Curso de GRAFCET y GEMMA

Introduccin Conceptos bsicos Conceptos avanzados Sistemas con varios GRAFCETs Modos de marchas y paradas: La gua GEMMA Implementacin de GRAFCETs Bibliografa

Introduccin histricaEl GRAFCET naci en el ao 1977 en un grupo de trabajo de la AFCET (Association Franaise pour la Cyberntique Economique et Technique, Asociacin Francesa para la Ciberntica Econmica y Tcnica) creado en el ao 1975. En el mes de Junio del ao 1982 se crea la norma francesa UTE NF C 03-190 (Diagramme fonctionnel "GRAFCET" pour la description des systmes logiques de commande). La creacin del GRAFCET fue necesaria, entre otros motivos, por las dificultades que comportaba la descripcin de automatismos con varias etapas simultneas utilizando el lenguaje normal. Dificultades similares aparecen al intentar hacer esta descripcin con diagramas de flujo o usando los lenguajes informticos de uso habitual. En el ao 1988, el GRAFCET es reconocido por una norma internacional, la IEC-848 (Preparation of function charts for control systems, Preparacin de diagramas funcionales para sistemas de control) con los nombres Function Chart, Diagramme fonctionnel o Diagrama funcional. La norma IEC no reconoce el nombre GRAFCET porqu las traducciones pueden dar lugar a ambigedades.

Sistemas combinacionales y secuencialesUn sistema combinacional es aquel en que las salidas en un instante slo dependen de las entradas en aquel instante. En cambio, un automatismo secuencial es aquel en el que las salidas en cada instante no dependen slo de las entradas en aquel instante sino que tambin dependen de los estados anteriores y de su evolucin. El GRAFCET (Graphe de commande etape-transition) es un mtodo grfico, evolucionado a partir de las redes de Petri que permite representar los sistemas secuenciales. Es importante destacar que el GRAFCET no sirve nicamente para describir automatismos sino para explicar cualquier cosa que sea secuencial. As podra ser muy til para explicar una receta de cocina, el funcionamiento de un convertidor electrnico, un plan de estudios, un ensayo de laboratorio, etc.

Principios del GRAFCETUn GRAFCET es una sucesin de etapas. Cada etapa tiene sus acciones asociadas de forma que cuando aquella etapa est activa se realizan las correspondientes acciones; pero estas acciones no podrn ejecutarse nunca si la etapa no est activa.

Entre dos etapas hay una transicin. A cada transicin le corresponde una receptividad, es decir una condicin que se ha de cumplir para poder pasar la transicin. Una transicin es vlida

cuando la etapa inmediatamente anterior a ella est activa. Cuando una transicin es vlida y su receptividad asociada se cumple se dice que la transicin es franqueable.

Al franquear una transicin se desactivan sus etapas anteriores y se activan las posteriores. Las etapas iniciales, que se representan con lnea doble, se activan en la puesta en marcha.

Los tres niveles del GRAFCETEl GRAFCET puede utilizarse para describir los tres niveles de especificaciones de un automatismo. Estos tres niveles son los que habitualmente se utilizan para disear y para describir un automatismo.

GRAFCET de nivel 1: Descripcin funcionalEn el primer nivel interesa una descripcin global (normalmente poco detallada) del automatismo que permita comprender rpidamente su funcin. Es el tipo de descripcin que haramos para explicar lo que queremos que haga la mquina a la persona que la ha de disear o el que utilizaramos para justificar, a las personas con poder de decisin en la empresa, la necesidad de esta mquina.

Este GRAFCET no debe contener ninguna referencia a las tecnologas utilizadas; es decir no se especifica cmo hacemos avanzar la pieza (cilindro neumtico, motor y cadena, cinta transportadora, etc.), ni cmo detectamos su posicin (fin de carrera, detector capacitivo, detector fotoelctrico, etc.), ni tan solo el tipo de automatismo utilizado (autmata programable, neumtica, ordenador industrial, etc.).

GRAFCET de nivel 2: Descripcin tecnolgicaEn este nivel se hace una descripcin a nivel tecnolgico y operativo del automatismo. Quedan perfectamente definidas las diferentes tecnologas utilizadas para cada funcin. El GRAFCET describe las tareas que han de realizar los elementos escogidos. En este nivel completamos la estructura de la mquina y nos falta el automatismo que la controla.

GRAFCET de nivel 3: Descripcin operativaEn este nivel se implementa el automatismo. El GRAFCET definir la secuencia de actuaciones que realizar este automatismo. En el caso de que se trate, por ejemplo, de un autmata programable, definir la evolucin del automatismo y la activacin de las salidas en funcin de la evolucin de las entradas.

Elementos del GRAFCETEtapas y transicionesUna etapa caracteriza el comportamiento invariante de una parte o de la totalidad del sistema representado; corresponde a una situacin elemental que implica un comportamiento estable. Una etapa del GRAFCET se representa mediante un cuadrado identificado por un nmero; en este caso se ha representado la

etapa 3. No puede haber dos etapas con el mismo nmero pero tampoco es necesario que sean nmeros consecutivos ni que respeten ningn orden. La entrada a una etapa es siempre por la parte superior y la salida por la parte inferior.

Una etapa puede estar activa o inactiva. Cuando representamos el estado de un GRAFCET en un instante determinado, podemos representar las etapas activas con un punto en su interior; en este caso la etapa 6 est activa. Tambin podemos representar las etapas activas sombreando su interior, en este caso la etapa 9 est activa. Al representar el GRAFCET en un instante, estamos representando el sistema en aquel instante. Un GRAFCET puede tener varias etapas activas simultneamente.

Un cuadrado con lnea doble simboliza una etapa inicial del GRAFCET; en este caso la etapa 7. Las etapas iniciales son las que se activan al inicializar el GRAFCET. Una vez se ha inicializado el GRAFCET, las etapas iniciales actan como etapas normales. Puede haber tantas etapas iniciales como se desee pero como mnimo una. Pueden estar situadas en cualquier lugar dentro del GRAFCET.

