trabajo grafcet[1]
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1. INTRODUCCIÓN
1.1 INTRODUCCIÓN HISTÓRICA
El GRAFCET nació en el año 1977 en un grupo de trabajo de la AFCET
( Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique,
Asociación Francesa para la Cibernética Económica y Técnica) creado en el
año 1975. En el mes de Junio del año 1982 se crea la norma francesa UTE NF
C 03-190 (Diagramme fonctionnel "GRAFCET" pour la description des
systèmes logiques de commande).
La creación del GRAFCET fue necesaria, entre otros motivos, por las
dificultades que comportaba la descripción de automatismos con varias etapassimultáneas utilizando el lenguaje normal. Dificultades similares aparecen al
intentar hacer esta descripción con diagramas de flujo o usando los lenguajes
informáticos de uso habitual.
En el año 1988, el GRAFCET es reconocido por una norma internacional, la
IEC-848 (Preparation of function charts for control systems, Preparación de
diagramas funcionales para sistemas de control) con los nombres Function
Chart , Diagramme fonctionnel o Diagrama funcional. La norma IEC no
reconoce el nombre GRAFCET porqué las traducciones pueden dar lugar a
ambigüedades.
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1.2 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.
Fig. 1.1 Etapa y Acción
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.
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Fig. 1.2 Transición y Receptividad
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 la
puesta en marcha.
Fig. 1.3 Etapa Inicial
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1.3 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.
1.3.1 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.
Fig. 1.4 GRAFCET Nivel 1
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.).
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1.3.2 GRAFCET de Nivel 2: Descripción Tecnológica
En este nivel se hace una descripción a nivel tecnológico y operativo del
automatismo. Quedan perfectamente definidas las diferentes tecnologías
utilizadas para cada función. El GRAFCET describe las tareas que han de
realizar los elementos escogidos. En este nivel completamos la estructura de la
máquina y nos falta el automatismo que la controla.
Fig. 1.5 GRAFCET Nivel 2
1.3.3 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.
Fig. 1.6 GRAFCET Nivel 3
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2. CONCEPTOS BÁSICOS
2.1 ELEMENTOS DEL GRAFCET
2.1.1 Etapas y Transiciones
Una etapa caracteriza el comportamiento invariante de una parte o de la
totalidad del sistema representado; corresponde a una situación elemental que
implica un comportamiento estable.
Una etapa del GRAFCET se representa mediante un cuadrado identificado por
un número; en este caso se ha representado la etapa 3. No puede haber dos
etapas con el mismo número pero tampoco es necesario que sean números
consecutivos ni que respeten ningún orden. La entrada a una etapa es siemprepor la parte superior y la salida por la parte inferior.
Fig. 2.1 Etapa
Una etapa puede estar activa o inactiva. Cuando representamos el estado de
un GRAFCET en un instante determinado, podemos representar las etapas
activas con un punto en su interior; en este caso la etapa 6 está activa.
También podemos representar las etapas activas sombreando su interior, en
este caso la etapa 9 está activa. Al representar el GRAFCET en un instante,
estamos representando el sistema en aquel instante. Un GRAFCET puede
tener varias etapas activas simultáneamente.
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Fig. 2.2 Etapa Activa
Un cuadrado con línea doble simboliza una etapa inicial del GRAFCET; en este
caso la etapa 7. Las etapas iniciales son las que se activan al inicializar el
GRAFCET. Una vez se ha inicializado el GRAFCET, las etapas iniciales actúan
como etapas normales. Puede haber tantas etapas iniciales como se desee
pero como mínimo una. Pueden estar situadas en cualquier lugar dentro del
GRAFCET.
Fig. 2.3 Representación de Etapa Inicial
Las transiciones representan la posibilidad de evolución de una etapa a la
siguiente; esta evolución se produce al franquear la transición. El
franqueamiento de una transición implica un cambio en la situación de actividad
de las etapas.
Las transiciones se representan con un trazo perpendicular a la línea que une
dos etapas consecutivas. Una transición está validada cuando todas las etapas
inmediatamente anteriores están activas.
