Este GRAFCET no debe contener ninguna referencia a las
tecnologías utilizadas; es decir no se especifica
cómo hacemos avanzar la pieza (cilindro neumático,
motor y cadena, cinta transportadora, etc.), ni cómo
detectamos su posición (fin de carrera, detector
capacitivo, detector fotoeléctrico, etc.), ni tan solo el
tipo de automatismo utilizado (autómata programable,
neumática, ordenador industrial, etc.).
GRAFCET de nivel 2: Descripción
tecnológica
En este nivel se hace una descripción a nivel
tecnológico y operativo del automatismo. Quedan
perfectamente definidas las diferentes tecnologías
utilizadas para cada función. El GRAFCET describe las
tareas que han de realizar los elementos escogidos. En este nivel
completamos la estructura de la máquina y nos falta el
automatismo que la controla.
GRAFCET de nivel 3: Descripción
operativa
En este nivel se implementa el automatismo. El GRAFCET
definirá la secuencia de actuaciones que realizará
este automatismo. En el caso de que se trate, por ejemplo, de un
autómata programable, definirá la evolución
del automatismo y la activación de las salidas en
función de la evolución de las entradas.
3.3 GUÍA GEMMA
Un automatismo consta de dos partes fundamentales: el
sistema de producción y el control de este sistema
(ordenador, autómata programable, etc.). El control puede
estar alimentado o sin alimentar; desde nuestro punto de vista,
el estado sin alimentar no nos interesa pero sí hemos de
estudiar el paso de este estado al otro.
Cuando el control está alimentado, el sistema
puede estar en tres situaciones: en funcionamiento, parado (o en
proceso de parada) y en defecto. Puede haber producción en
cada una de estas tres situaciones; en funcionamiento sin ninguna
duda pero también se puede producir cuando la
máquina está en proceso de parada y cuando la
máquina está en ciertas condiciones de defecto (a
pesar de que tal vez la producción no será
aprovechable).
La guía propone también los principales
caminos para pasar de un estado a otro.
3.3.1 Grupo F: Procedimientos de
funcionamiento
Este grupo contiene todos los modos de funcionamiento
necesarios para la obtención de la producción; es
decir los de funcionamiento normal (F1 a F3) y los de prueba y
verificación (F4 a F6).
F1 Producción normal.
F2 Marcha de preparación.
F3 Marcha de cierre.
F4 Marchas de verificación sin
orden.
F5 Marchas de verificación en
orden.
F6 Marchas de prueba.
3.3.2 Grupo A: Procedimientos de
parada
Este grupo contiene todos los modos en los que el
sistema está parado (A1 y A4), los que llevan a la parada
del sistema (A2 y A3) y los que permiten pasar el sistema de un
estado de defecto a un estado de parada (A5 a A7). Corresponden a
todas las paradas por causas externas al proceso.
A1 Parada en el estado inicial.
A2 Parada pedida a final de ciclo.
A3 Parada pedida en un estado
determinado.
A4 Parada obtenida. Es un estado de reposo de la
máquina diferente del estado inicial.
A5 Preparación para la puesta en marcha
después del defecto.
A6 Puesta del sistema en el estado
inicial.
A7 Puesta del sistema en un estado
determinado.
3.3.3 Grupo D: Procedimientos de
defecto
Este grupo contiene todos los modos en los que el
sistema está en defecto tanto si está produciendo
(D3), está parado (D1) o está en fase de
diagnóstico o tratamiento del defecto (D2). Corresponden a
todas las paradas por causas internas al proceso.
D1 Parada de emergencia.
D2 Diagnóstico y/o tratamiento de los
defectos.
D3 Producción a pesar de los
defectos.
El gráfico siguiente es una traducción del
propuesto por la ADEPA en la GEMMA.
Planta
embotelladora
Figura . Planta embotelladora
Fuente.
http://www.laverdad.es/murcia/prensa/noticias/200711/24/fotos/017D6ALBP2_1.jpg
4.1 DESCRIPCIÓN BÁSICA
La parte de la máquina embotelladora que se
explica a continuación, comprende las secciones de carga,
llenado y taponado de las botellas.
4.2 FASES A Y B DE DISEÑO
La figura 1 muestra esquemáticamente la
máquina, con estas partes:
ESTACIÓN DE CARGA: Los recipientes llegan por una
cinta y se transfieren a la cinta de máquina a
través del cilindro neumático A.
