Curso de Grafcet

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Principios del GRAFCET Un GRAFCET es una sucesión de etapas. Cada etapa tiene sus acciones asociadas de forma que cuando aquella etapa está activa se realizan las correspondientes acciones; pero estas acciones no podrán ejecutarse nunca si la etapa no está activa.

Entre dos etapas hay una transición. A cada transición le corresponde una receptividad, es decir una condición que se ha de cumplir para poder pasar la transición. Una transición es válida cuando la etapa inmediatamente anterior a ella está activa. Cuando una transición es válida y su receptividad asociada se cumple se dice que la transición es franqueable.

Al franquear una transición se desactivan sus etapas anteriores y se activan las posteriores. Las etapas iniciales, que se representan con línea doble, se activan en file://C:\WINDOWS\TEMP\DHUVIPQR.htm

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la puesta en marcha.

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la puesta en marcha.

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Los tres niveles del GRAFCET

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Los tres niveles del GRAFCET El GRAFCET puede utilizarse para describir los tres niveles de especificaciones de un automatismo. Estos tres niveles son los que habitualmente se utilizan para diseñar y para describir un automatismo.

GRAFCET de nivel 1: Descripción funcional En el primer nivel interesa una descripción global (normalmente poco detallada) del automatismo que permita comprender rápidamente su función. Es el tipo de descripción que haríamos para explicar lo que queremos que haga la máquina a la persona que la ha de diseñar o el que utilizaríamos para justificar, a las personas con poder de decisión en la empresa, la necesidad de esta máquina.

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 file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04

Los tres niveles del GRAFCET

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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.

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Reglas de evolución

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Reglas de evolución Cuando se dibuja un GRAFCET, se pretende describir un automatismo o cualquier otro conjunto de sucesos condicionales y secuenciales. Al hacer trabajar este GRAFCET (es decir, al llevarlo a la práctica) se deben respetar unas reglas (reglas de evolución) ya que, en caso contrario, el funcionamiento del automatismo o del conjunto de sucesos no sería el que cabría esperar a la vista del GRAFCET representado. A continuación citaremos cada una de las cinco reglas de evolución del GRAFCET acompañadas, si es necesario, de algún ejemplo en el que sea importante el cumplimiento de la regla que se está comentando.

Regla 1: Inicialización En la inicialización del sistema se han de activar todas las etapas iniciales y sólo las iniciales. La situación inicial de un GRAFCET caracteriza tanto el comportamiento inicial del sistema (elementos de acción) como el del control (automatismo). Corresponde al estado en el que se ha de encontrar el sistema al poner en marcha, al conectar la alimentación, etc. Habitualmente la situación inicial de un GRAFCET corresponde a una situación de reposo o de parada segura. A menudo en la puesta en marcha de una máquina, el control comienza por comprobar si esta se encuentra en la situación inicial adecuada para el funcionamiento. Si no es así (por ejemplo por que la parada ha sido por emergencia o causada por el corte de la alimentación) se deberá llevar el sistema a la situación inicial adecuada antes de pasar al funcionamiento deseado del automatismo.

Regla 2: Evolución de las transiciones Una transición está validada cuando todas las etapas inmediatamente anteriores a ella están activas. Una transición es franqueable cuando está validada y su receptividad asociada es cierta. Toda transición franqueable debe ser obligatoriamente e inmediatamente franqueada. La figura representa una parte de un GRAFCET en un instante determinado. En este instante la etapa 1 no está activa, lo que hace que la transición (7) no esté validada, independientemente de si la receptividad a es cierta o no. file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04


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Ahora la etapa 1 está activa, lo que implica que la transición (7) está validada. El sistema se mantendrá estable en esta situación mientras la receptividad a sea falsa (a=0).

En esta situación le etapa 1 está activa, lo que implica que la transición (7) está validada. Dado que la receptividad a es cierta (a=1), la transición es franqueable y, por tanto, debe ser obligatoriamente franqueada. Esto implica que la situación representada es una situación que no puede existir nunca ya que el franqueo de la transición ha de ser inmediato a la activación de a.

Como consecuencia de la figura anterior, el sistema ha evolucionado franqueando la transición. Al franquear la transición, la etapa 1 ha sido desactivada y la etapa 2 ha sido activada.



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Regla 3: Evolución de las etapas activas Al franquear una transición se deben activar todas las etapas inmediatamente posteriores y desactivar simultáneamente todas las inmediatamente anteriores. La figura representa una parte de un GRAFCET en un instante determinado. En este instante la etapa 2 no está activa, lo que hace que la transición (7) no esté validada aunque la etapa 3 sí esté activa e independientemente de si la receptividad m es cierta o no.

Ahora las etapas 2 y 3 están activas, lo que implica que la transición (7) está validada. El sistema se mantendrá estable en esta situación mientras la receptividad m sea falsa (m=0).

En esta situación las etapas 2 y 3 están activas, lo que implica que la transición (7) está validada. Dado que la receptividad m es cierta (m=1), la transición es franqueable y, por tanto, ha de ser obligatoriamente franqueada. Esto implica que la situación representada es una situación que no puede existir nunca ya que el franqueo de la transición ha de ser inmediato a la activación de m. file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04


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Como a consecuencia de la figura anterior, el sistema ha evolucionado franqueando la transición (7). Al franquear la transición, las etapas 4 y 5 (todas las inmediatamente posteriores) han sido activadas y las etapas 2 y 3 (todas las inmediatamente anteriores) han sido desactivadas. Todas las desactivaciones y activaciones implicadas en el franqueo de la transición se han de realizar simultáneamente.

Regla 4: Simultaneidad en el franqueamiento de las transiciones Las transiciones simultáneamente simultáneamente franqueadas.

franqueables

han

de

ser

La existencia de esta cuarta regla nos permite la descomposición de un GRAFCET complejo en dos más sencillos. En el siguiente ejemplo tenemos un GRAFCET con paralelismo estructural (izquierda) y lo descomponemos en dos GRAFCETs independientes (derecha) teniendo en cuenta que la receptividad de cada una de las dos transiciones obtenidas ha de considerar la activación de la etapa correspondiente del otro GRAFCET ya que, en caso contrario, el funcionamiento de las dos estructuras no sería el mismo.



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Si no se verificase la cuarta regla, una de las dos transiciones sería franqueada antes que la otra que, por tanto, dejaría de ser válida y, por ello, ya no sería franqueable. La estructura que se ha presentado en la figura de la derecha se llama segunda forma de paralelismo interpretado. A menudo es conveniente señalar con un asterisco (*) aquellas transiciones en las que el cumplimiento de la cuarta regla es imprescindible para el correcto funcionamiento, tal como hemos hecho en la figura de la derecha. Otro caso corriente en el que es imprescindible el correcto cumplimiento de la cuarta regla es el del paralelismo interpretado. Si en el ejemplo de la figura una de las dos transiciones es franqueada antes que la otra, la segunda dejará de estar validada y, por tanto, no será franqueada.

Regla 5: Prioridad de la activación Si al evolucionar un GRAFCET, una etapa ha de ser activada y desactivada al mismo tiempo, deberá permanecer activa. Esta regla tan simple es la que es deja de cumplirse con más facilidad ya que cuando se implanta un GRAFCET sobre un sistema automatizado (relés, neumática, autómatas programables, etc.) es corriente utilizar elementos de memoria para almacenar la información de actividad de las etapas. Estos elementos de tipo memoria, pensando en la seguridad, tienen habitualmente la desactivación como entrada prioritaria; esto implica que debe irse con cuidado ya que es probable que el funcionamiento no sea el correcto. Por suerte hay pocos casos en los que una etapa deba ser activada y desactivada al mismo tiempo. A continuación vemos algunos ejemplos.



