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NORMA IEC60848 UPM Grafcet Ampliacion AVANZADO

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Jovanny Duque

Academic year: 2022

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1. 1. I NTRODUCCIÓN AL MODELADO 

GRAFCET 

1.1. I NTRODUCCIÓN  

El término GRAFCET es el acrónimo tanto de Graph Fonctionnel de Commande  Etape‐Transition (en español, grafo funcional de control etapa‐transición) y de graphe  du groupe AFCET (gráfico del grupo AFCET). Surge en Francia en 1977 como iniciativa  de  algunos  fabricantes  de  autómatas  (Telemecanique,  Aper  y  otros)  junto  con  los  organismos  oficiales  AFCET  (Asociación  Francesa  para  la  Cibernética,  Economía  y  Técnica) y ADEPA (Agencia Nacional para el Desarrollo de la Producción Automatizada). 

Fue  homologado  inicialmente  en  Francia  (norma  UTE  NF  C  03‐190)  en  1982  y  con  posterioridad por la Comisión Internacional de Electrotecnia (IEC 60848) en 1988. 

La  construcción  de  un  sistema  automático  requiere,  entre  otras  cosas,  establecer  las  relaciones  causa/efecto  entre  los  eventos  de  entrada  y  las  acciones  deseadas (salidas). En este contexto, se denomina parte secuencial del sistema la que  se circunscribe a las relaciones entre variables entrada y salida de tipo boleano. 

La  norma  IEC  60848:2002  define  al  GRAFCET  como  un  lenguaje  que  permite  modelar  el  comportamiento  de  la  parte  secuencial  de  un  sistema  automatizado  (ver  figura  1‐1)  Su  concepción  deriva  de  un  modelado  gráfico  más  general,  las  redes  de  Petri  y,  actualmente,    es  una  de  las  mejores  herramientas,  por  su  sencillez  y  expresividad, para representar sistemas de fabricación automatizados.  

El GRAFCET es una especificación de modelado y su realización es un diagrama,  que  denominaremos  diagrama  grafcet  (o  grafcet  para  simplificar)  para  separar  el 

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dibujo de las reglas de sintaxis. Posterior a la norma IEC  608048, la norma IEC 61131‐3  (1ª  edición  en  1993)  define  5  lenguajes  de  programación  enfocados  a  los  autómatas  programables  industriales.  Uno  de  ellos  está  directamente  inspirado  en  el  lenguaje  GRAFCET  y  lo  denomina  SFC  (diagrama  funcional  secuencial,  del  inglés  Sequential  Function Chart). A diferencia del GRAFCET, la realización de una especificación  SFC es  un programa (gráfico) implementable en un autómata programable.  

1 a 0

2 c

x y

d

z

a

b c d

x y z

A B C

( 3)

b A>

A>3

PID

A B C

Entradas lógicasEntradas analógicas Salidas analógicasSalidas lógicas

Parte Secuencial SISTEMA AUTOMATIZADO

B:=5 B

 

Figura 1‐1. Modelado de la parte secuencial de un automatismo mediante GRAFCET 

A día de hoy no existe una regla que traduzca directamente de GRAFCET a SFC: 

Habitualmente se emplea la notación más sucinta del GRAFCET para las descripciones  más generales del automatismo y se reserva la notación SFC para las descripciones de  detalle del automatismo, la parte operativa. 

 

Figura 1‐2. Ejemplo de diagrama secuencial funcional (SFC) 

En este capítulo abordaremos principalmente la especificación GRAFCET, pero 

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interés (en particular en lo referente a la representación de las acciones). La figura 1‐2  muestra  un  ejemplo  de  diagrama  SFC  cuyas  acciones  son  operaciones  aritméticas  (observe  que  esto  no  es  incompatible  puesto  que  se  trata  de  un  lenguaje  de  programación).  

1.2. N IVELES DE DIAGRAMAS GRAFCET  

Normalmente en la realización de un automatismo existen diferentes fases que  van  desde  el  análisis  económico    de  viabilidad  pasando  por  su  diseño,  su  implementación (por ejemplo como programa ejecutable en un PLC), para finalizar con  una  fase  de  verificación  offline  mediante  simulación  y  su  puesta  en  marcha  en  el  proceso  real  previa  fase  de  pruebas.  Es  claro  que  en  las  fases  previas  a  la  implementación los niveles de detalle del automatismo que se requieren conocer en la  toma de decisiones son diferentes.  

En función del nivel de abstracción que se represente se pueden distinguir los  siguientes  tipos  de  diagramas  grafcet,  ordenados  de  mayor  a  menor  nivel  de  detalle  (figura 1‐3): 

 

Inicio de ciclo y cilindro comprimido

¿cilindro expandido?

0

Expandir

1

Pieza sujeta

2

20 segundos Comprimir

 

Pon·Sc

Se

0

Expandir +

1

2

20s/X2 Expandir -

Io·I1

I2 0

1

2

s2.T=20s N Q0 Io

N Q2 I2

Nivel 1:Descriptivo  Nivel 2: Tecnológico  Nivel 3:Detalle 

Figura 1‐3. Ejemplo de diagramas de diferentes niveles de abstracción 

• Grafcet  de  nivel  1:  Descripción  global  poco  detallada  del  automatismo  que  permite entender en poco tiempo su funcionamiento general. Es, por ejemplo.   

el nivel de detalle que las entidades financieras quieren conocer para decidir la  inversión. Los grafcets de nivel emplean descripciones en lenguaje natural para  describir las acciones y transiciones y no contiene referencias a las tecnologías  que se van a utilizar. 

• Grafcet  de  nivel  2:  Descripción  de  la  tecnología.  El  grado  de  detalles  en  las  descripciones  debe  ser  lo  suficientemente  operativo  para  que  todas  las  tecnologías  empleadas  en  el  automatismo  (relés  normales  de  enclavamiento, 

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válvulas  neumáticas  normales  o  biestables,  pulsadores,  contactores  etc.)  queden  representadas.  Para  este  nivel  y  el  anterior  se  suelen  emplear  la  especificación GRAFCET de la norma IEC 60848. 

• SFC  de  nivel  3:  Descripción  de  la  realización  del  automatismo:    nivel  de  implementación.  Para  ello  resulta  adecuado  la  norma  IEC  61131‐3  que  especifica un lenguaje de programación gráfico completo (diagrama SFC). 

En  la  práctica  no  existe  una  regla  fija  para  la  elección  de  una  u  otra  representación. Es más,  es razonable mezclar elementos sintácticos de los diferentes  niveles (por ejemplo acciones continuas condicionadas usando el calificador C que no  aparece explícitamente en la norma IEC 61131‐3) cuando ayudan a la legibilidad de la  representación global.  

1.3. E TAPAS ,  TRANSICIONES Y ARCOS  

Un  grafcet está formado por una sucesión de etapas (steps en la terminología  sajona)  y  transiciones  conectados  entre  sí  por  arcos  orientados.  Cada  etapa  puede  tener  asociada  una  o  varias  acciones  a  realizar  sobre  el  proceso.  Las  etapas  se  representan  cono  un  cuadrado  y  un  número  (o  a  veces  símbolo  con  un  subíndice  numérico) que indica su posición que las identifica de manera unívoca en el diagrama. 

