tema 2 - grafcet2014

1

Maestra en Diseo, Produccin y Automatizacin. Asignatura: Automatizacin Industrial Tema: Diseo de Automatismos con Grafcet

EPN Facultad de Ingeniera Mecnica.

Prof. Javier Sanchis (UPV)

2

Diseo de automatismos mediante el diagrama funcional etapa-transicin

GRAFCET: ventajas Conceptos y elementos grficos asociados Reglas de evolucin Estructuras Grafcet: bsicas y lgicas Normas especiales de representacin

Diseo de Automatismos con GRAFCET Prof. Javier Sanchis. DISA -UPV

3!

GRAFCET: GRF ico de Control de Etapas y Transiciones.

Mtodo grfico para la especificacin, anlisis y diseo de automatismos desarrollado en 1977 por AFCET (Asoc.Francesa para la Ciberntica, Economa y Tcnica)

y ADEPA (Agencia Nac. Para el desarrollo de la Prod. Automatizada).


4!

En la actualidad es un estndar:

Norma IEC 60848 (2002, 2013)


5

no sirve nicamente para describir automatismos sino para explicar cualquier cosa que sea secuencial (una receta de cocina, un ensayo de laboratorio, etc.)

Permite describir de forma grfica el funcionamiento de un sistema secuencial de eventos discretos.

no busca minimizacin de funciones lgicas ni memoria metodologa rigurosa muy estructurado claridad, legibilidad... Permite diferentes niveles de especificacin (de lo general a lo

particular)

Permite gran flexibilidad (modificaciones,...) Es independiente de la tecnologa.


Ventajas

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Etapa Representan cada uno de los diferentes estados

en los que se puede encontrar el proceso en cada momento. Su papel es el de memorizar cada una de estas situaciones. Se numeran de forma consecutiva indicando una secuencialidad de los estados por los que pasa el sistema.

Etapa inactiva Etapa activa

(marca) n n


Definicin de elementos (Sintaxis)

7

Etapa inicial Representan el estado en el que

se encuentra el proceso cuando se pone en funcionamiento el automatismo. 0



8

Arco: lnea que une dos etapas consecutivas. Receptividad: Condicin (T1, T2, T3,...)

que describe la evolucin entre dos estados consecutivos.

Transicin: Arco + Receptividad. Barrera existente entre dos etapas consecutivas y cuyo franqueamiento hace posible la evolucin del sistema.

2

3

4

T1

T2

T3



9

Accin asociada a una etapa: Accin o efecto que se desea aplicar mientras est

activa la etapa del sistema a la que se asocie.

2 Motor en marcha 2 M

literal simblica



La acciones asociadas a una etapa estn activas cuando la etapa est activa.

Las etapas se activan de forma secuencial.

Una etapa se activa cuando la anterior est activa y se satisface la condicin de transicin.

La activacin de una etapa supone la desactivacin de la etapa anterior.

La etapa inicial E0 se supone activa antes de que comience la evolucin.


Reglas de Evolucin (Semntica)

E1

E0

Tr1=f2

Tr0=f1

Ir a la derecha

Ir a la izquierda


Ejemplo: mquina pulidora

E1

E0

Tr1=f2

Tr0=f1

Ir a la derecha

Ir a la izquierda

Estado inicial activo Estado 1 activo

E1

E0

Tr1=f2

Tr0=f1

Ir a la derecha

Ir a la izquierda

f2=1


Ejemplo: mquina pulidora

13


Reglas de sintaxis No puede haber dos etapas separadas por dos transiciones consecutivas.

No puede haber dos etapas consecutivas sin transicin intermedia.

2

4

T1

T2

T3

NO

2

3

4 T2

T3

NO


Ejemplo: pintado de estructuras

Sensores:

F1: sensor de peso instalado en la gra (F1=1, si el Peso > Peso mnimo). F2 .. F8: Sensores de posicin (Fx=1, si se detecta presencia). Accionadores:

Motor 1, (MS=1 sube la gra, MB=1 baja la gra, MS=MB=0 parado). Motor 2, (MA=1 avanza la gra, MR=1 retrocede la gra, MR=MA=0 parado).

