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 1. INTRODUCCIÓN 1.1 INTRODUCCIÓN HISTÓRICA El GRAFCET nació en el año 1977 en un grupo de trabajo de la AFCET (  As soc iat ion Fraais e pou r la Cybern éti que Econo miq ue et Tec hni que , Asociación Francesa para la Cibernética Económica y Técnica) creado en el año 1975. En el mes de Junio del año 1982 se crea la norma francesa UTE NF C 03 -190 (Di agramme foncti onnel "GRAFCET" po ur la descri pt ion de s systèmes logiques de commande ). La cr eaci ón de l GRAF CET fue necesari a, en tr e ot ros mo ti vos, por las dificultades que comportaba la descripción de automatismos con varias etapas simultáneas utilizando el lenguaje normal. Dificultades similares aparecen al intentar hacer esta descripción con diagramas de flujo o usando los lenguajes informáticos de uso habitual. En el año 1988, el GRAFCET es reconocido por una norma internacional, la IEC-848 (Preparation of function charts for control systems , Preparación de diagr amas funcion ales para siste mas de contro l) con los nomb res Function Chart , Diagra mme fonct ionnel o Dia gr ama funcional. La nor ma IEC no reconoce el nombre GRAFCET porqué las traducciones pueden dar lugar a ambigüedades. 1

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1. INTRODUCCIÓN

1.1 INTRODUCCIÓN HISTÓRICA

El GRAFCET nació en el año 1977 en un grupo de trabajo de la AFCET

(  Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique,

Asociación Francesa para la Cibernética Económica y Técnica) creado en el

año 1975. En el mes de Junio del año 1982 se crea la norma francesa UTE NF

C 03-190 (Diagramme fonctionnel "GRAFCET" pour la description des

systèmes logiques de commande).

La creación del GRAFCET fue necesaria, entre otros motivos, por las

dificultades que comportaba la descripción de automatismos con varias etapassimultáneas utilizando el lenguaje normal. Dificultades similares aparecen al

intentar hacer esta descripción con diagramas de flujo o usando los lenguajes

informáticos de uso habitual.

En el año 1988, el GRAFCET es reconocido por una norma internacional, la

IEC-848 (Preparation of function charts for control systems, Preparación 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 porqué las traducciones pueden dar lugar a

ambigüedades.

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1.2 PRINCIPIOS DEL GRAFCET

Un GRAFCET es una sucesión de etapas. Cada etapa tiene

sus acciones asociadas de forma que cuando aquella etapa está activa se

realizan las correspondientes acciones; pero estas acciones no podrán

ejecutarse nunca si la etapa no está activa.

 

Fig. 1.1 Etapa y Acción

Entre dos etapas hay una transición. A cada transición le corresponde

una receptividad, es decir una condición que se ha de cumplir para poder pasar 

la transición. Una transición es válida cuando la etapa inmediatamente anterior 

a ella está activa. Cuando una transición es válida y su receptividad asociada

se cumple se dice que la transición es franqueable.

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Fig. 1.2 Transición y Receptividad

Al franquear una transición se desactivan sus etapas anteriores y se activan las

posteriores.

Las etapas iniciales, que se representan con línea doble, se activan en la

puesta en marcha.

Fig. 1.3 Etapa Inicial

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1.3 LOS TRES NIVELES DEL GRAFCET

El GRAFCET puede utilizarse para describir los tres niveles de

especificaciones de un automatismo. Estos tres niveles son los que

habitualmente se utilizan para diseñar y para describir un automatismo.

1.3.1 GRAFCET de Nivel 1: Descripción Funcional

En el primer nivel interesa una descripción global (normalmente poco detallada)

del automatismo que permita comprender rápidamente su función. Es el tipo de

descripción que haríamos para explicar lo que queremos que haga la máquina

a la persona que la ha de diseñar o el que utilizaríamos para justificar, a las

personas con poder de decisión en la empresa, la necesidad de esta máquina.

Fig. 1.4 GRAFCET Nivel 1

Este GRAFCET no debe contener ninguna referencia a las tecnologías

utilizadas; es decir no se especifica cómo hacemos avanzar la pieza (cilindro

neumático, motor y cadena, cinta transportadora, etc.), ni cómo detectamos su

posición (fin de carrera, detector capacitivo, detector fotoeléctrico, etc.), ni tan

solo el tipo de automatismo utilizado (autómata programable, neumática,

ordenador industrial, etc.).