Se  denomina  etapa  inicial  o  etapa  de  reposo  al  estado  de  control  correspondiente  al  arranque,  el  estado  inicial  del  grafcet.  Un  mismo  grafcet  puede  tener  más  de  una  etapa  inicial,  siendo  el  reposo  de  la  ley  de  control  entonces  la  activación  simultánea  de  todas  las  etapas  iniciales.  Una  etapa  inicial  se  representa  como una etapa normal con un recuadro exterior y se numera con 0 siempre que sea  posible. En cuanto a la notación, como regla general: 

X<N>  es la variable boleana que representa a  la etapa que tiene como descripción N  Una transición  representa la condición por la que el sistema evoluciona de las   etapas  que  la  preceden  a  las  etapas  que  la  suceden.  Se  dibuja  como  una  barra  horizontal  que  corta  transversalmente  al  enlace  entre  las  etapas  denominado  arco.   

Toda transición lleva una condición asociada denominada receptividad, resultado de la  evaluación de una única fórmula lógica booleana (resultado 0 o 1). Cuando se verifica  la receptividad se dice que la transición es receptiva (o franqueable).  

Los  arcos  vinculan  etapas  con  transiciones,  pero  nunca  etapas  con  etapas  o  transiciones con transiciones. Son enlaces orientados que definen una relación  de orden entre etapas y transiciones. En la figura 1‐4, A la etapa 0 precede a la  transición "receptividad", al igual que la etapa 1 precede a "receptividad2" en la  figura 1‐4,  B. Como regla general, el grafcet se lee de arriba abajo y los arcos  tienen  sentido  descendente.  Cuando  el  arco  tiene  sentido  ascendente  debe  indicarse  obligatoriamente  con  una  flecha  (como  en  el  arco  que  conecta 

"receptividad2" con la etapa de reposo en la figura 1‐4, B).  

Una transición se dice que está validada cuando están activas las etapas que la  anteceden.  Si  una  transición  está  validada  y  es  receptiva  entonces  se  franquea 

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En el dibujo de la figura 1‐4, A se produce el paso de la etapa 0 a la etapa 1 cuando  está activa la etapa 0 y la condición lógica representada por el símbolo "receptividad" 

se  cumple.  En  tal  caso  se  activa  la  etapa  1,  se  desactiva  la  etapa  0  y  se  ejecutan  las  tareas 1 y 2 simultáneamente.  

La  especificación  GRAFCET  contempla  añadir  comentarios  aclaratorios  entrecomillados  a  etapas  y  transiciones.  También  admite  referenciar  las  transiciones  añadiendo  un  paréntesis  con  un  identificador  a  la  izquierda  de  la  misma  para  no  confundir con la receptividad. Una marca es un punto negro dentro de una etapa. Las  marcas se emplean para describir la evolución de  un GRAFTCET e indican que la etapa  está activa en ese instante (ver figura 1‐4.A). 

1

receptividad

Tarea1 Tarea2

“estado de reposo”

(1)

0

 

0

1

receptividad1

Tarea1 Tarea2

receptividad2

 

A  B 

Figura 1‐4. Símbolos del Grafcet.  

La  figura  1‐5  muestra  algunas  de  las  diferentes  notaciones  válidas  para  receptividades  en  la  especificación  GRAFCET. 1‐5.A  es  una  descripción  en  lenguaje  natural de la función booleana, 1‐5.B indica que se tiene que verificar la variable S1, 1‐

1.C  es  una  función  lógica  con  tres  variables  (donde  la  segunda  es  una  variable  de  etapa),  en 1.1‐D  la  transición  siempre  es  receptiva  (tiene  una  tautología  como  condición lógica) y en 1.1‐E representa el evento flanco de subida de la señal S1.  

2

¿válvula abierta?

 

S1

 

1 1 3

S X S

 

1

 

S1

 

A  B  C  D  E 

Figura 1‐5. Ejemplos de sintaxis válidas para receptividades 

(6)

Las sintaxis SFC (norma IEC 61131‐3) ofrece todavía mayor expresividad ya que  permiten  expresar  receptividades  en  la  mayor  parte  de  los  lenguajes  recogidos  en  la  norma (por ejemplo diagramas de escalera). 

1.4. A CCIONES   

Una  etapa  puede  llevar  asociada  desde  cero  a  un  número  indeterminado  de  acciones. Una etapa sin acciones se denomina etapa de espera (en inglés wait step). Se  emplea  para  representar  una  ausencia  de  evolución  mientras  que  la  transición  que  sucede  a  la  etapa  no  sea  receptiva.  Múltiples  acciones  asociadas  se  ejecutan  de  manera  concurrente  cuando  la  etapa  está  activa.  Desde  el  punto  de  vista  del  comportamiento  del  sistema,  la  acción  asociada  a  una  etapa  se  denomina  acción  continua y su comportamiento dura lo que dura la actividad de la epata. 

Gráficamente,  las  acciones  continuas  se  representan  dentro  de  una  caja  rectangular asociada a la etapa. En el interior del rectángulo se indica bien en lenguaje  natural, bien de manera simbólica, la semántica de la acción. La figura a continuación  muestra notaciones válidas para representar acciones continuas concurrentes: 

     

También  es  posible  (y  muy  frecuente)  condicionar  la  realización  de  la  acción  continua a la verificación de una fórmula boleana. Este tipo de acciones se denominan  condicionadas. La figura 1‐6, A muestra la sintaxis de una acción condicionada y en B  una sintaxis descriptiva. La acción se ejecuta cuando la etapa está activa y se verifica la  condición asociada. 

2 Tarea1 Condición

 

A  B 

Figura 1‐6. Representaciones  de acciones condicionadas.  

1.4.1 Símbolos normalizados de acciones en diagramas SFC 

Además  de  las  acciones  continuas  de  la  sección  anterior,  la  especificación  GRAFCET ya recogía otro vínculo acción‐etapa denominado acción memorizada. Frente  a  las  acciones  continuas,  las  acciones  memorizadas  se  vinculan  a  la  propia  evolución 

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duran hasta que exista una orden de desactivación. En lo relativo a relaciones acción‐

etapa,    la  norma  IEC  61131‐3  (diagramas  SFC)  formaliza  ésta  y  otras  ideas  de  una  manera rigurosa y los elementos clave se describen en esta sección.  Representaciones  equivalentes en GRAFCET se expondrán cuando complementen, de alguna manera, a la  especif

 bloques con cuatro campos, de los cuales solo el segundo es obligatorio (figura  1‐7): 

icación SFC.  

Gráficamente la norma IEC 61131‐3  representa las acciones asociadas a etapas  como

 

Figura  ‐7. Representación normalizada de acción asociada a la etapa X. 

El  campo  1  se  denomina  campo  calificador  (del  inglés  qualifier)  y  describe  el  tipo de vínculo entre la etapa y la acción asociada. El campo

1

 2 (figura 1‐7) es el campo  nombre donde se describe el comportamiento de la acción.  

Tabla 1‐1. Calificadores de acciones previstos en la norma 

  Símbolo  Descripción 

1  ninguno  acción continua mientras dura la etapa  2  N  acción continua mientras dura la etapa  3  R  desenclavamiento de la acción 

4  S  enclavamiento de la acción 

5  L  acción limitada tras la activación de la etapa  6  D  acción retardada tras la activación de la etapa  7  P  flanco de activación de la etapa 

8  SD  acción memorizada y retardada  9  DS  acción retardada y memorizada 

10  SL  acción memorizada y limitada en el tiempo  11  P1  flanco de activación de la etapa 

12  P0  flanco de desactivación de la etapa   

 

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El  campo  3  es  booleano  y  se  denomina  campo  indicador  (indicator  field  en  inglés).  Permite,  opcionalmente,  especificar  variables  booleanas  adicionales  que  pueden activarse para indicar eventos como que la acción ha terminado, condiciones  de  error,  rebasamiento  de  un  tiempo  límite  etc.  El  campo  4  se  usa  para  describir  acciones complejas. 