Las transiciones representan la posibilidad de evolucin de una etapa a la siguiente; esta evolucin se produce al franquear la transicin. El franqueamiento de una transicin implica un cambio en la situacin de actividad de las etapas. Las transiciones se representan con un trazo perpendicular a la lnea que une dos etapas consecutivas. Una transicin est validada cuando todas las etapas inmediatamente anteriores estn activas.

Si la descripcin de un GRAFCET lo requiere, pueden numerarse las transiciones con un nmero entre parntesis a la izquierda del trazo que representa la transicin; por ejemplo la transicin (4).

Una etapa puede tener ms de una entrada. A continuacin se han representado tres casos en los que una etapa tiene tres entradas.

Una etapa puede tener ms de una salida. A continuacin se han representado tres casos en los que una etapa tiene tres salidas.

Hay que evitar aquellas representaciones que puedan inducir a confusin, como, por ejemplo, las siguientes en las que se puede dudar si hay o no hay conexin entre la lnea vertical y la horizontal.

Caminos y re-envosLos caminos que unen una etapa con otra se dibujan preferentemente en sentido vertical; aunque para resolver algunas representaciones hay que dibujar una parte de los mismos en sentido horizontal o en diagonal. Mientras no se especifique lo contrario, la evolucin de un camino siempre es en sentido

descendente, es decir de arriba a abajo. En la figura se ha representado un camino que evoluciona en sentido vertical ascendente.

Cuando un GRAFCET es grande o complejo se hace difcil representarlo y, a menudo, hay ms de una forma de representarlo. En estos casos hay que hacer siempre la representacin en aquella forma en que el GRAFCET sea ms simple y fcil de seguir. A veces la forma ms simple de un GRAFCET no tiene las etapas iniciales situadas en la parte superior. Cuando un GRAFCET se complica o no cabe en una sola pgina son necesarios los re-envos. Hay personas que prefieren no trazar nunca caminos de recorrido ascendente y prefieren sustituirlos por reenvos. Para los casos en que el GRAFCET no sea muy grande, podemos utilizar la siguiente notacin. La figura representa un re-envo. El GRAFCET continuar en la etapa indicada, en este caso la 7.

La figura representa la llegada desde un re-envo. En este caso viene de la etapa 6.

En cambio cuando el GRAFCET ocupa unas cuantas pginas, puede ser preferible indicar, adems de la etapa de procedencia o de destino, la pgina donde esta est situada para que su localizacin sea ms rpida.

Al hacer un re-envo se ha de cortar la secuencia etapa-transicinetapa; es preferible cortar siempre por el punto transicin-etapa que por el punto etapa-transicin ya que es preferible representar juntas las transiciones con las etapas anteriores a ellas. En aquellos casos en que un re-envo va destinado a diversas etapas, se toma siempre como referencia de destino la etapa representada ms a la izquierda. Igualmente en aquellos casos en que un re-envo parte de varias etapas, se toma tambin como referencia de origen la etapa representada ms a la izquierda.

Acciones asociadas a las etapasDado que una etapa implica un comportamiento estable, habitualmente las etapas tendrn acciones asociadas. Las acciones representan lo que hay que hacer mientras la etapa est activa. Las acciones asociadas a una etapa pueden ser de tipo externo o de tipo interno; las primeras implican la emisin de rdenes hacia el sistema que se est controlando mientras que las internas afectan a funciones propias del sistema de control (incremento de un contador, etc.). En algunos casos interesa utilizar etapas sin ninguna accin. Las aplicaciones ms corrientes son aquellas en que el sistema esta esperando que se produzca una determinada circunstancia. Las acciones se representan como rectngulos unidos por un trazo con la etapa a la que estn asociadas. El rectngulo puede tener las dimensiones necesarias para que se pueda indicar la accin a realizar. En este caso la accin asociada a la etapa 3 es la apertura de una determinada vlvula.

Segn el tipo de GRAFCET que estemos realizando, las acciones se pueden escribir en forma literal (cerrar vlvula, avanzar cilindro, etc.) o en forma simblica (XBR, SL1, etc.), en este segundo caso ser necesaria una tabla donde se indique el significado de los smbolos utilizados. En el caso de que una etapa tenga ms de una

accin, se pueden representar de varias formas, como muestran las figuras siguientes.

Las acciones pueden estar condicionadas. Cuando una accin est condicionada slo se ejecuta mientras la etapa est activa y, adems, se verifica la condicin. En las figuras siguientes se han dibujado dos formas de representar que la etapa 3 tiene dos acciones de las cuales la accin de calentar tiene una condicin (termostato).

Receptividades asociadas a las transicionesLlamamos receptividad a la condicin que se requiere para poder franquear una transicin vlida. Una receptividad puede ser cierta o falsa y se puede describir en forma literal (fin retroceso, temperatura alcanzada, etc.) o en forma simblica (SA1, BQ3, etc.), en este segundo caso ser necesaria una tabla donde se indique el significado de los smbolos utilizados. Una receptividad puede estar compuesta por un solo dato o por una ecuacin booleana que incluya varios datos. Mientras el resultado de la ecuacin booleana sea 0 (falso) la transicin no podr ser franqueada y s podr serlo cuando el resultado sea 1 (cierto). Los datos que componen la ecuacin booleana de una receptividad pueden ser externos o internos; los primeros implican la comprobacin de variables en el sistema que se est controlando mientras que las internas dependen de funciones propios del sistema de control (valor de un contador, etc.). En las ecuaciones booleanas el signo + representa la funcin O, el signo representa la funcin Y y una lnea sobre la condicin o variable correspondiente representa la negacin (funcin NO).

Algunos ejemplos de receptividades podran ser los siguientes:

Temp > 30C

Cierta si la temperatura es superior a 30C

C12

Cierta si el contador 12 ha alcanzado la preseleccin

SL1

Cierta si SL1 est desactivado

SL3 + SB2

Cierta si SL3 o SB2 estn activados (indistintamente)

SL2 SB4

Cierta si SL2 y SB4 estn activados (simultneamente)

BQ2 (SL1 + SA1)

Cierta si BQ2 est activado y tambin SL1 o SA1

=1

Receptividad siempre cierta

A parte de una ecuacin booleana, las receptividades pueden expresarse en forma de texto o mediante dibujos normalizados (diagramas de rels, puertas lgicas, etc.), segn se desee.

