Grafcet (Gráfico funcional de control de etapas i transiciones)

El Grafcet es un método para resolver problemas de automatización de forma sistematizada. Una vez
planteado el problema y diseñado ya el Grafcet, la adaptación a la solución tecnológica concreta
deseada, se realiza mecánicamente. (hay programas que lo hacen de forma directa)
Aún que podemos implementar el Grafcet sobre cualquier tecnología, es un método muy indicado para
circuitos integrados programables o en los autómatas programables.
El Grafcet describe los procesos a automatizar, remarcando las acciones y condiciones para llevar a
cabo el objetivo de la tarea propuesta, ya que es una representación directamente relacionada a la
evolución del proceso. En la reparación de averías, una vez ya está en funcionamiento los problemas
quedan delimitados sobre una etapa y entre unas transiciones.

- Sístema de Control o automatismo: Cualquier sistema que recibe una de senyals d´entrada
elaborando una serie de ordenes o señales de salida.
- Estado de un dispositivo: Situación en la que se encuentra un elemento respecto a algunas de las
propiedades físicas (resisténcia, tensión ,circuito abierto o cerrado, etc).
- Sistema Combinacional: Aquel en que el estado de las señales de salida depende constantemente
de las señales recibidas en las entradas.
- Sistema secuencial: Aquel en que las señales de salida dependen en un instante determinado de de
las de entrada y de las que anteriormente han habido.

Pasos a seguir

- Descomponer la tarea en las diferentes etapas elementales que han de ser ejecutadas de forma
secuencial. Cada una de estas etapas sera representada por un cuadro.
- La sucesion entre etapas ha de ser representada por una linea de transicion que las una.
Perpendicularmente a estas lineas, seran descritas mediante simbolos, la condicion o condiciones que
han de suceder para poder pasar de una etapa a otra.
- La estructura final ha de ser desarrollada de arriba ( Inicio de la secuencia) hacia abajo (Fin de la
secuencia). Siempre ha de haber una condicion entre dos etapas.




                                              0

                                                  K

                                                       Encender bombilla
                                          1

                                                  K

                     Ejemplo de estructura en Grafcet

Elementos básicos de un Grafcet

Etapa: La etapa resulta ser el lugar durante la ejecucion del ciclo en el que han de activarse los
elementos conectados a las salidas sean uno o varios, siendo motores, electrovalvulas, imanes, alarmas
(de luz o sonido), etc. La etapa de inicio de un proceso en el Grafcet ha de ser señalada mediante un
doble recuadro.


                                                                                Etapa
              0                     Etapa                     1
                                    inicial
Transición: Lugar durante la ejecucion del ciclo en el que ha de cumplirse una o varias condiciones
para poder pasar a la etapa siguiente. Los elementos condicionantes estan conectados en las entradas,
siendo detectores, pulsadores, encoders, etc.

                                               Condición
                                              de transición


Lineas de evolucion: Son las lineas que unen las condiciones secuencialmente.

Reenvio: En control de lazo cerrado, son las flechas que indican la direccion desde la ultima condicion al
principio del Grafcet cerrando el bucle.

Condiciones del Grafcet

-   Cada etapa tiene asignada una marca de estado.

-   Cada etapa puede experimentar 2 estados posibles: activa o inactiva. Se considerara activa cuando
    la variable de la marca asignada este en “1”.

-   Denominaremos arranque en frío a la inicialización, cuando esta no dependa del estado almacenado
    en memoria de un estado anterior. El sistema puede ser puesto en marcha mediante un pulsador o
    sistema automático.

-   Denominaremos arranque en caliente a la reinicialización, cuando esta dependa del estado
    almacenado en memoria de un estado anterior.

-    Durante la marcha normal del proceso secuencial, la activación de una etapa no inicial se efectuara
    cuando se halle activa la etapa y condición o condiciones anteriores.

-   Solamente podrá ser franqueada una transición, si las condiciones han sido validadas.

-   Si hay varias transiciones franqueables, serán franqueadas simultáneamente.

-   El franqueo de una transición implica la desactivación de la etapa anterior.

-   Si en el transcurso de funcionamiento de un automatismo una etapa ha de ser simultáneamente
    activada y desactivada, esta etapa quedara activada. (Regla de convencionalismo para resolver
    casos de indeterminación).

-   Un Grafcet ha de ser siempre cerrado sin dejar ningún camino abierto, sino, mostraría incoherencia.

