GRAFCET: Guia Completa, Definicions i Regles

Què és el GRAFCET?

El GRAFCET és un diagrama funcional que descriu l'evolució del procés que es pretén automatitzar, indicant les accions que s'han de fer sobre el procés i les informacions que les provoquen. A partir d'ell es poden obtenir les seqüències que ha de fer l'autòmat programable. La seva utilització per resoldre tasques d'automatització facilita el diàleg entre persones amb nivells de formació tècnica diferent, tant en el moment de l'anàlisi del procés a automatitzar, com posteriorment en el manteniment i reparació d'avaries.

Definició: És una seqüència d'etapes que tenen associades unes determinades accions a realitzar sobre el procés, junt amb les condicions o transicions que provoquen que es produeixi el pas d'una etapa a una altra.

Elements del GRAFCET

• Etapes: Les etapes representen cadascun dels estats del sistema. Cada etapa pot estar associada a una o vàries accions. El símbol emprat per representar una etapa és un quadrat amb un número, el qual indica l'ordre que ocupa dins del gràfic, no l'ordre d'execució. Es denominen etapes inicials aquelles en què es posiciona el sistema en iniciar-se el procés per primera vegada. Les etapes inicials es representen per un quadrat amb doble línia. Una etapa pot estar activa o inactiva. En un moment donat, la situació de l'automatisme ve donat pel conjunt d'etapes actives. És usual representar l'etapa activa en un moment donat, amb un punt a l'interior del quadrat, representatiu de l'etapa.
• Accions: Les accions que porten associades les etapes es representen amb un rectangle on s'indica el tipus d'acció a fer, quan l'etapa estigui activada. Aquests rectangles estan connectats a l'etapa i situats a la dreta d'ella. A l'interior d'aquests rectangles s'indica, bé de forma literal, bé de forma simbòlica, les accions a realitzar. Una etapa pot tenir vàries accions associades.

En una primera classificació es poden dividir les accions en dos tipus:

• Incondicionals: Accions que s'executen quan tan sols quedi activada l'etapa corresponent.
• Condicionals: Són les accions que necessiten el compliment d'una condició a més de la pròpia activació de l'etapa corresponent. Perquè una acció condicional sigui efectiva, és necessari que l'etapa considerada estigui activada i que la condició sigui verificada.

També es poden classificar les accions en:

• Internes: Accions que es produeixen en l'equip, per exemple, temporitzacions, comptadors, càlculs matemàtics, etc.
• Externes: Les accions que es produeixen sobre el procés, per exemple obrir o tancar una vàlvula, activar o desactivar un motor, etc.

Transició i Condició de Transició

Un procés seqüencial es caracteritza perquè una acció determinada es fa en funció del resultat de l'acció anterior. El procés del GRAFCET es descompon en una sèrie d'etapes que són activades una darrera l'altra. Per tant, haurà d'haver una condició que s'ha de complir per passar d'una a una altra etapa. Aquesta condició s'anomena transició i es representa així: Tota transició porta associada una condició de transició (anomenada receptivitat). Les condicions de transició poden ser una o vàries variables de les que intervenen en el procés. Es diu que la transició està validada, quan l'etapa o etapes anteriors a la transició estan activades. El franqueig de la transició es produirà tan sols si la transició està validada i la receptivitat és verdadera.

Receptivitats Condicionades per Flancs

A vegades pot ser necessari tenir en compte el canvi d'estat d'una variable i no l'estat real. Això vol dir treballar per flancs. El contacte pot adoptar dos estats estables, però quan es produeix un canvi d'estat, apareix un estat transitori. Hi ha dos estats transitoris possibles:

• El pas de l'estat lògic 0 a l'estat lògic 1 (flanc ascendent).
• El pas de l'estat lògic 1 a l'estat lògic 0 (flanc descendent).

Unions Orientables

Les unions orientables són les línies que enllacen les etapes amb les transicions, i per tant assenyalen el camí de l'evolució. Per convenció les unions es faran horitzontals o verticals. El sentit general del recorregut és de dalt a baix. L'arribada i la sortida en una etapa es representarà verticalment, estant l'arribada a la part superior, i la sortida a la inferior. Per evitar ambigüitats és preferible evitar els encreuaments de les línies d'unió. Utilitzarem una sageta quan:

• No es respecti la convenció (de dalt a baix).
• Si excepcionalment, s'ha d'arribar per la part inferior una sageta indicarà el sentit de lectura.

