1. No category

automatización
GRAFCET
industrial · GRAFCET
Universidad de Oviedo
Área de Ingeniería de Sistemas y Automática
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET
sumario
1·
sistemas de eventos discretos
2·
sistemas combinacionales
3·
sistemas secuenciales
4·
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
sistemas de eventos discretos
• un Sistema de Eventos Discretos (SED) es el sistema cuyas variables solo
pueden tomar un conjunto finito de diferentes valores en el tiempo
• los valores de las variables no cambian de forma continua en el tiempo, si
no en instantes determinados (eventos)
• estado del sistema es la menor colección de variables cuyo valor resume
su pasado dinámico y describe el mismo, en un instante concreto
GRAFCET
SED · señales digitales (binarias)
• el sensor (entrada) sólo toma dos
valores (niveles lógicos) y cambian
cuando ocurre un evento
• los actuadores (salidas) también se
codifican en niveles lógicos
• los niveles lógicos se corresponden
con señales eléctricas (voltages)
• sensores NO / NC: Normalmente
abierto / cerrado
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
SED · algunos componentes de SED
motor eléctrico
cilindro neumático
pulsador
electro-válvula neumática
interruptor
relé de control
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
SED · conexionado de sensores y actuadores
NS
NI
I0.0
Vcc+
INICIO
I0.1
I0.2
Tarjeta de entradas
digitales (todo/nada)
CPU
Tarjeta de salidas
digitales (todo/nada)
L∿
Q0.0
AC
~
EV-L
N
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
sistemas secuenciales
la respuesta o salida de un sistema secuencial es una función lógica que
depende no solamente de las variables de excitación externas o entradas,
sino también de las variables de estado (estado actual del sistema)
u
Sistema
secuencial
( estado x )
y
y = g(u,x)
x = f(u,x)
estado del sistema es la menor colección de variables cuyo valor resume su pasado
dinámico y describe el mismo, en un instante concreto
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · ¿Qué es el GRAFCET ?
• un diagrama funcional cuyo objetivo es describir de forma gráfica el
comportamiento de un automatismo secuencial
• modelo GRAFCET definido por :
- elementos gráficos
- reglas de evolución
reflejando la dinámica del comportamiento del sistema
0
1
0
2
1
0
2
1
3
2
3
0
1
3
2
3
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · informativo
• en los años 70 aumentan las posibilidades de la Automática (aparición del
•
•
•
•
•
•
microprocesador)
los métodos clásicos (Karnaugh, Tablas de Fases) son muy complicados al
aumentar el número de variables
abaratamiento de los circuitos integrados. La minimización del número de
puertas lógicas deja de ser problema
unificar y racionalizar los modelos descriptivos relativos a los sistemas lógicos
de automatismos secuenciales
fundamentos: concepto de receptividad y etapa; redes de Petri.
GRAFCET, GRAphe Fonctionnel de Commande Etape/Transition, (gráfico
funcional de control etapa/transición)
definido en 1977 por las comisiones de AFCET, Association Française pour la
Cybernétique Economique et Technique, (Asociación Francesa para la
cibernética económica y técnica) y de ADEPA, Agence Nationale pour le
Développment de la Production Automatisée, (Agencia nacional para el
desarrollo de la producción automatizada)
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · informativo
• es una herramienta metodológica gráfica para la implementación de los
•
•
•
•
•
automatismos de carácter secuencial en sistemas de eventos discretos
presenta ventajas tales como legibilidad y presentación sintética (sintaxis
y reglas de evolución). Evita incoherencias y bloqueos en el
funcionamiento
diseño estructurado jerárquicamente. En cada nivel de descripción, el
diagrama puede ser modificado sin retomar partes ya estudiadas
ha sido ampliado a lo largo de los últimos años en varias Normas
publicadas por la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional)
sequential Function Chart (SFC) es un lenguaje de programación gráfico
para PLCs definido por IEC-61131-3 en 1993, IEC-6848 en 1988 y que se
basa en GRAFCET
no es un lenguaje de programación, es un lenguaje gráfico descriptivo
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · ventajas
• es independiente de las partes de control y operativa
• el automatismo se comprueba con facilidad. Si se bloquea en una etapa,
se localiza con sencillez el fallo
• se reducen los tiempos de parada del sistema. Se identifica la transición
defectuosa
• menos errores en la programación
• modificaciones simples de realizar debido a la estructura de GRAFCET.