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En el ejemplo de la figura de la izquierda, si la receptividad b es cierta hay que volver a la etapa 2. Cuando esto ocurre, se deberá desactivar y activar la etapa 2 simultáneamente. Si no se cumple la quinta regla, el GRAFCET se quedará sin ninguna etapa activa. La estructura presentada no es muy elegante y hay formas más simples de obtener el mismo funcionamiento; como, por ejemplo, la de la figura de la derecha.

En este otro caso es imprescindible el correcto cumplimiento de las reglas 4 y 5. Fijémonos que la etapa 4 ha de ser desactivada y activada al mismo tiempo dado que sus transiciones anterior y posterior son franqueables simultáneamente. Si no se verifica la quinta regla, la etapa 4 quedará desactivada.

Si no se verificase la cuarta regla, las transiciones no serían franqueadas simultáneamente y el resultado no sería correcto.



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Representación de las acciones según IEC-848 La norma IEC-848 (Preparation of function charts for control systems, Preparación de diagramas funcionales para sistemas de control) presenta una forma general de descripción de las acciones asociadas a las etapas. Una acción genérica se representará como en la figura siguiente donde la casilla 2 contiene la descripción de la acción, la casilla 3 contiene la etiqueta que indica la referencia de la señal de comprobación de la ejecución y la casilla 1 indica las características lógicas que relacionen la realización de la acción con la activación de la etapa, según la relación siguiente.

n

C

Acción condicionada

n

D

Acción retardada

n

L

Acción limitada en el tiempo

n

P

Acción impulsional

n

S

Acción memorizada

La tercera casilla se utiliza en pocas ocasiones. Se trata de señalar (con una etiqueta alfanumérica) cual de las condiciones indicadas en la receptividad inmediatamente posterior a la etapa, indica que la acción se está ejecutando o se ha ejecutado. Sólo deben representarse las casillas 1 y 3 en caso de que sean necesarias. Vamos a ver algunos ejemplos de aplicación.



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Corresponde al caso más simple, mientras esté activa la etapa 0, la máquina ha de bobinar y dejar de hacerlo cuando se desactive la etapa. En el caso que se representa a continuación no se calentará mientras esté activa la etapa 1 sino sólo cuando, además de estar la etapa activa, el termostato esté activado. Por ejemplo en el control de un horno hay una etapa de cocción (etapa 1) pero el quemador no ha de estar siempre activado sino sólo cuando sea necesario para mantener la temperatura. Podemos representar la condición fuera del rectángulo (izquierda) o dentro (derecha).

La acción retardada (letra D) implica que la acción empieza un cierto tiempo después de la activación de la etapa, siempre que la etapa todavía siga activa. En el ejemplo, se empezará a cerrar después de medio segundo contado desde la activación de la etapa 2. Se dejará de cerrar cuando se desactive la etapa 2. Si la etapa se desactiva antes de los 0.5 s no se debe cerrar. El caso de acción retardada se puede representar con un GRAFCET que sólo tenga acciones sencillas, como muestra la figura. Fijémonos que debe preverse el caso de que la receptividad final (k) sea cierta antes del transcurso del tiempo.

La acción limitada (letra L) implica que la acción termina un cierto tiempo después de la activación de la etapa, siempre que la etapa todavía siga file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04


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activa. En el ejemplo, la sirena ha de comenzar a sonar cuando se active la etapa 3 y sonará durante dos segundos excepto en el caso de que la etapa 3 se desactive antes, en cuyo caso la sirena dejaría de sonar al desactivarse la etapa. El caso de acción limitada se puede representar con un GRAFCET que sólo tenga acciones sencillas, como muestra la figura. Fijémonos que debe preverse el caso de que la receptividad final (h) sea cierta antes del transcurso del tiempo.

La acción impulsional (letra P) corresponde a una acción limitada a un iempo muy corto. La acción de activar comenzará cuando se active la etapa 4 y se desactivará inmediatamente. La duración de los impulsos será un tiempo muy pequeño pero suficiente para conseguir el efecto deseado.

Las acciones memorizadas implican que en una etapa determinada se activa una acción y esta acción se desactiva en otra etapa. En el ejemplo siguiente XBR se activa en la etapa 6 (XBR=1) y se desactiva en la 8 (XBR=0). Las acciones memorizadas pueden representarse también mediante un paralelismo, como puede verse en la figura.



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La primera casilla puede contener más de una letra. En estos casos el orden en que están las letras en la casilla indica el orden en que se han de realizar las funciones indicadas. En algunos casos este orden no tiene importancia pero en otros puede ser decisivo. La acción de abrir comenzará cuando se active la etapa 5 si el pulsador está pulsado y se desactivará inmediatamente. Si no está pulsado al activarse la etapa no habrá impulso. Se producirá un impulso cada vez que, mientras esté activada la etapa 5, alguien pulse el pulsador.

Al activarse la etapa 2 se memoriza (S) y comienza el retardo. La acción de cerrar se iniciará al cabo de tres segundos de la activación de la etapa 2 aunque esta esté desactivada. Conviene observar que si aparece "Cerrar=0" antes de los tres segundos la acción de cerrar no se hará.

Al activarse la etapa 4 comienza el retardo. Si cuando han transcurrido seis segundos la etapa 4 todavía está activa, comenzará la acción de subir; pero esta acción no podrá comenzar si la etapa 4 está inactiva.



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Cuando se active la etapa 7 se memoriza (S) y la acción de bajar se realizará cada vez que el sensor se active. Dejará de realizarse la acción, aunque se active el sensor, cuando se encuentre un "Bajar=0".

Cuando la etapa 1 esté activa y, además, esté cerrado el contacto del termostato, se memorizará la acción de abrir que será realizada en forma permanente aunque el termostato cambie de estado. Dejará de realizarse la acción cuando se encuentre un "Abrir=0".


Etapas y transiciones fuente y pozo

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Etapas y transiciones fuente y pozo La figura siguiente representa una etapa fuente. La etapa 7 se activará al inicializar el sistema y se desactivará cuando la receptividad m sea cierta. No podrá volverse a activar hasta que haya una nueva inicialización del GRAFCET. Equivale a una etapa en la que la transición anterior a ella es siempre falsa.

La figura siguiente representa una transición fuente, es decir una transición siempre validada. Cada vez que la receptividad m sea cierta, la etapa 1 se activará.

Es recomendable que las transiciones fuente vayan asociadas a receptividades condicionadas por flanco. En el caso de la figura, la etapa 1 estará siempre activa mientras m=1 independientemente de cual sea el estado de la receptividad n. La transición fuente es equivalente a la representación que aparece a continuación, en la que no hay etapas ni transiciones especiales.

La figura siguiente representa una etapa pozo. Esta etapa, una vez activada no se puede desactivar. La primera vez que la etapa 4 esté activa y a sea cierta, se desactivará la etapa 4 y se activará la 7 (como es lógico). Las siguientes veces en que la etapa 4 esté activa y a sea file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04

Etapas y transiciones fuente y pozo

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cierta, se desactivará la etapa 4 y la etapa 7 seguirá activada. Equivale a una etapa en la que la transición posterior a ella es siempre falsa. Es posible que una etapa sea fuente y pozo al mismo tiempo.

