Diseño estructurado GRAFCET

Pablo San Segundo C-206

pablo.sansegundo@upm.es

Introducción IEC 60848 IEC 61131-3: Diagramas de funciones

secuenciales (SFC)

Elementos básicos del diagrama

Grafo dirigido con dos tipos de vértices Etapas (estados) Transiciones

Los arcos dirigidos enlazan siempre vértices distintos.

Se denomina receptividad a la función lógica que define la transición.

Se pueden añadir comentarios entrecomillados en los vértices

Las etapas se numeran. La numeración de las receptividades es opcional.

1

receptividad

Tarea1 Tarea2

“estado de reposo”

(1)

0

●

0

1

receptividad1

Tarea1 Tarea2

receptividad2

2

¿válvula

abierta?

2

1S

2

1 31S X S

2

1

2

1S

A B C D E

Ejemplos de sintaxis válidas para receptividades

Etapa inicial o de reposo

Marca de Etapa activa

Niveles

Inicio de ciclo y

cilindro comprimido

¿cilindro expandido?

0

Expandir1

Pieza sujeta2

20 segundos

Comprimir

Pon·Sc

Se

0

Expandir +1

2

20s/X2

Expandir -

Io·I1

I2

0

1

2

s2.T=20s

R Q0

S Q0

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

Estructuras lógicas fundamentales

1

2

c

Secuencia

1

2 3

c

Divergencia Y

1

2 3

c

Convergencia Y

1

2 3

c2 c3

3

1 2

c1 c2

2

3

1

c1

c22

3

1

c1

c2

Divergencia OR Convergencia OR Saltos

Evolución del grafcet

Pon·Sc

Se

0

Expandir +1●

2

20s/X2

Expandir -

Pon·Sc

Se

0

Expandir +1

2●

20s/X2

Expandir -

Maniobra de expansión de

un cilindro

Cilindro expandiendo Cilindro expandido

Sc Se

Expandir

Reglas de evolución 1-Regla de inicio: El arranque del sistema supone la

activación de todas las etapas iniciales y solamente estas

II-Regla de evolución de una transición: Una transición franqueable debe ser inmediatamente franqueada

III- 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

IV-Regla de franqueamiento simultáneo: Todas las transiciones franqueables se franquearán inmediata y simultáneamente

V-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

Ejemplos

1

●

2

1

Estado prohibido: transición franqueable REGLA II

Franqueo simultáneo (d=1, f=1)REGLA IV

1

2• 3•

c

1•

2 3

c

Franqueamiento habitual (c=1)REGLA III

a

b

1

●

2

●

a

b

1

2

●

a=1, b=1

Activación y Desactivación simultánea REGLA V

1

2•

c

d

3

e

4•

f

5

g

c=1

Prioridad en estructuras O

1

2 3

c2 c3

La estructura en su forma mas simple no indica prioridad. Si es posible que C2=C3=1 simultáneamente entonces existe un error de diseño.

1

2 3

c3c2 c3

Modelado de prioridad en la receptividad

SOLUCIONES

1

2 3

c2 c3

*2 1

1

2 3

c2 c3

*

Norma IEC 61131-3

Representación de actuadores Cada actuador se añade como una caja a la

izquierda de de la etapa a la que va asociada.

1 Tarea1 Tarea2

1 Tarea1

Tarea2

1 Tarea1 Tarea2

Ejemplos de acciones continuas con la etapa

Acción condicionada: Condiciona la acción de control a un evento (endógeno o exógeno)

2 Tarea1

Condición

2 Ejecutar Tarea si se cumple Condición

A B

Norma IEC 60848

Ejemplo: Máquina taladradora

BA

P

X

Y

Z

C

MBRBLSR

E Funcionamiento de la taladradora:

Existe un pulsador “B”, de inicialización del sistema, con objeto de que el motor adquiera una velocidad de giro de régimen permanente, que se obtiene accionando M. El taladro posee varias velocidades en el sentido longitudinal del eje, léase bajada lenta del utensilio del taladro BL, bajada rápida BR y subida rápida SR.