Fig. 2.4 Transición
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Una etapa puede tener más de una entrada. A continuación se han
representado tres casos en los que una etapa tiene tres entradas.
Fig. 2.5 Etapa de Tres Entradas.
Una etapa puede tener más de una salida. A continuación se han representado
tres casos en los que una etapa tiene tres salidas.
Fig. 2.6 Etapa de Tres Salidas
Hay que evitar aquellas representaciones que puedan inducir a confusión,
como, por ejemplo, las siguientes en las que se puede dudar si hay o no hay
conexión entre la línea vertical y la horizontal.
Fig. 2.7 Representaciones Erróneas
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2.1.2 Caminos y Re-envíos
Los caminos que unen una etapa con otra se dibujan preferentemente en
sentido vertical; aunque para resolver algunas representaciones hay que
dibujar una parte de los mismos en sentido horizontal o en diagonal. Mientras
no se especifique lo contrario, la evolución de un camino siempre es en sentido
descendente, es decir de arriba a abajo. En la figura se ha representado un
camino que evoluciona en sentido vertical ascendente.
Fig. 2.8 Sentido Vertical Ascendente
Cuando un GRAFCET es grande o complejo se hace difícil representarlo y, a
menudo, hay más de una forma de representarlo. En estos casos hay que
hacer siempre la representación en aquella forma en que el GRAFCET sea
más simple y fácil de seguir. A veces la forma más simple de un GRAFCET no
tiene las etapas iniciales situadas en la parte superior.
Cuando un GRAFCET se complica o no cabe en una sola página son
necesarios los re-envíos. Hay personas que prefieren no trazar nunca caminos
de recorrido ascendente y prefieren sustituirlos por re-envíos. Para los casos
en que el GRAFCET no sea muy grande, podemos utilizar la siguientenotación.
La figura representa un re-envío. El GRAFCET continuará en la etapa indicada,
en este caso la 7.
Fig. 2.9 Sentido Vertical Descendente
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La figura representa la llegada desde un re-envío. En este caso viene de la
etapa 6.
Fig. 2.10 Re-envío
En cambio cuando el GRAFCET ocupa unas cuantas páginas, puede ser
preferible indicar, además de la etapa de procedencia o de destino, la página
donde esta está situada para que su localización sea más rápida.
Fig. 2.11 Localización de Etapas
Al hacer un re-envío se ha de cortar la secuencia etapa-transición-etapa; es
preferible cortar siempre por el punto transición-etapa que por el punto etapa-
transición ya que es preferible representar juntas las transiciones con las
etapas anteriores a ellas.
En aquellos casos en que un re-envío va destinado a diversas etapas, se toma
siempre como referencia de destino la etapa representada más a la izquierda.
Igualmente en aquellos casos en que un re-envío parte de varias etapas, se
toma también como referencia de origen la etapa representada más a la
izquierda.
2.1.3 Acciones Asociadas a las Etapas
Dado que una etapa implica un comportamiento estable, habitualmente las
etapas tendrán acciones asociadas. Las acciones representan lo que hay que
hacer mientras la etapa está activa. Las acciones asociadas a una etapa
pueden ser de tipo externo o de tipo interno; las primeras implican la emisión
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de órdenes hacia el sistema que se está controlando mientras que las internas
afectan a funciones propias del sistema de control (incremento de un contador,
etc.).
En algunos casos interesa utilizar etapas sin ninguna acción. Las aplicaciones
más corrientes son aquellas en que el sistema esta esperando que se produzca
una determinada circunstancia.
Las acciones se representan como rectángulos unidos por un trazo con la
etapa a la que están asociadas. El rectángulo puede tener las dimensiones
necesarias para que se pueda indicar la acción a realizar. En este caso la
acción asociada a la etapa 3 es la apertura de una determinada válvula.