Estructuras bsicas

SecuenciaUna secuencia es una sucesin alternada de etapas y transiciones en la que las etapas se van activando una detrs de otra. Una secuencia est activa cuando, como mnimo, una de sus etapas est activa. Una secuencia est inactiva cuando todas sus etapas estn inactivas.

Seleccin de secuenciaA partir de una determinada etapa, hay dos (o ms) secuencias entre las que se escoger en funcin de las transiciones. No es necesario que las distintas secuencias tengan el mismo nmero de etapas. En la figura, si estamos en la etapa 8 y b es cierta iremos por la secuencia de la derecha si c s falsa y por la de la izquierda si c es cierta. Las dos secuencias confluyen en la etapa 5.

En la seleccin de secuencia es imprescindible que las receptividades asociadas a las transiciones de seleccin, en el ejemplo las transiciones (2) y (7), sean excluyentes, es decir no puedan ser ciertas simultneamente; por lo tanto las secuencias son alternativas.

Salto de etapasEs un caso particular de seleccin entre dos secuencias en el que una de las secuencias no tiene ninguna etapa. En la figura, si estamos en la etapa 3 y se cumple b no se activarn las etapas 4 y 5 si c es cierta.

Repeticin de secuenciaEs un caso particular del salto de etapas en el que el salto se realiza en sentido ascendente, de forma que se repite la secuencia de etapas anteriores al salto. En la figura, se ir repitiendo la secuencia formada por las etapas 2 y 3 hasta que b sea falsa y c cierta.

Paralelismo estructuralA partir de una determinada etapa, hay dos (o ms) secuencias que se ejecutan simultneamente. No es necesario que las distintas secuencias tengan el mismo nmero de etapas. El inicio de secuencias paralelas se indica con una lnea horizontal doble despus de la transicin correspondiente. De forma similar, el final de las secuencias paralelas se indica con otra lnea horizontal doble antes de la transicin correspondiente; esta transicin slo es vlida cuando todas las etapas inmediatamente anteriores estn activas. En la figura, al franquear la transicin (4), se activarn las etapas 2 y 3 y las dos secuencias trabajarn simultneamente. La transicin (1) slo ser vlida cuando estn activas las etapas 3 y 5.

Paralelismo interpretadoEl paralelismo interpretado aparece cuando una etapa tiene dos (o ms) salidas y las transiciones correspondientes no son excluyentes. En la figura, si c y b son ciertas a la vez, se activarn las etapas 1 y 2 simultneamente. As pues si en la estructura de seleccin de secuencia no se garantiza que las receptividades son excluyentes, se tendr un paralelismo interpretado en el caso de que ambas receptividades se hagan ciertas al mismo tiempo o en el caso de que ambas sean ciertas cuando se validen las correspondientes transiciones.

En algunas ocasiones, como es el caso de la figura, esta situacin se fuerza intencionadamente; de manera que siempre de lugar a secuencias paralelas.

Hay una diferencia muy importante entre los dos tipos de paralelismos cuando convergen. Fijmonos en las dos figuras. En el paralelismo estructural la transicin no es vlida (y, por tanto, no se puede pasar a la etapa 1) si no estn activas las etapas 2 y 3. En cambio, en el paralelismo interpretado se pasar de 1 a 5 cuando f sea cierta (y la etapa 1 est activa) aunque 2 no est activa. De esta forma la secuencia comn puede continuar evolucionando y, cuando 2 est activa y r sea cierta, se volver a activar 5. As cada vez que se realice el paralelismo aparecer una nueva etapa activa en el GRAFCET.

Reglas de sintaxisNo puede haber nunca dos transiciones consecutivas sin una etapa en medio. As pues la figura representa un GRAFCET incorrecto ya que o bien le falta una etapa entre las transiciones 7 y 8 (que puede ser una etapa sin accin asociada, si as le corresponde) o deben ponerse todas las condiciones en la misma transicin.

No puede haber nunca dos etapas consecutivas sin transicin intermedia. As pues la figura representa un GRAFCET incorrecto ya que o bien le falta una transicin entre las etapas 4 y 5 o deben ponerse todas las acciones en una de las dos etapas.

Condicionamiento de acciones y receptividadesLas acciones y las receptividades pueden venir condicionadas, adems de por variables externas, por el estado de activacin de las etapas o por el tiempo.

Condicionamiento por etapasA menudo interesar imponer como condicin, para una receptividad o una accin, el hecho de que una etapa est activada o desactivada. Para referirnos a una etapa lo haremos con la letra X. As en la figura la receptividad ser cierta mientras la etapa 20 est activa y slo se realizar la accin cuando estn activas simultneamente las etapas 3 y 12.

Acciones y receptividades condicionadas por el tiempoEn muchos casos hay que utilizar condiciones que dependen del tiempo. Esto se puede hacer activando un temporizador en la etapa y condicionar la transicin a que el temporizador alcance un determinado valor, pero el GRAFCET tiene prevista una forma estndar de considerar el tiempo. Hay dos notaciones para referirse al tiempo. La primera notacin establece que la condicin dependiente del tiempo consta de la letra t seguida de una barra, despus hay el nmero de etapa que se toma en consideracin, una nueva barra y el tiempo a considerar. Esta condicin es cierta cuando el tiempo transcurrido desde la ltima activacin de la etapa indicada supera el tiempo fijado. Por ejemplo la condicin t/7/5s ser cierta cuando hayan pasado cinco segundos desde la ltima activacin de la etapa 7.

La segunda notacin (fijada por la norma IEC-848) establece que la condicin dependiente del tiempo consta de un primer valor (que llamamos t1) seguido de una barra, despus hay una variable cualquiera, una nueva barra y el segundo valor de tiempo a considerar (que llamamos t2). Esta condicin pasa de falsa a cierta cuando el tiempo transcurrido desde la ltima activacin de la variable indicada supera el tiempo t1 y pasa de cierta a falsa cuando ha transcurrido un tiempo t2 desde la ltima desactivacin de la variable considerada. Por ejemplo la condicin 5s/X7/7s pasar a ser cierta cuando hayan pasado cinco segundos desde la ltima activacin de la etapa 7 y volver a falsa cuando hayan pasado siete segundos de la desactivacin de la etapa 7.