Finalmente, la figura representa una transición pozo. Cada vez que la receptividad sea cierta, se desactivará la etapa anterior. Equivale a una transición seguida de una etapa pozo. Es recomendable que las transiciones pozo vayan asociadas a receptividades condicionadas por flanco.


Etapas consecutivas activas

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Etapas consecutivas activas En un GRAFCET puede haber varias etapas consecutivas que estén activas simultáneamente, como ya hemos visto al hablar de las reglas de evolución 4 y 5. Hay que ir con cuidado al tratar secuencias en las que puedan haber varias etapas activas simultáneamente. Veamos, como ejemplo la evolución siguiente.

Como hemos podido observar, un GRAFCET con varias etapas activas puede pasar a tener sólo una según como se hayan planteado las receptividades y según en que orden se activen las entradas. Un ejemplo de utilización de las etapas consecutivas activas puede ser un proceso de fabricación en el que el número de piezas en proceso por la máquina sea muy variable y cada una de ellas esté en puntos diferentes de la máquina; en este caso un posible tratamiento sería que el inicio del GRAFCET fuese en una transición fuente y el final en una etapa pozo. En un proceso, una máquina ha de empaquetar tres piezas después de hacer un determinado tratamiento en ellas. Las figuras siguientes presentan una forma de iniciar (izquierda) y una forma de acabar (derecha) la cadena de tratamientos.


Etapas consecutivas activas

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En la representación de la izquierda, cuando la receptividad m sea cierta se activarán las etapas 5, 6 y 7 correspondientes a las tres piezas que comienzan el ciclo. Con las receptividades indicadas, cada pieza esperará a iniciar un tratamiento hasta que lo haya iniciado la anterior. En la representación de la derecha, cuando las piezas vayan acabando sus tratamientos se irán activando las etapas 1, 2 y 3 de manera que cuando haya tres piezas (etapas 1, 2 y 3 activas) se validará la transición n.


Combinación de estructuras básicas

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Combinación de estructuras básicas Las estructuras básicas no siempre son las más adecuadas para representar la evolución de un sistema. A veces nos interesará combinarlas entre ellas para obtener la representación que nos interesa. Algunos sistemas sólo admiten las estructuras básicas; las estructuras que aparecen a continuación pueden ser útiles para comprobar si un sistema admite o no toda la potencia del GRAFCET y si interpreta correctamente las estructuras que admite. En algunas ocasiones puede ser necesario iniciar un paralelismo inmediato a una selección de secuencia o una selección de secuencia inmediata a un paralelismo. En el primer caso, tanto el inicio como el final de la citada estructura no representan ningún problema, como puede verse en las figuras siguientes.

En cambio cuando se necesita de una selección de secuencias inmediata a un paralelismo no es directamente realizable sino que es necesario añadir etapas sin acción asociada que tienen como única utilidad la de permitir una representación correcta. Veamos un ejemplo en las figuras siguientes en las que las etapas 1, 2, 19 y 20 se han puesto sólo por motivos estructurales pero no llevarán ninguna acción asociada.



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En la figura siguiente tenemos unas ramas paralelas que se van abriendo progresivamente y se cierran simultáneamente.

En el caso siguiente, la etapa 8 puede tenerse que activar y desactivar simultáneamente.

A continuación tenemos un caso en que las selecciones de secuencia se combinan de forma poco convencional.



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Por último, la siguiente figura presenta un caso en el que se combinan selecciones de secuencia con paralelismos.


Tiempo interno y tiempo externo

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Tiempo interno y tiempo externo El sistema de control de un sistema ha de leer las entradas, determinar la evolución del sistema según el GRAFCET y escribir las salidas en forma cíclica. Durante la determinación de la evolución del sistema los valores considerados como entradas se mantienen constantes a pesar de que las entradas reales (entradas físicas) puedan cambiar durante este proceso. De la misma forma, el valor de las salidas reales (salidas físicas) no se ha de modificar hasta que no haya acabado la determinación de la evolución del sistema. No se pueden actualizar las salidas físicas hasta que el sistema no haya llegado a una situación estable con la situación de las entradas que se s e había memorizado. Así pues, debemos hablar de escalas de tiempo diferentes e independientes, una externa al sistema de control y otra interna. La escala de tiempo interna permite expresar correctamente la evolución del sistema; en la escala de tiempo interna sólo intervienen los sucesos internos. La escala de tiempo externa permite expresar correctamente la evolución de las variables externas. Los franqueamientos de transiciones son medibles en la escala de tiempo interna y despreciables en la escala de tiempo externa. Las temporizaciones se miden en la escala de tiempo externa. Llamamos situación de un GRAFCET a cualquier estado real de actividad de etapas. Se llama situación estable a una situación que no puede variar sin intervención de variables externas al sistema de control y situación no estable a una situación que puede variar sin intervención de variables externas al sistema de control. Las situaciones estables tienen una duración medible en la escala de tiempo externa mientras que las situaciones no estables tienen una duración despreciable en la escala de tiempo externa y medible en la escala de tiempo interna. Una misma situación puede ser estable o inestable según cuales sean los estados de las variables del sistema en aquel momento. Las acciones asociadas a etapas no estables no deben ejecutarse (ya que sólo se ven en la escala de tiempo externa) pero sí los forzados (que actúan en la escala de tiempo interna). En la escala de tiempo externa, las acciones que se mantienen en dos o más etapas consecutivas se han de realizar sin interrupción. A continuación estudiaremos una serie de casos tanto desde el punto de vista del tiempo interno como en tiempo externo para ver las file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04


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diferencias. Para cada caso indicaremos la evolución de los estados. Los estados correspondientes a situaciones no estables y las evoluciones en escala de tiempo interna se han representado en color rojo.

Franqueo de una transición (por receptividad) La etapa 1 es activa y, por tanto, la transición (1) está validada. Cuando la receptividad a se vuelve cierta, se franquea la transición.

Franqueo de una transición (por validación) La etapa 1 está activa, y por tanto la transición (1) está validada. La receptividad b es cierta pero, dado que la transición 2 no está validada, no hay cambio de situación. Cuando la receptividad a pasa a ser cierta, se activa la etapa 3.



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Acciones en etapas no estables Cuando una acción está asociada a una etapa no estable, no se realizará. En el ejemplo anterior, la etapa 2 no era estable en la situación descrita; por tanto si esta etapa hubiese tenido una acción asociada, esta acción no se habría realizado. De la misma forma, si en un final de paralelismo la receptividad es cierta antes de que todas las etapas estén activas, las acciones asociadas a la última etapa activada no serán realizadas. Por este motivo, no tiene sentido que un GRAFCET tenga una transición siempre válida (=1) que sólo esté validada por una única etapa con acciones asociadas, ya que estas acciones no se realizarán nunca. El ejemplo siguiente permite ver lo que pasa en el caso anterior si la etapa 2 tiene una acción asociada.



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La acción HL1 sólo se ha representado en la escala de tiempo externo ya que las acciones no tienen sentido en la escala de tiempo interno. Como se ha podido ver, la acción HL1 no se realiza. Cuando se desee que la acción se realice, es necesario que la ecuación booleana de la receptividad incluya algún parámetro relacionado con la etapa o la acción. A continuación se presenta un ejemplo en el que la acción se realiza como mínimo durante un instante, un caso en que la acción se realiza durante un tiempo (de un segundo) fijado por el diseñador y, finalmente, otro caso en el que se realiza hasta el final de la acción.

En algunas tecnologías puede suceder que el detector de final de un movimiento esté activado antes de iniciarlo porque se mantenga activado desde el movimiento anterior (por ejemplo en neumática, ya que se requiere un cierto tiempo para purgar los conductos). En estos casos se aconseja comprobar la desactivación del detector antes de entrar en la etapa que inicia el movimiento.