Fig. 2.12 Representación de Acciones
Según el tipo de GRAFCET que estemos realizando, las acciones se pueden
escribir en forma literal (cerrar válvula, avanzar cilindro, etc.) o en forma
simbólica (XBR, SL1, etc.), en este segundo caso será necesaria una tabla
donde se indique el significado de los símbolos utilizados. En el caso de que
una etapa tenga más de una acción, se pueden representar de varias formas,
como muestran las figuras siguientes.
Fig. 2.13 Representación de Varias Acciones
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Las acciones pueden estar condicionadas. Cuando una acción está
condicionada sólo se ejecuta mientras la etapa está activa y, además, se
verifica la condición. En las figuras siguientes se han dibujado dos formas de
representar que la etapa 3 tiene dos acciones de las cuales la acción de
calentar tiene una condición (termostato).
Fig. 2.14 Acciones Condicionadas
2.1.4 Receptividades Asociadas a las Transiciones
Llamamos receptividad a la condición que se requiere para poder franquear
una transición válida. Una receptividad puede ser cierta o falsa y se puede
describir en forma literal (fin retroceso, temperatura alcanzada, etc.) o en forma
simbólica (SA1, BQ3, etc.), en este segundo caso será necesaria una tabla
donde se indique el significado de los símbolos utilizados.
Una receptividad puede estar compuesta por un solo dato o por una ecuación
booleana que incluya varios datos. Mientras el resultado de la ecuación
booleana sea 0 (falso) la transición no podrá ser franqueada y sí podrá serlo
cuando el resultado sea 1 (cierto). Los datos que componen la ecuación
booleana de una receptividad pueden ser externos o internos; los primeros
implican la comprobación de variables en el sistema que se está controlando
mientras que las internas dependen de funciones propios del sistema de control
(valor de un contador, etc.). En las ecuaciones booleanas el signo + representa
la función O, el signo · representa la función Y y una línea sobre la condición o
variable correspondiente representa la negación (función NO).
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A parte de una ecuación booleana, las receptividades pueden expresarse en
forma de texto o mediante dibujos normalizados (diagramas de relés, puertas
lógicas, etc.), según se desee.
2.2 ESTRUCTURAS BÁSICAS
2.2.1 Secuencia
Una secuencia es una sucesión alternada de etapas y transiciones en la que
las etapas se van activando una detrás de otra. Una secuencia está activa
cuando, como mínimo, una de sus etapas está activa. Una secuencia está
inactiva cuando todas sus etapas están inactivas.
Fig. 2.15 Secuencia
2.2.2 Selección de Secuencia
A partir de una determinada etapa, hay dos (o más) secuencias entre las que
se escogerá en función de las transiciones. No es necesario que las distintas
secuencias tengan el mismo número de etapas. En la figura, si estamos en la
etapa 8 y b es cierta iremos por la secuencia de la derecha si c és falsa y por la
de la izquierda si c es cierta. Las dos secuencias confluyen en la etapa 5.
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Fig. 2.16 Selección de Secuencias
En la selección de secuencia es imprescindible que las receptividades
asociadas a las transiciones de selección, en el ejemplo las transiciones (2) y
(7), sean excluyentes, es decir no puedan ser ciertas simultáneamente; por lo
tanto las secuencias son alternativas.
2.2.3 Salto de Etapas
Es un caso particular de selección entre dos secuencias en el que una de las
secuencias no tiene ninguna etapa. En la figura, si estamos en la etapa 3 y se
cumple b no se activarán las etapas 4 y 5 si c es cierta.
Fig. 2.17 Salto de Etapas
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2.2.4 Repetición de Secuencia
Es un caso particular del salto de etapas en el que el salto se realiza en sentidoascendente, de forma que se repite la secuencia de etapas anteriores al salto.
En la figura, se irá repitiendo la secuencia formada por las etapas 2 y 3 hasta
que b sea falsa y c cierta.