En el caso de que uno de los dos tiempos (t1 o t2) sea nulo tiene preferencia la versin simplificada de esta notacin en la que slo se indica el valor distinto de cero. Por ejemplo la condicin 5s/X7 pasar a ser cierta cuando hayan pasado cinco segundos des de la ltima activacin de la etapa 7 y volver a falsa cuando se desactive la etapa 7. En cambio la condicin X7/7s pasar a ser cierta cuando se active la etapa 7 y volver a falsa cuando hayan pasado 7 segundos desde la desactivacin de la etapa 7.

Ambas notaciones son muy diferentes y no hay equivalencias entre la una y las otras.

Receptividades condicionadas por flancosHasta ahora hemos usado siempre condiciones booleanas para las receptividades pero a veces es necesario tener en cuenta el cambio de estado de una variable en lugar del estado real.

En el ejemplo siguiente la receptividad es cierta en el instante en el que la variable c pasa de desactivada a activada. Si la transicin es vlida cuando c pasa de desactivada a activada, la transicin se franquear; en el caso de que la transicin se haga vlida despus del cambio de estado de c, no ser franqueada.

En este caso la receptividad es cierta en el instante en el que la variable b pasa de activada a desactivada. Si la transicin es vlida cuando b pasa de activada a desactivada, la transicin se franquear; en el caso de que la transicin se haga vlida despus del cambio de estado de b, no ser franqueada.

El siguiente ejemplo muestra como, en el caso de receptividades condicionadas por flanco, slo se tiene en cuenta el valor de la variable si el cambio de estado se produce cuando la transicin es vlida. As vemos un GRAFCET en el que la transicin entre las etapas 4 y 8 est condicionada por el flanco de subida de la variable c; en el primer caso el flanco llega cuando la etapa 4 est activa y, por tanto, se pasa a la 8 mientras que en el segundo caso el flanco llega cuando todava est activa la etapa 5 y, por tanto, slo se pasa a la etapa 4 y no a la 8 a pesar de que la variable c est activada.

En el ejemplo siguiente tenemos un GRAFCET en el que la transicin entre las etapas 5 y 4 est condicionada por el flanco de bajada de la variable b, exactamente igual que la transicin entre las etapas 4 y 8; en el primer grfico llega slo un flanco que hace pasar de la

etapa 5 a la 4 pero como cuando llega el flanco la etapa 4 no est activa, la transicin siguiente no es vlida y no puede pasar a la etapa 8 hasta que llegue otro flanco. En cambio en el segundo grfico llegan dos flancos consecutivos, lo que permite pasar primero a la etapa 4 y despus a la 8.

En algunos casos es necesario que todas la receptividades de un GRAFCET sean booleanas. Entonces las receptividades condicionadas por flancos deben escribirse de otra forma. El ejemplo siguiente ilustra una transicin condicionada por un flanco de subida y un GRAFCET equivalente con receptividades boleanas.

El ejemplo siguiente hace lo mismo con un flanco descendente.

EJEMPLOS a) Automatizacin de una lavadoraSe desea controlar una lavadora con un programa de lavado en fro. El ciclo de funcionamiento de la mquina ser: Para iniciar el ciclo hay un pulsador de puesta en marcha. Al inicio del ciclo se llenar de agua el tambor a travs de la electrovlvula EVR hasta que se active el detector de nivel. Este detector de nivel se activa cuando el tambor est lleno de agua y se desactiva cuando est vaco.

El lavado constar de cincuenta ciclos. En cada ciclo el motor girar treinta segundos en sentido horario (motor H) y treinta ms en sentido antihorario (motor A), dejando una pausa de medio segundo en cada cambio de sentido.

Despus del lavado se vaciar el agua del tambor, mediante la bomba, hasta que se desactive el detector de nivel. Mientras funcione la bomba, el tambor girar (motor A).

Despus del lavado, habr cuatro aclarados. Cada aclarado comenzar llenando de agua el tambor a travs de la electrovlvula EVE hasta que se active el detector de nivel. Un aclarado constar de diez ciclos. En cada ciclo el motor girar treinta segundos en cada sentido, dejando una pausa de medio segundo en cada cambio de sentido (igual como en el lavado).

Despus de cada aclarado se vaciar el agua del tambor, mediante la bomba, hasta que se desactive el detector de nivel. Mientras funcione la bomba, el tambor girar (motor A).

Una vez termine el ltimo aclarado, se centrifugar (motor C) durante cinco minutos. Durante el centrifugado ha de funcionar la bomba de vaciado.

Dado que tanto el lavado como el aclarado siguen el mismo proceso con la nica diferencia del nmero de repeticiones y la vlvula de entrada de agua, hemos hecho un GRAFCET con esta parte (etapas 3, 4, 5 y 6) comn. En el lavado, la entrada del agua se hace en la etapa 1 mientras que en el aclarado se hace en la 2. El centrifugado (etapa 9) slo se hace al acabar el ltimo aclarado. El contador C1 cuenta el nmero de ciclos (cincuenta en el lavado y 10 en cada aclarado) y el contador C2 cuenta el nmero de veces que se toma agua para aclarar (en el lavado C2=0).

Este GRAFCET se puede dibujar de una forma ms compacta si la etapa inicial no se pone arriba.

b) Automatizacin de una mquina de etiquetar latasSe trata de una mquina que pone la etiqueta a unas latas y despus imprime la fecha de fabricacin. Las latas entran en la mquina y esta las pone en la plataforma de etiquetado (PE), all las etiqueta y despus las deja en la plataforma intermedia (PM). Cuando la lata llega a la plataforma intermedia ya puede poner una nueva en la plataforma de etiquetado.