Existen 4 tipos principales de relaciones etapa‐acción, además de la acción continua ya  descrita, aceptadas por la norma: 

A) Acciones  retardadas  (L):  La  acción  comienza  un  cierto  tiempo  después  de  la  activación de la etapa  

B) Acciones limitadas en tiempo (D): La acción termina tras un cierto tiempo de la  activación de la etapa, aunque ésta siga activa. 

C) Acciones impulsionales (P): La acción dura el ciclo de operación de la activación  de la etapa. Se emplea para acciones de control endógenas. 

D) Acciones memorizadas (S): La acción se enclava tras la activación de la etapa y  perdura  tras  su  desactivación.  Será  necesario  una  etapa  posterior  para  desenclavarla. 

Los 12 diferentes calificadores aceptados por la norma aparecen en la tabla 1‐1. 

Es  interesante  resaltar  que  un  indicador  de  acción  finalizada  equivale  a  un  acción  continua  condicionada  prevista  en  la  especificación  GRAFCET  y  descrita  en  la  sección  anterior.  En  el  ejemplo  de  la  figura  1‐8  las  dos  representaciones  son  equivalentes. En la parte superior (GRAFCET), la acción se condiciona a que el depósito  no  se  haya  llenado.  En  la  parte  inferior  (norma  IEC  61131‐1)  el  indicador  (campo  3)  describe su terminación. 

 

Figura 1‐8. Representaciones equivalentes de una acción condicionada   (normas IEC 60848 e IEC 61131‐3) 

La norma permite además un cuarto campo opcional para definir formalmente  el  contenido  acciones  complejas  en  alguno  de  los  lenguajes  previstos  para  ello  (diagramas de escalera, un SFC encapsulado, diagramas de funciones lógicas etc.). La  figura 1‐9 recoge dos diagramas SFC con acciones concurrentes asociadas a una etapa. 

Observe que el diagrama de la derecha tiene un descriptor de texto en la etapa, algo  común en la especificación SFC pero poco habitual en GRAFCET. El significado concreto  de los calificadores se detalla en la sección siguiente. 

(9)

t=0,5sD

2

c

Luminaria c

S Abrir válvula

 

Figura 1‐9. Ejemplos de acciones asociadas a etapas en la especificación SFC 

1.4.2 Control de acciones 

En  esta  sección  se  describe  el  comportamiento  previsto  por  la  norma  IEC  61131‐3  para  los  calificadores  más  extendidos  cuando  la  acción  se  puede  modelar  como una variable booleana (pertenece a la parte secuencial del automatismo). 

0,5s

X2 Lum.

2

c

t=0,5sD Luminaria

 

4

c

t=3sL Luminaria

3s

X4

Lum.  

Acción retardada  Acción limitada en el tiempo 

X5 Pulso

5 P Marca de pulso

tiempo de ciclo

 

6 c1 7

c2 8

S Expandir

R Expandir

X6

Exp.

X8

Acción impulsional  Acción memorizada 

Figura 1‐10. Calificadores principales de acciones según la norma IEC 61131‐3 

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La acción retardada (D) empieza un cierto tiempo después de la activación de  la  etapa  y  dura  hasta  que  la  etapa  deja  de  estar  activa.  En  el  ejemplo,  la  luz  se  encenderá  medio  segundo  después  de  que  se  active  al  etapa  2  y  se  apagará  tras  verificarse la receptividad c.  Si c se verifica con anterioridad al medio segundo la luz  nunca se llegará a encender. 

Una  acción  limitada  (calificador  L)  se  inicia  con  la  activación  de  la  etapa  y  finaliza bien tras su desactivación, bien tras un tiempo límite prefijado. En el ejemplo,  la luz se enciende tras la activación de la etapa 4 y dura  un tiempo  de 3 segundos  a  pesar de que la etapa 4 sigue activa (no se ha cumplido c). 

La  acción  impulsional  (calificador  P  del  sajón  Pulse)  es  una  acción  de  control  endógena  (no  tiene  visibilidad  en  el  sistema  controlado)  que  dura  un  tiempo  muy  corto, pero suficiente para conseguir el efecto deseado. En la práctica suele equivaler a  la marca de pulso del flanco de la etapa a la que va asociada (en el ejemplo, la etapa  5). El calificador P1 especifica el flanco de subida y el calificador P0 el flanco de bajada.   

Las acciones memorizadas (letra S de Set) se enclavan con la activación de la  etapa y se desenclavan en una etapa posterior (acción con el calificador R de Reset).. 

En el ejemplo de la figura una válvula de dos posiciones controla el movimiento de un  cilindro  neumático  de  simple  efecto.  En  la  etapa  6  la  válvula  se  sitúa  en  posición  de  expansión  y  el  cilindro  se  mantiene  expandido  hasta  que  en  la  etapa  8  la  válvula  recupera su posición original y el cilindro se comprime.  

Ejemplos de cada tipo de acción de describen en la figura 1‐10.Es interesante  destacar que la acción memorizada del ejemplo también se puede representar como  una  acción  convencional  concurrente  con  el  conjunto  de  etapas  donde  se  mantiene  activa. El grafcet de la figura 1‐11 ilustra este punto y equivale al grafcet con acciones  memorizadas de la figura 1‐10. 

6

7

8

9 Expandir

No expandir c1

c2

 

Figura 1‐11. Acción memorizada representada como concurrencia 

Los calificadores también se pueden combinar (números 8‐10 en la tabla 1‐1). 

En estos casos el orden de los símbolos indica el orden en que se han de realizar las  funcionalidades.  En  algunos  casos  este  orden  no  tiene  importancia  pero  en  otros  puede ser decisivo. 

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    Calificador combinado SD  Calificador combinado DS 

Figura 1‐12. Ejemplo de calificadores combinados 

La figura 1‐12 muestra ejemplos para los calificadores combinados DS y SD. En  el primer caso, al activarse la etapa 2 se memoriza el encendido de la luz pero no se  ejecuta  hasta  que  ha  pasado  un  tiempo  de  medio  segundo.  Observe  que  la  luz  se  encenderá  a  pesar  de  que  antes  del  tiempo  de  retardo  la  etapa  2  se  desactive. 

Solamente  la  luz  se  mantendrá  apagada  si,  antes  del  medio  segundo,  se  activa  una  etapa con acción asociada "Luminaria OFF". En el caso del calificador DS, al activarse la  etapa  2  comienza  el  retardo  de  3  segundos.  Ahora  la  acción  todavía  no  se  ha  memorizado por lo que si la etapa 2 deja de estar activa en ese tiempo, la luz nunca se  encenderá. 

La  especificación  GRAFCET  también  representa  los  vínculos  temporales  entre  acciones  y  etapas  de  una  manera  sucinta  y  cómoda.  La figura  1‐13  recoge  algunas  notaciones  muy  empleadas  y  sus  equivalencias  con  los  diagramas  de  secuencias.  Se  recomienda su uso para diagramas que no sean de detalle. 

t1/var/t2

Expandir

2

2s/a/4s

 

*

t1/X*

Expandir

2

2s/X2

 

*

Expandir

2

t1/X *

3s/X2

 

A  B  C 

Figura 1‐13. Ejemplo de acciones temporizadas con GRAFCET 

1‐13.A  representa  una  condición  sobre  una  acción  continua  que  depende  del  tiempo. En particular, al acción se ejecuta si estando la etapa asociada activa pasa un  tiempo  t1  tras  un  flanco  de  subida  de  la  variable  lógica  var.  La  desactivación  se  produce bien porque la etapa activa cambia de estado, bien porque pasa un tiempo t2  tras un flanco de bajada de var.  