Tipos de Grafcet




                0                                                         0

                    PM activado y PP desactivado                              PP*PM

                             Arrancar motor                                                 Motor
               1                                                         1

                    PP activado y PM desactivado                              PP*PM

Ejemplo de estructura en Grafcet de nivel 1              Ejemplo de estructura en Grafcet de nivel 2
Entradas                     Salidas
                                                0.0 Pulsador de marcha      1.0 Activar-desactivar
                         0                        0.1 Pulsador de paro          contactor de
                                                                                arranque de motor
                             E0.0*E0.1

                                               A1.0
                        1

                             E0.0*E0.1

     Ejemplo de estructura en Grafcet de nivel 3

Ejemplo de implementación por Grafcet




Los accionamientos el sistema son los siguientes:
       A+ (Empujar alimentador)                         B- (Abre pinza)
       A- (Retroceso del alimentador)                   C+ (Giro brazo derecha)
       B+ (Cerrar pinza)                                C- (Giro brazo izquierda)

Los sensores del sistema son los siguientes:
       S1 (Final retroceso alimentador)                 S4 (Brazo en posición derecha)
       S2 (Final avance alimentador)                    S5 (Pinza abierta)
       S3 (Brazo en posición izquierda)                 S6 (Pinza cerrada)


                                                                                             Posicionamiento inicial

                                                                                    Mecanismo de posición
                                                                                           Avance alimentador piezas

                                                                                    Pieza introducida
                                                                                                    Coger pieza

                                                                                    Pinza cerrada
                                                                                               Giro brazo derecha

                                                                                    Brazo en posición derecha

                                                                                                    Dejar pieza
                                                                                    Dejar pieza

                                                                                            Retroceso brazo izquierda
                                                                                    Brazo en posición izquierda

                                                                                          Retroceso alimentador pieza

                                                                                    Final del retroceso
Diseño y estructura del Grafcet

Estructuras básicas

a) Secuencia única: Un Grafcet de secuencia única es aquel en el que las etapas son activadas una
   tras de otra, después de verificarse las transiciones que las separa. Ej: Ejercicio anterior.

b) Secuencia con convergencia y divergencia en “O” (Subprocesos alternativos): Lugar en el diseño
   de un automatismo en el que se cumplen dos o más posibles alternativas, debiéndose cumplir una u
   otra.




                                                                Divergencia “O”




                                                                Convergencia “O”




c) Secuencia con convergencia y divergencia en “Y” (Subprocesos simultáneos): Lugar en el diseño
   de un automatismo en el que se cumplen dos o más acciones simultáneamente. La condición para
   salir de la “Y” es 20*26*23 mediante contactos colocados en serie.




                                                                Divergencia “Y”




                                                                Convergencia “Y”



                                                              Etapas de espera
Otros elementos básicos

a) Saltos de etapas: En situaciones en las que se pueda dar, o no una condición, aplicaremos una
   bifurcación en “O”




                                         _
                                      Si H saltaremos las etapas 6.........11


                                      El Grafcet evolucionara en la etapa
                                      12 directamente




b) Bucles: Una o varias etapas pueden repetirse varias veces, (controladas por un temporizador,
   contador, hasta que no se cumpla una condición, etc).




                                      Las etapas 11 y 12 se repiten
                                      mientras se cumpla b




c) Subrutinas: El problema puede ser estructurado, formado por un diagrama principal y un conjunto
   de acciones, en que una vez realizadas poder seguir en el diagrama principal.




d) Macro etapas: Es la representación mediante una única etapa de un conjunto de etapas y
   transiciones llamadas expansión de la macro-etapa. Esta, es la secuencia de etapas y transiciones
   que respeta las reglas del Grafcet, pero tiene una etapa de entrada (EE), y una de salida.
ACI = Arranque de ciclo
                                        CI = Condiciones iniciales
                                        PCI = Paro fin de ciclo




e) Programas paralelos: Sistema de resolución de automatismos en el que pueden descritos
   diagramas paralelos que van evolucionando cada uno por separado y a su ritmo, podiendo tener o
   no relación entre sí.
                                                                Etapa de entrada a la
                                                                    macro-etapa




        La 2ªetapa de este Grafcet es                                Etapa de salida de la
              una macro-etapa                                            macro-etapa



Consideraciones sobre los paros de emergencia

a) Por inhibición de las acciones: Condicionamiento de las acciones asociadas a las etapas sin la
   presencia de la emergencia.
                                                                            Acciones 1




                                                                            Acciones 2




                                            Implementación de este tipo
                                            de emergencia con básculas

b) Por congelación del automatismo: Inclusión en todas las transiciones de la negación de la
   condición de emergencia.
c) Por combinación de los anteriores: Se incluye la negación de la condición de emergencia tanto
   como condicionamiento de las acciones como de las transiciones.




