Modelado GrafcetDpto. Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Automática y Física Aplicada

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Introducción a GrafcetGrafcet: Grafo Funcional de Control Etapa TransiciónModelado gráfico para representar la parte secuencial deun automatismo.Interpretable por todos los actores del procesoproductivo: organización, producción, mantenimientoEs más que un lenguaje de programación.

Niveles de representación1. Nivel 1: Descriptivo (lenguaje natural, verbos)

Marcro-etapas: desglose en etapas. Visión de arriba-abajo

2 Nivel 2: Tecnológico (tipos de sensores válvulas )2. Nivel 2: Tecnológico (tipos de sensores, válvulas,…)Parte operativa

3. Nivel 3: Detalle (programación, señales,…) Etapas = variables de estados

No es óptimo en número de memoriasFiabilidad más fácil el mantenimientoFiabilidad, más fácil el mantenimiento

Niveles

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

Análisis de viabilidad Diseño (representación de la parte operativa)

Implementación

Elementos básicos del grafcetE i i i l

Elementos:Etapa, transición, arco, acciones y receptividad

Grafo dirigido con dos tipos de vértices

Etapa inicial o de reposo

Marca de Etapa activa

Grafo dirigido con dos tipos de vérticesEtapas (cuadrado)Transiciones (trazo horizontal)

Los arcos dirigidos enlazan siempre vértices

0

receptividad1

Los arcos dirigidos enlazan siempre vérticesdistintos:

etapa+arco+transición+arco+etapa+…Normalmente, el grafcet se lee de arriba abajo

1 Tarea1 Tarea2

g jy los arcos tienen sentido descendiente.Cuando el arco tiene sentido ascendente debeindicarse obligatoriamente con una flecha.S d i ti id d l f ió ló i

receptividad2

Acciones de control

0

Se denomina receptividad a la función lógicaque define la transición.Las etapas se numeran. La numeración de lasreceptividades es opcional.

control

ecept v a es es opc o a .Se pueden añadir comentariosentrecomillados en los vértices o ref. enparéntesis.

Elementos básicos del grafcetPuede haber varias etapas en reposo o activas a la vezPuede haber varias etapas en reposo o activas a la vez.Marca es un círculo negro que indica la etapa activa en un instante de tiempo cuando el PLC está ejecutando un instante de tiempo cuando el PLC está ejecutando un programa.C d t i l t d bit d iCada etapa es implementada por un bit de memoria.Se representa cada etapa por X# (bit de memoria)Transición validada

Cuando están activas las etapas que la anteceden.

Transición franqueadaEstá validada y es receptiva

1S 1 31S X S⋅ ⋅ 1 1S ↑

 A  B  C  D  E 

 Ejemplos de sintaxis válidas para receptividades

Acciones

Una etapa tiene un número asociado de acciones: 0,1,…,nCada acción se añade como una caja a la izquierda de la etapaa la que va asociada.

Ejemplos de acciones continuas con la etapa

     

 

continuas con la etapa

Sin acción: etapa de esperaSin acción: etapa de esperaMúltiples acciones se ejecutan de forma concurrenteAcción condicionada: Condiciona la acción de control a un Acción condicionada: Condiciona la acción de control a un evento

 

 A B

Evolución del grafcet

Transición receptiva Se=1 Pon Sc Se⋅ ⋅ Pon Sc Se⋅ ⋅

Transición lid d X1 1validada X1=1

Cilindro expandiendo

Cilindro expandido (acción mantenida)

FRANQUEABLE

Sc Se

Expandir

Práctica 1

Realizar un automatismo para el control de un cilindro dedoble efecto con una electroválvula 5/2 biestable. Sedi d l d P d d i ió S1dispone de un pulsador P y dos sensores de posición S1 yS2, que detectan la compresión y expansión del cilindrorespectivamente. Al pulsar P se realizará un ciclo completorespectivamente. Al pulsar P se realizará un ciclo completode expansión/compresión del cilindro. Para la compresióndel cilindro P debe estar desactivado

Ejemplo

0 Reposo

1 Comprimir

Inicio

1 Comprimir

Inicio·S1

2 Expandir

No/Inicio· S2No/Inicio S2

S5

S5

S5

S5

S5

S5

Control de un carroDado un pulsador PON y un carro, el cual está inicializadosiempre en posición de reposo (parado y en el A). Al pulsarPON el carro hace el ciclo de ir a la derecha, llegar al final deB y volver a posición inicial. Si en el ciclo, se vuelve a pulsarPON, no se modifica el comportamiento del ciclo, i.e. sólo estenido en cuenta el pulsador cuando el carro está enreposo.