La mquina toma la lata de la plataforma intermedia y la pone en la plataforma de impresin (PI); all le imprime la fecha y seguidamente la expulsa. Cuando la plataforma intermedia queda libre, puede ponerse una nueva lata etiquetada que podr coger una vez haya expulsado la lata anterior. Este automatismo se puede resolver de la siguiente forma, donde la etapa 2 sirve para esperar que la plataforma intermedia est vaca (etapa 4), la etapa 4 se utiliza para esperar a que la lata est etiquetada (etapa 2), la etapa 9 es para esperar a que haya una lata en la plataforma intermedia (etapa 5) y la etapa 5 para esperar a que la plataforma de impresin est vaca (etapa 9).

CONCEPTOS AVANZADOS Reglas de evolucinCuando se dibuja un GRAFCET, se pretende describir un automatismo o cualquier otro conjunto de sucesos condicionales y secuenciales. Al hacer trabajar este GRAFCET (es decir, al llevarlo a la prctica) se deben respetar unas reglas (reglas de evolucin) ya que, en caso contrario, el funcionamiento del automatismo o del conjunto de sucesos no sera el que cabra esperar a la vista del GRAFCET representado. A continuacin citaremos cada una de las cinco reglas de evolucin del GRAFCET acompaadas, si es necesario, de algn ejemplo en el que sea importante el cumplimiento de la regla que se est comentando.

Regla 1: InicializacinEn la inicializacin del sistema se han de activar todas las etapas iniciales y slo las iniciales. La situacin inicial de un GRAFCET caracteriza tanto el comportamiento inicial del sistema (elementos de accin) como el del control (automatismo). Corresponde al estado en el que se ha de encontrar el sistema al poner en marcha, al conectar la alimentacin, etc. Habitualmente la situacin inicial de un GRAFCET corresponde a una situacin de reposo o de parada segura. A menudo en la puesta en marcha de una mquina, el control comienza por comprobar si esta se encuentra en la situacin inicial adecuada para el funcionamiento. Si no es as (por ejemplo por que la parada ha sido por emergencia o causada por el corte de la alimentacin) se deber llevar el sistema a la situacin inicial adecuada antes de pasar al funcionamiento deseado del automatismo.

Regla 2: Evolucin de las transicionesUna transicin est validada cuando todas las etapas inmediatamente anteriores a ella estn activas. Una transicin es franqueable cuando est validada y su receptividad asociada es cierta. Toda transicin franqueable debe ser obligatoriamente e inmediatamente franqueada. La figura representa una parte de un GRAFCET en un instante determinado. En este instante la etapa 1 no est activa, lo que hace que la transicin (7) no est validada, independientemente de si la receptividad a es cierta o no.

Ahora la etapa 1 est activa, lo que implica que la transicin (7) est validada. El sistema se mantendr estable en esta situacin mientras la receptividad a sea falsa (a=0).

En esta situacin le etapa 1 est activa, lo que implica que la transicin (7) est validada. Dado que la receptividad a es cierta (a=1), la transicin es franqueable y, por tanto, debe ser obligatoriamente franqueada. Esto implica que la situacin representada es una situacin que no puede existir nunca ya que el franqueo de la transicin ha de ser inmediato a la activacin de a.

Como consecuencia de la figura anterior, el sistema ha evolucionado franqueando la transicin. Al franquear la transicin, la etapa 1 ha sido desactivada y la etapa 2 ha sido activada.

Regla 3: Evolucin de las etapas activasAl franquear una transicin se deben activar todas las etapas inmediatamente posteriores y desactivar simultneamente todas las inmediatamente anteriores. La figura representa una parte de un GRAFCET en un instante determinado. En este instante la etapa 2 no est activa, lo que hace que la transicin (7) no est validada aunque la etapa 3 s est activa e independientemente de si la receptividad m es cierta o no.

Ahora las etapas 2 y 3 estn activas, lo que implica que la transicin (7) est validada. El sistema se mantendr estable en esta situacin mientras la receptividad m sea falsa (m=0).

En esta situacin las etapas 2 y 3 estn activas, lo que implica que la transicin (7) est validada. Dado que la receptividad m es cierta (m=1), la transicin es franqueable y, por tanto, ha de ser obligatoriamente franqueada. Esto implica que la situacin representada es una situacin que no puede existir nunca ya que el franqueo de la transicin ha de ser inmediato a la activacin de m.

Como a consecuencia de la figura anterior, el sistema ha evolucionado franqueando la transicin (7). Al franquear la transicin, las etapas 4 y 5 (todas las inmediatamente posteriores) han sido activadas y las etapas 2 y 3 (todas las inmediatamente anteriores) han sido desactivadas. Todas las desactivaciones y activaciones implicadas en el franqueo de la transicin se han de realizar simultneamente.

Regla 4: Simultaneidad en el franqueamiento de las transicionesLas transiciones simultneamente simultneamente franqueadas. franqueables han de ser

La existencia de esta cuarta regla nos permite la descomposicin de un GRAFCET complejo en dos ms sencillos. En el siguiente ejemplo tenemos un GRAFCET con paralelismo estructural (izquierda) y lo descomponemos en dos GRAFCETs independientes (derecha) teniendo en cuenta que la receptividad de cada una de las dos transiciones obtenidas ha de considerar la activacin de la etapa correspondiente del otro GRAFCET ya que, en caso contrario, el funcionamiento de las dos estructuras no sera el mismo.

Si no se verificase la cuarta regla, una de las dos transiciones sera franqueada antes que la otra que, por tanto, dejara de ser vlida y, por ello, ya no sera franqueable. La estructura que se ha presentado en la figura de la derecha se llama segunda forma de paralelismo interpretado. A menudo es conveniente sealar con un asterisco (*) aquellas transiciones en las que el cumplimiento de la cuarta regla es imprescindible para el correcto funcionamiento, tal como hemos hecho en la figura de la derecha. Otro caso corriente en el que es imprescindible el correcto cumplimiento de la cuarta regla es el del paralelismo interpretado. Si en el ejemplo de la figura una de las dos transiciones es franqueada antes que la otra, la segunda dejar de estar validada y, por tanto, no ser franqueada.

Regla 5: Prioridad de la activacinSi al evolucionar un GRAFCET, una etapa ha de ser activada y desactivada al mismo tiempo, deber permanecer activa.

