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- 2. Introducción histórica 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 etapas simultáneas 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.
- 3. Sistemas combinacionales y Sistemas combinacionales y secuenciales secuenciales • Un sistema combinacional es aquel en que las salidas en un instante sólo dependen de las entradas en aquel instante. En cambio, un automatismo secuencial es aquel en el que las salidas en cada instante no dependen sólo de las entradas en aquel instante sino que también dependen de los estados anteriores y de su evolución. • El GRAFCET (Graphe de commande etape-transition) es un método gráfico, evolucionado a partir de las redes de Petri que permite representar los sistemas secuenciales. • Es importante destacar que el GRAFCET no sirve únicamente para describir automatismos sino para explicar cualquier cosa que sea secuencial. Así podría ser muy útil para explicar una receta de cocina, el funcionamiento de un convertidor electrónico, un plan de estudios, un ensayo de laboratorio, etc.
- 4. Principios del GRAFCET 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.
- 6. 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.
- 8. Al franquear una transición se desactivan sus etapas anteriores y se Al franquear una transición se desactivan sus etapas anteriores y se activan las posteriores. activan las posteriores. Las etapas iniciales, que se representan con línea doble, se activan Las etapas iniciales, que se representan con línea doble, se activan en la puesta en marcha. en la puesta en marcha.
- 9. • Los tres niveles del GRAFCET • El GRAFCET puede utilizarse para describir los tres niveles de especificaciones de un automatismo. Estos tres niveles son los que habitualmente se utilizan para diseñar y para describir un automatismo. • GRAFCET de nivel 1: Descripción funcional • En el primer nivel interesa una descripción global (normalmente poco detallada) del automatismo que permita comprender rápidamente su función. Es el tipo de descripción que haríamos para explicar lo que queremos que haga la máquina a la persona que la ha de diseñar o el que utilizaríamos para justificar, a las personas con poder de decisión en la empresa, la necesidad de esta máquina.
- 10. • 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.).
- 11. GRAFCET de nivel 2: Descripción tecnológica GRAFCET de nivel 2: Descripción tecnológica En este nivel se hace una descripción a nivel tecnológico y operativo En este nivel se hace una descripción a nivel tecnológico y operativo del automatismo. Quedan perfectamente definidas las diferentes del automatismo. Quedan perfectamente definidas las diferentes tecnologías utilizadas para cada función. El GRAFCET describe las tecnologías utilizadas para cada función. El GRAFCET describe las tareas que han de realizar los elementos escogidos. En este nivel tareas que han de realizar los elementos escogidos. En este nivel completamos la estructura de la máquina y nos falta el automatismo completamos la estructura de la máquina y nos falta el automatismo que la controla. que la controla.
- 12. •GRAFCET de nivel 3: Descripción operativa GRAFCET de nivel 3: Descripción operativa En este nivel se implementa el automatismo. El GRAFCET definirá la En este nivel se implementa el automatismo. El GRAFCET definirá la secuencia de actuaciones que realizará este automatismo. En el caso secuencia de actuaciones que realizará este automatismo. En el caso de que se trate, por ejemplo, de un autómata programable, definirá de que se trate, por ejemplo, de un autómata programable, definirá la evolución del automatismo y la activación de las salidas en función la evolución del automatismo y la activación de las salidas en función de la evolución de las entradas. de la evolución de las entradas.
- 13. • Conceptos básicos • Elementos del GRAFCET • Estructuras básicas • Reglas de sintaxis • Condicionamiento de acciones y receptividad • Ejemplos (Automatización de una lavadora Automatización de una maquina de etiquetar latas)
- 14. Elementos del GRAFCET Elementos del GRAFCET Etapas y transiciones Etapas y transiciones Una etapa caracteriza el comportamiento invariante de una parte o Una etapa caracteriza el comportamiento invariante de una parte o de la totalidad del sistema representado; corresponde a una situación de la totalidad del sistema representado; corresponde a una situación elemental que implica un comportamiento estable. elemental que implica un comportamiento estable. Una etapa del GRAFCET se representa mediante un cuadrado Una etapa del GRAFCET se representa mediante un cuadrado identificado por un número; en este caso se ha representado la etapa 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 3. No puede haber dos etapas con el mismo número pero tampoco es necesario que sean números consecutivos ni que respeten ningún necesario que sean números consecutivos ni que respeten ningún orden. La entrada a una etapa es siempre por la parte superior y la orden. La entrada a una etapa es siempre por la parte superior y la salida por la parte inferior. salida por la parte inferior.