Els Reenviaments

Quan el GRAFCET que fem excedeix de la superfície d'un full, i conseqüentment hem d'utilitzar-ne més, en els enllaços orientats del final del full haurem de posar a on van (l'etapa següent) del proper full. I a l'inrevés en el full següent.

Nivells de Representació del Grafcet

El Grafcet es pot utilitzar per descriure tres nivells d'especificacions d'un automatisme. Aquests tres nivells són els que habitualment s'utilitzen per dissenyar i descriure un automatisme.

Grafcet de Nivell 1: Descripció Funcional

En el primer nivell interessa una descripció global (normalment poc detallada) de l'automatisme que permeti comprendre ràpidament la seva funció. Aquest Grafcet no ha de contenir cap referència a la tecnologia utilitzada; és a dir, no s'especifica com farem avançar una peça per exemple (cilindre pneumàtic, motor, etc...), ni com detallem la seva posició (final de carrera, detectors, etc..) ni tan sols el tipus d'automatisme utilitzat (PLC, automatisme pneumàtic, etc...).

Grafcet de Nivell 2: Descripció Tecnològica

En aquest nivell es fa una descripció a nivell tecnològic i operatiu de l'automatisme. Quedaran perfectament definides les diferents tecnologies utilitzades per a cada funció. El Grafcet descriu les feines a realitzar pels elements escollits. En aquest nivell completem l'estructura de la màquina i ens falta l'automatisme que el controla.

Grafcet de Nivell 3: Descripció Operativa

En aquest nivell simplement s'afegeix l'automatisme. El Grafcet definirà la seqüència d'actuacions que realitzarà aquest. En el cas de realitzar la implementació per exemple en un automatisme programat, definirà la seva evolució i l'activació de les sortides en funció de l'evolució de les entrades.

Regles de Sintaxi i d'Evolució

Un GRAFCET està correctament traçat si:

• Respecta la regla d'alternança etapa-transició i transició-etapa.

Per tant:

• Dues etapes no poden unir-se directament, hauran d'estar separades per una transició.
• No poden haver-hi dues transicions consecutives, hauran d'estar separades per una etapa.

Regla 1. Relativa a la Situació Inicial

L'etapa inicial d'un GRAFCET s'activa de forma incondicional. Aquesta situació inicial es correspon en general amb una situació de repòs. La situació inicial d'un GRAFCET caracteritza tant el comportament inicial del sistema (elements d'acció) com els de control (automatisme). Correspon a l'estat en el qual s'ha de trobar el sistema en posar en marxa, en connectar l'alimentació Habitualment la situació inicial d'un GRAFCET correspon a una situació de repòs o d'aturada segura. Sovint en la posada en marxa d'una màquina, el control comença per comprovar si aquesta es troba en la situació inicial adequada per al funcionament. Si no és així (per exemple perquè l'aturada ha estat d'emergència o causada per una tallada de l'alimentació) s'haurà de portar el sistema a la situació inicial adequada abans de passar al funcionament desitjat de l'automatisme.

Regla 2. Relativa al Franqueig d'una Transició

Una transició està en disposició de ser validada quan totes les etapes immediatament precedents, unides a aquesta transició, estiguin activades. L'activació (franqueig) d'una transició es produeix quan està validada i la condició de transició o receptivitat és verdadera. Tota transició franquejada ha de ser obligatòriament i immediatament franquejada. Les figures representen una part d'un GRAFCET en un moment determinat. En aquest instant l'etapa 1 no està activa, la qual cosa fa que la transició no estigui validada, independentment de si la receptivitat és certa o no. En la figura (a) la receptivitat de la condició de transició és 0, i en la (b) aquesta és 1.

Regla 3. Relativa a l'Evolució de la Situació

Franquejar una transició implica l'activació de totes les etapes immediatament posteriors, i la desactivació de totes les immediates precedents. (evolució síncrona)

Regla 4. Relativa a les Evolucions Simultànies

Vàries transicions simultàniament franquejables són simultàniament franquejades. En aquest cas quan les etapes 3 i 4 estiguin activades es validarà la transició. Una vegada la receptivitat sigui certa (fc1=1), s'activaran les etapes 5 i 6 desactivant aquestes les dues anteriors.

