Tema 2 - Grafcet2014

(1)

1 1

Maestría en Diseño, Producción y Automatización. Maestría en Diseño, Producción y Automatización. Asignatura: Automatización Industrial

Asignatura: Automatización Industrial

Tema: Diseño de Automatismos con Grafcet Tema: Diseño de Automatismos con Grafcet

EPN Facultad de Ingeniería Mecánica. EPN Facultad de Ingeniería Mecánica.

Prof. Javier Sanchis (UPV)

(2)

(3)

2 2

Diseño de automatismos mediante el

diagrama funcional etapa-transición

•• GRAFCET: ventajas

GRAFCET: ventajas

•• Conceptos y elementos gráficos asociados

Conceptos y elementos gráficos asociados

•• Reglas de evolución

Reglas de evolución

•• Estructuras Grafcet: básicas y lógicas

Estructuras Grafcet: básicas y lógicas

•• Normas especiales de representación

Normas especiales de representación

Diseño de Automatismos con

(4)

3 3

••

GRAFCET: GRÁF

ico de

C

ontrol de

EE

tapas y

TT

ransiciones.

•• Método gráfico para la especificación, análisis y diseño

Método gráfico para la especificación, análisis y diseño

de automatismos desarrollado en 1977 por AFCET

(Asoc.Francesa para la Cibernética, Economía y Técnica)

yy ADEPA

ADEPA (Agencia Nac. Para el desarrollo de la Prod.

(Agencia Nac. Para el desarrollo de la Prod.

Automatizada).

(5)

4 4

•• En la actualidad es un

En la actualidad es un

estándar:

Norma IEC 60848

(2002, 2013)

Diseño de Automatismos con

(6)

5 5

•

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

receta de cocina, un ensayo de laboratorio, etc.) •

• Permite describir de forma gráfica el funcionamiento dePermite describir de forma gráfica el funcionamiento de un sistema secuencial de eventos discretos.

un sistema secuencial de eventos discretos.

•• no busca minimización de funciones lógicas ni memoriano busca minimización de funciones lógicas ni memoria •• metodología rigurosametodología rigurosa

•• muy estructuradomuy estructurado !! claridad, legibilidad... claridad, legibilidad...

•• Permite diferentes niveles de especificación (de lo general a loPermite diferentes niveles de especificación (de lo general a lo particular)

particular)

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

V

(7)

6

• 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

Diseño de Automatismos con GRAFCET _{Prof. Javier Sanchis. DISA -UPV}

(8)

7

• Etapa inicial

– Representan el estado en el que

se encuentra el proceso cuando

se pone en funcionamiento el

automatismo.

0

(9)

8

• Arco:

línea que une dos etapas consecutivas.

• Receptividad:

Condición (T1, T2, T3,...)

que describe la evolución entre dos estados

consecutivos.

• Transición:

Arco + Receptividad. Barrera

existente entre dos etapas consecutivas y

cuyo franqueamiento hace posible la

evolución del sistema.

2

3

4 T1

T2

T3

(10)

9

• Acción asociada

a una etapa:

– Acción o efecto que se desea aplicar mientras esté

activa la etapa del sistema a la que se asocie.

2 Motor en marcha

₂

_M

literal

simbólica

(11)

• La acciones asociadas a una etapa están activas

cuando la etapa está activa.

• Las etapas se activan de forma secuencial.

• Una etapa se activa cuando la anterior está activa y se satisface la condición de transición.

• La activación de una etapa supone la desactivación de la etapa anterior.

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

(12)

E1 E0 Tr1=f2 Tr0=f1 Ir a la derecha Ir a la izquierda

(13)

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

(14)

13

Reglas de sintaxis

• No puede haber dos etapas separadas por dos transiciones consecutivas.

• No puede haber dos etapas consecutivas sin transición intermedia.

2

4 T1

T2

T3

NO

2

3

4 T2

T3

NO

(15)

(16)

Sensores:

• F1: sensor de peso instalado en la grúa (F1=1, si el Peso > Peso mínimo).

• F2 .. F8: Sensores de posición (Fx=1, si se detecta presencia). Accionadores:

• Motor 1, (MS=1 sube la grúa, MB=1 baja la grúa, MS=MB=0 parado).

• Motor 2, (MA=1 avanza la grúa, MR=1 retrocede la grúa, MR=MA=0 parado).

Automatismo: El proceso comienza, estando la grúa en F2 y F4 (posición 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 grúa debe subir, avanzar hasta el siguiente tanque y bajar. Cuando se llega a la zona de descarga (F2 y F8) la grúa debe esperar a que le desenganchen la pieza, cuando el sensor F1 ya no detecta peso la grúa debe regresar a la zona de carga (subir, retroceder y bajar) volviendo al estado inicial.

(17)

16

Ejemplo:

pintado de

estructuras

(18)

17

Tipos de acciones

•

Reales

: activación de señales dirigidas a los preacciones (relés, contactores, bobinas,...)