- 15. Una etapa puede estar activa o inactiva. Cuando representamos el Una etapa puede estar activa o inactiva. Cuando representamos el estado de un GRAFCET en un instante determinado, podemos estado de un GRAFCET en un instante determinado, podemos representar las etapas activas con un punto en su interior; en este representar las etapas activas con un punto en su interior; en este caso la etapa 6 está activa. También podemos representar las etapas caso la etapa 6 está activa. También podemos representar las etapas activas sombreando su interior, en este caso la etapa 9 está activa. activas sombreando su interior, en este caso la etapa 9 está activa. Al representar el GRAFCET en un instante, estamos representando el Al representar el GRAFCET en un instante, estamos representando el sistema en aquel instante. Un GRAFCET puede tener varias etapas sistema en aquel instante. Un GRAFCET puede tener varias etapas activas simultáneamente. activas simultáneamente.
- 16. Un cuadrado con línea doble simboliza una etapa inicial del GRAFCET; 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 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 inicializar el GRAFCET. Una vez se ha inicializado el GRAFCET, las etapas iniciales actúan como etapas normales. Puede haber tantas etapas iniciales actúan como etapas normales. Puede haber tantas etapas iniciales como se desee pero como mínimo una. Pueden estar etapas iniciales como se desee pero como mínimo una. Pueden estar situadas en cualquier lugar dentro del GRAFCET. situadas en cualquier lugar dentro del GRAFCET.
- 17. • 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.
- 18. Si la descripción de un GRAFCET lo requiere, pueden numerarse las Si la descripción de un GRAFCET lo requiere, pueden numerarse las transiciones con un número entre paréntesis a la izquierda del trazo transiciones con un número entre paréntesis a la izquierda del trazo que representa la transición; por ejemplo la transición (4). que representa la transición; por ejemplo la transición (4).
- 19. Una etapa puede tener más de una entrada. A continuación se Una etapa puede tener más de una entrada. A continuación se han representado dos casos en los que una etapa tiene tres han representado dos casos en los que una etapa tiene tres entradas. entradas.
- 20. Una etapa puede tener más de una salida. A continuación se han Una etapa puede tener más de una salida. A continuación se han representado dos casos en los que una etapa tiene tres salidas. representado dos casos en los que una etapa tiene tres salidas.
- 21. Hay que evitar aquellas representaciones que puedan inducir a Hay que evitar aquellas representaciones que puedan inducir a confusión, como, por ejemplo, las siguientes en las que se puede 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. dudar si hay o no hay conexión entre la línea vertical y la horizontal.
- 22. Caminos y re-envíos Caminos y re-envíos Los caminos que unen una etapa con otra se dibujan preferentemente Los caminos que unen una etapa con otra se dibujan preferentemente en sentido vertical; aunque para resolver algunas representaciones en sentido vertical; aunque para resolver algunas representaciones hay que dibujar una parte de los mismos en sentido horizontal o en hay que dibujar una parte de los mismos en sentido horizontal o en diagonal. Mientras no se especifique lo contrario, la evolución de un diagonal. Mientras no se especifique lo contrario, la evolución de un camino siempre es en sentido descendente, es decir de arriba a camino siempre es en sentido descendente, es decir de arriba a abajo. En la figura se ha representado un camino que evoluciona en abajo. En la figura se ha representado un camino que evoluciona en sentido vertical ascendente. sentido vertical ascendente.
- 23. Cuando un GRAFCET es grande o complejo se hace difícil Cuando un GRAFCET es grande o complejo se hace difícil representarlo y, a menudo, hay más de una forma de representarlo. representarlo y, a menudo, hay más de una forma de representarlo. En estos casos hay que hacer siempre la representación en aquella 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 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 la forma más simple de un GRAFCET no tiene las etapas iniciales situadas en la parte superior. situadas en la parte superior. Cuando un GRAFCET se complica o no cabe en una sola página son Cuando un GRAFCET se complica o no cabe en una sola página son necesarios los re-envíos. Hay personas que prefieren no trazar nunca necesarios los re-envíos. Hay personas que prefieren no trazar nunca caminos de recorrido ascendente y prefieren sustituirlos por re- caminos de recorrido ascendente y prefieren sustituirlos por re- envíos. Para los casos en que el GRAFCET no sea muy grande, envíos. Para los casos en que el GRAFCET no sea muy grande, podemos utilizar la siguiente notación. podemos utilizar la siguiente notación. La figura representa un re-envío. El GRAFCET continuará en la etapa La figura representa un re-envío. El GRAFCET continuará en la etapa indicada, en este caso la 7. indicada, en este caso la 7.
- 24. La figura representa la llegada desde un re-envío. En este caso viene La figura representa la llegada desde un re-envío. En este caso viene de la etapa 6. de la etapa 6.
- 25. En cambio cuando el GRAFCET ocupa unas cuantas páginas, puede En cambio cuando el GRAFCET ocupa unas cuantas páginas, puede ser preferible indicar, además de la etapa de procedencia o de ser preferible indicar, además de la etapa de procedencia o de destino, la página donde esta está situada para que su localización destino, la página donde esta está situada para que su localización sea más rápida. sea más rápida.
- 26. • 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. • 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 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.).
- 27. • 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.
- 28. • 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.
- 29. • 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).
- 30. • 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).