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Transiciones tipo flanco (por receptividad) Repetimos el ejemplo de franqueo de una transición por receptividad para el caso en que la transición (1) tenga una receptividad activada por flanco.

Dado que el cambio de estado (flanco) de la variable a llega cuando la etapa 1 está validada, la transición es franqueable y el GRAFCET cambia a una nueva situación. En este caso hemos obtenido el mismo resultado con una transición por flanco que con una transición booleana (por nivel).

Transiciones tipo flanco (por validación) Repetimos el ejemplo de franqueo de una transición por validación para el cas de que la transición (2) tenga una receptividad activada por flanco.



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La etapa 1 está activa y, por tanto, la transición (1) está validada. La receptividad b ve un flanco pero dado que la transición 2 no está validada no hay cambio de situación. Cuando la receptividad a pasa a ser cierta, dado que la receptividad b se mantiene estable, no habrá franqueo de la transición de forma que la situación del GRAFCET no cambiará. En este caso el resultado obtenido con una transición por flanco ha sido diferente del que habíamos obtenido con una transición booleana.

Dos transiciones tipo flanco consecutivas En el caso de que tengamos dos transiciones consecutivas tipo flanco, cada flanco sólo es tenido en cuenta una vez en la misma secuencia dado que, cuando la segunda transición está validada, el flanco (visto en la escala de tiempo interna) ya ha pasado. El ejemplo siguiente lo pone de manifiesto.



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Dos transiciones tipo flanco consecutivas en un GRAFCET con dos etapas activas consecutivas En el caso en el que tenemos dos transiciones consecutivas tipo flanco en un GRAFCET con dos etapas activas consecutivas, cada flanco sólo se tiene en cuenta una única vez en la misma secuencia. Dado que ambas transiciones ven el flanco simultáneamente y sólo una vez, el GRAFCET evoluciona como en el ejemplo siguiente.

Receptividad condicionada por una etapa de duración nula file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04


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Cuando una receptividad viene condicionada por una etapa de duración nula y la transición correspondiente está validada, se deberá de franquear, a pesar de que en la escala de tiempo externo la etapa no se active, dado que sí se activa en la escala de tiempo interno.

Acción impulsional En el caso de que la acción asociada a una etapa sea del tipo impulsional, esta acción sólo se realizará durante un instante (medido en la escala de tiempo externo). Veámoslo en un ejemplo.



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Acción impulsional condicionada En el caso de que la acción asociada a una etapa sea del tipo impulsional y esté condicionada, esta acción sólo se realizará durante un instante (medido en la escala de tiempo externo) cada vez que la condición pase de falsa a cierta. Veamos un ejemplo.

Si cuando se activa la etapa la condición es cierta, la acción también se ejecutará.



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Acción mantenida en varias etapas consecutivas Cuando la misma acción está asociada a dos (o más) etapas consecutivas, debe ejecutarse sin interrupción cuando se pasa de una etapa a la otra. Esto se pone de manifiesto en el ejemplo siguiente.


GRAFCETs parciales y globales

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GRAFCETs parciales y globales Un GRAFCET es conexo cuando se puede ir de una etapa cualquiera a otra etapa cualquiera siguiendo caminos propios del GRAFCET; es decir, que cualquier etapa está unida con otra del mismo GRAFCET. Un automatismo puede ser representado mediante más de un GRAFCET conexo. Llamamos GRAFCET parcial a cada un de los GRAFCETs conexos que forman un sistema. También constituye un GRAFCET parcial cualquier agrupación de dos o más GRAFCETs parciales; incluso la agrupación de todos ellos. Cada GRAFCET parcial se llama mediante la letra G seguida de un nombre (por ejemplo GProd) o de un número (por ejemplo G3). Se llama GRAFCET global a la agrupación de todos los GRAFCETs parciales de un sistema. En un mismo sistema no puede haber dos etapas (ni dos transiciones) con el mismo número, aunque estén en GRAFCETs parciales diferentes. El ejemplo siguiente es un automatismo para una máquina de etiquetar latas (que ya habíamos visto) realizado con un único GRAFCET conexo. Después reharemos este automatismo con varios GRAFCETs parciales.

Dado que cada plataforma tenía su propia tarea, proponemos que haya un GRAFCET para cada una; G2 será el GRAFCET de la file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04


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plataforma de etiquetaje, G5 el de la plataforma intermedia y G7 el de la plataforma de impresión. Si nos fijamos en el GRAFCET anterior vemos que para pasar de la etapa 2 a la etapa 3 había una receptividad =1 pero, dado que había un paralelismo, se debía esperar que la etapa 4 estuviese activa. Ahora para pasar de 2 a 3 la receptividad será X4. De la misma manera, para pasar de la etapa 9 a la etapa 6 había una receptividad =1 pero, dado que había un paralelismo, se debía esperar que la etapa 5 estuviese activa. Ahora para pasar de 9 a 6 la receptividad será X5. Por lo que se refiere a G5, dado que poner y sacar latas de la plataforma intermedia ya lo hacen G2 y G7, este GRAFCET sólo servirá como memoria para saber si hay o no latas en esta plataforma; entra una lata cuando se activa X3 y sale una cuando se activa X6.

Los GRAFCETs parciales no sólo se utilizan para simplificar las representaciones sino que también pueden usarse para funciones auxiliares. En el ejemplo anterior, el GRAFCET G5 se ha utilizado para memorizar el estado de la plataforma intermedia. Una aplicación muy corriente de los GRAFCETs auxiliares es el intermitente. En el ejemplo siguiente se desea que un piloto esté intermitente mientras la etapa 7 esté activada; el intermitente (con un periodo de dos segundos) se ha representado a la derecha.



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Jerarquía y forzado

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Jerarquía y forzado Cuando un sistema está constituido por varios GRAFCETs parciales, es posible que un GRAFCET fuerce el estado de otro. El forzado de GRAFCETs abre un abanico de posibilidades, especialmente para el tratamiento de defectos de funcionamiento y emergencias. El forzado implica una jerarquía entre GRAFCETs parciales. La jerarquía no viene fijada por la representación de los GRAFCETs o por como se han denominado sino que la fija el diseñador del sistema cuando hace que un GRAFCET fuerce o no a otro.

Reglas de jerarquía Las reglas de jerarquía definen las condiciones de diseño de sistemas jerarquizados. Estas reglas son dos: Si un GRAFCET tiene la posibilidad de forzar a otro, este no tiene ninguna posibilidad de forzar al primero. En todo instante, un GRAFCET sólo puede ser forzado por otro GRAFCET. Es decir, el forzado sigue una jerarquía en la que cada miembro sólo puede ser forzado por su superior inmediato.

Reglas de forzado Las reglas de forzado fijan la forma de interpretar una orden de forzado. Estas reglas son dos: El forzado es una orden interna que aparece como consecuencia de una evolución. En una situación que comporte una o más órdenes de forzado, los GRAFCETs forzados deben pasar en forma inmediata y directa a la situación forzada. En cualquier cambio de situación, el forzado es prioritario respecto a cualquier otra evolución. Las reglas de evolución del GRAFCET no se aplican en los GRAFCETs forzados. La representación de la orden de forzado se hace con la letra F seguida de una barra, a continuación se indica el nombre del GRAFCET que se desea forzar, dos puntos y la situación deseada (etapas que han de estar activas) escrita entre llaves. Esta orden irá dentro un recuadro de acción trazado con línea discontinua. Por ejemplo al activarse la etapa 7, el GRAFCET G3 pasa a tener file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04

Jerarquía y forzado

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activada la etapa 4 (y sólo la etapa 4) y se mantendrá en esta situación hasta que se desactive la etapa 7.