La pieza en la que se va a realizar el taladro se detecta mediante un detector inductivo P, y se sujeta mediante dos sujeciones accionadas por C. La tarea de realizar un taladro sigue la siguiente secuencia: primero se detecta la pieza mediante el detector inductivo, posteriormente se pulsa el botón “A” de inicio de operación con lo que actúan las sujeciones de la pieza y al mismo tiempo se inicia el descenso rápido de la broca “BR”.

Antes de empezar a realizar el taladro propiamente dicho a la pieza, el detector “Y” provoca el paso de descenso rápido de la broca a descenso lento “BL”, el cual se interrumpe cuando se detecta el final de carrera “Z”. Inmediatamente se produce la subida rápida de la broca hasta alcanzar la posición de reposo “X”.

Ejemplo: Máquina taladradora

Actuadores SFC (IEC 61131-3)

1X 2 3

4

calificador

Actuador (lógico)

indicador

Acción no asociable a la imagen de entradas/salidas de un PLC (i.e. endógena, no booleana)

2 Abrir válvula

depósito no lleno

N2 Abrir válvula depósito lleno

EJEMPLOS

IEC 60848

IEC 61131

Dt=0,5s2

c

Luz c

S Abrir válvula

NAbriendo

válvulaAbrir válvula abierta

abierta

IEC 61131-3

Calificadores (IEC 61131-3) Acciones retardadas (D) Acciones limitadas (L) Acciones mantenidas (S)

y (R) Acciones impulsionales

(P) Símbolo Descripción 1 ninguno acción continua mientras dura la etapa 2 N acción continua mientras dura la etapa 3 R desactivación de acción mantenida 4 S acción mantenida 5 L acción limitada tras la activación de la etapa 6 D acción retardada tras la activación de la etapa 7 P acción impulsional 8 SD acción mantenida y retardada 9 DS acción retardada y mantenida 10 SL acción mantenida y limitada en el tiempo 11 P1 acción de pulso por activación de la etapa 12 P0 acción de pulso por desactivación de la etapa

Dt=0,5s2

c

Luz c

S Abrir válvula

Ejemplos actuadores (IEC 61131-3)

0,5s

X2

Lum.

2

c

Dt=0,5s bombilla

4

c

Lt=3s bombilla

3s

X4

Lum.

Acción retardada Acción limitada en el tiempo

X5

Pulso

P5 Marca de pulso

tiempo de ciclo

6

c1

7

c2

8

S Expandir

R Expandir

X6

Exp.

X8

Acción impulsional Acción mantenida

U X2L S5T#0.5sSE T1

U X2U T1= Luz

U X5FP M100.0 = Mpulso

U X6S Expandir//…

U X8R Expandir

U X4L S5T#10SSI T1

U X4U T1= Bombilla

Representación de eventos temporizados

SINTAXIS IEC 60848 (tiempo/evento)

tempVariable de

temporización

Etapa1

Acción A

Trn-1

1 A

tiempo/ X1

Operador tiempo: TON

SINTAXIS IEC 61131 (evento.tiempo)

(1)

N Q1.00

I1.0

N a1

SFC1

1 N Q1.13

I1.2

2 4

s1.5s

s1.T: retardo desde activación de etapa

s1.X: Activación de tapa X1

Ejercicio de programación

4 Luz

2s/a/10s

c

OB1

U X4U “T1”U “T2”= “Luz”

U “a”L S5T#2sSS T1

UN T2R T1

U “a”L S5T#10sSA T2

Estando X4 activa la luz se enciende con la activación de ‘a’ tras 2s y se apaga con la desactivación de ‘a’ tras 10s

Etapas inestables (evolución fugaz)

7

6•

c1

c2

8

Expandir

c3

S

c1=1

c2=1

EVOLUCIÓN FUGAZ (REGLA IV): ETAPA 7 INESTABLE

7

6•

c1

c2

8

Expandir

c3

AWL?