Esta regla tan simple es la que es deja de cumplirse con ms facilidad ya que cuando se implanta un GRAFCET sobre un sistema automatizado (rels, neumtica, autmatas programables, etc.) es corriente utilizar elementos de memoria para almacenar la informacin de actividad de las etapas. Estos elementos de tipo memoria, pensando en la seguridad, tienen habitualmente la desactivacin como entrada prioritaria; esto implica que debe irse con cuidado ya que es probable que el funcionamiento no sea el correcto. Por suerte hay pocos casos en los que una etapa deba ser activada y desactivada al mismo tiempo. A continuacin vemos algunos ejemplos. En el ejemplo de la figura de la izquierda, si la receptividad b es cierta hay que volver a la etapa 2. Cuando esto ocurre, se deber desactivar y activar la etapa 2 simultneamente. Si no se cumple la quinta regla, el GRAFCET se quedar sin ninguna etapa activa. La estructura presentada no es muy elegante y hay formas ms simples de obtener el mismo funcionamiento; como, por ejemplo, la de la figura de la derecha.

En este otro caso es imprescindible el correcto cumplimiento de las reglas 4 y 5. Fijmonos que la etapa 4 ha de ser desactivada y activada al mismo tiempo dado que sus transiciones anterior y posterior son franqueables simultneamente. Si no se verifica la quinta regla, la etapa 4 quedar desactivada.

Si no se verificase la cuarta regla, las transiciones no seran franqueadas simultneamente y el resultado no sera correcto.

Representacin de las acciones segn IEC-848La norma IEC-848 (Preparation of function charts for control systems, Preparacin de diagramas funcionales para sistemas de control) presenta una forma general de descripcin de las acciones asociadas a las etapas. Una accin genrica se representar como en la figura siguiente donde la casilla 2 contiene la descripcin de la accin, la casilla 3 contiene la etiqueta que indica la referencia de la seal de comprobacin de la ejecucin y la casilla 1 indica las caractersticas lgicas que relacionen la realizacin de la accin con la activacin de la etapa, segn la relacin siguiente.

C Accin condicionada D Accin retardada L Accin limitada en el tiempo

P Accin impulsional S Accin memorizada

La tercera casilla se utiliza en pocas ocasiones. Se trata de sealar (con una etiqueta alfanumrica) cual de las condiciones indicadas en la receptividad inmediatamente posterior a la etapa, indica que la accin se est ejecutando o se ha ejecutado. Slo deben representarse las casillas 1 y 3 en caso de que sean necesarias. Vamos a ver algunos ejemplos de aplicacin.

Corresponde al caso ms simple, mientras est activa la etapa 0, la mquina ha de bobinar y dejar de hacerlo cuando se desactive la etapa. En el caso que se representa a continuacin no se calentar mientras est activa la etapa 1 sino slo cuando, adems de estar la etapa activa, el termostato est activado. Por ejemplo en el control de un horno hay una etapa de coccin (etapa 1) pero el quemador no ha de estar siempre activado sino slo cuando sea necesario para mantener la temperatura. Podemos representar la condicin fuera del rectngulo (izquierda) o dentro (derecha).

La accin retardada (letra D) implica que la accin empieza un cierto tiempo despus de la activacin de la etapa, siempre que la etapa todava siga activa. En el ejemplo, se empezar a cerrar despus de medio segundo contado desde la activacin de la etapa 2. Se dejar de cerrar cuando se desactive la etapa 2. Si la etapa se desactiva antes de los 0.5 s no se debe cerrar. El caso de accin retardada se puede representar con un GRAFCET que slo tenga acciones

sencillas, como muestra la figura. Fijmonos que debe preverse el caso de que la receptividad final (k) sea cierta antes del transcurso del tiempo.

La accin limitada (letra L) implica que la accin termina un cierto tiempo despus de la activacin de la etapa, siempre que la etapa todava siga activa. En el ejemplo, la sirena ha de comenzar a sonar cuando se active la etapa 3 y sonar durante dos segundos excepto en el caso de que la etapa 3 se desactive antes, en cuyo caso la sirena dejara de sonar al desactivarse la etapa. El caso de accin limitada se puede representar con un GRAFCET que slo tenga acciones sencillas, como muestra la figura. Fijmonos que debe preverse el caso de que la receptividad final (h) sea cierta antes del transcurso del tiempo.

La accin impulsional (letra P) corresponde a una accin limitada a un iempo muy corto. La accin de activar comenzar cuando se active la etapa 4 y se desactivar inmediatamente. La duracin de los impulsos ser un tiempo muy pequeo pero suficiente para conseguir el efecto deseado.

Las acciones memorizadas implican que en una etapa determinada se activa una accin y esta accin se desactiva en otra etapa. En el ejemplo siguiente XBR se activa en la etapa 6 (XBR=1) y se desactiva en la 8 (XBR=0). Las acciones memorizadas pueden representarse tambin mediante un paralelismo, como puede verse en la figura.

La primera casilla puede contener ms de una letra. En estos casos el orden en que estn las letras en la casilla indica el orden en que se han de realizar las funciones indicadas. En algunos casos este orden no tiene importancia pero en otros puede ser decisivo. La accin de abrir comenzar cuando se active la etapa 5 si el pulsador est pulsado y se desactivar inmediatamente. Si no est pulsado al activarse la etapa no habr impulso. Se producir un impulso cada vez que, mientras est activada la etapa 5, alguien pulse el pulsador.

Al activarse la etapa 2 se memoriza (S) y comienza el retardo. La accin de cerrar se iniciar al cabo de tres segundos de la activacin de la etapa 2 aunque esta est desactivada. Conviene observar que si aparece "Cerrar=0" antes de los tres segundos la accin de cerrar no se har.

Al activarse la etapa 4 comienza el retardo. Si cuando han transcurrido seis segundos la etapa 4 todava est activa, comenzar la accin de subir; pero esta accin no podr comenzar si la etapa 4 est inactiva.

Cuando se active la etapa 7 se memoriza (S) y la accin de bajar se realizar cada vez que el sensor se active. Dejar de realizarse la accin, aunque se active el sensor, cuando se encuentre un "Bajar=0".