En este caso, al activarse la etapa 1, el GRAFCET G2 pasa a tener activadas las etapas 9, 10 y 12 (y sólo estas) y se mantendrá en esta situación hasta que se desactive la etapa 1.

Al activarse la etapa 8, el GRAFCET G4 pasa a tener todas sus etapas desactivadas y se mantendrá en esta situación hasta que se desactive la etapa 8. Después habrá que forzarle alguna etapa dado que sino continuará indefinidamente sin ninguna etapa activa.

Mientras esté activa la etapa 0, el GRAFCET G8 deberá mantenerse en la situación actual invariablemente.


Macroetapas

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Macroetapas El GRAFCET es un método de descripción de sistemas que permite comenzar por niveles de descripción muy generales (GRAFCET de nivel 1) hasta describir completamente el proceso (GRAFCET de nivel 3). Dentro de esta tendencia a tener varios puntos de vista más o menos detallados, se proponen las macroetapas como representaciones de secuencias que, en conjunto, constituyen una actividad. Así pues la utilitzación de las macroetapas permite que el GRAFCET representado mantenga un cierto nivel de generalidad y que, cuando convenga, se pueda conocer el detalle de las acciones haciendo una simple expansión de la macroetapa. En la figura siguiente se ha representado el símbolo de una macroetapa (macroetapa M3). La macroetapa no es una etapa de un GRAFCET ni actua como tal sino que es una representación de un GRAFCET parcial (expansión de la macroetapa) que ha de poderse insertar en substitución de la macroetapa. Una macroetapa está activa cuando lo está una (o más) de les etapas de su expansión.

La expansión de una macroetapa puede contener etapas iniciales pero ha de ser siempre conexa. La expansión de una macroetapa siempre tendrá una sola etapa de entrada y una sola etapa de salida. La etapa de entrada se activará cuando se active la macroetapa. La activación de la etapa de salida implicará la validación de las transiciones inmediatamente posteriores a la macroetapa. La transición de salida de la macroetapa puede tener cualquier receptividad pero normalmente será una transición siempre válida (=1) ya que las condiciones correspondientes ya se habrán tenido en cuenta dentro de la macroetapa. En estos casos es habitual representar esta receptividad escribiendo una indicación de fin de la macroetapa que, a efectos booleanos, equivale a una receptividad =1 ya que el fin de la macroetapa es quien valida esta transición. Para facilitar la comprensión de la representación, las etapas de entrada y de salida de la macroetapa no tendrán acción asociada y la primera transición de la macroetapa será =1. Si recordamos el automatismo de la lavadora que ya habíamos visto, file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04

Macroetapas

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podemos incluir, a título de ejemplo, cada ciclo (Motor A, espera, Motor B, espera) dentro de una macroetapa (M1). A continuación hemos representado el automatismo de esta forma. En este caso la transición de salida de la macroetapa tiene una receptividad booleana (no es =1) ya que coincide con una selección de secuencia.


Macroetapas

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También podemos incluir dentro de una macroetapa todo el conjunto de ciclos, como hemos hecho en la macroetapa M2 del ejemplo siguiente. En este caso la transición de salida de la macroetapa es =1 ya que las condiciones de final ya están dentro de la macroetapa y no hay ninguna selección de secuencia a la salida.


Macroetapas

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Macroetapas

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Presentación de la guía GEMMA

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Presentación de la guía GEMMA En un proceso productivo automatizado, aunque todo el mundo lo desearía, la máquina no está funcionando siempre en modo automático y sin problemas sino que, a menudo, aparecen contingencias que hacen parar el proceso, como por ejemplo averías, material defectuoso, falta de piezas, mantenimiento, etc. o, simplemente, debemos parar la producción el Viernes y retomarla el Lunes. En los automatismos modernos, estas contingencias son previsibles y el propio automatismo está preparado para detectar defectos y averías y para colaborar con el operador o el técnico de mantenimiento en la puesta a punto, la reparación y otras tareas no propias del proceso productivo normal. Para fijar una forma universal de denominar y definir los diferentes estados que puede tener un sistema, la ADEPA (Agence nationale pour le DÉveloppement de la Productique Appliquée à l'industrie, Agencia nacional francesa para el desarrollo de la prodúctica aplicada a la industria) ha preparado la guía GEMMA (Guide d'Etude des Modes de Marches et d'Arrêts, Guía de estudio de los modos de marchas y paradas). La GEMMA es una guía gráfica que permite presentar, de una forma sencilla y comprensible, los diferentes modos de marcha de una instalación de producción así como las formas y condiciones para pasar de un modo a otro. La GEMMA y el GRAFCET se complementan, una al otro, permitiendo una descripción progresiva del automatismo de producción.


Descripción de la guía GEMMA

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Descripción de la 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 GEMMA representa cada una de las cuatro situaciones (sin alimentar, funcionamiento, parada y defecto) mediante sendos rectángulos y la producción mediante un quinto rectángulo que se interseca con los tres rectángulos principales, tal como muestra la figura siguiente.

Cada una de las situaciones mencionadas se puede subdividir en varias de forma que, al final, hay 17 estados de funcionamiento posibles que estudiaremos a continuación. Conviene mencionar que no file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04


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todos los procesos precisarán todos estos estados pero podemos afirmar que los estados necesarios en cada proceso podrán fácilmente relacionarse con una parte de los que propone la GEMMA. La guía propone también los principales caminos para pasar de un estado a otro.

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). Producción normal. Es el estado en el que la máquina produce normalmente, es decir hace la tarea para la que ha sido concebida. Al funcionamiento dentro de este estado se le puede asociar un GRAFCET que llamaremos GRAFCET de base. Este estado no tiene porque corresponder a un funcionamiento automático. F1

Marcha de preparación. Corresponde a la preparación de la máquina para el funcionamiento (precalentamiento, preparación de componentes, etc.). F2

Marcha de cierre. Corresponde a la fase de vaciado y/o limpieza que muchas máquinas han de realizar antes de parar o de cambiar algunas características del producto. F3

Marchas de verificación sin orden. En este caso la máquina, normalmente por orden del operador, puede realizar cualquier movimiento (o unos determinados movimientos preestablecidos). Se usa para tareas de mantenimiento y verificación. F4

Marchas de verificación en orden. En este caso la máquina realiza el ciclo completo de funcionamiento en orden pero al ritmo fijado por el operador. Se usa para tareas de mantenimiento y verificación. En este estado existe la posibilidad de que la máquina produzca. F5

Marchas de prueba. Permiten realizar las operaciones de ajuste y de mantenimiento preventivo. F6

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. Parada en el estado inicial. Es el estado normal de reposo de la máquina. Se representa con un rectángulo doble. La máquina normalmente se representa en este estado (planos, esquema eléctrico, A1



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esquema neumático, etc.) que se corresponde, habitualmente, con la etapa inicial de un GRAFCET. Parada pedida a final de ciclo. Es un estado transitorio en el que la máquina, que hasta aquel momento estaba produciendo normalmente, debe producir sólo hasta acabar el ciclo actual y pasar a estar parada en el estado inicial. A2

Parada pedida en un estado determinado. Es un estado transitorio en el que la máquina, que hasta aquel momento estaba produciendo normalmente, debe producir sólo hasta llegar a un punto del ciclo diferente del estado inicial. A3

