8-grafcet

Posgrado en Automtica- GRAFCET -

Introducci

Un automatisme combinacional s aquell en qu les sortides en un instant noms depenen de les entrades en aquellen un instant noms depenen de les entrades en aquell instant. En canvi un automatisme seqencial s aquell en qu les sortides en cada instant no depenen noms de les entrades en aquell instant sin que tamb depenen delsentrades en aquell instant sin que tamb depenen dels estats anteriors i de la seva evoluci.

El GRAFCET (Graphe de commande etape-transition) s un mtode grfic evolucionat a partir de les xarxes de Petri que permet representar els automatismes seqencials tant apermet representar els automatismes seqencials tant a nivell devoluci de lautomatisme com a nivell de programa dautmat.

Introducci Introducci histrica

El GRAFCET neix el 1977 de mans dun grup de treball de lAFCET (Association Franaise pur la Cyberntiquel AFCET (Association Franaise pur la CyberntiqueEconomique et Technique, Associaci Francesa per a la Ciberntica Econmica i Tcniva) creat lany 1975. El mes de juny de lany 1982 es crea la norma francesa UTE NF Cde juny de l any 1982 es crea la norma francesa UTE NF C 03-190 (Diagramme functionnel GRAFCET pour la description des systmes logiques de commande).

La creaci del GRAFCET va ser necessria, entre altres motius, per les dificultats que comportava la descripcimotius, per les dificultats que comportava la descripci dautomatismes amb diverses etapes simultnies emprant el llenguatge normal. Dificultats similars apareixen en intentar fer aquesta descripci amb diagrames de flux o emprant elsfer aquesta descripci amb diagrames de flux o emprant els llenguatges informtics ds habitual.

Introducci Introducci histrica

Lany 1988 el GRAFCET s reconegut per a una norma internacional la IEC-848 (Preparation of function charts forinternacional, la IEC 848 (Preparation of function charts for control systems, Preparaci de diagrames funcionals per a sistemes de control) amb els noms de Function Chart, Diagramme functionnel o Diagrama funcional La norma IECDiagramme functionnel o Diagrama funcional. La norma IEC no reconeix el nom GRAFCET perqu les traduccions poden donar lloc a ambigitats.

Introducci Principis del GRAFCET

Un GRAFCET s una successi detapes. Cada etapa t les seves accions associades de forma que quan aquella etapaseves accions associades de forma que quan aquella etapa s activa sexecutaran les corresponents accions si les condicions que les afecten sn certes per aquestes accions no podran executar se mai si letapa no s activano podran executar-se mai si l etapa no s activa.

Entre dues etapes hi ha una transici. A cada transici li pcorrespon una receptivitat, s a dir una condici que sha de complir per a poder passar la transici. Una transici s vlida quan letapa immediatament anterior a ella s activa.vlida quan l etapa immediatament anterior a ella s activa. Quan una transici s vlida i la seva receptivitat associada es compleix es diu que la transici s franquejable.

En franquejar una transici es desactiven les seves etapes anteriors i sactiven les posteriors.

Introducci Nivells de descripci

El GRAFCET pot emprar-se per a descriure els tres nivells despecificacions dun automatisme Aquests tres nivells snd especificacions d un automatisme. Aquests tres nivells sn els que habitualment sempren per a dissenyar i per a descriure un automatisme:

Nivell 1: descripci funcional.

Nivell 2: descripci tecnolgica.

Nivell 3: descripci operativa Nivell 3: descripci operativa.


Nivell 1: descripci funcional

En el primer nivell interessa una descripci global (normalment poc detallada) de lautomatisme que permeti comprendre rpidament la seva funci s el tipus de descripci que faremrpidament la seva funci. s el tipus de descripci que farem per explicar el que volem que faci la mquina a la persona que lha de dissenyar o el que emprarem per justificar a les persones amb poder de decisi a lempresa la necessitatpersones amb poder de decisi a l empresa la necessitat daquesta mquina.

A t GRAFCET h d t i f i l Aquest GRAFCET no ha de contenir cap referncia a les tecnologies emprades; s a dir no sespecifica com fem avanar la pea (cilindre pneumtic, motor,), ni com detectem la se a posici (fi de c rsa ) ni tan sols el tip sdetectem la seva posici (fi de cursa,), ni tan sols el tipus dautomatisme emprat (autmat programable, pneumtica,).