Cuando la etapa 1 est activa y, adems, est cerrado el contacto del termostato, se memorizar la accin de abrir que ser realizada en forma permanente aunque el termostato cambie de estado. Dejar de realizarse la accin cuando se encuentre un "Abrir=0".

Etapas y transiciones fuente y pozoLa figura siguiente representa una etapa fuente. La etapa 7 se activar al inicializar el sistema y se desactivar cuando la receptividad m sea cierta. No podr volverse a activar hasta que haya una nueva inicializacin del GRAFCET. Equivale a una etapa en la que la transicin anterior a ella es siempre falsa.

La figura siguiente representa una transicin fuente, es decir una transicin siempre validada. Cada vez que la receptividad m sea cierta, la etapa 1 se activar.

Es recomendable que las transiciones fuente vayan asociadas a receptividades condicionadas por flanco. En el caso de la figura, la etapa 1 estar siempre activa mientras m=1 independientemente de cual sea el estado de la receptividad n. La transicin fuente es equivalente a la representacin que aparece a continuacin, en la que no hay etapas ni transiciones especiales.

La figura siguiente representa una etapa pozo. Esta etapa, una vez activada no se puede desactivar. La primera vez que la etapa 4 est activa y a sea cierta, se desactivar la etapa 4 y se activar la 7 (como es lgico). Las siguientes veces en que la etapa 4 est activa y a sea cierta, se desactivar la etapa 4 y la etapa 7 seguir activada. Equivale a una etapa en la que la transicin posterior a ella es siempre falsa. Es posible que una etapa sea fuente y pozo al mismo tiempo.

Etapas consecutivas activasEn un GRAFCET puede haber varias etapas consecutivas que estn activas simultneamente, como ya hemos visto al hablar de las reglas de evolucin 4 y 5. Hay que ir con cuidado al tratar secuencias en las que puedan haber varias etapas activas simultneamente. Veamos, como ejemplo la evolucin siguiente.

Como hemos podido observar, un GRAFCET con varias etapas activas puede pasar a tener slo una segn como se hayan planteado las receptividades y segn en que orden se activen las entradas. Un ejemplo de utilizacin de las etapas consecutivas activas puede ser un proceso de fabricacin en el que el nmero de piezas en proceso por la mquina sea muy variable y cada una de ellas est en puntos diferentes de la mquina; en este caso un posible tratamiento sera que el inicio del GRAFCET fuese en una transicin fuente y el final en una etapa pozo. En un proceso, una mquina ha de empaquetar tres piezas despus de hacer un determinado tratamiento en ellas. Las figuras siguientes presentan una forma de iniciar (izquierda) y una forma de acabar (derecha) la cadena de tratamientos.

En la representacin de la izquierda, cuando la receptividad m sea cierta se activarn las etapas 5, 6 y 7 correspondientes a las tres piezas que comienzan el ciclo. Con las receptividades indicadas, cada pieza esperar a iniciar un tratamiento hasta que lo haya iniciado la anterior. En la representacin de la derecha, cuando las piezas vayan acabando sus tratamientos se irn activando las etapas 1, 2 y 3 de manera que cuando haya tres piezas (etapas 1, 2 y 3 activas) se validar la transicin n.

Combinacin de estructuras bsicasLas estructuras bsicas no siempre son las ms adecuadas para representar la evolucin de un sistema. A veces nos interesar combinarlas entre ellas para obtener la representacin que nos interesa. Algunos sistemas slo admiten las estructuras bsicas; las estructuras que aparecen a continuacin pueden ser tiles para comprobar si un sistema admite o no toda la potencia del GRAFCET y si interpreta correctamente las estructuras que admite. En algunas ocasiones puede ser necesario iniciar un paralelismo inmediato a una seleccin de secuencia o una seleccin de secuencia inmediata a un paralelismo. En el primer caso, tanto el inicio como el final de la citada estructura no representan ningn problema, como puede verse en las figuras siguientes.

En cambio cuando se necesita de una seleccin de secuencias inmediata a un paralelismo no es directamente realizable sino que es necesario aadir etapas sin accin asociada que tienen como nica utilidad la de permitir una representacin correcta. Veamos un ejemplo en las figuras siguientes en las que las etapas 1, 2, 19 y 20 se han puesto slo por motivos estructurales pero no llevarn ninguna accin asociada.

En la figura siguiente tenemos unas ramas paralelas que se van abriendo progresivamente y se cierran simultneamente.

En el caso siguiente, la etapa 8 puede tenerse que activar y desactivar simultneamente.

A continuacin tenemos un caso en que las selecciones de secuencia se combinan de forma poco convencional.

Por ltimo, la siguiente figura presenta un caso en el que se combinan selecciones de secuencia con paralelismos.

Tiempo interno y tiempo externoEl sistema de control de un sistema ha de leer las entradas, determinar la evolucin del sistema segn el GRAFCET y escribir las salidas en forma cclica. Durante la determinacin de la evolucin del sistema los valores considerados como entradas se mantienen constantes a pesar de que las entradas reales (entradas fsicas) puedan cambiar durante este proceso. De la misma forma, el valor de las salidas reales (salidas fsicas) no se ha de modificar hasta que no haya acabado la determinacin de la evolucin del sistema. No se pueden actualizar las salidas fsicas hasta que el sistema no haya llegado a una situacin estable con la situacin de las entradas que se haba memorizado. As pues, debemos hablar de escalas de tiempo diferentes e independientes, una externa al sistema de control y otra interna. La escala de tiempo interna permite expresar correctamente la evolucin del sistema; en la escala de tiempo interna slo intervienen los sucesos internos. La escala de tiempo externa permite expresar correctamente la evolucin de las variables externas. Los franqueamientos de transiciones son medibles en la escala de tiempo interna y despreciables en la escala de tiempo externa. Las temporizaciones se miden en la escala de tiempo externa.