Parada obtenida. Es un estado de reposo de la máquina diferente del estado inicial. A4

Preparación para la puesta en marcha después del defecto. Corresponde a la fase de vaciado, limpieza o puesta en orden que en muchos casos se ha de hacer después de un defecto. A5

Puesta del sistema en el estado inicial. El sistema es llevado hasta la situación inicial (normalmente situación de reposo); una vez realizado, la máquina pasa a estar parada en el estado inicial. A6

Puesta del sistema en un estado determinado. El sistema es llevado hasta una situación concreta diferente de la inicial; una vez realizado, la máquina pasa a estar parada. A7

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. Parada de emergencia. No tan solo contiene la simple parada de emergencia sino también todas aquellas acciones necesarias para llevar el sistema a una situación de parada segura. D1

Diagnóstico y/o tratamiento de los defectos. Permite, con o sin ayuda del operador, determinar las causas del defecto y eliminar-las. D2

Producción a pesar de los defectos. Corresponde a aquellos casos en los que se debe continuar produciendo a pesar de que el sistema no trabaja correctamente. Incluye los casos en los que, por ejemplo, se produce para agotar un reactivo no almacenable o aquellos otros en los que no se sigue el ciclo normal dado que el operador sustituye a la máquina en una determinada tarea a causa de una avería. D3

El gráfico siguiente es una traducción del propuesto por la ADEPA en la GEMMA. Puede descargarse, en formato PDF, una versión en blanco y negro y otra en color. file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04


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Fijémonos que el estado D1 (parada de emergencia) tiene un camino de entrada que parece no venir de ningún sitio. Este camino indica que en la mayoría de casos se puede pasar a este estado desde cualquier otro pero en todos los caminos de este tipo suele haber las mismas condiciones; para no complicar el diagrama se deja de esta forma y el diseñador añadirá las especificaciones necesarias.


Utilización de la guía GEMMA

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Utilización de la guía GEMMA La guía GEMMA contiene todos los estados (rectángulos) posibles en la mayoría de instalaciones automatizadas. El diseñador estudiará estado por estado para determinar cuales son los estados necesarios en el automatismo y escribirá dentro de cada rectángulo la descripción correspondiente y las diferentes variantes (si las hay). En el caso de que un estado no sea posible o sea innecesario, hará una cruz indicando claramente que aquel estado no se ha de considerar. Una vez definidos los diferentes estados, será necesario estudiar entre que estados la evolución es posible; recordando que la guía lleva indicados con línea discontinua los caminos entre estados de uso más habitual. Estas evoluciones se indicarán resiguiendo los caminos marcados con una línea continua más gruesa o, en el caso de que el camino deseado no esté propuesto, trazándolo con las mismas características que los demás. Finalmente, en forma parecida a como se indican las transiciones del GRAFCET, se marcarán las condiciones necesarias para poder seguir un determinado camino. En algunas ocasiones un determinado camino no tiene una condición específica o determinada, en este caso puede no ponerse la indicación o es posible poner la condición de que la acción anterior esté completa. A continuación veremos, simplificadamente, algunos de los casos más corrientes.

Marcha por ciclos y parada a fin de ciclo El sistema está parado en el estado inicial (A1). Cuando las condiciones de puesta en marcha se verifican (modo de marcha, pulsador de arranque, etc.) se pasa a funcionar en modo normal (F1). Cuando el operador pulsa el pulsador de parada a fin de ciclo, la máquina pasará al estado de parada a fin de ciclo (A2) y, cuando acabe el ciclo pasará al estado inicial (A1).



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Fijémonos que el paso de A2 a A1 es directo al acabarse el ciclo, pero hemos querido indicarlo (condición "Fin ciclo") para una mayor claridad. Si se selecciona el modo de funcionamiento ciclo a ciclo, el paso de F1 a A2 es directo inmediatamente después de comenzar el ciclo y no necesita la actuación sobre ningún pulsador. El modo ciclo a ciclo puede ser con antirepetición, en cuyo caso el paso de A2 a A1 sólo se puede hacer en el caso de que el pulsador de arranque no esté pulsado; de esta forma se garantiza que el operador pulsa el pulsador cada vez que ha de comenzar un ciclo y que, por tanto, el ciclo no puede recomenzar en caso de que el pulsador esté encallado.

Marcha de verificación con orden En este caso la máquina puede pasar a funcionar en este modo (F5) cuando está parada (A1) o cuando está en producción normal (F1) si se selecciona el modo etapa a etapa.



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Mientras la máquina funcione etapa a etapa será necesario pulsar un pulsador para pasar de una etapa a la siguiente. Seleccionando el modo normal la máquina pasará al estado de producción normal (F1). Si se selecciona el modo normal cuando la máquina está en la última etapa y se pulsa el pulsador de parada la máquina se parará (A2 seguido de A1).

Marcha de verificación sin orden Se puede pasar al modo de verificación sin orden (conocido habitualmente como funcionamiento manual) tanto desde el estado inicial (A1) como desde el funcionamiento normal (F1).



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Allí el operador puede realizar todos los movimientos por separado y en un orden cualquiera (en algunas instalaciones sólo son posibles algunos movimientos en modo manual). En algunos casos el operador tiene mandos adecuados en el panel para ordenar los movimientos deseados mientras que en otros hay que actuar directamente en los mandos locales de los preaccionadores. Pulsando el pulsador de inicialización se pasa a poner el sistema al estado inicial (A6) y, una vez alcanzado, se pasa al estado inicial (A1).

Paradas de emergencia El sistema está funcionando normalmente (F1) y se pulsa el pulsador de parada de emergencia. Esto, en los sistemas habituales, implica normalmente dejar sin alimentación (físicamente, sin intervención del sistema de control) todo el sistema de producción que, por diseño, quedará en posición segura al quedarse sin alimentación. El mismo pulsador de parada de emergencia informa al control de que pasará al estado de parada de emergencia (D1). Al desenclavar el pulsador de emergencia se pasa a preparar la puesta en marcha (A5). En este caso hay dos posibilidades de uso habitual según el tipo de sistema que se está controlando. En el primer caso se lleva al sistema hasta el estado inicial (A6), lo que a menudo requiere la intervención del operador y, una vez alcanzado (A1), el sistema espera una nueva puesta en marcha pulsando el pulsador de marcha que hará recomenzar el proceso de producción (F1).



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La segunda posibilidad consiste en llevar al sistema hasta a un estado determinado (A7), lo que a menudo requiere la intervención del operador y, una vez alcanzado (A4), el sistema espera la nueva puesta en funcionamiento cuando el operador pulse el pulsador de marcha que hará continuar el proceso (F1) a partir de la etapa alcanzada.



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Parada en un punto El sistema está funcionando en producción normal (F1) y el operador pulsa el pulsador de parada; entonces se pasa a la situación de parada pedida (A3) y, una vez alcanzado el punto deseado, el sistema se para (A4).

Se debe pulsar el pulsador de arranque para que el sistema siga funcionando (F1) a partir del punto de parada.

Metodología file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04


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Para implementar un automatismo se deben seguir los siguientes pasos: n

n

n

n

n

n

n

n

Determinar los aspectos generales del proceso y generar el GRAFCET de producción de primer nivel. Definir los elementos del proceso y seleccionar los detectores, captadores y accionadores necesarios. Representar el GRAFCET de producción de segundo nivel. Estudiar los diferentes estados de la GEMMA para determinar cuales son los estados necesarios en el automatismo y hacer su descripción. Definir sobre la GEMMA los caminos posibles de evolución entre los diferentes estados. Diseñar los elementos que componen el pupitre de operador y su ubicación. Definir sobre la GEMMA las condiciones de evolución entre los diferentes estados. Preparar el GRAFCET completo de segundo nivel a partir del de producción representado antes y de la GEMMA.

n

Escoger las diferentes tecnologías de mando.

n

Representar el GRAFCET de tercer nivel completo.

n

Instalación, implementación, puesta a punto y prueba.


