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GRAFCET - Ingeniero Borda & Asociados

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2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Universidad de Oviedo<br />

<strong>GRAFCET</strong><br />

Regulación Automática II<br />

Antonio Robles Álvarez<br />

Índice<br />

• Introducción. Necesidad de metodologías.<br />

• ¿Cómo abordar la descripción de un sistema automatizado?<br />

• Modelo <strong>GRAFCET</strong>.<br />

• Estructuras básicas.<br />

• Estudio de las órdenes o acciones<br />

• Macrorrepresentaciones<br />

• Forzado y paralización de estados.<br />

• <strong>GRAFCET</strong> jerarquizado.<br />

• Materialización de un <strong>GRAFCET</strong> en un autómata programable.<br />

• Herramientas de construcción de <strong>GRAFCET</strong>.<br />

Regulación Automática II<br />

1<br />

2<br />

1


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Necesidad de metodologías<br />

• La automatización de instalaciones constituye uno de<br />

los factores esenciales en la mejora de la<br />

productividad.<br />

• El avance de la técnica permite cada vez abordar<br />

automatizaciones más complejas.<br />

• Aparece la necesidad de disponer de métodos de<br />

análisis y síntesis apropiados.<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Métodos<br />

• Tablas de Karnaugh<br />

• Cronogramas<br />

• Diagrama de fases<br />

• Método Huffman o método matricial<br />

• Logigrama<br />

• Organigrama<br />

• Técnica de paso a paso<br />

• Método en cascada<br />

• Organifase<br />

Regulación Automática II<br />

3<br />

4<br />

2


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Evolución<br />

• El más prometedor parecía el paso a paso. A partir<br />

de él surgieron los secuenciadores: neumáticos, a<br />

base de relés, electrónicos, etc.<br />

• Su puesta en práctica variaba con el modelo y con el<br />

fabricante.<br />

• Se plantea la necesidad de un método de análisis<br />

independiente del material.<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Historia de <strong>GRAFCET</strong> (I)<br />

• 1962 Redes de Petri (más teórico, menos práctico)<br />

• 1975 Se crea una Comisión para la normalización de la<br />

representación del pliego de condiciones de los<br />

automatismos lógicos en la AFCET<br />

• 1977 De los trabajos de esta comisión nace <strong>GRAFCET</strong>.<br />

ADEPA se encarga de su difusión.<br />

• 1982 Norma francesa: NFC 03-190<br />

• 1985 GREPA añade nuevos conceptos<br />

Regulación Automática II<br />

5<br />

6<br />

3


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Historia de <strong>GRAFCET</strong> (II)<br />

• 1988 CEI 848 (Ahora 60848) Base de SFC.<br />

• 1990 UTE C 03-190<br />

• 1992 CEI 61131-3 Programación de autómatas<br />

(incluye SFC)<br />

• 1993 UTE C 03-191<br />

• 1995 Reedición de norma francesa que no incluye<br />

los cambios de la UTE<br />

• 2002 CEI 60848 Ed. 2<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

ACRÓNIMOS (I)<br />

• ADEPA (Agence nationale pour le DEveloppemment<br />

de la Production Automatisée)<br />

• AFCET (Association Française pour la Cybernétique<br />

Economique et Technique)<br />

• CEI (Comisión Electrotécnica Internacional)<br />

• EN (European Norms)<br />

• GEMMA (Guide d’Etude des Modes de Marche et<br />

d’Arrêt)<br />

Regulación Automática II<br />

7<br />

8<br />

4


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

ACRÓNIMOS (II)<br />

• <strong>GRAFCET</strong> (GRAphe Fonctionel de Commande,<br />

Etapes, Transitions)<br />

• GREPA (Groupe Equipement de Production<br />

Automatisée)<br />

• NF (Norme Française)<br />

• SFC (Sequential Function Chart)<br />

• UTE (Union Technique de l’Électricité)<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Problema propuesto<br />

Regulación Automática II<br />

9<br />

10<br />

5


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Análisis descendente del automatismo<br />

• Búsqueda de las funciones y de las restricciones<br />

– Función global<br />

– Funciones principales<br />

– Funciones secundarias<br />

• Inventario de las tareas (asociadas a las funciones<br />

secundarias)<br />

– Una tarea puede ser una acción o conjunto de acciones.<br />

• Coordinación de las tareas<br />

• Descripción del ciclo automático de la máquina<br />

Universidad de Oviedo<br />

alimentación<br />

de materia<br />

prima (barra)<br />

2005<br />

manual<br />

Regulación Automática II<br />

Búsqueda de las funciones y de las<br />

restricciones<br />

Automatización de una sierra circular<br />

bloqueo<br />

de la<br />

barra<br />

desplazamiento<br />

del brazo<br />

corte de<br />

la barra<br />

Regulación Automática II<br />

evacuación<br />

del trozo<br />

gravedad<br />

11<br />

Función global<br />

Funciones<br />

principales<br />

12<br />

6


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Funciones secundarias y restricciones<br />