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · ejemplo a implementar
Automatismo:
función lógica:
si NS=1  Y1=0, Y2=1
si NI=0  Y1=1, Y2=0
Actuador:
válvula todo-nada
Y1
Aporte externo
0
=1
Tran0_1
1
NS=1
Tran1_2
Unidad
de
Control
NS
NI
Captadores:
sensores de nivel NS, NI
2
Y2
Consumo externo
Tran2_0
Y1=1
Y2=0
Y1=0
Y2=1
NI=0
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · niveles de GRAFCET
GRAFCET de Nivel 1 - Descripción funcional
es una descripción global (normalmente poco detallada)
del automatismo que permita comprender rápidamente
su función.
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
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · niveles de GRAFCET
GRAFCET de Nivel 2 - Descripción tecnológica
se hace una descripción a nivel tecnológico y operativo
del automatismo.
quedan perfectamente definidas las diferentes
tecnologías utilizadas para cada función. El GRAFCET
describe las tareas que han de realizar los elementos
escogidos.
en este nivel completamos la estructura de la máquina y
nos falta el automatismo que la controla
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · niveles de GRAFCET
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
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · GRAFCET nivel 3
Símbolo
Dirección
Comentario
Qx_EvLlenado
%Q0.1.16
Salida digital (todo-nada) del PLC a la electroválvula de llenado (si
es 1 indica apertura de válvula)
Ix_NS
%I0.1.0
Entrada digital (todo-nada) al PLC del interruptor de nivel superior
del depósito (NA)
(si está a 1 indica depósito lleno)
Ix_NI
%I0.1.1
Entrada digital (todo-nada) al PLC del interruptor de nivel inferior
del depósito (NA)
(si está a 0 indica depósito vacío)
Ix_Inicio
%I0.1.2
Entrada digital (todo-nada) al PLC del pulsador de inicialización del
sistema
%X0
Variable interna o marca que corresponde al estado o etapa 0 (si
está a 1 indica etapa activa)
%X1
Variable interna o marca que corresponde al estado o etapa 1 (si
está a 1 indica etapa activa)
Tran1_2
Variable interna o marca que corresponde a la transición entre la
etapa 1 y la 2 (si está a 1 indica franqueo)
Tran2_3
Variable interna o marca que corresponde a la transición entre la
etapa 2 y la 3 (si está a 1 indica franqueo)
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · definiciones · conceptos básicos
Etapa
inicial
CILINDRO
Acción asociada
a la etapa
1
Etapa
Pieza presente
Conexión
orientada
CINTA
2
Receptividad
PIEZA
Cilindro adelante
3
Transición
PUESTO DE
TRABAJO
Avance
Cilindro
Retroceso
Cilindro
Cilindro hacia atrás
GRAFCET
GRAFCET · elementos del GRAFCET
• etapas o estados a las que van asociadas acciones
• transiciones a las que van asociadas receptividades
• uniones orientadas que unen las etapas a las transiciones y las
transiciones a las etapas
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET
GRAFCET · elementos del GRAFCET · etapas
etapas simples
simbolizan un estado estable del automatismo.
se representan por un cuadrado con un número
como identificación.
etapas iniciales
simbolizan las etapas iniciales activas en
principio de ciclo después de una inicialización
o un arranque en frío. Se representa mediante
un doble cuadrado.
el número máximo de etapas es configurable.
el número máximo de etapas
simultáneamente activas es configurable.
