Programación GRAFCET

Universidad
Autónoma de
Nuevo León
Departamento de
Ingeniería Química
Grafcet
Intro
Grafcet - Dr. Salvador Tututi 1

Departamento de Ingeniería Química Universidad Autónoma de Nuevo León
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 acrónimo para:
GRAfico
Funcional de
Control
de Etapas y
Transiciones

Grafcet
• El Grafcet fue 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.

Introducción
1977
La AFCET (Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique)
define GRAFCET = GRAfico Funcional de Etapa-Transción
1988 IEC-848. Preparation of function charts for control systems.
1993 IEC-61131-3. Sequential Function Chart (SFC).
GRAFCET = Lenguaje Gráfico de Descripción de Modelos de
Automatismos Secuenciales Independiente de la Tecnología de las Partes
de Mando y Operativa
GRAFCET NO ES un Lenguaje de Programación

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
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 o existen secuencias paralelas).
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)

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.
•C Acción condicionada
•D Acción retardada
•L Acción limitada en el tiempo
•P Acción impulsional
•S Acción memorizada

Representación de las acciones según IEC-848
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.

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:
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 condicionada

Ejemplo

Acción retardada (Delayed ).
El motor A se 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 se 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. La receptividad puede ser
una condición booleana o un evento, o un evento junto con una condición.
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.

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.

SFC / Grafcet
Start
Oper1
Descarga
Transición
Condición lógica asociada
a una transición
Oper2
Caminos divergentes y
convergentes
(solo uno está activo
simultáneamente)
Stop
Comienzo
Llenado Acciones de una etapa

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.

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.

Ejemplo:

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 las 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.

Ejemplos

Example--heating of water
Consider the process in Fig. 1. It consists of a water tank with two level
indicators, a heater, and two valves. Assume that we want to perform the
following sequence:

Example 2. Tank Filling

Example 2. Tank Filling-Grafcet

Summary

Universidad
Autónoma de
Nuevo León
Departamento de
Ingeniería QuímicaFin

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