Ejercicio: implementación REGLA V

1

2

3

( 1)avance pieza

avance

avance

avance

REGISTRO DE DECALAJE

OB1

Seg1: flanco avance

Seg2: x1x2 Seg3: x2x3

U “avance”FP“Mflanco”=“Mpulso”

U “x1”U“Mpulso”S “x2”R “x1”= “Maux”

U “x2”U“Mpulso”UN “Maux”S “x3”R “x2”

OB1

Seg1: flanco avance

Seg2: x1x2 Seg3: x2x3

U “avance”FP“Mflanco”=“Mpulso”

U “x1”U“Mpulso”S “x2”R “x1”R“Mpulso”

U “x2”U“Mpulso”S “x3”R “x2”R“Mpulso

Grafcet no seguros (insecure)

0

1 2 3

4 5

6

t1

t2 t3

t4

t5 t6

Grafcets normalizados poco consistentes o simplemente sin sentido físico

0

1 3

2

4

6

5

0

0

1 3

2

4

6

5

0

¿INSEGURO? ¿INSEGURO?

Etapas/transiciones fuente y pozo

1

c

1

0

2

Pulsador de arranque

0

Alarma3

5 segundos sin que se desactive el sensor de fin de carrera

Compresión2

Expansión1

1

2

c

f↑

1

2

c

f↑

0 1

2

3

( 1)avance pieza

avance

avance

avance

Coordinación entre grafcets parciales Coordinación horizontal

Típicamente etapas de una secuencia en receptividades de otra secuencia

Macroetapas Coordinación jerárquica (relación maestro-

esclavo) Encapsulación de un grafcet parcial dentro de otro Forzado

Coordinación horizontal: Macroetapas

M1

f

k

E1

1.1

1.2

S1

g

h

i

j

(5)

(6)

MACROETAPA M1

0

M1 M1“Llenado” “Taponado”

Cinta1

1

MÁQUINA TRÁNSFER

REGLAS DE EVOLUCIÓN1-Franqueo de (5) y activación E1 simultáneo2-(6) no será validada hasta que se active S1

Coordinación jerárquica: Encapsulación (1/2)

NORMA IEC 60848 5 5 *

6

4

5

0

M1 M2“Llenado” “Taponado”

Cinta1

=1

5

*

condiciones iniciales

G1

Encapsulación Reposo Nexo de activación

Coordinación jerárquica: Encapsulación (2/2)

NORMA IEC 61131-3

(1)

N Q1.00

I1.0

N a1

SFC1

1 N Q1.13

I1.2

2 4

s8.X

5

6

7

8

SFC1

Coordinación jerárquica: Forzado(1/2) Definición: Se dice que un grafcet “fuerza” a

otro cuando controla su dinámica impidiendo que obedezca las reglas de evolución

Restricciones Dos grafcets no pueden forzarse mutuamente (no

simetría) Un grafcet no puede forzarse a sí mismo (no

reflexividad) Un grafcet solo puede tener un grafcet maestro

(unicidad)

Coordinación jerárquica: Forzado (2/2)

SINTAXIS DE ACCIÓN DE FORZADO

G1{13,17}2 G2{*}2 G3{INIT}2

Activación X13 y X17 Activación ReposoCongelación

Entrez texte ici

10

G1{20}11

EMER

G3

EMERPon·Sc

Se

0

Expandir +1●

2

20s/X2

Expandir -G1

20

rearme

0

“etapa fuente”

Programación de grafcets parciales

Entrez texte ici

10

G1{20}11

EMER

G3

EMERPon·Sc

Se

0

Expandir +1●

2

20s/X2

Expandir -

20

rearme

0

“etapa fuente”

OB100 OB1 (forzado)

SETS “X10”S “X0”R …. 

U “X11”S “X20”R “X0”R “X1”R “X2”

G1

Modelado de defecto: secuencia de escape

0

10s/X1

Abrir válvula1

Cerrar válvula2

10s/X1

3

T1Watchdog 15s

N

10 “defecto”

T1

T1

T1

AWL?

0

10s/X1

Abrir válvula1

Cerrar válvula2

10s/X1

3

T1Watchdog 15s

N

T1

T1

T1

10

10

10

10 “defecto”

0,1,2

T1

Ejemplo: Tramos de escaleras mecánicas

Motor 1

Motor 2

SE2

SE1

Barrera telescópica

SBS

SBB

Panel de mando

ON OFF EMER

Señal de luz

L_TIME