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · elementos del GRAFCET · etapas
• las etapas deben estar numeradas; aunque no necesariamente de forma
correlativa. No puede haber dos etapas con el mismo número
• cuando es necesario determinar la situación del GRAFCET, se identifican
todas las etapas activas en ese momento, mediante un punto en la parte
inferior de los símbolos de las etapas activas
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · elementos del GRAFCET · transiciones : validacion
• una transición entre dos etapas se representa mediante una línea
perpendicular a las uniones orientadas. Es referenciada a la izquierda de la
línea perpendicular
• una transición puede estar validada o no validada. Se dice que la transición
está validada, cuando la etapa o etapas inmediatamente precedentes a la
transición están activadas
11
• una transición indica la posibilidad de evolución entre
dos etapas. Esta evolución se consuma al producirse
el franqueo de la transición
• la transición se franquea obligatoriamente cuando está
validada y se verifica la receptividad asociada
Tran11_12
a·b
12
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · elementos del GRAFCET · transiciones : receptividad
• cada transición va asociada a una condición lógica booleana (verdadera o
falsa) que se denomina receptividad
• la receptividad es función de informaciones externas (entradas) o internas
(estado de contadores, temporizadores, estados activos o inactivos de
otras etapas)
• la receptividad va escrita literal o simbólicamente, preferentemente a la
derecha del símbolo de la transición
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · elementos del GRAFCET · uniones orientadas
• unen las etapas a las transiciones y viceversa
• señalan el camino de las evoluciones
• las uniones orientadas se representan mediante líneas horizontales o
verticales (oblicuas excepcionalmente)
• por convenio, el sentido de las evoluciones es de arriba hacia abajo y de
derecha a izquierda
• la flechas se utilizan para señalar la orientación de las uniones cuando no
se respeta el convenio o en casos especiales
GRAFCET
GRAFCET · reglas de sintaxis
• un GRAFCET está correctamente trazado si
•
respeta la regla de alternancia etapa-transición y transición-etapa
• por lo tanto
•
•
dos etapas no pueden unirse directamente
no puede haber dos transiciones consecutivas
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · definiciones · GRAFCET de secuencia única
un automatismo se representa por un GRAFCET de secuencia única cuando puede
ser descrito por un conjunto de varias etapas formando una serie cuyo desarrollo
se efectúa siempre en el mismo orden.
en esta estructura, cada etapa es seguida por una única transición y cada
transición es validada para una única etapa.
el franqueo de una transición activa a la etapa
siguiente y desactiva la anterior.
para franquear la transición se deben cumplir
las dos condiciones siguientes :
1- que la etapa anterior esté activa
2- que la receptividad sea verdadera
0
Pieza presente
1
AVANCE CLINDRO
Cilindro adelante
2
RETROCESO CILINDRO
Cilindro hacia atrás
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · definiciones · GRAFCET con derivaciones exclusivas
ofrece la posibilidad de varios recorridos en un GRAFCET, de los que sólo se autoriza uno a
la vez.
0
Tran0_1
Tran2_3
1
3
Tran1_2
Tran3_4 = a
Tran3_5 = /a
2
4
Tran2_3
Tran4_5
3
Tran3_4
5
4
Tran4_0
SALTO DE ETAPAS
REINICIO DEL CICLO
GRAFCET
GRAFCET · definiciones · selección de secuencia (divergencia en O)
divergencia en “O”
transición de una etapa hacia varias etapas:
permite realizar un encaminamiento hacia un
máximo de etapas
convergencia en “O”
transición de varias etapas hacia una sola etapa:
permite realizar un fin de encaminamiento
desde un máximo de etapas
ejemplo
si la etapa activa es la 2 debe cumplirse la
receptividad asociada a la transición a para
activar la etapa 4
si la etapa activa es la 3 debe cumplirse la
receptividad asociada a la transición b, para que
la etapa 4 pase a estar activa
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · definiciones · secuencias simultáneas (divergencia en Y)
Al superarse la transición, se activan
simultáneamente todas las etapas que se
encuentren a continuación
ESTE GRAFO
OFRECE LA POSIBILIDAD
DE MANTENER ACTIVAS
VARIAS ETAPAS DE
MANERA SIMULTÁNEA
Etapas de espera
o sincronización
=1
Convergencia simultánea
(cuando se activen todas las
etapas de espera)
se utilizarán para la implementación de subprocesos concurrentes
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · definiciones · secuencias simultáneas (divergencia en Y)
convergencia en Y. Para que se active la etapa 4 deben estar activas las
etapas 2 y 3 y cumplirse la receptividad asociada a la transición D.
GRAFCET
GRAFCET · definiciones · remisiones
remisiones de origen
'n' es el número de la
etapa de donde se viene
(etapa de origen)
remisiones de destino
'n' es el número de la
etapa de adonde se va
(etapa de destino)
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · definiciones · macro-etapas
macroetapas
simboliza un conjunto único de etapas y
transiciones
el número de macroetapas máximo se puede
configurar
la transición después de una macroetapa es
siempre cierta (=1)
Expansion
IN
=1
0
PESAR A
el número máximo de etapas para cada
macroetapa puede configurarse una etapa IN y
OUT por macroetapa
3
Fin de pesada A
1
PESAR B
Fin de pesada B
2
etapas de macroetapas
simbolizan las etapas de una macroetapa
Macro-etapa 1
=1
OUT
PESAR C
Fin de pesada C
4
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · definiciones · macro-etapas
Expansion
IN
Macro-etapa 1
=1
0
Ciclo remoto y
condiciones iniciales
0
PESAR A
3
Fin de pesada A
1
PESAR B
PESAR C
Fin de pesada C
4
Fin de pesada B
DOSIFICACION
M1
1
2
=1
2
=1
OUT
LLENADO
Fin del llenado
Expansion
IN
MEZCLA
EVACUACION
M2
MEZCLAR
Fin de mezcla
0
EVACUAR MEZCLAR
Fin De evacuación
=1
OUT
Macro-etapa 2
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · definiciones · resumen
1
etapa inicial : define la situación inicial del
automatismo.