Funciones<br />

principales<br />

Bloqueo de la<br />

barra<br />

Corte de la barra<br />

Desplazamiento<br />

del brazo<br />

Restricciones<br />

Universidad de Oviedo<br />

Capacidad de apertura máxima, carrera<br />

de sujeción, esfuerzo de apriete en<br />

función de los esfuerzos de avance y<br />

corte, velocidad<br />

Naturaleza del material de la sierra:<br />

carburo o acero rápido, velocidad de<br />

corte, desgaste, calentamiento.<br />

Esfuerzo de corte, longitud de corte<br />

mínimo-máximo.<br />

Naturaleza del producto, caudal, bomba,<br />

motor<br />

Esfuerzo reducido, velocidad, carrera<br />

regulable.<br />

Regulación Automática II<br />

Funciones secundarias<br />

→ sujeción<br />

→ suelta<br />

Inventario de las tareas (I)<br />

Regulación Automática II<br />

→corte→rotación → marcha<br />

→ parada<br />

→lubricación → marcha<br />

(manual) → parada<br />

→ descenso → aprox. rápida<br />

→ avance lento<br />

→ ascenso<br />

• T1: función sujeción de la barra<br />

• T2: función suelta de la barra<br />

• T3: función puesta en marcha de la sierra<br />

• T4: función parada de la sierra<br />

• T5: función descenso con aproximación rápida del<br />

brazo<br />

• T6: función descenso con avance lento del brazo<br />

• T7: función ascenso del brazo<br />

13<br />

14<br />

7


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Inventario de las tareas (II)<br />

Además, para casi cualquier automatismo hace falta:<br />

• T8: función preparación del puesto de trabajo<br />

(manual)<br />

• T9: función puesta en referencia<br />

• Funciones de protección del material y del operador<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Coordinación de las tareas<br />

Para cada tarea se pueden plantear las siguientes preguntas:<br />

• ¿Cuáles son las condiciones que autorizan el arranque de una<br />

tarea?<br />

(arranque si condiciones entonces ejecutar tarea)<br />

• ¿Cuáles son las condiciones que verifican que la tarea ha<br />

terminado?<br />

(fin si condiciones)<br />

• ¿Qué tareas son autorizadas a continuación?<br />

(fin autoriza tareas siguientes)<br />

Y presentar la información en forma algorítmica.<br />

Regulación Automática II<br />

15<br />

16<br />

8


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Aplicación de coordinación<br />

Tarea T1 (sujeción de la barra)<br />

arranque si la máquina está en referencia (fin T9)<br />

y si la barra está en tope<br />

y si la bomba está en marcha<br />

y si se autoriza el arranque de ciclo<br />

entonces sujetar la barra<br />

fin si la barra está sujeta<br />

fin autoriza el arranque de la tarea T3<br />

(puesta en marcha de la sierra)<br />

Universidad de Oviedo<br />

Descripción del ciclo<br />

automático de la<br />

máquina<br />

Regulación Automática II<br />

Regulación Automática II<br />

17<br />

18<br />

9


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Descripción por<br />

<strong>GRAFCET</strong> teniendo<br />

en cuenta las<br />

opciones<br />

tecnológicas<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Índice<br />

• Introducción. Necesidad de metodologías.<br />

• ¿Cómo abordar la descripción de un sistema automatizado?<br />

• Modelo <strong>GRAFCET</strong>.<br />

• Estructuras básicas.<br />

• Estudio de las órdenes o acciones<br />

• Macrorrepresentaciones<br />

• Forzado y paralización de estados.<br />

• <strong>GRAFCET</strong> jerarquizado.<br />

• Materialización de un <strong>GRAFCET</strong> en un autómata programable.<br />

• Herramientas de construcción de <strong>GRAFCET</strong>.<br />

Regulación Automática II<br />

19<br />

20<br />

10


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

¿Cómo abordar la descripción de un<br />

sistema automatizado?<br />

• Primer tipo de aproximación:<br />

Descomposición: PR-PC-PO<br />

• Segundo tipo de aproximación:<br />

– dimensión “punto de vista”: proceso, PC,<br />

realizador<br />

– dimensión “especificaciones”: funcionales,<br />

tecnológicas, operacionales<br />

– dimensión “detalle”: global, intermedia, detallada<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Descomposición PR-PC-PO<br />

PARTE de CONTROL<br />

(P.C.)<br />

órdenes<br />

PARTE de RELACIÓN<br />

(P.R.)<br />

órdenes<br />

informaciones<br />

informaciones<br />

Regulación Automática II<br />

PARTE OPERATIVA<br />

(P.O.)<br />

21<br />

22<br />

11


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Dimensión “punto de vista”<br />