1‐13.B es una acción de ejecución retardada un tiempo t1 tras la activación de  la etapa t1. La notación equivale al calificador D en las acciones SFC. Por último 1‐13.C  representa una acción limitada un tiempo t1 tras la activación de la etapa y equivale al  calificador  L  en  las  acciones  SFC.  La  notación  se  comprende  mejor  si  se  sabe  que  el  operador de temporización en GRAFCET es del tipo retardo a la conexión. Este y otros  conceptos  relacionados  se  explican  en  detalle  en  el  capítulo  dedicado  a  los 

(12)

temporizadores. Otra notación equivalente a 1‐13.C y muy empleada en la práctica es  la que aparece en la figura 1‐14: 

3s/X2

*

Expandir

2

t1/X *

 

Figura 1‐14. Sintaxis típica de acción retardada en GRAFCET 

1.4.3 Efecto  del tipo de preaccionador 

Existen  condicionantes  de  carácter  tecnológico  que  influyen  en  la  representación  del  diagrama  del  automatismo.    En  particular,  tiene  especial  importancia el hecho que los preactuadores sean de tipo común  o de tipo biestable. 

Un  ejemplo  de  ambos  tipos  aparece  en  la figura  1‐15.  A  la  izquierda  una  válvula  hidráulica  de  2  vías  y  dos  posiciones  (2/2)  con  actuador  manual  monoestable  y  a  la  derecha la versión biestable. 

 

Figura 1‐15. Válvula hidráulica 2/2 monoestable  (izqda.) y biestable (dcha.) 

En  el  primer  caso,  es  necesario  mantener  la  tensión  en  el  actuador  para  conseguir  la  ejecución  de  la  acción  de  control  (en  el  ejemplo  mantener  pulsado  el  botón  para  que  la  válvula  permita  el  paso  del  fluido)  y  se  representan  en  el  grafcet  mediante  una  misma  acción  continua  en  etapas  sucesivas.  Los  preaccionadores  biestables,  por  contra,  se  enclavan  en  la  posición  nueva  y  se  representan  mediante  añadiendo  a  la  descripción  de  la  acción  continua  un  +  o  un  —,    para  indicar  enclavamiento y desenclavamiento respectivamente. 

Este tipo de consideraciones tecnológicas deben representarse en el grafcet de  nivel  2.  En  la figura  1‐16.A,  aparece  la  descripción  de  un  ciclo  expansión‐compresión  con preacccionador biestable, y en B el mismo sistema con válvulas monoestables. En  C  aparece  una  descripción  equivalente  de B,  pulsando  la  sintaxis  más  operativa    del  lenguaje de programación SFC. En este caso, la acción expandir se ejecuta y memoriza  al activarse la etapa 6 y se para con la activación de la 8, no siendo necesaria asociarla  con la etapa intermedia 7. 

 

(13)

 

7 6

c1

c2 8

Expandir

Expandir

c3

 

c1 7

c2

c3

6 S Expandir

8 R Expandir

  A Preaccionador biestable 

(GRAFCET) 

B Preaccionador monoest.

(GRAFCET) 

C Preaccionador monoest. 

(SFC) 

Figura 1‐16. Ejemplo de representación de tecnologías de enclavamiento o convencionales. 

1.5. E STRUCTURAS LÓGICAS FUNDAMENTALES  

La  unidad  básica  de  agrupación  de  elementos  etapa‐transición  para  construir  diagramas GRAFCET es su conexión en serie (también denominada secuencia). Esto se  corresponde  con  una  cadena  de  acciones  concatenadas  de  control,  cada  una  empezando cuando acaba la anterior. La figura 1‐17  representa una secuencia de dos  etapas. 

1

2 c

 

Figura 1‐17. Estructura básica serie formada por concatenación de etapas 

Las secuencias pueden a su vez combinarse entre sí para representar acciones  de control más complejas. Se distinguen 6 estructuras lógicas fundamentales: 

• Divergencia  concurrente(Y):  Expresa  un  punto  de  sincronismo  y  el  inicio  simultáneo  de  un  número  de  estructuras  serie.  Se  representa  con  una  doble  barra de la que cuelgan la primera etapa de cada estructura serie concurrente. 

(14)

• Divergencia  alternativa  (O):  Expresa  selección  de  acciones  de  control  alternativas en función de eventos.  

• Convergencia concurrente (Y): Expresa punto de sincronismo y finalización de  estructuras    serie  concurrentes  comenzadas  por  una  Convergencia  Y.  

Gráficamente es una Divergencia Y invertida. 

• Convergencia  alternativa  (O):  Expresa  el  final  de  las  acciones  de  control  alternativas comenzadas por una Convergencia O.  

• Saltos  condicionales:  Caso  particular  de  divergencia  O  donde  la  acción  de  control  se  salta  algunas  etapas  concatenadas  en  una  estructura  serie  si  se  valida  un  evento  determinado.    Expresa  acciones  de  control  alternativas  que  incluyen etapas de la misma estructura serie. En consecuencia los arcos que las  representan no tienen etapas explícitamente asociadas. 

• Repeticiones:  Caso  particular  de  divergencia  O  donde  existe  un  camino  que  conecta una etapa con otra que le precede en una estructura serie. El sentido  del camino (ascendente) debe señalarse explícitamente mediante una punta de  flecha.  

La  figura  1‐18  muestra  ejemplos  de  cada  una  de  ellas.  La  evolución  del  diagrama para cada estructura que aparece se explica en la siguiente sección.  

  1

2 3

c

 

1

2 3

c2 c3

 

Divergencia Y  Convergencia Y  Divergencia O 

3

1 2

c1 c2

 

2

3 1

c1

c2

   

Convergencia O  Salto condicional  Repetición 

(15)

1.6. R EGLAS DE EVOLUCIÓN  

Las  reglas  de  evolución  del  GRAFCET  describen  la  dinámica  del  automatismo  modelado.  A  continuación  de  detallan  las  reglas  fundamentales; algunas  ya  se  han  descrito en secciones anteriores. 

A) REGLA  DE  INICIO.  El  arranque  del  sistema  supone  la  activación  de  todas  las  etapas iniciales y solamente éstas.  El estado inicial del GRAFCET modela tanto  el  inicio  del  sistema  (situación  de  accionamientos  etc.)  como  el  de  su  control  (automatismo).  Se  corresponde  habitualmente  con  el  estado  de  reposo  o  de  parada segura, estado en que debe encontrarse la planta en el momento de la  puesta en marcha. El estado inicial del automatismo  muchas veces se encarga  de comprobar que el sistema a controlar se encuentra en su estado inicial. 

B) REGLA DE EVOLUCION DE UNA TRANSICIÓN. Una transición franqueable debe  ser  inmediatamente  franqueada.  Una  transición  está  validada  cuando  están  activas  todas  las  etapas  inmediatamente  precedentes.  Una  transición  es  franqueable  cuando  está    validada  y  su  receptividad  asociada  se  verifica.  La  figura 1‐19, donde la marca en la etapa 1 indica que está activa, es un estado  de evolución prohibido por esta regla. 