Regla 5. Relativa a l'Activació i Desactivació Simultània

Si en el decurs d'una evolució, una mateixa etapa es troba a la vegada activada i desactivada, romandrà activada. Es podria definir una etapa com activable quan la transició precedent està validada. A l'exemple de la figura de la següent pàgina a l'esquerra, si la receptivitat b és certa, s'ha de tornar a l'etapa 2. En aquest cas, s'haurà de desactivar i activar l'etapa 2 simultàniament. Per tant haurà de quedar activada ja que al GRAFCET sempre s'ha de tenir com a mínim una etapa activa. Això es pot solucionar dissenyant un circuit més adient, com podem veure en la figura de la dreta.

Estructures Bàsiques

Seqüència Única

Direm que és seqüència única quan en el diagrama hi ha només una sola branca, el conjunt de les etapes seran activades una darrera l'altra, després de verificar-se la transició que les separa. Poden haver-hi de dos tipus: No cíclica o cíclica.

Estructura d'Accions Paral·leles

L'estructura d'accions paral·leles és aquella que respon a una situació de"" lògica; Si es pren, per exemple i tal com proposa la següent figura, dues accions paral·leles, la implementació és tal com es descriu a la mateixa figura, en paral·lel.

Estructura de Divergència en""

L'estructura d'accions divergents en"" responen, de fet, a una situació d"" exclusiva lògica (recordeu la doble barra!); si es pren, per exemple i tal com proposa a la següent figura, dues accions divergents en"", la implementació és tal com es descriu a la mateixa figura, en exclusivitat.

Estructura de Convergència en""

L'estructura d'accions convergents en"" responen a una situació d"" exclusiva lògica (recordeu la doble barra!); si es pren, per exemple i tal com proposa a la següent figura, dues accions convergents en"", la implementació és tal com es descriu a la mateixa figura, en exclusivitat. Atenció a les causes d'activació de M3.6; es deuen a l'acció de M3.4 i C6a o M3.5 i C6b: un grup o l'altre.

Estructura de Convergència en""

L'estructura d'accions convergents en"" responen a una situació d"" lògica; si es pren, per exemple i tal com proposa a la següent figura, dues accions convergents en"", la implementació és tal com es descriu a la mateixa figura. Atenció a les causes d'activació de l'etapa 6, M3.6; es deuen a l'acció de M3.4 i M3.5: l'un i l'altre.

Subrutines

Podem estructurar el nostre problema d'automatització en un diagrama principal i un conjunt de subrutines. Una etapa del GRAFCET pot activar una transició d'una altra etapa, executant així un conjunt d'accions, un cop realitzades podem continuar el GRAFCET principal. Una seqüència d'etapes que es repeteix sovint en un GRAFCET, pot ser representat mitjançant un sol símbol d'etapa amb la numeració adequada, representant-se d'aquesta forma la reutilització d'una mateixa seqüència.

Macroetapes

La macroetapa és una representació unificada d'un conjunt d'etapes i de transicions anomenada expansió. La macroetapa no té existència física i no pot ser assimilada a una etapa, doncs les regles del GRAFCET no serien respectades. No es pot associar per tant cap acció a una macroetapa. Per fer-la seguirem unes senzilles normes:

• L'expansió sempre té una etapa d'entrada i una altra de sortida.
• L'etapa d'entrada és una etapa normal. No pot ser etapa inicial.
• No es pot associar cap acció a l'etapa de sortida.
• La transició després de la macroetapa és sempre certa (=1).

En certs automatismes, la realització del GRAFCET pot ser complexa. Per facilitar la nostra tasca, es divideix el treball en dues parts, i per això és precís adoptar una forma d'estudi estructurat.

1. Realització d'un GRAFCET principal sense entrar en detalls sobre certes parts del funcionament (Macroetapes).
2. Tractament separat de les parts a detallar. Realització d'una representació detallada d'una macroetapa.

Una representació detallada d'una macroetapa és un segment del GRAFCET que s'executa quan la macroetapa estigui activa.