Método general de implementación de GRAFCETs

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Método general de implementación de GRAFCETs Un sistema pensado en GRAFCET puede ser implementado fácilmente en cualquier tecnología secuencial (autómata programable, ordenador,...) en este caso describiremos un método para implementar un GRAFCET en un ordenador. Los mismos principios, aunque aplicados de otras formas, se podrán aplicar a otros métodos de programación. En la primera de las referencias bibliográficas se ha hecho la implementación en un autómata programable. Este método contempla todas las estructuras que hemos estudiado siempre que las receptividades sean booleanas. En caso de que las receptividades no sean booleanas, puede hacerse un cambio como ya hemos visto. Aunque las macroetapas pueden tratarse fácilmente con este método, es aconsejable sustituir las macroetapas por sus expansiones. Para describir el método usaremos un ejemplo, concretamente el GRAFCET global de las figuras siguientes. En este caso son dos GRAFCETs, G0 y G1, donde G1 es jerárquicamente superior y puede forzar a G0.



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Para una fácil implementación, conviene numerar las transiciones y dar nombres a los GRAFCETs. Vamos a definir varios vectores de variables booleanas. Vamos a utilizar uno de estos vectores para la situación de actividad de cada etapa. Llamaremos X a este vector; por lo tanto cuando la etapa 4 esté activa, lo estará X[4]. También usaremos otro vector para saber si las receptividades son ciertas o no. Le llamaremos R; por tanto cuando la transición 3 tenga cierta su receptividad, estará activo R[3]. Durante la evolución del GRAFCET, los valores del vector X cambiarán; por tanto no podemos utilizarlo para el control de la validación de las transiciones. Para mantener la información de las transiciones que están validadas usaremos el vector V. Este vector se actualizará en cada pasada y servirá también como referencia de comparación con el vector X cuando determinemos si la situación actual es estable o no. Finalmente definiremos un vector G con una componente para cada GRAFCET conexo. Este bit estará activado cuando el GRAFCET correspondiente esté forzado. En nuestro caso tendremos G[0] y G[1], aunque este último no lo usaremos ya que corresponde GRAFCET de mayor superioridad jerárquica. El vector T contiene el tiempo transcurrido desde la última activación de cada una de las etapas. Los vectores I y Q contienen las entradas (I) y file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04


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salidas (Q) físicas mientras que los vectores E y S guardan los estados de las entradas (E) y salidas (S) hasta que se acaba un ciclo. Una vez definidos los bits necesarios, comenzamos el programa de implementación. Se puede consultar también el listado del programa sin los comentarios Las primeras líneas contienen la inicialización del GRAFCET. Al inicializar se deben activar todas las etapas iniciales y desactivarse las otras. Primero desactivaremos todas las etapas (incluso las que no existen, para ir más rápido) y, a continuación, activamos las dos etapas iniciales (0 y 16). Al empezar, también desactivamos todas las salidas. Para i = 1 hasta long(X) hacer X[i] = 0 FinPara X[0] = 1 X[16] = 1 M = 0 Para i = 1 hasta long(Q) hacer S[i] = 0 FinPara

En cada ciclo de programa deben copiarse las entradas físicas sobre el vector de entradas. El ciclo de programa se debe repetir indefinidamente. Repetir Para i = 1 hasta long(I) hacer E[i] = I[i] FinPara

La línea siguiente copia la situación de actividad de las etapas (vector X) sobre el vector V para guardar la información mientras evoluciona el programa. La estructura Repetir corresponde a la evolución hasta que el resultado sea estable. Repetir Para i = 1 hasta long(X) hacer V[i] = X[i] FinPara

En este punto debemos gestionar las receptividades. Se trata de definir las condiciones booleanas (función de las entradas o de los elementos internos) que describen la receptividad. R[0] = E[1] R[1] = E[3]



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Si la condición es temporizada, usaremos el vector T. El contenido del paréntesis podrá ser cierto (1) o falso (0) y el resultado será el estado de la receptividad. R[2] = (T[2] > 5) R[3] = E[5] 

E[6]

R[4] = E[3] R[5] = E[2]

En el caso de una transición condicionada por una etapa, se utiliza el V correspondiente. R[6] = V[7] R[7] = E[1] + E[4] R[16] = /E[7] R[17] = E[8] R[18] = E[9] R[19] = E[10]

Una vez hemos implementado las receptividades, comenzamos la evolución. La evolución se debe implementar GRAFCET a GRAFCET sin que el orden tenga importancia. Si un GRAFCET está forzado no debe evolucionar; por ello, si está forzado, saltamos las líneas de evolución. Si G[0] = 0 entonces

Al evolucionar hay que desactivar primero las etapas que tengan la transición de salida validada y la receptividad correspondiente cierta. Fijémonos que las validaciones las miramos del vector V. Si (R[0] V[0]) entonces X[0] = 0 FinSi

En el caso del inicio de una selección de secuencia (o también salto de etapas o repetición de secuencia) hay dos receptividades (función "O") que pueden desactivar una etapa. Si ((R[1]+R[5]) V[0]) entonces X[1] = 0 FinSi Si (R[2] V[2]) entonces X[2] = 0 FinSi

En el final de unas secuencias simultaneas sólo es válida la transición si todas las etapas inmediatamente anteriores están activas (función "Y"). Entonces la misma condición sirve para desactivar más de una etapa. Si (R[3] V[3] V[7]) entonces X[3] = 0 FinSi Si (R[4] V[4]) entonces X[4] = 0 FinSi Si (R[6] V[5]) entonces X[5] = 0 FinSi



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Si (R[7] V[6]) entonces X[6] = 0 FinSi Si (R[3] V[3] V[7]) entonces X[7] = 0 FinSi

Después se han de activar aquellas etapas que tengan la transición de entrada validada y la receptividad correspondiente cierta. De esta forma la activación será prioritaria sobre la desactivación. Si (R[4] V[4]) entonces X[0] = 1 FinSi Si (R[0] V[0]) entonces X[1] = 1 FinSi Si (R[1] V[1]) entonces X[2] = 1 FinSi

Al final de una selección de secuencia (o también salto de etapas o repetición de secuencia) hay dos o más formas de activar una etapa, según cual sea la secuencia que esté operativa. Si ((R[2] V[2])+ (R[6] V[5])) entonces X [3] = 1 FinSi

Al cerrar unas secuencias simultáneas sólo está validada la transición cuando todas las etapas inmediatamente precedentes son activas. Si (R[3] V[3] V[7]) entonces X[4] = 1 FinSi Si (R[5] V[1]) entonces X[5] = 1 FinSi Si (R[0] V[0]) entonces X[6] = 1 FinSi Si (R[7] V[6]) entonces X[7] = 1 FinSi FinSi

Una vez finalizada la evolución del primer GRAFCET, debe hacerse la de los siguientes. Si G[1] = 0 entonces Si (R[16] V[16]) entonces X[16] = 0 FinSi Si (R[17] V[17]) entonces X[17] = 0 FinSi Si (R[18] V[18]) entonces X[18] = 0 FinSi Si (R[19] V[19]) entonces X[19] = 0 FinSi Si (R[19] V[19]) entonces X[16] = 1 FinSi Si (R[16] V[16]) entonces X[17] = 1 FinSi Si (R[17] V[17]) entonces X[18] = 1 FinSi Si (R[18] V[18]) entonces X[19] = 1 FinSi FinSi

