

Ejemplo:

Giro a derecha o a izquierda de un motor.

Para seleccionar el sentido de giro de un motor, utilizaremos la bifurcación en OR.

Bifurcación en AND. Trabajos en paralelo. En automatismo, habrá una bifurcación en AND o "Trabajos

paralelos", cuando a partir de un punto, debe evolucionar de forma simultánea por todas las ramas. Al final de estas, encontraremos unas etapas de espera. (108, 132, 155) El sistema continuará su evolución, cuando cada una de las ramas haya llegado a su etapa de espera. El nombre de etapas de las diferentes ramas puede ser distinto de una a la otra.

13/04/2015

13

Bifurcación en AND. Trabajos en paralelo.

Ejemplo:

Dos motores MA y MB, desplazan unas piezas.

Primero el motor MA va desde FcAe a FcAd, entonces es el MB quien lo hace desde FcBe hasta FcBd. Después los dos vuelven a las posiciones iniciales FcAe y FcBe. El ciclo se reinicia cuando los dos están de nuevo en las posiciones iniciales.

Saltos de etapas

En un punto, puede haber una bifurcación que provoque un salto sobre un conjunto de etapas. Que se siga o no la secuencia completa o bien el salto, esta determinado por el estado de la condición a la transición (H). Hemos de tener presente que las condiciones de entrada o no, deben ser excluyentes. (H y H'). También puede realizarse el salto en sentido ascendente (en este caso lo indicaremos en las líneas de enlace) como pasa en los lazos.

13/04/2015

14

Saltos de etapas

• Ejemplo:

En un tren de lavado de autos,

si no está activa la selección Rbajos

(Lavado a presión de los bajos y las

ruedas del auto), al llegar a la etapa

5 el automatismo debe hacer un salto

hasta la etapa 7. Por el contrario si

está activa esta selección, entrará a

la etapa 6 y la bomba de presión, las

pistolas dirigibles y el temporizador T04

actuarán.

Lazos repetitivos

Habrá un lazo o estructura repetitiva (mientras o while), cuando una, o un conjunto de etapas se repitan, varias veces, (controladas por un temporizador, un contador, o hasta que es cumpla una condición determinada). El ciclo de lavado de una lavadora repite varias veces esta estructura (giro a la derecha, espera, giro a izquierda, espera).

13/04/2015

15

Subrutinas

Una subrutina es una parte de un programa que realiza una tarea concreta, a la que se puede invocar una o varias veces por parte del programa principal. Un vez realizadas las acciones de la subrutina el programa continua en el punto donde estaba. Los trabajos a desarrollar en un automatismo se pueden dividir entre diferentes diagramas. Puede haber un diagrama principal (0-5) y otros de secundarios (10-14) que hacen determinadas funciones que una vez realizadas devuelven el control al diagrama principal.

Al llegar a la etapa 2 o 4 del primer diagrama se valida la transición X2+X4 y empieza la subrutina. Al llegar a la etapa 14 se valida la transición X14 y continua la evolución del diagrama principal a las

etapas 3 o 5 respectivamente.

Macro-etapas

Al hacer la descripción del automatismo, el Grafcet permite empezar desde un punto de vista muy general y a partir de él hacer descripciones cada vez más concretas del proceso de control. El diseño se realiza de forma descendente, en grandes bloques que es van resolviendo de forma modular. Una macro-etapa es la representación mediante una única etapa, de un conjunto de etapas, transiciones y acciones asociadas, a las que llamamos expansión de la macro-etapa. La expansión de la macro-etapa, es en realidad una parte del diagrama del Grafcet, con sus etapas, transiciones y normas de evolución, pero que en un diseño descendiente hemos englobado en una macro-etapa. Podríamos decir que al hacer la expansión de la macro etapa, en realidad lo que hacemos es una especie de zoom, que nos enseña en detalle, etapas, transiciones y acciones concretas, a las que antes

nos hemos referido de forma general.

13/04/2015

16

Macro-etapas

Ejemplo:

El diagrama principal evoluciona a partir de la etapa 0 y la transición a, una vez que está activa la etapa 1, la transición b estará receptiva, y al validarse, entraremos a la macro etapa M2, la etapa E2 estará activa, y según el estado de la transición d, evolucionara hacia la etapa 10 o la 12, y al llegar a la etapa S2 volverá al diagrama principal. La etapa E2 es la etapa de entrada a la macro 2, la etapa S2, es la etapa de salida de la macro 2.

Diagramas paralelos

Para resolver un automatismo, se pueden describir diferentes diagramas paralelos, que evolucionarán cada uno de ellos por separado y a su ritmo. Estos pueden en varios puntos, tener o no relación entre sí.

13/04/2015

17

Normas de la evolución del Grafcet

• Norma 1: Inicialización

En la inicialización del sistema se deben activar las etapas iniciales, las otras etapas deben estar inactivas.

• Norma 2: Evolución de las transiciones Para poder validar una transición, es necesario que todas sus etapas de entrada estén activas. Para poderla superar hace falta que la receptividad asociada a la transición sea cierta.

• Norma 3: Evolución de les etapas activas. En el momento de superar una transición se deben activar todas sus etapas de salida, y al mismo tiempo desactivar las etapas de entrada a la transición.

• Norma 4: Simultaneidad en la validación de las transiciones. Si dos transiciones son simultáneamente franqueables deben poderse pasar de forma simultanea.

• Norma 5: Prioridad de la activación. Si una etapa del Grafcet se activa y se desactiva al mismo tiempo, debe

quedar activa.

Conclusiones

• Programación rápida y compacta.

• Fácil detección de errores y reparación de averías.

• Mejor comunicación entre el personal que opera la planta (el lenguaje es de fácil entendimiento para profesionales de todas las especialidades).

• Las modificaciones futuras al diseño no afectan el resto de la estructura.

13/04/2015

18

Grafcet - Aplicación Industrial

Ref: Autómatas Programables, Jospe Balcells y José Luis Romeral, Alfaomega-Marcombo, España, 1997.

13/04/2015

19