1

 

Figura 1‐19. Estado prohibido 

C) REGLA DE EVOLUCIÓN DE LAS ETAPAS ACTIVAS. El franqueo de una transición  supone  la  activación  simultánea  de  todas  las  etapas  inmediatamente  posteriores  y  desactivación  simultánea  de  todas  las  etapas  inmediatamente  anteriores.  La  evolución  de  las  etapas  activas  sigue  el  camino  de  los  arcos  orientados cuando se franquea una transición.  

D) REGLA  DE  FRANQUEAMIENTO  SIMULTÁNEO.  Todas  las  transiciones  franqueables se franquearán inmediata y simultáneamente. Esta regla permite  definir  la  evolución  de  GRAFCETs  estructurados  complejos  compuestos  por  otros GRAFCETs, macroetapas etc.    

E) REGLA  DE  PRIORIDAD  DE  ETAPA  ACTIVA.  Si  la  evolución  de  un  GRAFCET  (debido a las reglas anteriores) implica la activación y desactivación simultánea  de  una  etapa,  ésta  deberá  permanecer  activa.  Esta  es  una  regla  eminentemente operativa que regula la evolución de casos como el siguiente: 

(16)

a

b 1

2

 

Figura 1‐20. Ejemplo de evolución aplicando prioridad de etapa activa 

En  el  ejemplo,  las  etapas  1  y  2  están  activas.  En  el  caso  de  que  se  verifiquen  las  receptividades a y b de manera simultánea, la etapa, 2 debería desactivarse y activarse  simultáneamente.  Aplicando  la  regla  E  permanece  activa,  que  concuerda  con  lo  desaeable. 

Esta son las 5 reglas descritas en la norma IEC60848. Otras consideraciones son: 

• Cuando  el  franqueo  de  una  transición  conlleva  la  activación  simultánea  de  varias etapas, las secuencias a las que pertenecen evolucionan posteriormente  de manera independiente. 

• En el plano operativo, el tiempo que se tarda en franquear una transición se  puede considerar tan corto como se quiera, pero nunca es cero. En la práctica  vendrá impuesto por la implementación concreta y su ejecución en el PLC. 

A continuación analizamos caso por caso la aplicación de las 5 reglas generales  a las diferentes estructuras lógicas enumeradas en la sección anterior. 

1.6.1 Secuencias 

La  figura  1‐17 representa  una  secuencia  de  dos  etapas.  Se  activará  la etapa  2  cuando,  estando  activa  la  etapa  1,  se  verifica  la  condición  c.  Tras  franquear  la  transición se desactiva la etapa 2.  

1.6.2 Estructuras Y 

Las  estructuras  Y  se  emplean  para  expresar  concurrencia  (regla  E)  y  gráficamente  se  representan  con  una  doble  barra  horizontal.  En  el  ejemplo  de  divergencia  Y  de  la  figura  1‐18,  cuando  la  etapa  1  está  activa  y  se  verifica  la  receptividad c se activan simultáneamente las etapas 2 y 3 y se desactiva la etapa 1. 

Este caso puede generalizarse sin mayor dificultad a N etapas concurrentes conectadas  a la doble barra. 

(17)

   

Figura 1‐21. Sintaxis INCORRECTAS de estructuras Y 

La convergencia Y de la figura 1‐18 evoluciona activando la etapa 1 cuando se  verifica c y la transición está activa (etapas 2 y 3 activas simultáneamente). Al igual que  en el caso anterior, la transición es única  y su posición es fija en el dibujo. 

Es  importante  observar  que  existe  una  única  transición  común  a  todas  las  etapas involucradas y que su colocación es fija ya que la condición está expresando el  evento  que  sincroniza  el  arranque  de  las  secuencias  que  cuelgan  de  la  doble  barra. 

Otras configuraciones no son admisibles como las mostradas en la figura 1‐21 ya que  incumplen el principio de transición‐etapa‐transición. 

1.6.3 Estructuras O 

Las  estructuras  O  expresan  secuencias  alternativas  de  control  en  función  de  eventos.  En  el  ejemplo  de  divergencia  O  de  la figura  1‐18,  si  está  activa  la  etapa  1  aparecen dos opciones: si se verifica c2 el GRAFCET evoluciona siguiendo el arco que  forman la secuencia etapa 1 y etapa 2 y si se verifica la condición c3 el GRAFCET sigue  la secuencia etapa 1 y etapa 3. Como regla general, la evolución de una divergencia O  solamente activa una única etapa. 

La  divergencia  O  presenta  un  problema:  la  indeterminación  que  se  produce  cuando  las  receptividades  que  la  componen  se  verifican  simultáneamente.  Es  importante tener en cuenta que: 

La prioridad en una convergencia O (la selección exclusiva de una de sus ramas) no es  un elemento estructural del GRAFCET y debe resolverse. Puede ser por incompatibilidad  del propio sistema físico o por exclusión lógica. En este segundo caso debe modelarse  en el diagrama. 

Algunos ejemplos de modelado de prioridad tradicional (norma IEC 60848)  por  exclusión lógica aparecen en la figura 1‐22. En el caso A la transición con receptividad  c3 se franquea en caso de ser receptivas c2 y c3. En el caso B no se franquea ninguna  de ellas. 

(18)

c2 c3

 

1

2 3

c2 c3 c2 c3

 

A  B 

Figura 1‐22. Modelado tradicional de prioridad (IEC 60848) 

Para el caso de descripciones de detalle, la norma SFC (IEC 61131‐3) admite el  símbolo * para expresar prioridad sobre la barra O. Existen dos posibles sintaxis: 

• Símbolo  *  en  solitario:  Representa  prioridad  de  los  diferentes  arcos  de  izquierda a derecha tal y como aparecen en el dibujo. 

• Símbolo * acompañado de un número en cada arco O que indica la prioridad  La figura  1‐23  muestra  diferentes  sintaxis  posibles  de  una  divergencia  O  según  la  norma. En el caso A, se prioriza la receptividad c3 frente a c2. En B la prioridad es de  izquierda a derecha en el dibujo, por lo que tiene prioridad c2. 

1

2 3

c2 c3

2 * 1

 

1

2 3

c2 c3

*

 

A  B 

Figura 1‐23. Prioridad en diagramas SFC (IEC 61131‐3) 

Es  importante  recordar  que  no  es  necesario  representar  explícitamente  la  prioridad  en  el  dibujo  cuando  la  propia  semántica  de  las  transiciones  hace  que  su  verificación simultánea no sea físicamente posible. En tal caso, la implementación en el  PLC será la responsable de detectar como error este tipo de eventos. 

La  convergencia  O  sirve  para  terminar  con  las  secuencias  de  control  alternativas. De alguna manera es el cierre natural de una divergencia O. En el ejemplo  de la figura 1‐18, cuando una (y solo una) de las etapas 1 y 2 están activas y se verifica  la  condición  de  la  transición  correspondiente  el  GRAFCET  evoluciona  activando  al  etapa 3 y desactivando la etapa activa. En este caso no ha lugar a consideraciones de  prioridad puesto que solamente una de las secuencias que precede a la barra O puede  estar activa. 

(19)

1.6.4 Saltos y repeticiones 

La  evolución  de  los  saltos  condicionados  y  las  repeticiones  sigue  las  reglas  explicadas para el caso de la divergencia O y está sujeta a las mismas consideraciones. 

El salto representado en el ejemplo de la figura 1‐18 impide que se ejecuten las etapas  2 y 3 si se verifica c2. Gráficamente, un salto puede verse como un arco desprovisto de  etapa que se incorpora a una secuencia y que evita la ejecución de alguna o algunas de  sus etapas.  