Fig. 2.18 Repetición de Secuencia
2.2.5 Paralelismo Estructural
A partir de una determinada etapa, hay dos (o más) secuencias que se
ejecutan simultáneamente. No es necesario que las distintas secuencias
tengan el mismo número de etapas. El inicio de secuencias paralelas se indica
con una línea horizontal doble después de la transición correspondiente. Deforma similar, el final de las secuencias paralelas se indica con otra línea
horizontal doble antes de la transición correspondiente; esta transición sólo es
válida cuando todas las etapas inmediatamente anteriores están activas. En la
figura, al franquear la transición (4), se activarán las etapas 2 y 3 y las dos
secuencias trabajarán simultáneamente. La transición (1) sólo será válida
cuando estén activas las etapas 3 y 5.
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Fig. 2.19 Paralelismo Estructural
2.2.6 Paralelismo Interpretado
El paralelismo interpretado aparece cuando una etapa tiene dos (o más)
salidas y las transiciones correspondientes no son excluyentes.
En la figura, si c y b son ciertas a la vez, se activarán las etapas 1 y 2
simultáneamente. Así pues si en la estructura de selección de secuencia no se
garantiza que las receptividades son excluyentes, se tendrá un paralelismo
interpretado en el caso de que ambas receptividades se hagan ciertas al mismo
tiempo o en el caso de que ambas sean ciertas cuando se validen las
correspondientes transiciones.
Fig. 2.20 Paralelismo Interpretado
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2.3 REGLAS DE SINTAXIS
No puede haber nunca dos transiciones consecutivas sin una etapa en medio.
Así pues la figura representa un GRAFCET incorrecto ya que o bien le falta una
etapa entre las transiciones 7 y 8 (que puede ser una etapa sin acción
asociada, si así le corresponde) o deben ponerse todas las condiciones en la
misma transición.
Fig. 2.21 Sintaxis de Transiciones
No puede haber nunca dos etapas consecutivas sin transición intermedia. Así
pues la figura representa un GRAFCET incorrecto ya que o bien le falta una
transición entre las etapas 4 y 5 o deben ponerse todas las acciones en una de
las dos etapas.
Fig. 2.22 Sintaxis de Etapas
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2.4 CONDICIONAMIENTO DE ACCIONES
Las acciones y las receptividades pueden venir condicionadas, además de por
variables externas, por el estado de activación de las etapas o por el tiempo.
2.4.1 Condicionamiento por Etapas
A menudo interesará imponer como condición, para una receptividad o una
acción, el hecho de que una etapa esté activada o desactivada. Para referirnos
a una etapa lo haremos con la letra X. Así en la figura la receptividad será
cierta mientras la etapa 20 esté activa y sólo se realizará la acción cuando
estén activas simultáneamente las etapas 3 y 12.
Fig. 2.23 Condicionamiento por Etapas
2.4.2 Acciones y Receptividades Condicionadas por el Tiempo
En muchos casos hay que utilizar condiciones que dependen del tiempo. Esto
se puede hacer activando un temporizador en la etapa y condicionar la
transición a que el temporizador alcance un determinado valor, pero el
GRAFCET tiene prevista una forma estándar de considerar el tiempo. Hay dos
notaciones para referirse al tiempo.
La primera notación establece que la condición dependiente del tiempo consta
de la letra t seguida de una barra, después hay el número de etapa que se
toma en consideración, una nueva barra y el tiempo a considerar. Esta
condición es cierta cuando el tiempo transcurrido desde la última activación de
la etapa indicada supera el tiempo fijado. Por ejemplo la condición t/7/5s será
cierta cuando hayan pasado cinco segundos desde la última activación de laetapa 7.
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Fig. 2.24 Acciones y Receptividades Condicionadas por el Tiempo
La segunda notación (fijada por la norma IEC-848) establece que la condición
dependiente del tiempo consta de un primer valor (que llamamos t1) seguido de
una barra, después hay una variable cualquiera, una nueva barra y el segundo
valor de tiempo a considerar (que llamamos t2). Esta condición pasa de falsa a
cierta cuando el tiempo transcurrido desde la última activación de la variable
indicada supera el tiempo t1 y pasa de cierta a falsa cuando ha transcurrido un
tiempo t2 desde la última desactivación de la variable considerada.