Nivell 2: descripci tecnolgica

En aquest nivell es fa una descripci a nivell tecnolgic i operatiu de lautomatisme. Queden perfectament definides les diferents tecnologies emprades per a cada funci Eldiferents tecnologies emprades per a cada funci. El GRAFCET descriu les tasques que han de realitzar els elements triats. En aquest nivell completem lestructura de la mquina i ens falta lautomatisme que la controlamquina i ens falta l automatisme que la controla.


Nivell 3: descripci operativa

En aquest nivell simplementa lautomatisme. El GRAFCET definir la seqncia dactuacions que realitzar aquest automatisme En cas que es tracti per exemple dun autmatautomatisme. En cas que es tracti, per exemple, dun autmat programable definir levoluci de lautomatisme i lactivaci de les sortides en funci de levoluci de les entrades.

El pas del GRAFCET de nivell 2 al de nivell 3, es recomanable definir una taula de smbols.


Elements de treball

Una etapa caracteritza el comportament invariant duna part ocomportament invariant d una part o de la totalitat del sistema representat; correspon a una situaci elemental que implica un comportamentque implica un comportament estable.

Una etapa del GRAFCET es representa mitjanant un quadrat identificat per un numero. No hi potidentificat per un numero. No hi pot haver dues etapes amb el mateix nmero, per tampoc cal que siguin consecutius ni que respectin capconsecutius ni que respectin cap ordre. Lentrada a una etapa s sempre per la part superior i la sortida per la part inferiorsortida per la part inferior.

Elements de treball

Una etapa pot estar activa o inactiva Quan representem lestatinactiva. Quan representem l estat dun GRAFCET en un instant determinat podem representar les etapes actives amb un punt al seuetapes actives amb un punt al seu interior. Un GRAFCET pot tenir diverses etapes actives i lt i tsimultniament.

Un quadrat amb lnia dobleUn quadrat amb lnia doble simbolitza una etapa inicial del GRAFCET, les quals sactiven al inicialitzar el GRAFCET Es potinicialitzar el GRAFCET. Es pot tenir tantes etapes inicials com es vulgui, per com a mnim una.

Elements de treball

Les transicions representen la possibilitat devoluci duna etapa a lapossibilitat d evoluci d una etapa a la segent; aquesta evoluci es produeix en franquejar la transici. El franquejament duna transici implicafranquejament d una transici implica un canvi en la situaci dactivitat de les etapes.

Les transicions es representen amb un tra perpendicular a la lnia que uneixtra perpendicular a la lnia que uneix dues etapes consecutives. Una transici est validada quan totes les etapes immediatament anteriors snetapes immediatament anteriors sn actives. Si la descripci dun GRAFCET ho requereix, poden numerar-se les transicions amb un nombre entretransicions amb un nombre entre parntesis.

Elements de treball

Una etapa pot tenir mes duna entrada. A continuaci shan representat tres casos en qu una etapa t tres entrades:representat tres casos en qu una etapa t tres entrades:

Una etapa pot tenir mes duna sortida. A continuaci shan representat tres casos en qu una etapa t tres sortidesrepresentat tres casos en qu una etapa t tres sortides.

Els camins que uneixen una etapa amb una altre es dibuixen habit alment en sentit ertical i mentre no sespecifiq i elhabitualment en sentit vertical, i mentre no sespecifiqui el contrari, levoluci dun cam sempre s en sentit descendent. Sin sindica amb una fletxa.

Elements de treball: accions associades a les etapes

Les accions es representen com a rectangles units per un tra amb letapa a qu estan associades El rectangle pottra amb l etapa a qu estan associades. El rectangle pot tenir les dimensions necessries per tal que shi pugui indicar lacci a realitzar.

Elements de treball: accions associades a les etapes

Les accions poden estar condicionades. Quan una acci est condicionada noms sexecuta mentre letapa s activaest condicionada noms s executa mentre l etapa s activa i, a ms, es verifica la condici.

Elements de treball: receptivitats associades a les transicions

Anomenem receptivitat a la condici que es requereix per a poder franquejar una transici vlida. Una receptivitat pot ser certa o falsa q j p pi es pot descriure en forma literal (acabat retrocs, temperatura assolida, etc.) o en forma simblica (FM, BQ3, etc.), en aquest segon cas caldr una taula on sindiqui el significat dels smbols emprats.

Una receptivitat pot estar composta per una sola dada o per unaUna receptivitat pot estar composta per una sola dada o per una equaci booleana que inclogui diverses dades. Mentre el resultat de lequaci booleana sigui 0 (fals) la transici no podr ser franquejada i s podr ser-ho quan el resultat sigui 1 (cert). Les q j p q g ( )dades que composen lequaci booleana duna receptivitat poden ser externes o internes; les primeres impliquen la comprovaci destats en el sistema que sest controlant mentre que les internes depenen de funcions prpies del sistema dautomatitzaci (finalitzaci duna temporitzaci, assoliment de la preselecci per part dun comptador, etc.).