La  repetición    es  un  salto  que  permite  que  el  GRAFCET  evolucione  desde  una  etapa  a  otra  que  le  precede.  La  acción  de  control  se  repite  entonces  hasta  ue  se  verifique  una  condición.  Como  regla  general,  el  arco  que  expresa  la  repetición  tiene  dirección ascendente y debe representarse como orientado. En el ejemplo de la figura  1‐18 el GRAFCET evoluciona de la etapa 3 a la 2 si se cumple la condición c2.  

1.6.5 Evolución fugaz 

 

7 6•

c1

c2 8

Expandir

c3

 

7 6•

c1

c2 8

Expandir

c3 S

 

Figura 1‐24. Ejemplo de evolución fugaz si se verifican  c1 y c2 simultáneamente  

La figura  1‐24 muestra  un  ejemplo  denominado  evolución  fugaz  en  la  norma  IEC 60848 cuando las receptividades c1 y c2 se cumplen simultáneamente estando la  etapa  6  activa.  En  tal  caso,  aplicar  las  reglas  de  evolución  GRAFCET  puede  llevar  la  franqueamiento  simultáneo  de  transiciones  sucesivas  siempre  que  las  receptividades  estuvieran  ya  satisfechas  en  las  primeras  etapas  de  la  evolución.  Las  etapas  intermedias que se 'atraviesan' se denominan etapas inestables.  

En  el  ejemplo,  si  c1=1  y  c2=1  y  X6=1  el  grafcet  evoluciona  directamente  a  la  etapa 8 y la etapa 7 es inestable. En el caso de etapas inestables caben las siguientes  consideraciones: 

• Acciones continuas asociadas a etapas inestables no se ejecutan: En el ejemplo  de la figura, la acción expandir no tiene duración. 

(20)

• Acciones  memorizadas  asociadas  a  la  activación  de  la  etapa  inestable  si  se  ejecutan: En el grafcet de la derecha de la figura 1‐24 la acción "expandir" se  activa  con  la  etapa  y  se  enclava,  por  lo  que  permanece  a  1  en  la  etapa  8  también. 

1.6.6 Multiplicidad de marcas

 

El número de marcas (etapas activas) en un instante dado en un grafcet no está  determinado por la norma, y ni siquiera tiene porqué mantenerse fijo desde su inicio,  como  se  verá  en  la  sección  siguiente.  La  única  norma  práctica  respecto  a  la  multiplicidad de marcas es que: 

El grafcet no debe evolucionar a un estado donde active etapas ya activas (agrupe más  de una marca por etapa) 

Diagramas  grafcet  con  múltiples  etapas  activas  simultáneamente  se  emplean  para  sincronizar  secuencias  y  para  definir  procesos  en  cadena  donde  una  pieza  va  pasando  por  diversos  puestos  de  manera  secuencial  donde  sufre  algún  tipo  de  transformación (por ejemplo una máquina transfer). 

1.6.7 Diagramas no seguros 

La  sintaxis  normalizada  del  GRAFCET  y  las  reglas  de  evolución  descritas  no  impiden,  sin  embargo,  la  creación  de  diagramas  poco  adecuados,  potencialmente  inconsistentes o simplemente sin ningún sentido físico cuando se implementan en un  programa de control. La norma los denomina inseguros (en inglés unsafe). 

0

1 2 3

4 5

6

t1

t2 t3

t4

t5 t6

 

Figura 1‐25. Diagrama grafcet no seguro prohibido por la norma 

La  figura  1‐25  muestra  un  ejemplo  de  grafcet  inseguro  sintácticamente 

(21)

concurrente  con  otras  sin  finalizar  dicha  concurrencia,  una  transición  t5  que  permite  pasar de una secuencia concurrente a otra (cuando se supone que deben ejecutarse de  manera independiente) y una convergencia Y de las secuencias con etapas 4 y 5 que  previamente  se  han  definido  como  alternativas  en  una  divergencia  O.  Además  es  posible  pasar  directamente  a  la  etapa  de  reposo  a  través  de    t6    mientras  todavía  existen  secuencias  en  ejecución.  Otro  ejemplo  de  GRAFCET  inseguro  es  aquel  que  define etapas que nunca se pueden activar dada la manera en que están definidas las  receptividades.  

La norma IEC 60848 prohíbe el uso de diagramas inseguros pero no caracteriza  con  precisión  este  problema  y  no  restringe  la  sintaxis  del  GRAFCET  para  evitar  su  construcción.  La  caracterización  de  hecho  es  un  problema  complejo.  La figura  1‐26  muestra  dos  grafcets  similares  pero  el  de  la  izquierda  es  potencialmente  perverso  dentro  de  un  algoritmo  de  control.  El  motivo  es  que  la  secuencias  alternativa  que  comienza con la etapa 4 sincroniza el paso a la etapa 6 de la otra rama concurrente. Si  el grafcet evoluciona por el arco { 3,5}  nunca llegará al reposo. En cambio el grafcet de  la  derecha  es  seguro  porque  la  activación  de  la  etapa  4  es  concurrente  con  la  activación de la etapa 5.  

0

1 3

2

4

6

5

0  

0

1 3

2

4

6

5

0  

Figura 1‐26.  Grafcets inseguro (izqda.) y seguro (dcha.) sintácticamente similares 

En vista de  las dificultades de la caracterización de este tipo de diagramas no  deseados  la  norma  deja  en  manos  del  diseñador  el  problema.  Algunas  consejos   prácticos de diseño para evitar este problema son: 

• Siempre que se empleen estructuras de divergencia utilizar la correspondiente  estructura  de  convergencia  para  recoger  las  secuencias  abiertas  (bien  sean  alternativas o concurrentes). 

(22)

• Sincronizar  etapas  de  secuencias  concurrentes  que  siempre  vayan  a  ser  activadas en algún instante. 

• Sincronizar, en la medida de lo posible, el paso a un estado de reposo de todas  las secuencias concurrentes. 

Es importante destacar que estos consejos no forman parte de la norma y, por tanto,  no son de obligado cumplimiento. 

1.7. E STRUCTURAS LÓGICAS ESPECIALES  

Además  de  las  estructuras  lógicas  descritas  (convergencia/divergencia  de  secuencias  alternativas  y  concurrentes,  saltos    y  repeticiones)  existen  también  las  siguientes  estructuras:  etapas  fuente  y  sumidero  (o  pozo)  y  transiciones  fuente  y  sumidero (o pozo).  

1.7.1 Comienzo de secuencia mediante etapa fuente 

1 c

 

1

0

2

  Etapa 1 fuente  Ejemplo de etapa inicio fuente  Una etapa fuente es una etapa que no tiene ninguna transición que la precede  inmediatamente.  El  caso  normal  de  activación  de  una  etapa  fuente  es  que  sea  una  etapa de inicio, activándose con la puesta en marcha del sistema, pero también puede  ser debida a un forzado o fruto de un encapsulamiento dentro de otro GRAFCET.  En el  ejemplo se muestra el caso de etapa inicio fuente (la etapa 0). 

1.7.2 Fin de secuencia mediante etapa sumidero 

Una  etapa  sumidero  es  aquella  que  no  está  conectada  posteriormente  con  ninguna transición. En tal caso, la desactivación solo es posible bien existe una orden  de  forzado,  bien  forma  parte  de  un  encapsulamiento  que  se  desactiva.  Se  utiliza  típicamente para definir estados de defecto. En la figura 1‐27 la etapa 3 es una etapa  sumidero  que  indica  un  estado  de  defecto  de  un  cilindro  que  ha  tardado  más  de  5  segundos en comprimirse. 