• Descripción de la PC hecha por un observador<br />

situado en un punto de vista:<br />

– Externo al sistema (proceso)<br />

– Interno al SAP, y externo a la PC (PC)<br />

– Interno a la PC (realizador)<br />

Universidad de Oviedo<br />

Punto de vista del<br />

proceso<br />

2005<br />

Regulación Automática II<br />

Posición del observador<br />

según el “punto de vista”<br />

PARTE de<br />

CONTROL<br />

(PC)<br />

Punto de vista del<br />

realizador<br />

Regulación Automática II<br />

PARTE OPERATIVA<br />

(PO)<br />

Punto de vista de la PC<br />

PARTE de RELACIÓN<br />

(PR)<br />

23<br />

24<br />

12


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Punto de vista del proceso<br />

• Describe el comportamiento de PC y PO<br />

independientemente de la elección tecnológica,<br />

teniendo en cuenta las especificaciones funcionales.<br />

• Precisa un inventario de las funciones principales, de<br />

la funciones secundarias, y después de las tareas en<br />

que se descomponen.<br />

• Gráfico de Coordinación de las Tareas. Estudio de<br />

viabilidad, estimación de las cadencias de<br />

producción que pueden ser obtenidas.<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Punto de vista de la PC<br />

• Describe el funcionamiento de la PC, teniendo en<br />

cuenta:<br />

– las elecciones tecnológicas hechas para los mecanismos, y<br />

bloques operativos<br />

– los captadores suministran las informaciones necesarias<br />

para el control de las evoluciones del sistema<br />

• Se puede estructurar la descripción a este nivel en<br />

forma de un conjunto de <strong>GRAFCET</strong>.<br />

• Se puede completar la descripción con un estudio de<br />

los modos de marcha y parada (GEMMA)<br />

Regulación Automática II<br />

25<br />

26<br />

13


Universidad de Oviedo<br />

<strong>GRAFCET</strong> de las tareas<br />

2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Jerarquía entre <strong>GRAFCET</strong><br />

<strong>GRAFCET</strong> de vigilancia<br />

<strong>GRAFCET</strong> de conducción<br />

<strong>GRAFCET</strong> de coordinación de tareas<br />

<strong>GRAFCET</strong> de subprogramas <strong>GRAFCET</strong> particulares<br />

Regulación Automática II<br />

Punto de vista del realizador<br />

• Describe el automatismo en su versión definitiva, tras<br />

haber:<br />

– Hecho una elección tecnológica de la PC (solución<br />

cableada, programada o mixta).<br />

– Elegido los preaccionadores en tipo y modo de mando<br />

– Trasladado o no a los componentes externos a la PC,<br />

ciertos tratamientos (memoria, temporización, contaje)<br />

– Definido las características y las de los elementos que se<br />

implantarán en la PC. En un autómata: nº E/S, memoria,<br />

potencia de cálculo, velocidad de adquisición y conversión,<br />

lenguajes disponibles, etc.<br />

Regulación Automática II<br />

27<br />

28<br />

14


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Niveles de <strong>GRAFCET</strong><br />

• Nivel 1: Punto de vista del proceso<br />

• Nivel 2: Punto de vista de la PC<br />

• Nivel 3: Punto de vista del realizador<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Índice<br />

• Introducción. Necesidad de metodologías.<br />

• ¿Cómo abordar la descripción de un sistema automatizado?<br />

• Modelo <strong>GRAFCET</strong>.<br />

• Estructuras básicas.<br />

• Estudio de las órdenes o acciones<br />

• Macrorrepresentaciones<br />

• Forzado y paralización de estados.<br />

• <strong>GRAFCET</strong> jerarquizado.<br />

• Materialización de un <strong>GRAFCET</strong> en un autómata programable.<br />

• Herramientas de construcción de <strong>GRAFCET</strong>.<br />

Regulación Automática II<br />

29<br />

30<br />

15


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Modelo <strong>GRAFCET</strong><br />

• Modelo de representación gráfica del<br />

comportamiento de la parte de mando de un sistema<br />

automatizado.<br />

• Está constituido por:<br />

– Elementos gráficos básicos (etapas, transiciones<br />

y arcos orientados)<br />

– Interpretación (acciones y receptividades)<br />

– 5 reglas de evolución<br />

– Postulado sobre la duración relativa de las<br />

evoluciones<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Elementos gráficos básicos<br />

• Etapas<br />

• Transiciones<br />

• Arcos orientados: enlazan las etapas y transiciones,<br />

estructuradas en una red que alterna etapatransición-etapa,<br />

y que forma el esqueleto secuencial<br />

gráfico del <strong>GRAFCET</strong>.<br />

Regulación Automática II<br />

31<br />

32<br />

16


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Etapa<br />

Corresponde a una situación en la que el<br />

comportamiento de la P.C. no varía<br />

10<br />

Espera<br />

En un instante dado la etapa puede estar:<br />

• Activa<br />

• Inactiva<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Etapa (II)<br />

• El estado interno de la parte de control se define por<br />

las etapas que está activas en un instante dado. Se<br />

puede expresar así:<br />

S(Gn) = {1, 3, 7, ..., 28}<br />

• Etapas iniciales e inicializables:<br />

10 10<br />

X14 ><br />

Regulación Automática II<br />

33<br />

34<br />

17


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Acciones asociadas a la etapa<br />