En el caso de que uno de los dos tiempos (t1 o t2) sea nulo tiene preferencia la
versión simplificada de esta notación en la que sólo se indica el valor distinto de
cero.
Ambas notaciones son muy diferentes y no hay equivalencias entre la una y lasotras.
2.4.3 Receptividades Condicionadas por Flancos
A veces es necesario tener en cuenta el cambio de estado de una variable en
lugar del estado real.
En el ejemplo siguiente la receptividad es cierta en el instante en el que la
variable c pasa de desactivada a activada. Si la transición es válida cuando c
pasa de desactivada a activada, la transición se franqueará; en el caso de que
la transición se haga válida después del cambio de estado de c, no será
franqueada.
Fig. 2.25 Receptividades Condicionadas por Flancos
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En este caso la receptividad es cierta en el instante en el que la variable b pasa
de activada a desactivada. Si la transición es válida cuando b pasa de activada
a desactivada, la transición se franqueará; en el caso de que la transición se
haga válida después del cambio de estado de b, no será franqueada.
Fig. 2.26 Receptividad Flanqueada
El siguiente ejemplo muestra como, en el caso de receptividades
condicionadas por flanco, sólo se tiene en cuenta el valor de la variable si el
cambio de estado se produce cuando la transición es válida. Así vemos un
GRAFCET en el que la transición entre las etapas 4 y 8 está condicionada por
el flanco de subida de la variable c; en el primer caso el flanco llega cuando la
etapa 4 está activa y, por tanto, se pasa a la 8 mientras que en el segundo
caso el flanco llega cuando todavía está activa la etapa 5 y, por tanto, sólo se
pasa a la etapa 4 y no a la 8 a pesar de que la variable c está activada.
Fig. 2.27 Ejemplo de Receptividad Flanqueada
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En algunos casos es necesario que todas la receptividades de un GRAFCET
sean booleanas. Entonces las receptividades condicionadas por flancos deben
escribirse de otra forma. El ejemplo siguiente ilustra una transición
condicionada por un flanco de subida y un GRAFCET equivalente con
receptividades boleanas.
Fig. 2.28 Receptividad Boleana
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3. CONCEPTOS AVANZADOS
3.1 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.
3.1.1 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.
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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.
3.1.2 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 debeser 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.
Fig. 3.1 Transición no Válida
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).
Fig. 3.2 Transición Válida
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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.
Fig. 3.3 Transición Errónea
3.1.3 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.
Fig. 3.4 Evolución de Etapa Activa Incompleta
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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).
Fig. 3.5 Evolución de Etapa Activa Completa
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.
Fig. 3.6 Evolución de Etapa Activa Errónea
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3.1.4 Regla 4: Simultaneidad en el Franqueamiento de las Transiciones
Las transiciones simultáneamente franqueables han de ser simultáneamente
franqueadas.
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.
Fig. 3.7 Simultaneidad en el Franqueamiento de las Transiciones
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.
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3.1.5 Regla 5: Prioridad de la Activación
Si al evolucionar un GRAFCET, una etapa ha de ser activada y desactivada almismo 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.
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.
Fig. 3.8 Prioridad de la Activación
En este otro caso es imprescindible el correcto cumplimiento de las reglas 4 y
5.
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3.2 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 accióncon la activación de la etapa, según la relación siguiente.
Fig. 3.9 Norma para la Representación de las Acciones
• C Acción condicionada
• D Acción retardada
• L Acción limitada en el tiempo
• P Acción impulsional
• 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.
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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).
Fig. 3.10 Ejemplo 1
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.
Fig. 3.11 Ejemplo 2
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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 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.
Fig. 3.12 Ejemplo 3
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.
Fig. 3.13 Ejemplo 4
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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.
Fig. 3.14 Ejemplo 5
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.
Fig. 3.15 Ejemplo 6
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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.
Fig. 3.16 Ejemplo 7
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.