•

Virtuales

: conteos, temporizaciones, esperas,...

•

Incondicionales

: se ejecutan siempre que la etapa asociada está activa.

•

Condicionales

: su ejecutan siempre que la etapa asociada está activa y se cumpla una condición descrita por su función lógica.

(19)

18

2

3 A

b

2 A

b

2

Ref PID=20ºC

2 M

Z

alarma

Definición de elementos

Acc. condicional

Acc. virtual

Acc. real

Acc. incondicional

2

3 A

2 A

(20)

19

acciones

Parte Operativa: Accionadores (producen efectos) Parte de Mando:

Emite órdenes en función del estado del proceso

efectos

órdenes

diferentes niveles de especificación aplicar 24Vcc a la bobina L1 del electrodistribuidor Mover paquete a la derecha Bajar cilindro neumático C1

Niveles de especificación

Nivel 3

Nivel 1

(21)

20

GRAFCET de nivel 1: Descripción funcional

• descripción global del automatismo (normalmente poco detallada) permita comprender rápidamente su función.

• 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)

Niveles de especificación

2 3 4 posicionar soldador soldar pieza enfriar soldadura soldador posicionado soldadura correcta

(22)

21

GRAFCET de nivel 2: Descripción tecnológica

• en este nivel se hace una descripción a nivel tecnológico y operativo del automatismo.

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

Niveles de especificación

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

(23)

22

GRAFCET de nivel 3: Descripción operativa • Es el nivel de especificación más detallado.

• El grafcet definirá la evolución del automatismo y la activación de las salidas en función de la evolución de las entradas.

Niveles de especificación

2 3 4 C2+ S_on D_on S_on t/3/3seg t/4/3seg S_ok ! temp c2

(24)

23

Acción mantenida NO MEMORIZADA

: la acción a mantener se repite en cada una de las etapas. Se usan cuando disponemos de un accionamiento MONOESTABLE (por ejemplo un relé)

2

3 A

A

b

B

C

2 A

b

3 B

(25)

24

Acción mantenida MEMORIZADA

: se especifican etapas de comienzo y final de la acción. Se usan cuando disponemos de un accionamiento BIESTABLE (p.e. relé de enclavamiento)

2 A=1

8 A=0

b

3 B

2 A

8 set

reset

(26)

25

• Transición

Validada

: La transición tiene

activas sus etapas precedentes.

Franqueable

: La transición está

validada y su receptividad vale 1.

Franqueada

: La transición tiene

activas sus etapas posteriores.

No validada

: La transición no tiene

activas sus etapas precedentes.

(27)

26

Secuencia única

Secuencias paralelas

2

3

4 T1

T2

T3

6

7

8 T11

T12

2

3

4 T1

T2

(28)

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 básicas

(29)

28

Divergencia en AND

Convergencia en AND

n+2

Ty

n+1

Tx

n

Tz

n-1

n-2

n

Tz

Ty

(30)

29

Divergencia en OR

Convergencia en OR

(31)

30

(32)

31

Regla 1: Inicialización

Reglas de evolución

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.

Puede existir más de una etapa inicial.

En la inicialización del sistema se han de activar todas las etapas iniciales y sólo las iniciales.

(33)

32

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 debe ser obligatoriamente franqueada de forma inmediata.

Reglas de evolución

Regla 2: Evolución 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

(34)

33

Al franquear una transición se deben activar todas las etapas inmediatamente posteriores y desactivar simultáneamente todas las inmediatamente anteriores.

Reglas de evolución

Regla 3: Evolución de las etapas activas

4

1

2

3 a=1

4

1

2

3 a=1

4

1

2

3 a=1

(35)

34

Las transiciones simultáneamente franqueables han de ser simultáneamente franqueadas.

Reglas de evolución

Regla 4: Simultaneidad en el franqueamiento de las transiciones

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

(36)

35

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

Reglas de evolución

Regla 5: Prioridad de la activación

2

3

4 T1

T2

T3

T4

(37)

36

•

Disparo de una transición

: una transición

validada

con su receptividad verdadera, provoca la activación de las etapas posteriores y desactivación de las precedentes simultáneamente.

inactiva activa franqueada validada no validada activable

2

3

4 T1

T2

T3

(38)

37

• Activación incondicional de la etapa inicial.

• Si hay transiciones franqueables

simultáneamente, han de ser franqueadas

• Si una etapa se activa y desactiva

simultáneamente ha de permanecer activada.

etapa

activa

etapa

_inactiva

etapa

activable

2

3

4 T1

T2

T3

(39)

38

• Cuando un GRAFCET es grande o complejo se hace difícil representarlo y, a menudo, hay más de una forma de hacerlo. En estos casos hay que diseñar la representación en aquella forma en la 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).

2

3

4 T1

T2

T3

Re-envíos

9

n-2 n Tz Ty n-2

2 Reenvío

Reenvío

(40)

39

• Una macroetapa es una representación de un GRAFCET parcial (expansión de la macroetapa) que ha de poderse insertar en substitución de ésta.