AVANCE CINTA: La cinta de máquina avanza un paso
con el cilindro B. El acoplamiento de piñón y
cremallera avanza solo de izquierda a derecha, es decir, cuando
el cilindro B retrocede no arrastra la cinta hacia
atrás.
ESTACIÓN DE LLENADO: el llenado lo efectúa
un dosificador volumétrico controlado por el cilindro C y
una válvula D.
ESTACIÓN DE TAPONADO: La operación de
taponado consiste en la transferencia del tapón mediante
el cilindro G, aproximación mediante el cilindro E. el
tapón queda retenido en el receptáculo, se retiran
los cilindros G y E y posteriormente se rosca el tapón
aproximando nuevamente E y haciendo girar el tapón
mediante el motor neumático F.
SENSORES: Inicialmente se ha previsto que cada cilindro
lleve un censor final de carrera, identificado por la misma letra
(en minúscula) y el subíndice 1 o 0, según
esté extendido o replegado. Así, por ejemplo, el
sensor a1 indica cilindro A extendido y a0 cilindro A replegado.
El cilindro E, como caso especial, lleva un detector de
presión (e1) para detectar que el tapón ha llegado
a tope en la transferencia o durante el roscado del tapón
al recipiente.
Figura 1. Planta embotelladora: Secciones de carga,
llenado y taponado.
Fuente. Autómatas
programables
En estas fases se han definido algunos accionamientos y
sensores, pero no todos. A medida que se desarrolla el GRAFCET de
base o al ir desarrollando los procedimientos de paro y marcha
con el GEMMA, aparecerán probablemente nuevos sensores o
podrá cambiar la filosofía de algunos
accionamientos. Debe entenderse, por tanto, que el dibujo de la
figura es el resultado final del diseño y que inicialmente
algunos sensores como CP1, CP2, CP3 o incluso los pulsadores o
receptores, de mando no estarían previstos en un
principio.
El GRAFCET de base correspondiente al estado de
producción normal, se representa en la figura 2. Este es
un GRAFCET incompleto, puesto que se deben incluir en el los
procedimientos de marcha y paro que nos dará el GEMMA y
por ello no están todavía definidas ni siquiera las
etapas iníciales.
Figura 2. GRAFCET de base de la planta embotelladora
(corresponde al estado de producción normal)
Fuente. Autómatas Programables.
4.3 FASE C DE DISEÑO
Con ayuda del gráfico GEMMA se fijan los estados
de marcha y paro que se consideran necesarios en la
máquina. Todas estas situaciones se han previsto en la
figura 3, en la cual se han considerado no necesarios los estados
que aparecen tachados. Los estados previstos son los
siguientes:
A1: (Paro en estado inicial) es el que queda
representado en la figura 1.
F1: Cuando se pone en marcha la máquina se pasa
al estado F1 (Producción normal) es decir, llenado y
taponado en modo automático. En este estado el sistema
seguirá la evolución del GRAFCET de
base.
A2: (Paro a fin de ciclo) Puede pedirse en cualquier
momento del ciclo y el sistema se detendrá en el estado
A2.
F2: Cuando la máquina está vacía
debe ponerse en marcha progresivamente (Marcha de
preparación), de forma que cada estación arranque
cuando le llega el primer recipiente (evitar derramar
líquido).
F3: Debe poder vaciarse la máquina y llevarla al
estado inicial (Marcha de finalización). La máquina
debe ir parando progresivamente sus estaciones a medida que se
vacía.
D3: Supongamos que la estación de taponado se
prevé que pueda fallar, pero se decide pasar a un estado
de (Seguir en producción con fallo), previendo que la
operación se efectuará manualmente.
D1: El paro de emergencia prevé la
detención de todos los movimientos y el cierre de la
válvula D, para evitar cualquier derrame de
líquido.
A5: Después del paro de emergencia se
prevé una verificación y limpieza manual en un
estado de (Preparación de arranque después de
fallo).
F4: Se prevé un estado de (Marcha de
verificación) para regular el dosificador y controlar el
distribuidor de tapones.
A6: Se prevé un mando individual de cada
movimiento para inicializar la máquina o verificar la
marcha (En realidad se hacen coincidir los estados A6 y
F4).
F5: Se prevé una (Marcha de verificación)
de cada estación, efectuando un ciclo independiente de las
demás.
Figura 3. Gráfico GEMMA completo
para planta embotelladora.