Entradas SalidasDcha

A B

Entradas Salidas

PON Izq

S D h

Izqda

PON

A B SA Dcha

SB

Estructuras lógicas fundamentales

Secuencia Divergencia concurrente (Y)

Convergencia concurrente (Y)( )

Divergenciaalternativa (OR)

Convergencia alternativa (OR)

Saltos(casos particulares de divergencia OR)

Reglas de evolución

1-Regla de inicio: El arranque del sistema supone la activación de todas las etapas iniciales y solamente éstas

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

III R l d l ió d l i 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 p y panteriores

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 e las a te io es) i plica la acti ació desacti ació GRAFCET (debido a las reglas anteriores) implica la activación y desactivación simultánea de una etapa, ésta deberá permanecer activa

Ejemplos

1

2• 3• 2 3c=1

1

1

c

1•

c

Estado prohibido: transición franqueable REGLA II

Franqueamiento habitual (c=1)REGLA III

a=1, b=1

1

c

2•

d

3

4•

f

5

d=1, f=1

Franqueo simultáneo (d=1, f=1) Activación y Desactivación simultánea

e g

Franqueo simultáneo (d 1, f 1)REGLA IV

Activación y Desactivación simultánea REGLA V

Ecuación Fundamental

En-1SET RESET & Enclavamiento

1 1 1n n n n nE E T E E− − += ⋅ + ⋅ En

Tn-1

SET RESET & Enclavamiento

En+1

Tn

n+1

Ecuación de retención del estado

La etapa En se activará, si estando activada la etapa En-1 se satisface la transición Tn-1. A partir de este instante permanecerá activada hasta que se active la En+1

Prioridad en estructuras O

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

SOLUCIONES

c2 c3⋅

Modelado de prioridad en la receptividad

Norma IEC 61131-3

Recomendación de diseño: Toda divergencia acaba en una convergencia

Ejemplo

La presente figura representa una bifurcación en el planovertical en una cinta transportadora. Para conseguir elmovimiento del segmento del carril de la bifurcación seha dispuesto de un cilindro neumático de simple efecto,controlado por una válvula monoestable pilotadaeléctricamente.

EjemploEl sensor S1 es un sensor infrarrojo, dispuesto de tal forma quecuando las cajas entrantes superan una determinada altura, elsensor responderá con 24 V mientras que estará fijando unasensor responderá con 24 V, mientras que estará fijando unaseñal de 0V en cualquier otro caso (cajas más pequeñas oninguna). El sensor capacitivo de presencia S2 detecta, en el carrilsuperior, que la caja ya ha salido completamente de la bifurcación.S2 está situado al final del carril móvil. El automatismo funcionade la siguiente manera:de la siguiente manera:

EjemploLa posición de reposo es la indicada en la figura. Siempre que se detecte unacaja en S1 (es decir, una caja alta) se desviará al carril superior y por tantodeberá permanecer en esta posición hasta detectar que la caja ha salido (S2).Las cajas discurren por las cintas con bastante espacio entre ellas no dándoseLas cajas discurren por las cintas con bastante espacio entre ellas, no dándosenunca la situación de que dos cajas puedan estar a la vez en la bifurcación. Alsistema se le añaden dos pulsadores, uno de inicio y otro de parada. Al pulsarel botón de inicio, el sistema moverá las cintas transportadoras C1 y C2 o C1, p yy C3 según el tamaño de las cajas. Si se pulsa el botón de parada, las cintas separarán pero asegurándose que no se queda ninguna caja alta en labifurcación.

C1

C3C3

C2

Grafcet (nivel 2)

0

Resolución S7

Bloque: OB100 Símbolo Dirección Tipo de datos ComentarioA1 A 124.3 BOOL

Segm.: 1 ReposoSETS "X0"S "X10"

A1 A 124.3 BOOLC1 A 124.0 BOOLC2 A 124.1 BOOLC3 A 124.2 BOOLInicio E 124.0 BOOL

R "X1"R "X2"R "X11"

Inicio E 124.0 BOOLParada E 124.1 BOOLS1 E 124.2 BOOLS2 E 124.3 BOOLX0 M 1.0 BOOL0 0 OOX1 M 1.1 BOOLX10 M 1.3 BOOLX11 M 1.4 BOOLX2 M 1.2 BOOL

Resolución S7Bloque: OB1

Segm.: 1 Etapa 0->1U "X0"

Segm.: 5 Etapa de 10-> 11U "X10"U "Inicio"UN "Parada"U X0

U "X11"R "X0"S "X1“

UN ParadaR "X10"S "X11“

Segm : 6 Etapa 11->10Segm.: 2 Etapa 1->0U "X1"U "X10"R "X1"