Macro-etapas

M10

• Una macroetapa está activa cuando lo está una (o más) de las etapas de su expansión.

• La macroetapa M* no tiene las propiedades habituales de los estados, pues su activación no valida de forma automática la siguiente transición.

(41)

40

expansión

• La expansión tiene una entrada (E) y una salida (S). • Disparo de transiciones anteriores a macroetapa provoca su conexión. • Etapa de salida de la expansión provoca la v a l i d a c i ó n d e l a s transiciones posteriores. • Ningún arco puede entrar

o salir de la expansión Diseño de Automatismos con GRAFCET _{Prof. Javier Sanchis. DISA -UPV}

(42)

41

Macro-etapas

• La expansión de una macroetapa siempre tendrá una sola etapa de entrada y una sola etapa de salida.

• La etapa de entrada se activará cuando se active la macroetapa.

• La activación de la etapa de salida implicará la validación de las transiciones inmediatamente posteriores a la macroetapa.

• La transición de salida de la macroetapa puede tener cualquier receptividad pero normalmente será una transición siempre válida (=1) ya que las condiciones correspondientes ya se habrán tenido en cuenta dentro de la macroetapa.

• Para facilitar la comprensión de la representación, las etapas de entrada y de salida de la macroetapa no suelen tener acción asociada y la primera transición de la macroetapa será =1.

(43)

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 simultáneamente franqueables han de ser

(44)

43

3 d

2 c

1 b

_!

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 simultáneamente franqueables han de ser

(45)

44

• Descripción formal:

t/En/q

–

t

: operación temporización

–

En

: etapa cuya activación inicia la temporización

–

q

: duración de la temporización (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 temporización !!!

Temporizaciones

En

temporizador t/En/q q 0 1 1 0

(46)

45

•

Temporizar acciones

: El temporizador no condiciona la evolución a la siguiente etapa.

Uso de temporizadores

2

3 _A

Acción retardada

t/3/2s

3 A

2seg

2

3 _A

3 A

Acción de duración limitada

t/3/2s

(47)

46

Acciones temporizadas

2

3 _A

b

c

3 A

t/3/2s

2seg

3 A

t/3/2s

c

t/3/2s

Reset automático del temporizador si el estado se desactiva

Uso de temporizadores

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

(48)

47

Acciones temporizadas

Uso de temporizadores

(49)

48

•

Temporizar receptividades

: La temporización determina la evolución a una nueva etapa.

2

3 _A

t/3/2s

b

3 A

t/3/2s

2seg

(50)

49

2

3 _A

z

b

C=C+1

12

13 _M

C<10

a

• Las operaciones de conteo ascendente o descendente y de puesta a 0 (reset) se asocian en GRAFCET a acciones virtuales.

Uso de contadores

• El valor del contador se puede usar para construir condiciones booleanas en la receptividad de un transición.

(51)

50

Mediante etapas de espera

a

2

3 A

10

21

22 M

30 b

_!

c

b

c

Sincronización de subprocesos

Etapa de espera Etapa de espera o también “1” o “E10!E30”

(52)

51

Ejemplo

Para poder avanzar,

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

(53)

52

Mediante acciones condicionales

b

_!

c

2

3 A

10

21

22 M

30 g

h

Z1

Z2

b

c

Sincronización de subprocesos

Acción condicional. Z2 se activará mientras “c” no valga 1. A partir de

ese momento esperamos a que finalice el otro subproceso

(54)

53

• Gestión y manejo de recursos comunes a diferentes subprocesos.

• Sincronización de distintos subprocesos que desean utilizar el recurso común.

• Representación en GRAFCET: un ESTADO cuya activación/ desactivación representa las situaciones de DISPONIBLE u OCUPADO del recurso.

• Cuando un subproceso desea utilizar el recurso, debe comprobar que está LIBRE y si es así, utilizarlo y marcarlo como OCUPADO. En el caso en el que el recurso esté ocupado, deberá esperar a que otro subproceso lo libere. • Habrá que gestionar algún tipo de prioridad para que dos

subprocesos no utilicen a la vez el recurso compartido.

(55)

54

Gestión de recursos compartidos

1 2 M C<10 a 20 3 A b c 100 ₂₁ 22 8 29 Este estado respresenta el recurso compartido

Si el recurso está libre, entonces lo ocupo, sino espero.

Este retorno implica la devolución del recurso compartido subproceso 1

subproceso 2

el subproceso, una vez liberado el recurso común continúa con su secuencia

con estas receptividades se establece la prioridad

(56)

55

a) SIN tratamiento de la emergencia:

El automatismo detiene su evolución y suspende las operaciones básicas asociadas a las etapas donde se produce la suspensión:

• Inhibición de acciones

• Congelación del automatismo • Inhibición y congelación

b) CON tratamiento de emergencia:

La evolución del automatismo deriva hasta una secuencia de emergencia (una o más etapas) con acciones dirigidas a situar el proceso en condiciones iniciales o de seguridad.