Automatismo: El proceso comienza, estando la gra en F2 y F4 (posicin inicial en la zona de carga), se detecta peso de una pieza en sensor F1. La pieza tiene que pasar por todos los tanques sucesivamente. Para pasar de un tanque a otro la gra debe subir, avanzar hasta el siguiente tanque y bajar. Cuando se llega a la zona de descarga (F2 y F8) la gra debe esperar a que le desenganchen la pieza, cuando el sensor F1 ya no detecta peso la gra debe regresar a la zona de carga (subir, retroceder y bajar) volviendo al estado inicial.



16 Diseo de Automatismos con GRAFCET Prof. Javier Sanchis. DISA -UPV


17

Tipos de acciones

Reales: activacin de seales dirigidas a los preacciones (rels, contactores, bobinas,...)

Virtuales: conteos, temporizaciones, esperas,... Incondicionales: se ejecutan siempre que la etapa asociada

est activa.

Condicionales: su ejecutan siempre que la etapa asociada est activa y se cumpla una condicin descrita por su funcin

lgica.


Definicin de elementos

18

2

3

A b

2

A b

2 Ref PID=20C 2 M Z

alarma


Definicin de elementos

Acc. condicional

Acc. virtual Acc. real

Acc. incondicional

2

3

A 2

A

19

acciones

Parte Operativa: Accionadores (producen efectos)

Parte de Mando: Emite rdenes en funcin del estado del proceso

efectos

rdenes

diferentes niveles de especificacin

aplicar 24Vcc a la bobina L1 del

electrodistribuidor

Mover paquete a la derecha

Bajar cilindro neumtico

C1


Niveles de especificacin

Nivel 3

Nivel 1

20

GRAFCET de nivel 1: Descripcin funcional

descripcin global del automatismo (normalmente poco detallada) permita comprender rpidamente su funcin.

no debe contener ninguna referencia a las tecnologas utilizadas; es decir no se especifica cmo hacemos avanzar la pieza (cilindro neumtico, motor y cadena, cinta transportadora, etc.), ni cmo detectamos su posicin (fin de carrera, detector capacitivo, detector fotoelctrico, etc)



2

3

4

posicionar soldador

soldar pieza

enfriar soldadura

soldador posicionado

soldadura correcta

21

GRAFCET de nivel 2: Descripcin tecnolgica

en este nivel se hace una descripcin a nivel tecnolgico y operativo del automatismo.

se describen las tareas que han de realizar los elementos escogidos.



2

3

4

bajar cilindro C2, encender soldador S

mantener soldador S durante 3 seg.

encender soplador D durante 2 seg.

C2 en pos. inferrior

temperatura correcta

22

GRAFCET de nivel 3: Descripcin operativa

Es el nivel de especificacin ms detallado.

El grafcet definir la evolucin del automatismo y la activacin de las salidas en funcin de la evolucin de las entradas.



2

3

4

C2+

S_on

D_on

S_on

t/3/3seg

t/4/3seg

S_ok temp

c2

23

Accin mantenida NO MEMORIZADA: la accin a mantener se repite en cada una de las etapas. Se usan cuando disponemos de un accionamiento MONOESTABLE (por ejemplo un rel)

2

3

A

A

b B

C

2

A b

3

B


Niveles de especificacin y acciones

24

Accin mantenida MEMORIZADA: se especifican etapas de comienzo y final de la accin. Se usan cuando disponemos de un accionamiento BIESTABLE (p.e. rel de enclavamiento)

2 A=1

8 A=0

b 3 B

2

A

8

set

reset


Niveles de especificacin y acciones

25

Transicin

Validada: La transicin tiene activas sus etapas precedentes.

Franqueable: La transicin est validada y su receptividad vale 1.

Franqueada: La transicin tiene activas sus etapas posteriores.

No validada: La transicin no tiene activas sus etapas precedentes.


Reglas de evolucin

26

Secuencia nica Secuencias paralelas

2

3

4

T1

T2

T3

6

7

8

T11

T12

2

3

4

T1

T2


Estructuras bsicas

27

Divergencia en OR Convergencia en OR

n-2

Ty

n-1

Tx

n+2

Ty

n+1

Tx

n

Tz Ta

n

Tz


Estructuras bsicas

28

Divergencia en AND Convergencia en AND

n+2

Ty

n+1

Tx

n

Tz n-2 n-1

n

Tz

Ty


Estructuras bsicas

29

Divergencia en OR

Convergencia en OR


Saltos condicionales Repeticin de secuencia

30


Saltos condicionales

31

Regla 1: Inicializacin


Reglas de evolucin

La situacin inicial de un GRAFCET caracteriza tanto el comportamiento inicial del sistema (elementos de accin) como el del control (automatismo). Corresponde al estado en el que se ha de encontrar el sistema al poner en marcha, al conectar la alimentacin, etc. Puede existir ms de una etapa inicial.