Regles de sintaxi: No hi pot haver mai dues transicions consecutives sense una No hi pot haver mai dues transicions consecutives sense una

etapa enmig, ni dues etapes consecutives sense transici intermdia. Aix doncs les dues figures adjuntes representen dos GRAFCET incorrectes; al primer li manca una transicidos GRAFCET incorrectes; al primer li manca una transici entre les etapes 1 i 2 (o cal posar totes les accions a una de les dues etapes) i al segon una etapa entre les transicions 7 i 8 (que pot ser una etapa sense acci associada, si aix es (q p p ,desitja) o cal fer una i lgica entre totes les condicions (a la mateixa transici).


Alguns exemples de receptivitats podrien ser els segents:

Temp > 30C Certa si la temperatura s superior a 30C

T0=1 Certa si el temporitzador 0 ha acabat.

E124 0 Certa si hi ha un flanc de pujada al bit E124.0 Certa si hi ha un flanc de pujada al bit dentrada E124.0.

SL3 + SB2 Certa si SL3 o SB2 activats.

!(a0)+f1 Certa si el sensor a0 est desactivat o el sensor f1 activatel sensor f1, activat.

!(a0)*f1 Certa si el sensor a0 est desactivat i el sensor f1, activat.

= 1 Receptivitat sempre certa

Estructures bsiques: Seqncia

Una seqncia s una successi alternada detapes i transicions enalternada d etapes i transicions en qu les etapes es van activant una rere laltre.

Una seqncia es activa quan, com a mnim, una de les seves etapes s pactiva. Una seqncia s inactiva quan totes les seves etapes sn inactives.inactives.

Estructures bsiques: Selecci de seqncia

A partir duna determinada etapa, hi ha dues (o ms) seqncies entre les quals cal triar una funci de les transicions. No s necessari que les diverses seqncies tinguin el mateix nombre detapes.

En la figura adjunta, si estem en letapa 8 i b s certa anirem per la seqncia de la dreta si c es falsa i per la de lesquerra si c ssi c es falsa i per la de l esquerra si c s certa. Les dues seqncies conflueixen en letapa 5.

En la secci de seqncia s imprescindible que les receptivitats associades a les transicions de selecci, en lexemple les transicions (2) i (7) siguin excloents s a dirtransicions (2) i (7), siguin excloents, s a dir no puguin ser certes simultniament; per tant les seqncies sn alternatives.

Estructures bsiques: Parallelisme estructurat

A partir duna determinada etapa, hi ha dues (o ms) seqncies que sexecuten simultniament. No s necessari que les diverses seqncies tinguin el mateix nombre detapes.

Linici de seqncies paralleles sindica amb una lnia horitzontal doble desprs de la transici corresponent. De forma similarla transici corresponent. De forma similar el final de les seqncies paralleles sindica amb un altra lnia horitzontal doble abans de la transici corresponent;

t t i i lidaquesta transici noms s vlida quan totes les etapes immediatament anteriors sn actives.

En la figura adjunta, en franquejar la transici (4), sactivaran les etapes 2 i 3 i les dues seqncies funcionaran qsimultniament. La transici (1) noms ser vlida quan estiguin actives les etapes 3 i 5.

Estructures bsiques: Parallelisme interpretat

El parallelisme interpretat apareix quan una etapa t dues (o ms) sortides i les transicions corresponents no sn exclusives.

En la figura de lesquerra si c i b sn certes en linstant en qu les transicions (2) i (7) es fan vlides, sactivaran les etapes 1 i 2 i lt i t Ai d i l t t d l i d isimultniament. Aix doncs si a lestructura de selecci de seqncia no es

garanteix que les receptivitats sn excloents es tindr un parallelisme interpretat en el cas que ambdues receptivitats es facin certes al mateix temps o en el cas que ambdues siguin certes quan es validen lestemps o en el cas que ambdues siguin certes quan es validen les corresponents transicions.

En algunes ocasions aquesta situaci es fora intencionadament com en el g q cas de la figura de la dreta que sempre dna lloc a seqncies paralleles.