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1.3.2 GRAFCET de Nivel 2: Descripción Tecnológica

En este nivel se hace una descripción a nivel tecnológico y operativo del

automatismo. Quedan perfectamente definidas las diferentes tecnologías

utilizadas para cada función. El GRAFCET describe las tareas que han de

realizar los elementos escogidos. En este nivel completamos la estructura de la

máquina y nos falta el automatismo que la controla.

Fig. 1.5 GRAFCET Nivel 2

1.3.3 GRAFCET de Nivel 3: Descripción Operativa

En este nivel se implementa el automatismo. El GRAFCET definirá la

secuencia de actuaciones que realizará este automatismo. En el caso de que

se trate, por ejemplo, de un autómata programable, definirá la evolución del

automatismo y la activación de las salidas en función de la evolución de las

entradas.

Fig. 1.6 GRAFCET Nivel 3

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2. CONCEPTOS BÁSICOS

2.1 ELEMENTOS DEL GRAFCET

2.1.1 Etapas y Transiciones

Una etapa caracteriza el comportamiento invariante de una parte o de la

totalidad del sistema representado; corresponde a una situación elemental que

implica un comportamiento estable.

Una etapa del GRAFCET se representa mediante un cuadrado identificado por 

un número; en este caso se ha representado la etapa 3. No puede haber dos

etapas con el mismo número pero tampoco es necesario que sean números

consecutivos ni que respeten ningún orden. La entrada a una etapa es siemprepor la parte superior y la salida por la parte inferior.

Fig. 2.1 Etapa

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 está activa.

También podemos representar las etapas activas sombreando su interior, en

este caso la etapa 9 está activa. Al representar el GRAFCET en un instante,

estamos representando el sistema en aquel instante. Un GRAFCET puede

tener varias etapas activas simultáneamente.

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Fig. 2.2 Etapa Activa

Un cuadrado con línea 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 actúan

como etapas normales. Puede haber tantas etapas iniciales como se desee

pero como mínimo una. Pueden estar situadas en cualquier lugar dentro del

GRAFCET.

Fig. 2.3 Representación de Etapa Inicial

Las transiciones representan la posibilidad de evolución de una etapa a la

siguiente; esta evolución se produce al franquear la transición. El

franqueamiento de una transición implica un cambio en la situación de actividad

de las etapas.

Las transiciones se representan con un trazo perpendicular a la línea que une

dos etapas consecutivas. Una transición está validada cuando todas las etapas

inmediatamente anteriores están activas.

Fig. 2.4 Transición

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Una etapa puede tener más de una entrada. A continuación se han

representado tres casos en los que una etapa tiene tres entradas.

 

Fig. 2.5 Etapa de Tres Entradas.

Una etapa puede tener más de una salida. A continuación se han representado

tres casos en los que una etapa tiene tres salidas.

 

Fig. 2.6 Etapa de Tres Salidas

Hay que evitar aquellas representaciones que puedan inducir a confusión,

como, por ejemplo, las siguientes en las que se puede dudar si hay o no hay

conexión entre la línea vertical y la horizontal.

 

Fig. 2.7 Representaciones Erróneas

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2.1.2 Caminos y Re-envíos

Los 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 evolución 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.

Fig. 2.8 Sentido Vertical Ascendente

Cuando un GRAFCET es grande o complejo se hace difícil representarlo y, a

menudo, hay más de una forma de representarlo. En estos casos hay que

hacer siempre la representación en aquella forma en que el GRAFCET sea

más simple y fácil de seguir. A veces la forma más 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 página son

necesarios los re-envíos. Hay personas que prefieren no trazar nunca caminos

de recorrido ascendente y prefieren sustituirlos por re-envíos. Para los casos

en que el GRAFCET no sea muy grande, podemos utilizar la siguientenotación.

La figura representa un re-envío. El GRAFCET continuará en la etapa indicada,

en este caso la 7.

Fig. 2.9 Sentido Vertical Descendente

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La figura representa la llegada desde un re-envío. En este caso viene de la

etapa 6.

Fig. 2.10 Re-envío

En cambio cuando el GRAFCET ocupa unas cuantas páginas, puede ser 

preferible indicar, además de la etapa de procedencia o de destino, la página

donde esta está situada para que su localización sea más rápida.