En la inicializacin del sistema se han de activar todas las etapas iniciales y slo las iniciales.

32

Una transicin est validada cuando todas las etapas inmediatamente anteriores a ella estn activas. Una transicin es franqueable cuando est validada y su receptividad asociada es cierta. Toda transicin franqueable debe ser obligatoriamente franqueada de forma inmediata.


Reglas de evolucin Regla 2: Evolucin de las transiciones

2

3

4

T1

T2

T3

2

3

4

T1=0

T2

T3

2

3

4

T1=1

T2

T3

2

3

4

T1

T2

T3

33

Al franquear una transicin se deben activar todas las etapas inmediatamente posteriores y desactivar simultneamente todas las inmediatamente anteriores.

Reglas de evolucin


Regla 3: Evolucin de las etapas activas

4

1 2

3

a=1

4

1 2

3

a=1

4

1 2

3

a=1

34

Las transiciones simultneamente franqueables han de ser simultneamente franqueadas.

Reglas de evolucin


Regla 4: Simultaneidad en el franqueamiento de las transiciones

Puesto que las dos transiciones estn validadas, se activarn los estados 6 y 13 a la vez.

35

Si al evolucionar un GRAFCET, una etapa ha de ser activada y desactivada al mismo tiempo, deber permanecer activa.

Reglas de evolucin


Regla 5: Prioridad de la activacin

2

3

4

T1

T2

T3

T4

36

Disparo de una transicin: una transicin validada con su receptividad verdadera, provoca la activacin de las etapas posteriores y desactivacin de las precedentes simultneamente.

inactiva

activa

franqueada

validada

no validada

activable

2

3

4

T1

T2

T3


Reglas de evolucin: resumen

37

Activacin incondicional de la etapa inicial. Si hay transiciones franqueables

simultneamente, han de ser franqueadas Si una etapa se activa y desactiva

simultneamente ha de permanecer activada.

etapa activa

etapa inactiva

etapa activable

2

3

4

T1

T2

T3


Reglas de evolucin: resumen

38

Cuando un GRAFCET es grande o complejo se hace difcil representarlo y, a menudo, hay ms de una forma de hacerlo. En estos casos hay que disear la representacin en aquella forma en la que el GRAFCET sea ms simple y fcil de seguir. (A veces la forma ms simple de un GRAFCET no tiene las etapas iniciales situadas en la parte superior).

2

3

4

T1

T2

T3


Re-envos

9

n-2

n

Tz

Ty

n-2

2

Reenvo

Reenvo

39

Una macroetapa es una representacin de un GRAFCET parcial (expansin de la macroetapa) que ha de poderse insertar en substitucin de sta.


Macro-etapas

M10

Una macroetapa est activa cuando lo est una (o ms) de las etapas de su expansin. La macroetapa M* no tiene las propiedades habituales de los estados, pues su activacin no valida de forma automtica la siguiente transicin.

40

expansin

La expansin tiene una entrada (E) y una salida (S).

Disparo de transiciones

anteriores a macroetapa provoca su conexin.

Etapa de salida de la

expansin provoca la v a l i d a c i n d e l a s transiciones posteriores.

Ningn arco puede entrar

o salir de la expansin


Macro-etapas

41


Macro-etapas

La expansin de una macroetapa siempre tendr una sola etapa de entrada y una sola etapa de salida.

La etapa de entrada se activar cuando se active la macroetapa.

La activacin de la etapa de salida implicar la validacin de las transiciones inmediatamente posteriores a la macroetapa.

La transicin de salida de la macroetapa puede tener cualquier receptividad pero normalmente ser una transicin siempre vlida (=1) ya que las condiciones correspondientes ya se habrn tenido en cuenta dentro de la macroetapa.

Para facilitar la comprensin de la representacin, las etapas de entrada y de salida de la macroetapa no suelen tener accin asociada y la primera transicin de la macroetapa ser =1.