Una vez finalizada la evolución de todos los GRAFCETs, debemos tener en cuenta que en la nueva situación puede haber forzados que pueden cambiar la situación actual de actividad. En el caso de que cualquiera de



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las etapas que pueden forzar un GRAFCET esté activa, se debe activar el bit de forzado correspondiente. Si (X[17]+X[18]+X[19]) entonces G[0] = 1 FinSi

En el caso de que el GRAFCET sea forzado a un estado diferente del actual, debemos desactivar todas las etapas activas y activar las forzadas. En nuestro caso hemos tomado la precaución de asignar números de etapa entre 0 y 15 al GRAFCET G0 y entre 16 y 31 al G1. Si (X[18]) entonces Para i = 1 hasta 15 hacer X[i] = 0 FinPara FinSi Si (X[19]) entonces Para i = 1 hasta 15 hacer X[i] = 0 FinPara X[3] = 1 X[6] = 1 FinSi

Antes de realizar las acciones asociadas a las etapas debemos comprobar que la situación alcanzada es estable. Por este motivo comparamos los contenidos de los vectores X y V y, si no son iguales, repetimos la evolución. K = 0 Para i = 1 hasta long(X) hacer Si (V[i] = X[i]) entonces K = 1 FinSi FinPara HastaQue K = 0

Las acciones impulsionales las realizaremos sólo durante un ciclo de programa; por ello usaremos la estructura siguiente. S[1] = X[2] 

(/M)

M = X[2]

La salida 2 es de tipo mantenido. Si (X[1]) entonces S[2] = 1 FinSi Si (X[3]) entonces S[2] = 0 FinSi

Si una acción no mantenida (como la de la salida 3) se ha de realizar en más de una etapa, deben agruparse. Las acciones condicionadas han de file://H:\AUTOMAT\EJEMPLOS\Manuales\Curso%20de%20Grafcet%20y%20Gema\g... 26/07/04


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venir afectadas, además de la etapa, por la correspondiente condición (entrada 1). Las acciones limitadas sólo se realizan mientras el tiempo no se ha alcanzado. S[3] = ((X[7] E[1])+(X[4] (T[4]<3)))

Las acciones retardadas, en cambio, se ejecutan cuando el tiempo ya ha transcurrido. S[4] = (X[5] (T[5]>2))

Para finalizar el ciclo de programa, copiamos las salidas. Para i = 1 hasta long(Q) hacer Q[i] = S[i] FinPara HastaQue PasoAStop


Método simplificado de implementación de GRAFCETs

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Método simplificado de implementación de GRAFCETs El método general que se ha presentado es muy potente pero implica la creación de programas largos. En muchos casos los programas que hay que hacer son suficientemente sencillos como para que dicho método resulte largo y pesado. Por estos motivos proponemos este segundo método que permite realizar una implementación más sencilla si se cumplen las condiciones de aplicabilidad. Este método está pensado para el caso de que tengamos un único GRAFCET conexo y que, por tanto, no haya forzados. En el caso de que haya macroetapas, se supone que se han integrado dentro del propio GRAFCET y que, consecuentemente, se puede considerar que no hay. Para que se pueda aplicar el método, todas las receptividades habrán de ser booleanas. En caso de que las receptividades no sean booleanas, puede hacerse un cambio como ya hemos visto. En el caso de que haya receptividades condicionadas por tiempo, sólo lo serán por el tiempo de activación de la etapa precedente y si hay acciones condicionadas por tiempo, sólo lo serán por el tiempo de activación de la propia etapa. No habrá acciones impulsionales. No debe haber etapas de duración nula o, dicho de otra manera, todas las situaciones deberán ser estables. Es pues conveniente que el diseñador haga el GRAFCET de tal forma que la receptividad de salida de una etapa no pueda ser cierta antes de su activación, ya sea no permitiendo la activación de la etapa en esta circunstancia o bien saltando la etapa si se da el caso. En caso de que, por error, una etapa haya de tener duración nula, el programa activará la etapa (y sus acciones asociadas) durante un ciclo. Para describir el método usaremos un ejemplo, concretamente el GRAFCET de la figura que corresponde al automatismo para una puerta de garaje. La relación de entradas y salidas es la siguiente: n

I1

Cerradura para ordenar la apertura

n

I2

Final de carrera de subir

n

I3

Final de carrera de bajar

n

I4

Detector de paso

n

Q1

Contactor del motor de subir



n

Q2

Contactor del motor de bajar

n

Q3

Piloto indicador del movimiento de la puerta

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Vamos a definir varios vectores de variables booleanas. Vamos a utilizar uno de estos vectores para la situación de actividad de cada etapa. Llamaremos X a este vector; por lo tanto cuando la etapa 4 esté activa, lo estará X[4]. También usaremos otro vector para saber si las receptividades son ciertas o no. Le llamaremos R; por tanto cuando la transición 3 tenga cierta su receptividad, estará activo R[3]. De forma parecida, el vector V tendrá sus componentes activas cuando las transiciones que les correspondan estén validadas. El vector T contiene el tiempo transcurrido desde la última activación de cada una de las etapas. Los vectores I y Q contienen las entradas (I) y salidas (Q) físicas mientras que los vectores E y S guardan los estados de las entradas (E) y salidas (S) hasta que se acaba un ciclo. Una vez definidos los bits necesarios, comenzamos el programa de implementación. Se puede consultar también el listado del programa sin los comentarios Las primeras líneas contienen la inicialización del GRAFCET. Al inicializar hay que activar todas las etapas iniciales y desactivar las otras. También desactivamos todas las salidas. Para i = 1 hasta long(X) hacer



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X[i] = 0 FinPara X[0] = 1 Para i = 1 hasta long(Q) hacer S[i] = 0 FinPara

En cada ciclo de programa deben copiarse las entradas físicas sobre el vector de entradas. El ciclo de programa se debe repetir indefinidamente. Repetir Para i = 1 hasta long(I) hacer E[i] = I[i] FinPara

Seguidamente programamos las desactivaciones de etapas. Cuando una transición es válida y la receptividad correspondiente es cierta se deben desactivar todas las etapas precedentes. Si (R[0] V[0]) entonces X[0] = 0 FinSi Si (R[1] V[1]) entonces X[1] = 0 FinSi Si (R[2] V[2]) entonces X[2] = 0 FinSi Si ((R[3] V[3])+ (R[4] V[4])) entonces X[3] = 0 FinSi Si (R[5] V[5]) entonces X[4] = 0 FinSi

Y, a continuación, las activaciones. Cuando una transición es válida y la receptividad es cierta se deben activar todas las etapas posteriores. Si (R[3] V[3]) entonces X[0] = 1 FinSi Si ((R[0] V[0])+ (R[5] V[5])) entonces X[1] = 1 FinSi Si (R[1] V[1]) entonces X[2] = 1 FinSi Si (R[2] V[2]) entonces X[3] = 1 FinSi Si (R[4] V[4]) entonces X[4] = 1 FinSi

Continuamos con las condiciones de transición. R[0] = E[1] R[1] = E[2] R[2] = (T[2] > 20) R[3] = E[3] (/(E[1]+E[4])) R[4] = E[1]+E[4] R[5] = (T[4] > 0.5)


Curso de Grafcet

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