                                                      Este método presenta el problema de
                                                      solo detectar la emergencia en las
                                                      transiciones. Mientras, las acciones
                                                      correspondientes a las etapas en
                                                      curso continúan su proceso.




d) Por retorno a la etapa inicial: Utilización de un Grafcet paralelo de emergencia.



                                                       Situación normal




                                                         Situación de
                                                         emergencia




                                 (Grafcet paralelo de emergencia)




e) Por activación de una secuencia especial de emergencia: Al entrar en situación de emergencia,
   activación de un proceso o secuencia de emergencia.

                              GRAFCET PARALELO DE EMERGENCIA




                                                  Situación
                                                   normal

Grafcet

  • 1.
    Grafcet (Gráfico funcionalde control de etapas i transiciones) El Grafcet es un método para resolver problemas de automatización de forma sistematizada. Una vez planteado el problema y diseñado ya el Grafcet, la adaptación a la solución tecnológica concreta deseada, se realiza mecánicamente. (hay programas que lo hacen de forma directa) Aún que podemos implementar el Grafcet sobre cualquier tecnología, es un método muy indicado para circuitos integrados programables o en los autómatas programables. El Grafcet describe los procesos a automatizar, remarcando las acciones y condiciones para llevar a cabo el objetivo de la tarea propuesta, ya que es una representación directamente relacionada a la evolución del proceso. En la reparación de averías, una vez ya está en funcionamiento los problemas quedan delimitados sobre una etapa y entre unas transiciones. - Sístema de Control o automatismo: Cualquier sistema que recibe una de senyals d´entrada elaborando una serie de ordenes o señales de salida. - Estado de un dispositivo: Situación en la que se encuentra un elemento respecto a algunas de las propiedades físicas (resisténcia, tensión ,circuito abierto o cerrado, etc). - Sistema Combinacional: Aquel en que el estado de las señales de salida depende constantemente de las señales recibidas en las entradas. - Sistema secuencial: Aquel en que las señales de salida dependen en un instante determinado de de las de entrada y de las que anteriormente han habido. Pasos a seguir - Descomponer la tarea en las diferentes etapas elementales que han de ser ejecutadas de forma secuencial. Cada una de estas etapas sera representada por un cuadro. - La sucesion entre etapas ha de ser representada por una linea de transicion que las una. Perpendicularmente a estas lineas, seran descritas mediante simbolos, la condicion o condiciones que han de suceder para poder pasar de una etapa a otra. - La estructura final ha de ser desarrollada de arriba ( Inicio de la secuencia) hacia abajo (Fin de la secuencia). Siempre ha de haber una condicion entre dos etapas. 0 K Encender bombilla 1 K Ejemplo de estructura en Grafcet Elementos básicos de un Grafcet Etapa: La etapa resulta ser el lugar durante la ejecucion del ciclo en el que han de activarse los elementos conectados a las salidas sean uno o varios, siendo motores, electrovalvulas, imanes, alarmas (de luz o sonido), etc. La etapa de inicio de un proceso en el Grafcet ha de ser señalada mediante un doble recuadro. Etapa 0 Etapa 1 inicial
  • 2.
    Transición: Lugar durantela ejecucion del ciclo en el que ha de cumplirse una o varias condiciones para poder pasar a la etapa siguiente. Los elementos condicionantes estan conectados en las entradas, siendo detectores, pulsadores, encoders, etc. Condición de transición Lineas de evolucion: Son las lineas que unen las condiciones secuencialmente. Reenvio: En control de lazo cerrado, son las flechas que indican la direccion desde la ultima condicion al principio del Grafcet cerrando el bucle. Condiciones del Grafcet - Cada etapa tiene asignada una marca de estado. - Cada etapa puede experimentar 2 estados posibles: activa o inactiva. Se considerara activa cuando la variable de la marca asignada este en “1”. - Denominaremos arranque en frío a la inicialización, cuando esta no dependa del estado almacenado en memoria de un estado anterior. El sistema puede ser puesto en marcha mediante un pulsador o sistema automático. - Denominaremos arranque en caliente a la reinicialización, cuando esta dependa del estado almacenado en memoria de un estado anterior. - Durante la marcha normal del proceso secuencial, la activación de una etapa no inicial se efectuara cuando se halle activa la etapa y condición o condiciones anteriores. - Solamente