Fuente. Autómatas Programables.
4.4 FASE D DE DISEÑO
Con la ayuda del GEMMA se deben proveer ahora las
condiciones de evolución entre los estados citados
anteriormente. Al hacerlo nos damos cuenta de lo siguiente (En la
figura 3 podemos ver las condiciones de transición entre
estados):
Para poder efectuar la puesta en marcha y parada
progresivas, requeridas en F2 y F3, se necesitan sensores
suplementarios en cada estación para detectar la
presencia del recipiente, CP1, CP2 y CP3.Se obtienen también las necesidades de
elementos de mando para el diálogo con el operador
(pulsadores, selectores, etc.). Un esquema de estos elementos
de mando se ha representado en la figura 4, indicando las
señales que generan y que luego se incorporan al GEMMA
como condiciones de transición.
Figura 4. Elementos de mando para la planta
embotelladora.
Fuente. Autómatas Programables.
La opción de marcha en automático
requiere una botonera de paro-marcha que genere la
señal M de marcha en automático.El estado D3 requiere un selector específico
para indicar si la estación de taponado funciona en
manual o automático. La señal se ha
identificado como TM para taponado manual.El estado F3 requiere poder detener la
estación de trasferencia para vaciado. Se incorpora,
pues, un selector con las opciones automático o
vaciado. La petición de vaciado se ha identificado por
la señal AA.El estado F5 requiere una posibilidad de marcha en
semiautomático para verificar el ciclo de cada una de
las estaciones.Se incluye también uno o más
pulsadores de emergencia, aunque, como se ha dicho,
éstos se tratan habitualmente bloqueando totalmente el
sistema y no se considera al dibujar el GRAFCET.Todo ello nos permite rehacer y completar el GRAFCET
contemplando los procedimientos de arranque y parada,
obteniendo el gráfico de la figura 5. Obsérvese
que los estados A6 y F4 no están propiamente
contemplados en el GRAFCET, ya que no forman parte de
ningún ciclo. Por ellos se ha previsto una entrada en
el estado A6, desde cualquier estado, de forma que basta que
el selector de modo esté en manual para que pueda
efectuarse cualquier movimiento de forma independiente con
una serie de pulsadores previstos para tal efecto.
Figura 5. GRAFCET incluyendo los procedimientos de
marcha-paro y fallo excepto paro de emergencia.
Fuente. Autómatas Programables.
Como consecuencia de esta fase obtenemos, pues, el
GRAFCET completo y a partir de éste se trata ya de elegir
un sistema de mando e implementar las funciones lógicas,
bien sea en un autómata programable o en un sistema
cableado.
El GRAFCET completo no contempla la salida de cada etapa
por paro de emergencia. El paro de emergencia debe tratarse como
una función aparte, de rango superior, que detiene todas
las salidas. En sistemas programables esto suele hacerse a
través de alguna variable de sistema prevista para tal
efecto y en sistemas cableados se suele cortar la tensión
de mando.
Conclusión
Puede pensarse que el método es innecesario para
casos muy simples e incluso que contiene todavía cierta
componente de "diseño por intuición", ya que el
diseñador debe decidir siempre una parte
tecnológica. En cualquier caso los útiles
propuestos pretenden resolver, y lo consiguen, el diseño
de la parte de mando, y proporcionan además una ayuda muy
valiosa para el diseño de la parte mecánica y de
accionamientos.
Al mismo tiempo, dichos útiles son
una herramienta poderosísima para la coordinación
entre los distintos especialistas que intervienen en el
diseño de la máquina completa y entre estos y el
ingeniero de producción, que aporta su experiencia en el
proceso y obtiene como beneficio un diseño más
adaptado a sus necesidades y unas ayudas al mantenimiento de
explotación.
Bibliografía
Michel, G. Autómatas programables industriales:
Arquitectura y aplicaciones. Marcombo, S.A. España.
1990.
BALCELLS, Josep. ROMERAL, José Luis.
Autómatas programables. Marcombo, S.A. España.
1997
Autor:
Nadia Villa
Presentado al Ing. FABIAN ROLDÁN
NARIÑO
UNIVERSIDAD INCCA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍAS,
ADMINISTRACIÓN Y CIENCIAS BÁSICAS
PROGRAMA INGENIERÍA
ELECTRÓNICA
ELECTIVA TÉCNICA II
BOGOTÁ D.C.
2009
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