• Las acciones indican lo que se debe hacer cada vez<br />

que se active la etapa a la que están asociadas.<br />

10<br />

Universidad de Oviedo<br />

Acción A Acción B Acción C<br />

Regulación Automática II<br />

Transiciones<br />

Regulación Automática II<br />

10<br />

Acción A<br />

Acción B<br />

Acción C<br />

• Señalan la posibilidad de transición entre una o<br />

varias etapas.<br />

• Una transición puede estar:<br />

– validada si todas las etapas inmediatamente precedentes<br />

están activas,<br />

– no validada.<br />

• La transición se franquea obligatoriamente cuando<br />

está validada y se verifica la receptividad (función<br />

lógica) asociada.<br />

35<br />

36<br />

18


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

(1)<br />

(2)<br />

10<br />

11<br />

12<br />

r(10 → 11)<br />

r(11 → 12)<br />

Universidad de Oviedo<br />

Transiciones (II)<br />

Regulación Automática II<br />

Receptividades<br />

Regulación Automática II<br />

21 22<br />

23<br />

r(21,22 → 23)<br />

• A cada transición hay asociada una expresión lógica<br />

llamada receptividad.<br />

• La receptividad agrupa informaciones de diferentes<br />

fuentes:<br />

– PR (pulsadores, interruptores, selectores, ...)<br />

– PO (sensores)<br />

– PC (temporizadores, contadores, resultados de cálculos,<br />

estados de otras etapas Xi, ...)<br />

– condición siempre cierta (=1)<br />

• La información puede ser de nivel mantenido o de<br />

tipo flanco (ascendente ↑ o descendente ↓)<br />

37<br />

38<br />

19


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Receptividades (II)<br />

• Las relaciones lógicas se representan:<br />

– Y con un punto « . »<br />

– O con el signo más « + »<br />

– NO con la barra inclinada « / »<br />

13<br />

14<br />

Universidad de Oviedo<br />

↑a.(b+c)<br />

Regulación Automática II<br />

Arcos orientados<br />

Regulación Automática II<br />

15<br />

16<br />

t1/X15/2s<br />

• Unen las etapas con las transiciones<br />

• Indican la vía que siguen las evoluciones<br />

• Se representan con líneas verticales y horizontales. Se<br />

desaconsejan las oblicuas.<br />

• Por convención el sentido es de arriba abajo.<br />

• Se usarán flechas cuando:<br />

– No se respete la convención (abajo arriba).<br />

– Para evitar errores de interpretación en las evoluciones a lo<br />

largo de líneas horizontales.<br />

• Habrá doble trazado horizontal si hay que reagrupar varios<br />

enlaces ligados a la misma transición<br />

39<br />

40<br />

20


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Reglas de sintaxis<br />

• Un <strong>GRAFCET</strong> está correctamente trazado si:<br />

– Respeta la regla de alternancia etapa-transición y transiciónetapa.<br />

• Por lo tanto:<br />

2005<br />

– dos etapas no pueden unirse directamente,<br />

– no puede haber dos transiciones consecutivas.<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Reglas de evolución<br />

Regla 1. Relativa a la situación inicial de la PC<br />

– La situación inicial del <strong>GRAFCET</strong> caracteriza el comportamiento<br />

inicial de la PC respecto a la PO y corresponde al conjunto de las<br />

etapas activas, autorizando el comienzo del funcionamiento.<br />

Regla 2. Relativa al franqueo de una transición<br />

– La evolución de la situación del <strong>GRAFCET</strong> correspondiente al<br />

franqueo de una transición no se puede producir a menos que:<br />

• esta transición esté validada,<br />

• y la receptividad asociada sea cierta.<br />

– Esta condición recibe el nombre de función de transición<br />

Regulación Automática II<br />

41<br />

42<br />

21


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Reglas de evolución<br />

Regla 3. Relativa a la evolución de la situación de la PC<br />

– El franqueo de una transición entraña simultáneamente la activación<br />

de todas las etapas inmediatamente siguientes y la desactivación de<br />

todas las etapas inmediatamente precedentes (evolución síncrona).<br />

Regla 4. Relativa a las evoluciones simultáneas<br />

– Varias transiciones simultáneamente franqueables son<br />

simultáneamente franqueadas.<br />

Regla 5. Relativa a la activación y desactivación simultánea de una<br />

misma etapa<br />

– Si en el curso de una evolución, una misma etapa se encuentra a la<br />

vez activada y desactivada, permanece activada.<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Casos particulares de<br />

reglas de evolución<br />

• Transición siempre validada<br />

• Transición fuente y transición sumidero<br />

• Registro de desplazamiento<br />

• Registro de apilado<br />

• Registro de desapilado<br />

Regulación Automática II<br />

43<br />

44<br />

22


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Transición siempre validada<br />