2
transición : las receptividades asociadas
indican las condiciones lógicas necesarias
para el franqueo de la transición.
3
Acciones
6
Acciones
4
Acciones
7
Acciones
activación simultánea de las etapas 3 y 6. Los
subconjuntos formados por las etapas 3, 4, 5 y
6, 7, 8 constituyen dos secuencias llamadas
simultáneas.
divergencia condicional a partir de la etapa 3
hacia la etapa 4 o la 5.
5
9
8
Acciones
etapa fin de secuencia: permite la
sincronización de las secuencias simultáneas.
convergencia simultánea de las etapas 5 y 8.
etapa : las acciones asociadas no se ejecutan
si la etapa no está activa.
análisis,
GRAFCETmodelado y control de sistemas de eventos discretos
definiciones · acciones
• Una etapa puede o no tener acciones asociadas
• La acción se representa por una etiqueta o rectángulo situado a la
derecha de la etapa asociada. La acción a ejecutar se indica literal o
simbólicamente
10
10
Acción A
Acción B
Acción C
Acción A
Acción B
Acción C
Universidad de Oviedo
ISA
análisis,
GRAFCETmodelado y control de sistemas de eventos discretos
Universidad de Oviedo
ISA
definiciones · acción continua
mediante asignación directa del estado de las etapas, en este caso, la acción se
está ejecutando mientras la entrada correspondiente esté activa
Etapa1.x
AC1
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
definiciones · acción temporizada
la salida estará activa, igual que la etapa, un
tiempo determinado
Tran3_4:= Etapa3.t >= t#5s;
Etapa3.x
Sirena
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
definiciones · acción limitada
la salida estará activa un tiempo máximo
determinado siempre y cuando esté activa la
etapa3
Etapa3.x
Etapa3.t <= t#0,5s
Sirena
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
definiciones · acción retardada
la salida estará activa después de un tiempo
transcurrido, siempre y cuando esté activa la
etapa3
Etapa3.x
Etapa3.t >= t#0,5s
Sirena
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
definiciones · acción condicionada
la salida estará activa siempre y cuando
esté activa la etapa1 y unas variables sean
ciertas
Etapa1.x Termostato
Calentar
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
definiciones · acción impulsional
la salida estará activa un sólo ciclo de programa
cuando lo esté el flanco de subida de la etapa3
Sirena:=RE(Etapa3.x);
Etapa3.x
P
Sirena
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
definiciones · acción memorizada
la salida estará activa de forma
memorizada (SET) aunque la etapa pase a 0
la salida se desactivará cuando se ejecute la
orden de borrado (RESET)
Etapa6.x
XBR
S
Etapa8.x
XBR
R
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCET · comentarios de un programa
•
•
•
•
entrada de datos por etapa o transición
tiene un tamaño máximo asignado
presentación completa en la impresión de la documentación
se transfieren al PLC ==> ocupan espacio de memoria
(*Inic. proceso*)
(*Abrir vávulas llenado*)
(*Medida = 5000*)
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
ejemplo · automatización de un reactor biológico de aguas residuales
• inicialmente el reactor se encuentra vacío, solamente hay lodos activos.
• la purga de los lodos excedentes se lleva a cabo con el pulsador de purga
de lodos. Es una etapa opcional en el ciclo.
• el llenado del reactor con el influente a tratar se lleva a cabo por el
pulsador de arranque.
• posteriormente se deberá agitar.
• transcurridos 5 minutos, si el PH es ácido se procede con un aditivo
alcalino hasta la neutralización.
• una vez obtenido el PH neutro se realiza la etapa aeróbica hasta que se
produzca el ascenso del oxígeno disuelto.
