Grafcet Es un método gráfico de sintaxis simple,
para especificar la automatización industrial, el cual
está compuesto por comandos concisos y poderosos.
¿De dónde proviene su nombre? Es el acronismo para:
GRAfico Funcional deControl de Etapas y Transiciones
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.
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
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 . En las etapas, puede o no haber acciones
asociadas. Etapa normal Etapa normal activa
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)
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.
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.
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.
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.
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.
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
esta 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.
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.
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
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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 evolucionaran cada
uno de ellos por separado y a su ritmo. Estos pueden en varios
puntos, tener o no relación entre sí.
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 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.