Grafcet

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Grafcet

• Una forma simple e intuitiva de programación.

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Grafcet

• Es un método gráfico de sintaxis simple, para
  especificar la automatización industrial, el cual
  está compuesto por comandos concisos y poderosos.

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De dónde proviene su nombre?
Es el acronismo para GRAfico Funcional
deControl de Etapas y Transiciones
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• 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.

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• 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.

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• Elementos del Grafcet

• Etapas iniciales
• Etapas normales
• Acciones asociadas Acciones asociadas
  condicionadas
• Transiciones
• Líneas de enlace

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• 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

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

Etapa normal Etapa normal activa
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• Acciones asociadas
• Una etapa sin ninguna acción asociada puede
  servir para hacer detener una acción mono estable
  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 concreto 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 bi estable
  (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)
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• 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 esté caso el motor girara a la derecha
  mientras esté activa la etapa 3 y además la
  puerta no haya llegado ya a la derecha.

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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 que tenemos un control
electrónico, para la regulación de unas maquinas.
Si estando activa la etapa de espera 2, y el
termostato indica un sobre calentamiento
entonces, el ventilador se pondrá en
marcha. Esta condición, la podemos
representar dentro del recuadro de la acción, o
bien fuera.
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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 llegara 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.
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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 bi estable (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.
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Transiciones

• Las transiciones representan las condiciones
  que el sistema debe superar para poder pasar de
  una etapa a la siguiente. Al pasar una
  transición, el sistema deja de estar en una etapa
  y 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.

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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 (PmPkPp'
• 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 esta
  condicionada al hecho que la etapa (en este caso
  la 12) esté activa.

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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.

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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).

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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.

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• 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 esta 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 evolucionara a la etapa 125, si
estando activa la etapa 124 se cumple la
condición 002 y también la 005
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• 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.
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• 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.

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• 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.
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• 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.
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• 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 continuara 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.

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• 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 re inicia
cuando los dos están de nuevo en las posiciones
iniciales.
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• 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.

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• Saltos de etapas
• Ejemplo

En un tren de lavado de autos, si no esta
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.
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• 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).
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• 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 X2X4 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..
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• 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.

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

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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.

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Conclusiones

• Programación rápida y compacta.
• Fácil de 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.

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Fin