Segm.: 6 Etapa 11 >10U "X11"U "Parada"R "X11"S "X10“R X1

S "X0“

Segm.: 3 Etapa 1->2U "X1"

S X10

Segm.: 7 Activación de C1 en X1 o X2O "X1"O "X2" Actividades enU X1

UN "X10"U "S1"R "X1"S "X2“

O X2= "C1“Segm.: 8 Activación de C2U "X1"= "C2“

varias etapas

S X2

Segm.: 4 Etapa 2 -> 1U "X2"U "S2"

C2Segm.: 9 Activación C3U "X2"= "C3"Segm.: 10 Activación A1U S2

R "X2"S "X1"

Segm.: 10 Activación A1U "X2"= "A1"

Simulador

Ejercicio propuesto (práctica 1)

Modelado grafcet e implementación en STEP 5 del control dedos cilindros de doble efecto con pulsador de arranque (PON) yparada (POFF). La secuencia completa del ciclo debe serEXPANSION1-EXPANSIÓN2-COMPRESIÓN1-COMPRESIÓN2.

SC1 SE1 SC2 SE2

4 2

5 3A2 A1

4 2

5 3B2 B1

51

3 1

Divergencia concurrente (Y)Errores de sintaxis

Recomendación de diseño: Toda divergencia acaba en una convergencia

Evolución fugazSi C1=C2=1

Grafcet parcialesEtapas fuentes-sumiderasRearme del autómata

Grafcet parcial

EjemploEl esquema de la figura representa un sistema de transferenciasde piezas. El dispositivo efectúa la transferencia de piezas sobre

f fdos plataformas diferentes. Desde que una pieza se presentadelante del posicionador 1, éste la envía delante del posicionador2 que situado perpendicularmente transfiere dicha pieza sobre2 que, situado perpendicularmente, transfiere dicha pieza sobrela plataforma de evacuación.

Nivel 1

Nivel 2

S7

A1 E 124.0 BOOLOB100A2 E 124.1 BOOL

B1 E 124.2 BOOLB2 E 124.3 BOOLS1 E 124.4 BOOL

OB100 SET S "X0"R "X1"R "X2"V1 A 124.0 BOOL

V2 A 124.1 BOOLX0 M 1.0 BOOLX1 M 1.1 BOOL

R "X2"R "X3"R "X4"R "X5"

X2 M 1.2 BOOLX3 M 1.3 BOOLX4 M 1.4 BOOLX5 M 1.5 BOOL

S7

Segm.: 1 De 0 -> 1U "X0"U "S1"

Segm.: 4 De 3 y 4 a 5U "X3" U "X4"U S1

U "A1"U "B1"R "X0"S "X1"

U X4U "A1"U "B1"R "X3"R "X4"S X1

Segm.: 2 De 1 a 2 y 4U "X1"U "A2"

R X4S "X5"

Segm.: 5 De 5 a 1U "X5"U A2

R "X1"S "X2"S "X4“

U X5 U "A1"U "B1"U "S1"R "X5"

Segm.: 3 De 2 a 3U "X2"U "B2"R "X2"

R X5S "X1"

Segm.: 6 Acción válvula 1U "X1"R X2

S "X3"U X1= "V1"

Segm.: 7 Acción válvula 2U "X2"U X2 = "V2"

S7

Problema propuestoModelado grafcet e implementación en STEP 7 del control dedos cilindros de doble efecto con pulsador de arranque (PON) y

d (POFF) L l d l l d bparada (POFF). La secuencia completa del ciclo debe serconcurrente: EXPANSION 1-2 - COMPRESIÓN 1-2.

SC1 SE1 SC2 SE2

4 24 2

51

3A2 A1

4 2

51

3B2 B1

1

Problema propuestoUn montacargas compuesto por dos pisos. Para su mando,en cada piso está previsto un botón:

- en el piso inferior de pedir la subida (PS).- en el piso superior de pedir la bajada (PB).p p p j ( )

Para que estas informaciones sean tomadas enconsideración, es necesario que el montacargas esté paradoco s e ac ó , es ecesa o que e o taca gas esté pa a oen su piso correspondiente. Los finales de carrera de pisoalto (FCPA) y bajo (FCPB), permiten conocer las posiciones( ) y j ( ) p pextremas del montacargas. Con la salida C1 el motor subeel montacargas con la señal C2 baja.

Montacargas

“Montacargas”

0

1 C1 2 C2

(PS_I+PS_S)·FCPB

“Sube” “Baja”

(PB_I+PB_S)·FCPA

1 C1 2 C2

FCPA FCPB

Sube Baja