Estructures bsiques: Parallelisme interpretat

Hi ha una diferncia molt important quan convergeix el parallelisme. Fixem-nos que a la figura de sota a lesquerra la transici no s vlida (i, per tant, no es pot passar a letapa 1) si no sn actives les etapes 2 i 3; en canvi a la dreta es passar d1 a 5 quan f sigui certa (i letapa 1 activa) encara que 2 no estigui activa. Daquesta forma la seqncia comuna pot continuar evolucionant i quan 2 estigui activa i r sigui certa es tornar a activar 5 Aixevolucionant i quan 2 estigui activa i r sigui certa es tornar a activar 5. Aix cada cop que es realitzi el parallelisme apareixer una nova etapa activa al GRAFCET.

Representaci de GRAFCETs complexes

Quan un GRAFCET s gran o complex es fa difcil representar-lo i sovint hi ha ms duna forma de representar-lo. En aquests casos cal fer sempre la representaci en aquella forma en qu el GRAFCET sigui ms simple i fcil de seguir. A vegades, com ms endavant veurem en alguns exemples, la forma ms simple dun GRAFCET no t les etapes inicials situades en la part superior Quan un GRAFCET es complica o no cap en un sol full depart superior. Quan un GRAFCET es complica o no cap en un sol full de paper sn necessaris els reenviaments. Hi ha persones que prefereixen no traar mai camins de recorregut ascendent i prefereixen substituir-los per reenviaments.

Representaci de GRAFCETs complexes

En fer un reenviament sha de trencar la seqncia etapa-transici-etapa; s preferible trencar sempre pel punttransici etapa; s preferible trencar sempre pel punt transici-etapa que pel punt etapa-transici ja que s preferible representar juntes les transicions amb les etapes que les validenque les validen.

En aquells casos en qu un reenviament va destinat a q qdiverses etapes (parallelisme, selecci de seqncia, etc.), sagafa sempre com a referncia de dest letapa representada ms a lesquerra. Igualment en aquells casosrepresentada ms a l esquerra. Igualment en aquells casos en qu un reenviament parteix de diverses etapes, sagafa tamb com a referncia dorigen letapa representada ms a lesquerral esquerra.

Representaci daccions segons IEC-848

Una acci genrica es representar com a la figura segent on la casella 2 cont la descripci de lacci la casella 3on la casella 2 cont la descripci de l acci, la casella 3 cont letiqueta que indica la referncia del senyal decomprovaci de lexecuci i la casella 1 indica les caracterstiques lgiques que relacionen la realitzaci decaracterstiques lgiques que relacionen la realitzaci de lacci amb lactivaci de letapa, segons la taula segent. Noms cal representar les caselles 1 i 3 en cas que siguin

inecessries.

A+

Regles devoluci

Quan hom dibuixa un GRAFCET pretn descriure un automatisme o qualsevol altre conjunt de successosautomatisme o qualsevol altre conjunt de successos condicionals i seqencials. En fer treballar aquest GRAFCET (s a dir, en portar-lo a la prctica) cal respectar unes regles (regles devoluci) ja que en cas contrari elunes regles (regles d evoluci) ja que en cas contrari el funcionament de lautomatisme o del conjunt de successos no seria el que caldria esperar a la vista del GRAFCET

t trepresentat.

A continuaci citarem cada una de les cinc regles delA continuaci citarem cada una de les cinc regles del GRAFCET acompanyades dalguns exemples en els quals s important el compliment de la regla que sest discutint.

Regles devoluci: 1.- Inicialitzaci

En la inicialitzaci del sistema shan dactivar totes les etapes inicials i noms les inicials.

La situaci inicial dun GRAFCET caracteritza tant el comportament inicial del sistema (elements dacci) com la del controlinicial del sistema (elements d acci) com la del control (automatisme). Correspon a lestat en qu sha de trobar

el sistema en posar en marxa, en connectar lalimentaci, etc. Habitualment la situaci inicial dun GRAFCET correspon a unaHabitualment la situaci inicial d un GRAFCET correspon a una situaci de reps o daturada segura.

S i t l t d i l t l Sovint en la posta en marxa duna mquina, el control comena per comprovar si aquesta es troba en la situaci inicial adequada al funcionament. Si no s aix (a causa que laturada ha estat demergncia o causada pel tall de lalimentaci) cal portar eld emergncia o causada pel tall de l alimentaci) cal portar el sistema a la situaci inicial desitjada abans de passar al funcionament desitjat de lautomatisme.

Regles devoluci: 2.- Evoluci de les transicions

Una transici est validada quan totes les etapes immediatament anteriors a ella sn actives. Una transici s franquejable quan est q j qvalidada i la seva receptivitat associada s certa. Tota transici franquejable ha de ser obligatriament i immediatament franquejada.