00<br />

Universidad de Oviedo<br />

• Por definición:<br />

↑ fallo<br />

01<br />

r1<br />

Regulación Automática II<br />

Regulación Automática II<br />

01<br />

↑ fallo<br />

Transiciones fuente y sumidero<br />

– Una transición fuente es una transición sin etapa precedente<br />

y por tanto está siempre validada<br />

– Una transición sumidero es una transición sin etapa<br />

inmediatamente posterior.<br />

07<br />

r1<br />

d0<br />

c0<br />

45<br />

46<br />

23


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Universidad de Oviedo<br />

Registro de desplazamiento<br />

Regulación Automática II<br />

Registro de desplazamiento (II)<br />

Regulación Automática II<br />

47<br />

48<br />

24


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Universidad de Oviedo<br />

Registro de apilado<br />

Regulación Automática II<br />

Registro de apilado (II)<br />

Regulación Automática II<br />

49<br />

50<br />

25


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Universidad de Oviedo<br />

Registro de desapilado<br />

Regulación Automática II<br />

Postulado sobre la duración<br />

• La duración del franqueo de una transición puede ser<br />

considerada tan pequeña como se quiera pero no<br />

nula<br />

• La duración de la activación de una etapa no puede<br />

ser considerada nula<br />

• El modelo <strong>GRAFCET</strong>:<br />

– excluye formalmente la simultaneidad de dos eventos<br />

externos a la P.C. no correlacionados<br />

– Impone la simultaneidad de ocurrencia de los eventos<br />

internos a la P.C.<br />

Regulación Automática II<br />

51<br />

52<br />

26


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Índice<br />

• Introducción. Necesidad de metodologías.<br />

• ¿Cómo abordar la descripción de un sistema automatizado?<br />

• Modelo <strong>GRAFCET</strong>.<br />

• Estructuras básicas.<br />

• Estudio de las órdenes o acciones<br />

• Macrorrepresentaciones<br />

• Forzado y paralización de estados.<br />

• <strong>GRAFCET</strong> jerarquizado.<br />

• Materialización de un <strong>GRAFCET</strong> en un autómata programable.<br />

• Herramientas de construcción de <strong>GRAFCET</strong>.<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Estructuras básicas<br />

• Secuencia única<br />

• Secuencias simultáneas (Paralelismo estructural)<br />

• Selección de secuencia<br />

– Secuencias exclusivas (exclusividad lógica, tecnológica,<br />

prioridad)<br />

– Salto de etapas<br />

– Repetición de secuencia<br />

– Selección alternativa por semáforo<br />

– Paralelismo interpretado<br />

Regulación Automática II<br />

53<br />

54<br />

27


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Universidad de Oviedo<br />

Secuencia única<br />

2<br />

3<br />

T1<br />

T2<br />

Regulación Automática II<br />

Secuencias simultáneas (paralelismo estructural)<br />

3<br />

9<br />

Regulación Automática II<br />

2<br />

20<br />

T1<br />

T2<br />

T19<br />

10<br />

19<br />

55<br />

56<br />

28


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Universidad de Oviedo<br />

• Exclusividad lógica:<br />

Selección de secuencia<br />

3<br />

9<br />

T1<br />

T9<br />

Regulación Automática II<br />

2<br />

20<br />

10<br />

19<br />

Regulación Automática II<br />

T2<br />

T19<br />

Secuencias exclusivas<br />

– T1 = a./b T2 = /a.b<br />

• Exclusividad tecnológica:<br />

– T1 = a0.a T2 = a1.b<br />

• Exclusividad por prioridad:<br />

– T1 = a T2 = /a.b<br />

57<br />

58<br />

29


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Universidad de Oviedo<br />

Salto de etapas<br />

/T3<br />

Regulación Automática II<br />

Repetición de secuencia<br />

Tr<br />

3<br />

4<br />

5<br />

T2<br />

T3<br />

T4<br />

Regulación Automática II<br />

4<br />

5<br />

6<br />

7<br />

T3<br />

T4<br />

T5<br />

/Tr<br />

59<br />

60<br />

30


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Universidad de Oviedo<br />

Paralelismo interpretado<br />

3<br />

9<br />

T1<br />

T9<br />

Regulación Automática II<br />

2<br />

20<br />

Índice<br />

• Introducción. Necesidad de metodologías.<br />

• ¿Cómo abordar la descripción de un sistema automatizado?<br />

• Modelo <strong>GRAFCET</strong>.<br />

• Estructuras básicas.<br />

• Estudio de las órdenes o acciones<br />

• Macrorrepresentaciones<br />

• Forzado y paralización de estados.<br />

• <strong>GRAFCET</strong> jerarquizado.<br />

• Materialización de un <strong>GRAFCET</strong> en un autómata programable.<br />