(23)

 

 

Figura 1‐27. Ejemplo de etapa fuente y sumidero 

1.7.3 Comienzo de una secuencia con una transición fuente 

Una  transición  fuente  es  una  transición  que  no  tiene  ninguna  etapa  que  la  precede inmediatamente. Esta transición siempre está validada y se franquea siempre  tras  la  verificación  de  su  receptividad.  Gráficamente  se  representa  como  una  barra  horizontal en el extremo del arco. 

La transición fuente puede verse como una transición convencional conectada  a una etapa que permanece siempre activa. La figura 1‐28 ilustra esta circunstancia. A  la izquierda se emplea una transición fuente y a la derecha se emplea un divergencia Y  para mantener siempre activada la etapa 0 que la precede. Observe que siempre que  se  verifique  la  receptividad  la  etapa  1  estará  activada.  Para  evitar  que  permanezca  permanentemente  activa  se  recomienda  usar  flancos  en  las  receptividades  de  transiciones fuente como en los ejemplos ( f ↑ ). 

1

2 c f↑

 

 

Figura 1‐28. Transición fuente (izqda.) y GRAFCET equivalente(dcha.) 

(24)

1.7.4 Finalización de una secuencia con una transición sumidero 

Una transición pozo o sumidero es una transición que no tiene ninguna etapa  que la sucede. Se emplea para desactivar etapas. La figura 1‐29 es un ejemplo tipo de  uso  de  transiciones  fuente  y  sumidero  combinados  para  representar  una  máquina  transfer de 3 puestos. 

 Las etapas 1, 2 y 3 están al inicio desactivadas. Cuando se detecta una pieza en  la  posición  de  entrada  y  se  pulsa  el  accionador  del  elemento  de  transporte,  la  pieza  entra en la máquina (activación de la transición fuente). Una vez que ha entrado, cada  nueva  pulsación  hace  que  la  pieza  atraviese  los  diferentes  puestos  hasta  llegar  a  la  etapa  3  que  se  desactiva  mediante  la  transición  sumidero  al  final.  Observe  que  es  posible que las tres etapas estén activa simultáneamente si llegan nuevas piezas a la  entrada de la máquina y las que están dentro no han terminado su procesamiento. 

1

2

3

( 1

avance↑ ⋅ pieza= )

avance avance

avance

 

Figura 1‐29. Transiciones fuente y sumidero para modelar el grado de ocupación de una  máquina tránsfer 

1.8. E STRUCTURACIÓN  

La  complejidad  de  los  sistemas  automatizados  hacen  que  sea  necesario  la  descomposición  del  modelo  GRAFCET  en  partes.  La  norma  permite  trocear  un  diagrama  en  tantas  partes  conexas  como  se  quiera,  donde  cada  parte  se  denomina  GRAFCET parcial. La figura 1‐30 muestra la descomposición de un diagrama global en  dos  GRAFCETs  parciales  G1  y  G2.  G1  representa  el  pistón  que  se  expande  y  se  comprime visto  con  anterioridad.  G2  representa  una  luz  que  avisa  de  que  se  ha  producido el estado de defecto (etapa 3 de G1 activa).  

(25)

 

Figura 1‐30. Descomposición de un GRAFCET en dos GRAFCETs parciales conexos 

En  este  caso  se  ha  separado  el  sistema  en  dos  entidades  físicas  que  hay  que  contro

e  también  que,  una  vez  activada  la  luz  (etapa  5  activa)  ya  no  se  apaga  nunca 

 los diagramas parciales la norma ha previsto una  notació

plificar):  referencia  un  etapas  ectivas}:  indica  el  conjunto  de  etapas  activas  del 

GRAFCET en el instante considerado 

ado (todas sus etapas  n expresividad en relación con la dinámica  del GR

larla, por un lado la luz y por otro el pistón. Observe que ambos diagramas son  conexos (todos los elementos en cada uno están conectados) y que G2 se compone de  una etapa fuente y una etapa pozo, activándose esta última con cuando la etapa 3 de  G1 está activa. Este tipo de coordinación se denomina coordinación horizontal ya que  ambos  diagramas    están  a  un  mismo  nivel  de  mando.  Este  tipo  de  coordinación  se  opone  a  la  jerárquica  donde  existen  niveles  de  jerarquía  entre  los  grafcets  involucrados. 

Observ

hasta  que  el  GRAFCET  global  se  inicie  de  nuevo,  con  lo  que  se  activarán  simultáneamente las etapas 0 y 4. 

Para referenciar las etapas en

n específica en la que destacan los siguiente símbolos: 

• G<Número  de  GRAFCET  parcial>  (ó  G<N>  para  sim GRAFCET parcial. 

• G<N>{listado  de 

GRAFCET parcial en el instante actual 

• G<N>{*}: indica la situación actual del 

• G<N>{ }: indica que todas las estapas están desactivadas 

• G<N>{INIT}: indica que el GRACFCET se encuentra inicializ iniciales están activas y solo éstas). 

Ésta  nueva sintaxis permite una gra

AFCET. Por ejemplo G7{1,5,7} indica que el GRAFCET parcial de nombre 7 tiene  la etapa 1, 5 y 7 activas y sólo éstas.  

(26)

A  continuación  analizaremos  diferentes  posibilidades  permitidas  por  la  especificación  para  la  descomposición  en  grafcets  parciales,  macroetapas,  encapsulación y forzado. La primera no es más que una vista concentrada de un detalle  del  GRAFCET  global  y  se  despliega  en  él  en  su  evolución.  Las  otra  dos  formas  introducen mecanismos de coordinación jerárquica. 

1.8.1 Estructuración mediante Macroetapas 

Una macroetapa es una representación simbólica de una parte de un GRAFCET,  parte  conocida  como  expansión  de  la  macroetapa.  Tiene  como  misión  descomponer  GRAFECTs  complejos  en  partes  más  pequeñas  para  su  mayor  legibilidad,  así  como  facilitar su distribución. Gráficamente se representa como una etapa normal con dos  líneas  horizontales  en  cuyo  interior  se  escribe  un  identificador  que  empieza  por    la  letra "M" seguido de un número identificativo (figura 1‐31). 

M1 f

k

E1

1.1

1.2

S1 g

h

i j (5)

(6)

 

  Figura 1‐31. Descomposición de una Macroetapa 

El  GRAFCET  parcial  expansión  de  la  macroetapa  lleva  obligatoriamente  una  etapa de entrada, con nombre E<N> y una etapa de salida con nombre S<N> donde N  es mismo identificador de la macroetapa de donde procede (en la figura 1‐31, E1 y S1  son las etapas de entrada y salida de la expansión de la macroetapa 1). 

La evolución de la macroetapa se basa en la aplicación de la regla 4. El franqueo  de  la  transición  5  activa  simultáneamente  la  etapa  de  entrada  E1.  A  su  vez,  la  transición  6  no  será  validada  hasta  que  no  se  active  la  etapa  de  salida  S1.  Tras  verificarse su receptividad k se desactiva la etapa S1 y termina la macroetapa. Un caso  habitual es cuando k es la transición =1 y el final de la macroetapa es síncrono con la  activación de la salida de la expansión.  Las etapas E1 y S1 son siempre etapas fuente y  sumidero respectivamente. La figura 1‐32, muestra un ejemplo de descomposición de  una  máquina  embotelladora  mediante  macroetapas.  En  la  práctica  la  expansión  de  realiza habitualmente en páginas separadas. 