• por último, se realiza la sedimentación durante 20 minutos y el vaciado
del efluente clarificado.
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
ejemplo · automatización de un reactor biológico de aguas residuales
0
Pulsador purga
Pulsador arranque
PURGAR
7
Pulsador arranque
GRAFCET (Nivel I)
1
LLENAR
Nivel máximo
2
AGITAR
Temporizar 5min y PH ácido
3
AGITAR
ADICION ALCALINO
PH no ácido
4
AIREACION
Concentración máxima de oxígeno disuelto
5
SEDIMENTACION
Temporizar 20min
6
VACIAR
Nivel mínimo
Temporizar 5min y
PH no ácido
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
ejemplo · automatización de un reactor biológico de aguas residuales
0
↑P_Purga
Tran0_7
↑P_Arranque
Tran0_1
Tran7_1
↑P_Arranque
Nivel_Max
Tran1_2
M_AGITAR
2
t/X2/5min & PH
Tran2_3
M_AGITAR
3
PH
Tran3_4
4
V_AIRE
DO_Max
Tran4_5
5
t/X5/20min
Tran5_6
6
Tran6_0
V_PURGA
V_LLENAR
1
GRAFCET (Nivel II)
7
V_VACIAR
Nivel_Min
V_ALCALINO
Tran2_4
t/X2/5min & PH
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
ejemplo · automatización de una taladradora
• el proceso comienza mediante un pulsador que pondrá en marcha una
cinta transportadora en la que debe depositarse la pieza a taladrar.
• cuando el sensor inductivo detecta la pieza, se detiene la cinta y se
procede a inmovilizar la pieza.
• mediante un sensor de presión se detecta si la sujeción es correcta. Esto
se debe realizar en menos de 10s, en caso contrario se procede a la
expulsión de la pieza.
• se pone en marcha el motor que hace girar la broca y también el que la
hace descender hasta el final de carrera inferior.
• posteriormente se eleva la broca hasta su final de carrera superior.
• finalmente, se procede a la expulsión de la pieza mediante un cilindro
neumático que incorpora un final de carrera.
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
ejemplo · automatización de un reactor biológico de aguas residuales
0
Pulsador arranque
GRAFCET (Nivel I)
1
TRANSPORTAR LA PIEZA
Detección de la pieza
2
APRESAR PIEZA
S_Presión
3
APRESAR PIEZA, GIRAR Y DESCENDER LA BROCA
Final de carrera de descenso
4
APRESAR PIEZA, GIRAR Y ASCENDER LA BROCA
Final de carrera de ascenso
5
EXPULSION
Final de carrera de expulsión
t/X2/10s & S_PRESION
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
ejemplo · automatización de un reactor biológico de aguas residuales
0
↑Pulsador
Tran0_1
GRAFCET (Nivel II)
1
S_Inductivo
Tran1_2
2
SUJECION
S_Presión
Tran2_3
3
SUJECION, BROCA_DESCENSO, BROCA_GIRO
FC_Descenso
Tran3_4
4
SUJECION, BROCA_ASCENSO, BROCA_GIRO
FC_Ascenso
Tran4_5
5
Tran5_0
CINTA_TRANSPORTADORA
EXPULSION
FC_Cilindro
Tran2_5
Temporizar 10s y no
hay sujección
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCETS coordinados
0
20
10
Tran0_1
1
21
11
Tran1_2
2
Tran2_3 = Etapa10.x
22
Tran3_4
23
Tran4_5 = Etapa20.x
24
Tran24_25
Tran14_15
25
15
Tran5_0
Tran23_24
Tran13_14
14
5
Tran22_23
Tran12_13
13
4
Tran21_22
Tran11_12
12
3
Tran20_21 = Etapa4.x
Tran10_11 = Etapa2.x
Tran15_10
Tran25_20
GRAFCET
Universidad de Oviedo
ISA
GRAFCETS coordinados
0
20
10
Tran0_1
1
21
11
Tran1_2
2
Tran2_3 = Etapa15.x
22
Tran3_4
23
Tran4_5 = Etapa25.x
24
Tran24_25
Tran14_15
25
15
Tran5_0
Tran23_24
Tran13_14
14
5
Tran22_23
Tran12_13
13
4
Tran21_22
Tran11_12
12
3
Tran20_21 = Etapa4.x
Tran10_11 = Etapa2.x
Tran15_10 = /Etapa2.x
Tran25_20= /Etapa4.x