Llamamos situacin de un GRAFCET a cualquier estado real de actividad de etapas. Se llama situacin estable a una situacin que no puede variar sin intervencin de variables externas al sistema de control y situacin no estable a una situacin que puede variar sin intervencin de variables externas al sistema de control. Las situaciones estables tienen una duracin medible en la escala de tiempo externa mientras que las situaciones no estables tienen una duracin despreciable en la escala de tiempo externa y medible en la escala de tiempo interna. Una misma situacin puede ser estable o inestable segn cuales sean los estados de las variables del sistema en aquel momento. Las acciones asociadas a etapas no estables no deben ejecutarse (ya que slo se ven en la escala de tiempo externa) pero s los forzados (que actan en la escala de tiempo interna). En la escala de tiempo externa, las acciones que se mantienen en dos o ms etapas consecutivas se han de realizar sin interrupcin. A continuacin estudiaremos una serie de casos tanto desde el punto de vista del tiempo interno como en tiempo externo para ver las diferencias. Para cada caso indicaremos la evolucin de los estados. Los estados correspondientes a situaciones no estables y las evoluciones en escala de tiempo interna se han representado en color rojo.

Franqueo de una transicin (por receptividad)La etapa 1 es activa y, por tanto, la transicin (1) est validada. Cuando la receptividad a se vuelve cierta, se franquea la transicin.

Franqueo de una transicin (por validacin)La etapa 1 est activa, y por tanto la transicin (1) est validada. La receptividad b es cierta pero, dado que la transicin 2 no est validada, no hay cambio de situacin. Cuando la receptividad a pasa a ser cierta, se activa la etapa 3.

Acciones en etapas no establesCuando una accin est asociada a una etapa no estable, no se realizar. En el ejemplo anterior, la etapa 2 no era estable en la situacin descrita; por tanto si esta etapa hubiese tenido una accin asociada, esta accin no se habra realizado.

De la misma forma, si en un final de paralelismo la receptividad es cierta antes de que todas las etapas estn activas, las acciones asociadas a la ltima etapa activada no sern realizadas. Por este motivo, no tiene sentido que un GRAFCET tenga una transicin siempre vlida (=1) que slo est validada por una nica etapa con acciones asociadas, ya que estas acciones no se realizarn nunca. El ejemplo siguiente permite ver lo que pasa en el caso anterior si la etapa 2 tiene una accin asociada.

La accin HL1 slo se ha representado en la escala de tiempo externo ya que las acciones no tienen sentido en la escala de tiempo interno. Como se ha podido ver, la accin HL1 no se realiza. Cuando se desee que la accin se realice, es necesario que la ecuacin booleana de la receptividad incluya algn parmetro

relacionado con la etapa o la accin. A continuacin se presenta un ejemplo en el que la accin se realiza como mnimo durante un instante, un caso en que la accin se realiza durante un tiempo (de un segundo) fijado por el diseador y, finalmente, otro caso en el que se realiza hasta el final de la accin.

En algunas tecnologas puede suceder que el detector de final de un movimiento est activado antes de iniciarlo porque se mantenga activado desde el movimiento anterior (por ejemplo en neumtica, ya que se requiere un cierto tiempo para purgar los conductos). En estos casos se aconseja comprobar la desactivacin del detector antes de entrar en la etapa que inicia el movimiento.

Transiciones tipo flanco (por receptividad)Repetimos el ejemplo de franqueo de una transicin por receptividad para el caso en que la transicin (1) tenga una receptividad activada por flanco.

Dado que el cambio de estado (flanco) de la variable a llega cuando la etapa 1 est validada, la transicin es franqueable y el GRAFCET cambia a una nueva situacin. En este caso hemos obtenido el mismo resultado con una transicin por flanco que con una transicin booleana (por nivel).

Transiciones tipo flanco (por validacin)Repetimos el ejemplo de franqueo de una transicin por validacin para el cas de que la transicin (2) tenga una receptividad activada por flanco.

La etapa 1 est activa y, por tanto, la transicin (1) est validada. La receptividad b ve un flanco pero dado que la transicin 2 no est validada no hay cambio de situacin. Cuando la receptividad a pasa a ser cierta, dado que la receptividad b se mantiene estable, no habr franqueo de la transicin de forma que la situacin del GRAFCET no cambiar. En este caso el resultado obtenido con una transicin por flanco ha sido diferente del que habamos obtenido con una transicin booleana.

Dos transiciones tipo flanco consecutivasEn el caso de que tengamos dos transiciones consecutivas tipo flanco, cada flanco slo es tenido en cuenta una vez en la misma secuencia dado que, cuando la segunda transicin est validada, el flanco (visto en la escala de tiempo interna) ya ha pasado. El ejemplo siguiente lo pone de manifiesto.

Dos transiciones tipo flanco consecutivas en un GRAFCET con dos etapas activas consecutivasEn el caso en el que tenemos dos transiciones consecutivas tipo flanco en un GRAFCET con dos etapas activas consecutivas, cada flanco slo se tiene en cuenta una nica vez en la misma secuencia. Dado que ambas transiciones ven el flanco simultneamente y slo una vez, el GRAFCET evoluciona como en el ejemplo siguiente.

Receptividad condicionada por una etapa de duracin nulaCuando una receptividad viene condicionada por una etapa de duracin nula y la transicin correspondiente est validada, se deber de franquear, a pesar de que en la escala de tiempo externo la etapa no se active, dado que s se activa en la escala de tiempo interno.

Accin impulsionalEn el caso de que la accin asociada a una etapa sea del tipo impulsional, esta accin slo se realizar durante un instante (medido en la escala de tiempo externo). Vemoslo en un ejemplo.

Accin impulsional condicionadaEn el caso de que la accin asociada a una etapa sea del tipo impulsional y est condicionada, esta accin slo se realizar durante un instante (medido en la escala de tiempo externo) cada vez que la condicin pase de falsa a cierta. Veamos un ejemplo.

Si cuando se activa la etapa la condicin es cierta, la accin tambin se ejecutar.

Accin mantenida en varias etapas consecutivasCuando la misma accin est asociada a dos (o ms) etapas consecutivas, debe ejecutarse sin interrupcin cuando se pasa de una etapa a la otra. Esto se pone de manifiesto en el ejemplo siguiente.