(27)

0

M1 “Llenado” M1 “Taponado”

Cinta 1

=1

 

Figura 1‐32. Ejemplo de descomposición de máquina embotelladora con macroetapas 

Finalmente destacar los siguientes consideraciones recogidas explícitamente en  la norma IEC 60848: 

• Se admite que el GRAFCET parcial expansión de una macroetapa tenga más de  una etapa fuente inicial 

• Se  admiten  anidamiento  de  macroetapas  sin  ninguna  restricción  en  cuanto  a  número.  

1.8.2 Estructuración mediante Encapsulación 

La norma IEC 60848 permite el concepto de encapsulación de un conjunto de  etapas dentro de otra y lo define de la siguiente manera: 

ENCAPSULACION 

Un  conjunto  de  etapas  se  encuentran  encapsuladas  dentro  de  otra,  denominada  encapsulante, si al activarse esta última al menos una de las etapas encapsuladas tiene  también que estar activa.  

Esta  propiedad  puede  utilizarse  para  estructurar  un  GRAFCET  de  manera  jerárquica  donde  las  etapas  encapsuladas  constituyen  uno  o  más  GRAFCET  parciales. 

La figura 1‐33 muestra esquemáticamente la sintaxis básica y un ejemplo. 1‐33.A es el  símbolo de encapsulación, que lo distingue de una etapa normal. En 1‐33.B el recuadro  (similar  al  de  una  etapa  de  inicio)  indica  que  la  etapa  encapsulante  contiene  etapas  iniciales. 

 La figura 1‐33.D, muestra un ejemplo de estructuración sencillo. A la derecha  un  GRAFCET  parcial  con  una  etapa  encapsulante.  A  la  izquierda,  el  GRAFCET  encapsulado  recuadrado  con  el  identificador  de  la  etapa  encapsulante  en  la  parte  superior  izquierda  y  su  propio  nombre  en  la  inferior  (en  el  ejemplo  5  y  G1  respectivamente).  Observe  que  la  etapa  encapsulante  tiene  necesariamente  que  ir 

(28)

recuadrada debido que participa del estado inicial global a través de la etapa de inicio   0. El símbolo * a la derecha de una o varias etapas encapsuladas se denomina nexo de  activación. Estas etapas deben activarse con la activación de la etapa encapsulante.  

   

 

A  B  C 

6 4

5

 

0

M1 M2

“Llenado” “Taponado”

Cinta 1

=1

5

G1

*

  D 

Figura 1‐33. Sintaxis de encapsulación (IEC 60848:2002)   

REGLAS DE EVOLUCION. La aplicación de las reglas de evolución generales descritas en  la sección 1.5 conlleva lo siguiente: 

1) Al activarse la etapa encapsulante se activan las etapas que tienen asociado un  nexo de activación. En el ejemplo 1‐33.D, la cinta se activa cuando se activa la  etapa 5 del GRAFCET encapsulador a la izquierda. 

2) La  desactivación  de  una  etapa  encapsulante  implica  la  desactivación  de  todas  las etapas encapsuladas. Equivale a la orden de forzado F: 1G

{ }

. En el ejemplo 

(29)

3) Si la etapa encapsulante es una etapa de inicio, el arranque del GRAFCET global  activa  simultáneamente  en  el  GRAFCET  encapsulado  sus  etapas  de  inicio.  No 

  norma  IEC  60848  no  pone  limitación  a  esta  hay  que  confundir  el  nexo  de  activación  con  la  indicación  de  existencia  de  etapas iniciales. En D el arranque del sistema supone la activación de la etapa 0,  pero, al evolucionar, una posterior activación de la etapa 5 activará la cinta ( * a  la izquierda de la etapa 1). 

Una etapa encapsulante pude contener múltiples grafcets y éstos,  a su vez, contener  nuevas  etapas  encapsulantes.  La

jerarquización.  En  la figura  1‐34 existe  una  encapsulación  de  izquierda  a  derecha.  la  activación de la etapa 5 activa la etapa 1 de G1 (X1/G1). La evolución posterior de G1  (mientras 5 siga activa) llevaría a la activación de la etapa encapsulante del taponado  que, a su vez, activaría la etapa 1 de G2 (X1/G2).  Finalizado el taponado y el llenado  G2 evoluciona desplazando la cinta para que las botellas avancen  un puesto. 

M1

“Llenado” “Taponado”

Cinta 2

X3/G2

*

2

5

G1

1

2

3

* 1

G2 2

6 4

5

 

Figura 1‐34. Ejemplo de encapsulación anidada. 

La norma IEC 61131‐3 permite definir acciones tan complejas como se quiera y 

su  realización  equivale  a  .  Esa  complejidad 

puede 

a).  Al  activarse  la  etapa  1  se  inicia  SFC1  ,  activándose  la  etapa 0

subrutinas  en  el  programa  en  ejecución

ser  modelada  como  un  diagrama  SFC  lo  que  constituye  una  forma  de  jerarquización ligeramente distinta al encapsulamiento previsto en la norma IEC 60848  y descrito anteriormente.    

La figura  1‐35  muestra  un  diagrama  SFC  (derecha)  parcial  encapsulado  en  el  diagrama  principal  (izquierd

. SFC1 evoluciona libremente mientras la etapa 1 siga activa y su desactivación  posterior desactiva, a su vez, todas las etapas de SFC1. 

(30)

(1)

0 N a0 I1.0

N a1 SFC1

1 3 N a2

I1.2

2 4

s8.X

 

Figura 1‐35. Jerarquización a través de la acción en la especificación SFC. 

Comparado  con  la  encapsulación  prevista  en  GRAFCET,  aquí  la  ejecución  está  todavía más estructurada e incluye el propio inicio del diagrama encapsulado. A tíutlo  ilustrativo  se  ha  empleado  notación  normalizada  SFC  para  las  variables  de  las  receptividades, I para entradas (del inglés Input) y s<N> para etapas (del inglés step).  

La variable s3.X  de la transición 1 se verifica cuando se activa la etapa 3. En el ejemplo,  el evento activación de la etapa 3 determina la finalización de la acción representada  por SFC1.  

1.8.3 Estructuración mediante Forzado 

El forzado de un GRAFCET parcial sobre otro establece una relación jerárquica  de  mando  del  primero  sobre  el  segundo.  Como  orden  de  mando,  es  también  una  acción interna que permite imponer un estado de actividad sobre el GRAFCET parcial  que  recibe  la  orden.  Su  ejecución  tiene  prioridad  sobre  las  reglas  de  evolución  ordinarias. Llamaremos al GRAFCET que fuerza GRAFCET maestro y al que es forzado  GRAFCET esclavo.  

Se  representa  como  una  acción  normal  con  doble  recuadro  donde  la  descripción  de  la  acción  emplea  la  sintaxis  que  identifica  el  estado  resultante  del  GRAFCET  parcial  maestro descrita  en  el  inicio  de  esta  sección.  La  norma  prevé  las  siguientes pautas de evolución del forzado: 

• Desde  el  punto  de  vista  del  GRAFCET  maestro,  la  acción  de  forzado  es  una  acción continua convencional, que deja de ejecutarse al desactivarse la etapa a  la que va asociada. 

• Como consecuencia de la orden, el diagrama esclavo se sitúa en el estado de  actividad de etapas descrito en la oren recibida. 

• Mientras  está  activa  la  etapa  forzante  en  el  maestro  el  esclavo  no  puede  evolucionar  (se  dice  que  está  congelado),  independientemente  que 

Referencias

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