La figura representa una part dun GRAFCET en un instant determinat. En aquest instant letapa 1 no s activa, cosa que fadeterminat. En aquest instant l etapa 1 no s activa, cosa que fa que la transici (7) no estigui validada independentment de si la receptivitat a s certa o no.

Regles devoluci: 2.- Evoluci de les transicions

Ara letapa 1 est activa, cosa que implica que la transici (7) q p q ( )est validada. El sistema es mantindr estable en aquesta situaci mentre la receptivitat a sigui falsa (a=0).

Com a conseqncia de la figura anterior el sistema ha evolucionat desactivada i letapa 2 hasistema ha evolucionat desactivada i l etapa 2 ha estat activada.

Regles devoluci: 3.- Evoluci de les etapes actives

En franquejar una transici cal activar totes les etapes immediatament posteriors i desactivar simultniament totes les pimmediatament anteriors.

La figura representa una part dun GRAFCET en un instantLa figura representa una part d un GRAFCET en un instant determinat. En aquest instant letapa 2 no s activa, cosa que fa que la transici (7) no estigui validada encara que letapa 3 s estigui activa i independentment de si la receptivitat m s certa oestigui activa i independentment de si la receptivitat m s certa o no.


Ara les etapes 2 i 3 sn actives, cosa que implica que la transici q p q(7) est validada. El sistema es mantindr estable en aquesta situaci mentre la receptivitat m sigui falsa (m=0).

En aquesta situaci les etapes 2 iEn aquesta situaci les etapes 2 i 3 sn actives, cosa que implica que la transici (7) est validada. Ats que la receptivitat m s certa q p(m=1), la transici s franquejable i, per tant, ha de ser obligatriament franquejada. Aix implica que la situaci representada s una situaci que no pot existir mai ja que elfranquejament de la transici ha de ser immediat a lactivaci de m.


Com a conseqncia de la figura anterior el sistema ha evolucionat franquejant la transici (7). En franquejar la transici les etapes 4 i 5 (totes les immediatament posteriors) han estat activades i les etapes 2 i 3 (totes les immediatament anteriors) han estat desactivades. Totes les desactivacions i activacions implicades en el franquejament de l t i i h d litla transici shan de realitzar simultniament.

Regles devoluci: 4.- Simultanetat en el franquejament de les transicionsq j

Les transicions simultniament franquejables han de ser simultniament franquejades.q j

Lexistncia de la quarta regla ens permet la descomposici dun GRAFCET complex en dos ms senzills En el segent exempleGRAFCET complex en dos ms senzills. En el segent exemple tenim un GRAFCET amb parallelisme estructural (figura de lesquerra) i el descomponem en dos GRAFCETs independents (figura de la dreta) tenint en compte que la receptivitat de cada una(figura de la dreta) tenint en compte que la receptivitat de cada una de les dues transicions obtingudes ha de considerar lactivaci de letapa corresponent de laltre GRAFCET ja que en cas contrari elfuncionament de les dues estructures no seria el mateix.

Regles devoluci: 5.- Prioritat de lactivaci

Si en evolucionar un GRAFCET, una etapa ha de ser activada i desactivada al mateix temps, haur de romandre activa.p ,

Aquesta regla tant simple s la que es deixa de complir amb ms facilitat ja que quan simplanta un GRAFCET sobre un sistemafacilitat ja que quan s implanta un GRAFCET sobre un sistema automatitzat (rels, pneumtica, autmats programables, etc.) s corrent emprar elements de memria per emmagatzemar la informaci dactivitat de les etapes. Aquests elements de tipusinformaci d activitat de les etapes. Aquests elements de tipus memria, pensant en la seguretat, tenen habitualment la desactivaci com a entrada prioritria; aix implica que cal anar amb cura ja que s probable que el funcionament no sigui el j q p q gcorrecte.

Per sort hi ha pocs casos en qu una etapa hagi de ser activada i Per sort hi ha pocs casos en qu una etapa hagi de ser activada i desactivada al mateix temps. A continuaci veiem alguns exemples.

Regles devoluci: 5.- Prioritat de lactivaci

En lexemple de la figura de lesquerra, si la receptivitat b s certa cal tornar a letapa 2. Quan aix succeeixi caldr desactivar i activar letapa 2desactivar i activar l etapa 2 simultniament. Si no es compleix la cinquena regla el GRAFCET es quedar sense cap etapa activa.

Lestructura presentada no s molt elegant i hi ha formes ms simples dobtenir el mateix funcionament com, per exemple la de la figura de laexemple, la de la figura de la dreta.

8-grafcet

Documents