• Herramientas de construcción de <strong>GRAFCET</strong>.<br />

10<br />

19<br />

Regulación Automática II<br />

T2<br />

T19<br />

61<br />

62<br />

31


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Estudio de acciones u órdenes<br />

• Las acciones pueden ser de naturaleza binaria,<br />

analógica, numérica o alfanumérica.<br />

• A nivel 1, el término “acción” encubre además la<br />

función de asegurar que una tarea se va a ejecutar.<br />

• A nivel 2 o 3 se trata sobre todo de órdenes a los<br />

preaccionadores.<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Estudio de acciones u órdenes (II)<br />

• Teniendo en cuenta la duración de activación de la<br />

etapa:<br />

– Continua o por nivel<br />

– Condicional (C)<br />

– Retardada (D)<br />

– Duración limitada (L)<br />

– Impulsional o puntual (P)<br />

– Mantenida o memorizada (S)<br />

Regulación Automática II<br />

63<br />

64<br />

32


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Acción mantenida o memorizada<br />

• El efecto debe continuar durante varias etapas<br />

consecutivas<br />

• Descripciones posibles:<br />

2005<br />

– Asociación de la acción a todas las etapas implicadas<br />

– Asociación a una etapa de un paralelismo estructural<br />

– Memorización de la acción por medio de un <strong>GRAFCET</strong><br />

particular<br />

– Empleo de instrucciones SET y RESET de la PC<br />

– Empleo de un operador de memoria externo a la PC:<br />

• Componentes biestables<br />

• Realización cableada con componentes monoestables<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Estudio de acciones u órdenes (III)<br />

• Órdenes emitidas por las etapas para modificar la<br />

situación interna de la PC:<br />

– Lanzamiento de <strong>GRAFCET</strong> de subprogramas o de tareas<br />

– Lanzamiento de ramas de <strong>GRAFCET</strong> (macroetapas)<br />

– Forzado y paralización de la situación<br />

– Selección de los modos de marcha y parada<br />

– Petición de cálculo o de tratamiento de texto<br />

Regulación Automática II<br />

65<br />

66<br />

33


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Índice<br />

• Introducción. Necesidad de metodologías.<br />

• ¿Cómo abordar la descripción de un sistema automatizado?<br />

• Modelo <strong>GRAFCET</strong>.<br />

• Estructuras básicas.<br />

• Estudio de las órdenes o acciones<br />

• Macrorrepresentaciones<br />

• Forzado y paralización de estados.<br />

• <strong>GRAFCET</strong> jerarquizado.<br />

• Materialización de un <strong>GRAFCET</strong> en un autómata programable.<br />

• Herramientas de construcción de <strong>GRAFCET</strong>.<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Macrorrepresentaciones<br />

• Permiten realizar una descripción de ciertas<br />

secuencias agrupadas en:<br />

– Tareas: conjunto de acciones que corresponde a la<br />

ejecución de una función determinada<br />

– Subprogramas: conjunto de acciones o de tareas que deben<br />

ser ejecutadas varias veces en el mismo ciclo de producción<br />

• Se estudiarán dos conceptos:<br />

– Lanzamiento de <strong>GRAFCET</strong> subprograma, o <strong>GRAFCET</strong> de<br />

tarea<br />

– Macroetapa asociada a su expansión<br />

Regulación Automática II<br />

67<br />

68<br />

34


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

10<br />

10<br />

S/P1<br />

Representación de subprogramas<br />

S/P1<br />

Universidad de Oviedo<br />

10<br />

Regulación Automática II<br />

<strong>GRAFCET</strong> subprograma<br />

10<br />

T3<br />

Regulación Automática II<br />

Tarea 3<br />

• La estructura de un <strong>GRAFCET</strong> subprograma o de<br />

un <strong>GRAFCET</strong> de tarea se caracteriza por:<br />

– Una etapa de entrada, necesaria para el lanzamiento<br />

– Una etapa de salida que señala el fin de la ejecución<br />

– Estas dos etapas no pueden tener acciones asociadas<br />

• La coordinación entre el <strong>GRAFCET</strong> principal y el<br />

subprograma puede ser:<br />

– Asíncrona: llamada-respuesta<br />

– Síncrona: elimina la etapa de salida (regla 4).<br />

69<br />

70<br />

35


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

GP: <strong>GRAFCET</strong> Principal<br />

20<br />

21<br />

22<br />

23<br />

24<br />

Coordinación asíncrona<br />

pm.ci<br />

a1<br />

X38<br />

a0<br />

X38<br />

A+<br />

S/P1<br />

A–<br />

S/P1<br />

Universidad de Oviedo<br />

GP: <strong>GRAFCET</strong> Principal<br />

20<br />

21<br />

22<br />

23<br />

24<br />

Regulación Automática II<br />

<strong>GRAFCET</strong> S/P1<br />

Coordinación síncrona<br />

pm.ci<br />

a1<br />

X37.b0<br />

a0<br />

A+<br />

X37.b0<br />

S/P1<br />

A–<br />

S/P1<br />

Regulación Automática II<br />

30<br />

31<br />

37<br />

38<br />

X22 + X24<br />

b1<br />

b0<br />

<strong>GRAFCET</strong> S/P1<br />

30<br />

31<br />

37<br />

B+<br />

B–<br />

/X22./X24<br />

X22 + X24<br />

b1<br />

b0<br />

B+<br />

B–<br />

También es posible<br />

X23 + X20<br />

71<br />

72<br />

36


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Macroetapa y expansión<br />