Fig. 3.17 Ejemplo 8
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".
Fig. 3.18 Ejemplo 9
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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".
Fig. 3.19 Ejemplo 10
3.3 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 essiempre falsa.
Fig. 3.20 Etapa Fuente
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.
Fig. 3.21 Transición Fuente
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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.
Fig. 3.22 Transición Fuente con Receptividad Condicionada por Flanco
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 siguientesveces en que la etapa 4 esté activa y a sea 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.
Fig. 3.23 Etapa Pozo
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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.
Fig. 3.24 Transición Pozo
3.4 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 puede haber varias
etapas activas simultáneamente. Veamos, como ejemplo la evolución siguiente.
Fig. 3.25 Etapas Consecutivas Activas
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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.
3.5 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.
Fig. 3.26 Paralelismo Inmediato a una Selección de Secuencia o Viceversa
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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Fig. 3.27 Selección de Secuencias Inmediata a un Paralelismo
En la figura siguiente tenemos unas ramas paralelas que se van abriendo
progresivamente y se cierran simultáneamente.
Fig. 3.28 Ramas Paralelas Progresivas
En el caso siguiente, la etapa 8 puede tenerse que activar y desactivar
simultáneamente.
Fig. 3.29 Activación y Desactivación de una Etapa
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A continuación tenemos un caso en que las selecciones de secuencia se
combinan de forma poco convencional.
Fig. 3.30 Selección de Secuencia poco Convencional
Por último, la siguiente figura presenta un caso en el que se combinan
selecciones de secuencia con paralelismos.
Fig. 3.31 Selección de Secuencias con Paralelismos
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4. EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL MÉTODO GRAFCET
Para lograr una mejor comprensión del método GRAFCET, fue necesario
buscar un ejemplo que se pueda presentar en la industria, en el cual sea
necesario utilizar el mando secuencial y poder representarlo con este método
en el laboratorio de la escuela.
4.1 MÁQUINA SELLADORASe tiene una máquina que consta de 3 pistones, al inicio los pistones estarán
contraídos, el pistón A será el primero en realizar una acción, la cual consiste
en recoger y sujetar la pieza, una vez sujeta y posicionada, se accionará el
pistón B, el cual será el encargado de sellar la pieza e inmediatamente
contraerse una vez realizado esta acción, después retrocede A con lo que la
pieza deja de estar sujeta, y al final el pistón C será el encargado de expulsar la
pieza ya sellada, para después una vez ya realizada esta acción se contraiga y
vuelva a su estado original.
Fig. 4.1 Máquina Selladora
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4.2 DIAGRAMA ESPACIO-FASE
A continuación se presenta el diagrama espacio-fase el cual nos dará la secuencia desalida para cada uno de los pistones y el momento en el que deberán accionarse, todo
esto nos servirá para armar el gráfico del método GRAFCET.
Fig. 4.2 Diagrama Espacio-Fase
4.3 GRAFCET Nivel 1
Fig. 4.3 Nivel 1
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Para lograr construir este gráfico nivel 1, solo fue necesario seguir las
funciones que se especificaban en el funcionamiento del problema, todo esto
con lenguaje que cualquier persona podría comprender, ya que es por medio
de palabras como se explica el proceso completo de la máquina selladora paso
por paso.
4.2 GRAFCET Nivel 2
Fig. 4.4 Nivel 2
En este nivel se representa el mismo diagrama que en el 1, solo que aquí se
especifica solamente por medio de letras que son las que representan la
entrada y salida del pistón.
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4.3 DIAGRAMA DE PLC
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Fig. 4.5 Diagrama de PLC
Aquí es donde ya el sistema del método GRAFCET, nos sirve para acomodar
los datos en el PLC, de acuerdo a lo que se requiere que haga la máquina.
FUENTES DE INFORMACIÓN
edison.upc.edu/curs/grafcet/intro/niveles.html
Automatización: Problemas Resueltos con Autómatas Programables
Romera J. P/ Lorite J. A
Ed. Mac Graw Hill
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