42

exclusividad

3

d

2

c

1

b a

conflicto si a=b=1


Secuencias exclusivas Regla 4: Simultaneidad en el franqueamiento de las transiciones Las transiciones simultneamente franqueables han de ser simultneamente franqueadas.

43

3

d

2

c

1

ba a

conflicto si a=b=1

3

d

2

c

1

b a

prioridad


Secuencias con prioridad Regla 4: Simultaneidad en el franqueamiento de las transiciones Las transiciones simultneamente franqueables han de ser simultneamente franqueadas.

44

Descripcin formal: t/En/q t: operacin temporizacin En: etapa cuya activacin inicia la temporizacin q: duracin de la temporizacin (segundos, minutos,...)

t/En/q es una var. BINARIA: temp. al retardo: (t/En/q)=0 temporizando, (t/En/q)=1 cuando se

ha cumplido el tiempo.

temp. al arranque: (t/En/q) Si la etapa En se desactiva... fin de la temporizacin !!!


Temporizaciones

En

temporizador

t/En/q q

0 1

1 0

45

Temporizar acciones: El temporizador no condiciona la evolucin a la siguiente etapa.


Uso de temporizadores

2

3 A

Accin retardada

t/3/2s

t/3/2s

3

A

2seg

2

3 A

3

A

Accin de duracin limitada

t/3/2s

t/3/2s 2seg

46 Acciones temporizadas

2

3 A

b

c

3

A

t/3/2s 2seg

3

A

t/3/2s c

t/3/2s

Reset automtico del temporizador

si el estado se desactiva



0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

47

Acciones temporizadas



48

Temporizar receptividades: La temporizacin determina la evolucin a una nueva etapa.

2

3 A

t/3/2s

b 3

A

t/3/2s 2seg



49

2

3 A z

b

C=C+1

12

13 M C

50

Mediante etapas de espera

a

2

3

A

10

21

22

M

30

bc

b c


Sincronizacin de subprocesos

Etapa de espera

Etapa de espera

o tambin 1 o E10E30

51


Ejemplo

Para poder avanzar, ambas vagonetas deben estar posicionadas en sus respectivos orgenes A1 y A2, si una llega antes, tiene que esperar.

52

Mediante acciones condicionales

bc

2

3

A

10

21

22

M

30

g h

Z1 Z2

b c


Sincronizacin de subprocesos

Accin condicional. Z2 se activar mientras c no valga 1. A partir de

ese momento esperamos a que finalice el otro subproceso

53

Gestin y manejo de recursos comunes a diferentes subprocesos.

Sincronizacin de distintos subprocesos que desean utilizar el recurso comn.

Representacin en GRAFCET: un ESTADO cuya activacin/ desactivacin representa las situaciones de DISPONIBLE u OCUPADO del recurso.

Cuando un subproceso desea utilizar el recurso, debe comprobar que est LIBRE y si es as, utilizarlo y marcarlo como OCUPADO. En el caso en el que el recurso est ocupado, deber esperar a que otro subproceso lo libere.

Habr que gestionar algn tipo de prioridad para que dos subprocesos no utilicen a la vez el recurso compartido.


Gestin de recursos compartidos

54


Gestin de recursos compartidos

1

2 M

C

55

a) SIN tratamiento de la emergencia: El automatismo

detiene su evolucin y suspende las operaciones bsicas asociadas a las etapas donde se produce la suspensin:

Inhibicin de acciones Congelacin del automatismo Inhibicin y congelacin

b) CON tratamiento de emergencia: La evolucin del automatismo deriva hasta una secuencia de emergencia (una o ms etapas) con acciones dirigidas a situar el proceso en condiciones iniciales o de seguridad.


Gestin de Alarmas y Emergencias

56

2

3

4

T1P

T2P

T3P

P

P

P

P

P1 Secuencia de emergencia


Gestin de Alarmas y Emergencias: tratamiento

57

Inhibicin de acciones

2

3

A

A b

B

C

p p Congelacin del automatismo a

2

3

A

10

21

22

M

30

bc

bp c

hp

Inhibicin y congelacin

2

3

A

A bp

B

C

p p


Gestin de Alarmas y Emergencias: SIN tratamiento

tema 2 - grafcet2014

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