• La macroetapa es una representación unificada de<br />

un conjunto de etapas y de transiciones llamada<br />

expansión.<br />

• La macroetapa no tiene existencia física y no puede<br />

ser asimilada a una etapa, pues las reglas de<br />

<strong>GRAFCET</strong> no serían respetadas.<br />

• No se debe asociar por tanto ninguna acción a una<br />

macroetapa<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Representación de Macroetapas<br />

<strong>GRAFCET</strong> de Gestión<br />

10<br />

11<br />

M1<br />

12<br />

=1<br />

Regulación Automática II<br />

Expansión XM1 de la macroetapa M1<br />

100<br />

E<br />

101<br />

102<br />

S<br />

73<br />

74<br />

37


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Estructura de la expansión<br />

• La expansión siempre tiene una etapa de entrada (E)<br />

y otra de salida (S).<br />

• La etapa de entrada es una etapa normal. No puede<br />

ser etapa inicial.<br />

• No se debe asociar acción a la etapa de salida<br />

• La transición después de la macroetapa es siempre<br />

cierta (=1)<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Interés y limitaciones de las<br />

macrorrepresentaciones<br />

• Las macrorrepresentaciones permiten evitar el ocuparse de<br />

detalles inútiles en el comienzo del análisis y consagrarse<br />

únicamente al análisis de las tareas y su coordinación<br />

• La descomposición en tareas y subprogramas permite<br />

estructurar mejor el conjunto de la descripción por <strong>GRAFCET</strong> y<br />

ahorrar memoria en los autómatas<br />

• Las macroetapas y sus expansiones asociadas son de gran<br />

interés aunque se haga el diseño manualmente<br />

• El concepto de subprograma <strong>GRAFCET</strong> o de tarea presenta la<br />

ventaja de ser independiente del lenguaje del autómata.<br />

Regulación Automática II<br />

75<br />

76<br />

38


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Índice<br />

• Introducción. Necesidad de metodologías.<br />

• ¿Cómo abordar la descripción de un sistema automatizado?<br />

• Modelo <strong>GRAFCET</strong>.<br />

• Estructuras básicas.<br />

• Estudio de las órdenes o acciones<br />

• Macrorrepresentaciones<br />

• Forzado y paralización de estados.<br />

• <strong>GRAFCET</strong> jerarquizado.<br />

• Materialización de un <strong>GRAFCET</strong> en un autómata programable.<br />

• Herramientas de construcción de <strong>GRAFCET</strong>.<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Forzado e inmovilización<br />

de situación<br />

• Por forzado de situación se entiende el paso<br />

impuesto de la situación actual del <strong>GRAFCET</strong> a una<br />

situación determinada distinta a la que se podría<br />

obtener por una evolución normal.<br />

• La situación del <strong>GRAFCET</strong> forzado evoluciona<br />

entonces sin franqueo de transición.<br />

• La orden solo puede ser emitida desde una etapa<br />

jerárquicamente superior contra un <strong>GRAFCET</strong><br />

jerárquicamente inferior.<br />

Regulación Automática II<br />

77<br />

78<br />

39


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Ejemplo de jerarquía<br />

órdenes de forzado Nivel SEGURIDAD<br />

G0<br />

Universidad de Oviedo<br />

coordinación sin forzado<br />

coordinación sin forzado<br />

coordinación sin forzado<br />

G1<br />

G2<br />

Gn<br />

Regulación Automática II<br />

Regulación Automática II<br />

Gestión de energía y<br />

seguridad de la PO<br />

Nivel CONDUCCIÓN<br />

Gestión de los modos de<br />

marcha y parada<br />

Nivel PRODUCCIÓN<br />

Coordinación de las<br />

tareas de la producción<br />

normal<br />

Tareas, subprogramas,<br />

<strong>GRAFCET</strong>S particulares<br />

Forzado a situación no vacía<br />

<strong>GRAFCET</strong> G0 <strong>GRAFCET</strong> G1<br />

1<br />

S/G1 = {10}<br />

F/G1 > {10}<br />

S/G1 = {10} = X10./X11./X12./X13...<br />

X1 ><br />

10<br />

79<br />

80<br />

40


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Forzado a situación vacía<br />

<strong>GRAFCET</strong> G0<br />

1<br />

S/G1 = { }<br />

F/G1 > { }<br />

S/G1 = { } = /X10./X11./X12./X13...<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Orden de forzado<br />