podrá ser franqueada una transición, si las condiciones han sido validadas. - Si hay varias transiciones franqueables, serán franqueadas simultáneamente. - El franqueo de una transición implica la desactivación de la etapa anterior. - Si en el transcurso de funcionamiento de un automatismo una etapa ha de ser simultáneamente activada y desactivada, esta etapa quedara activada. (Regla de convencionalismo para resolver casos de indeterminación). - Un Grafcet ha de ser siempre cerrado sin dejar ningún camino abierto, sino, mostraría incoherencia. Tipos de Grafcet 0 0 PM activado y PP desactivado PP*PM Arrancar motor Motor 1 1 PP activado y PM desactivado PP*PM Ejemplo de estructura en Grafcet de nivel 1 Ejemplo de estructura en Grafcet de nivel 2
  • 3.
    Entradas Salidas 0.0 Pulsador de marcha 1.0 Activar-desactivar 0 0.1 Pulsador de paro contactor de arranque de motor E0.0*E0.1 A1.0 1 E0.0*E0.1 Ejemplo de estructura en Grafcet de nivel 3 Ejemplo de implementación por Grafcet Los accionamientos el sistema son los siguientes: A+ (Empujar alimentador) B- (Abre pinza) A- (Retroceso del alimentador) C+ (Giro brazo derecha) B+ (Cerrar pinza) C- (Giro brazo izquierda) Los sensores del sistema son los siguientes: S1 (Final retroceso alimentador) S4 (Brazo en posición derecha) S2 (Final avance alimentador) S5 (Pinza abierta) S3 (Brazo en posición izquierda) S6 (Pinza cerrada) Posicionamiento inicial Mecanismo de posición Avance alimentador piezas Pieza introducida Coger pieza Pinza cerrada Giro brazo derecha Brazo en posición derecha Dejar pieza Dejar pieza Retroceso brazo izquierda Brazo en posición izquierda Retroceso alimentador pieza Final del retroceso
  • 4.
    Diseño y estructuradel Grafcet Estructuras básicas a) Secuencia única: Un Grafcet de secuencia única es aquel en el que las etapas son activadas una tras de otra, después de verificarse las transiciones que las separa. Ej: Ejercicio anterior. b) Secuencia con convergencia y divergencia en “O” (Subprocesos alternativos): Lugar en el diseño de un automatismo en el que se cumplen dos o más posibles alternativas, debiéndose cumplir una u otra. Divergencia “O” Convergencia “O” c) Secuencia con convergencia y divergencia en “Y” (Subprocesos simultáneos): Lugar en el diseño de un automatismo en el que se cumplen dos o más acciones simultáneamente. La condición para salir de la “Y” es 20*26*23 mediante contactos colocados en serie. Divergencia “Y” Convergencia “Y” Etapas de espera
  • 5.
    Otros elementos básicos a)Saltos de etapas: En situaciones en las que se pueda dar, o no una condición, aplicaremos una bifurcación en “O” _ Si H saltaremos las etapas 6.........11 El Grafcet evolucionara en la etapa 12 directamente b) Bucles: Una o varias etapas pueden repetirse varias veces, (controladas por un temporizador, contador, hasta que no se cumpla una condición, etc). Las etapas 11 y 12 se repiten mientras se cumpla b c) Subrutinas: El problema puede ser estructurado, formado por un diagrama principal y un conjunto de acciones, en que una vez realizadas poder seguir en el diagrama principal. d) Macro etapas: Es la representación mediante una única etapa de un conjunto de etapas y transiciones llamadas expansión de la macro-etapa. Esta, es la secuencia de etapas y transiciones que respeta las reglas del Grafcet, pero tiene una etapa de entrada (EE), y una de salida.
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    ACI = Arranquede ciclo CI = Condiciones iniciales PCI = Paro fin de ciclo e) Programas paralelos: Sistema de resolución de automatismos en el que pueden descritos diagramas paralelos que van evolucionando cada uno por separado y a su ritmo, podiendo tener o no relación entre sí. Etapa de entrada a la macro-etapa La 2ªetapa de este Grafcet es Etapa de salida de la una macro-etapa macro-etapa Consideraciones sobre los paros de emergencia a) Por inhibición de las acciones: Condicionamiento de las acciones asociadas a las etapas sin la presencia de la emergencia. Acciones 1 Acciones 2 Implementación de este tipo de emergencia con básculas b) Por congelación del automatismo: Inclusión en todas las transiciones de la negación de la condición de emergencia.
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    c) Por combinaciónde los anteriores: Se incluye la negación de la condición de emergencia tanto como condicionamiento de las acciones como de las transiciones. Este método presenta el problema de solo detectar la emergencia en las transiciones. Mientras, las acciones correspondientes a las etapas en curso continúan su proceso. d) Por retorno a la etapa inicial: Utilización de un Grafcet paralelo de emergencia. Situación normal Situación de emergencia (Grafcet paralelo de emergencia) e) Por activación de una secuencia especial de emergencia: Al entrar en situación de emergencia, activación de un proceso o secuencia de emergencia. GRAFCET PARALELO DE EMERGENCIA Situación normal