Regulación Automática II<br />

<strong>GRAFCET</strong> G1<br />

10<br />

X1 > F/G1 > { }<br />

• Un <strong>GRAFCET</strong> no puede ser forzado más que por un<br />

<strong>GRAFCET</strong> jerárquicamente superior.<br />

• Un <strong>GRAFCET</strong> inferior no puede ser forzado más<br />

que a una sola situación a la vez, a partir de uno o<br />

varios <strong>GRAFCET</strong>S superiores.<br />

• La orden de forzado es prioritaria sobre las otras<br />

condiciones que establecen la evolución del<br />

<strong>GRAFCET</strong> forzado.<br />

81<br />

82<br />

41


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Orden de forzado (II)<br />

• Cuando se trata de un forzado de situación NO<br />

vacía, la orden de forzado provoca simultáneamente<br />

la activación de las etapas correspondientes a la<br />

situación impuesta, y la desactivación del resto.<br />

• Cuando se trata de un forzado de situación vacía, la<br />

emisión de la orden de forzado provoca<br />

simultáneamente la desactivación de todas las<br />

etapas del <strong>GRAFCET</strong> diseñado.<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Orden de inmovilización<br />

• No se trata tanto de forzar una situación sino al<br />

contrario, de bloquear la evolución del <strong>GRAFCET</strong><br />

<strong>GRAFCET</strong> G1<br />

13<br />

F/G2 > {* }<br />

Regulación Automática II<br />

<strong>GRAFCET</strong> G2<br />

20<br />

X13 > F/G2 > {* }<br />

83<br />

84<br />

42


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Problemas por inmovilización<br />

• Se para la evolución pero las órdenes asociadas a<br />

las etapas activas siguen ejecutándose.<br />

Universidad de Oviedo<br />

<strong>GRAFCET</strong> G1<br />

14<br />

Regulación Automática II<br />

Forzado de las salidas<br />

12<br />

F/Salidas G2 =0<br />

F/Salidas =0<br />

Regulación Automática II<br />

<strong>GRAFCET</strong> G2<br />

20<br />

85<br />

X14 > F/Salidas G2 = 0<br />

86<br />

43


2005<br />

2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

Índice<br />

• Introducción. Necesidad de metodologías.<br />

• ¿Cómo abordar la descripción de un sistema automatizado?<br />

• Modelo <strong>GRAFCET</strong>.<br />

• Estructuras básicas.<br />

• Estudio de las órdenes o acciones<br />

• Macrorrepresentaciones<br />

• Forzado y paralización de estados.<br />

• <strong>GRAFCET</strong> jerarquizado.<br />

• Materialización de un <strong>GRAFCET</strong> en un autómata<br />

programable.<br />

• Herramientas de construcción de <strong>GRAFCET</strong>.<br />

Universidad de Oviedo<br />

Regulación Automática II<br />

Materialización. Elementos básicos<br />

• Etapa: Su imagen debe tener dos estados<br />

estables ⇒ biestable<br />

• Transición y receptividad asociada:<br />

– Función de transición: ft(m -> n), ft(m, n -> p, q)<br />

– Receptividad: r(m ->n), r(m, n -> p, q)<br />

– ft(m -> n) = Xm.r(m -> n)<br />

– ft(m, n -> p, q) = Xm.Xn. r(m,n -> p, q)<br />

Regulación Automática II<br />

87<br />

88<br />

44


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

• Inicialización<br />

Materialización. Ecuaciones (I)<br />

– Inicialización manual<br />

– Inicialización automática (puede usar forzados)<br />

• Ecuaciones de etapas:<br />

2005<br />

– Biestable: S(Xi) = ftant<br />

R(Xi) = /ftant.ftsig<br />

– Monoestable: Xi = ftant + /ftsig.Xi<br />

Universidad de Oviedo<br />

• Incluyendo forzados:<br />

Regulación Automática II<br />

Materialización. Ecuaciones (II)<br />

– Biestable:<br />

Prioridad a 1 S(Xi) = FS + ftant<br />

R(Xi) = /FS./ftant.ftsig<br />

Prioridad a 0 S(Xi) = /FS.ftant<br />

R(Xi) = FS + /ftant.ftsig<br />

– Monoestable: Xi = ftant + /ftsig.Xi<br />

Prioridad a 1 Xi = FS + ftant + /ftsig.Xi<br />

Prioridad a 0 Xi = /FS.(ftant + /ftsig.Xi)<br />

Regulación Automática II<br />

89<br />

90<br />

45


2005<br />

Universidad de Oviedo<br />

A+ A-<br />

a0 a1<br />

.<br />

Dosificación de líquidos<br />

D<br />

PAP (avance paso a paso)<br />

pb (presencia botella)<br />

(1)<br />

(2)<br />

Regulación Automática II<br />

0<br />

1<br />

2<br />

pb.ac.a0<br />

a1<br />

/m.pb.a0<br />

A+ D<br />

A- PAP<br />

m.pb.a0<br />

91<br />

46

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