 

Fig. 2.11 Localización de Etapas

Al hacer un re-envío se ha de cortar la secuencia etapa-transición-etapa; es

preferible cortar siempre por el punto transición-etapa que por el punto etapa-

transición ya que es preferible representar juntas las transiciones con las

etapas anteriores a ellas.

En aquellos casos en que un re-envío va destinado a diversas etapas, se toma

siempre como referencia de destino la etapa representada más a la izquierda.

Igualmente en aquellos casos en que un re-envío parte de varias etapas, se

toma también como referencia de origen la etapa representada más a la

izquierda.

2.1.3 Acciones Asociadas a las Etapas

Dado que una etapa implica un comportamiento estable, habitualmente las

etapas tendrán acciones asociadas. Las acciones representan lo que hay que

hacer mientras la etapa está activa. Las acciones asociadas a una etapa

pueden ser de tipo externo o de tipo interno; las primeras implican la emisión

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de órdenes hacia el sistema que se está 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 acción. Las aplicaciones

más corrientes son aquellas en que el sistema esta esperando que se produzca

una determinada circunstancia.

Las acciones se representan como rectángulos unidos por un trazo con la

etapa a la que están asociadas. El rectángulo puede tener las dimensiones

necesarias para que se pueda indicar la acción a realizar. En este caso la

acción asociada a la etapa 3 es la apertura de una determinada válvula.

Fig. 2.12 Representación de Acciones

Según el tipo de GRAFCET que estemos realizando, las acciones se pueden

escribir en forma literal (cerrar válvula, avanzar cilindro, etc.) o en forma

simbólica (XBR, SL1, etc.), en este segundo caso será necesaria una tabla

donde se indique el significado de los símbolos utilizados. En el caso de que

una etapa tenga más de una acción, se pueden representar de varias formas,

como muestran las figuras siguientes.

 

Fig. 2.13 Representación de Varias Acciones

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Las acciones pueden estar condicionadas. Cuando una acción está

condicionada sólo se ejecuta mientras la etapa está activa y, además, se

verifica la condición. En las figuras siguientes se han dibujado dos formas de

representar que la etapa 3 tiene dos acciones de las cuales la acción de

calentar tiene una condición (termostato).

 

Fig. 2.14 Acciones Condicionadas

2.1.4 Receptividades Asociadas a las Transiciones

Llamamos receptividad a la condición que se requiere para poder franquear 

una transición válida. Una receptividad puede ser cierta o falsa y se puede

describir en forma literal (fin retroceso, temperatura alcanzada, etc.) o en forma

simbólica (SA1, BQ3, etc.), en este segundo caso será necesaria una tabla

donde se indique el significado de los símbolos utilizados.

Una receptividad puede estar compuesta por un solo dato o por una ecuación

booleana que incluya varios datos. Mientras el resultado de la ecuación

booleana sea 0 (falso) la transición no podrá ser franqueada y sí podrá serlo

cuando el resultado sea 1 (cierto). Los datos que componen la ecuación

booleana de una receptividad pueden ser externos o internos; los primeros

implican la comprobación de variables en el sistema que se está 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 función O, el signo · representa la función Y y una línea sobre la condición o

variable correspondiente representa la negación (función NO).

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A parte de una ecuación booleana, las receptividades pueden expresarse en

forma de texto o mediante dibujos normalizados (diagramas de relés, puertas

lógicas, etc.), según se desee.

2.2 ESTRUCTURAS BÁSICAS

2.2.1 Secuencia

Una secuencia es una sucesión alternada de etapas y transiciones en la que

las etapas se van activando una detrás de otra. Una secuencia está activa

cuando, como mínimo, una de sus etapas está activa. Una secuencia está

inactiva cuando todas sus etapas están inactivas.

Fig. 2.15 Secuencia

2.2.2 Selección de Secuencia

A partir de una determinada etapa, hay dos (o más) secuencias entre las que

se escogerá en función de las transiciones. No es necesario que las distintas

secuencias tengan el mismo número de etapas. En la figura, si estamos en la

etapa 8 y b es cierta iremos por la secuencia de la derecha si c és falsa y por la

de la izquierda si c es cierta. Las dos secuencias confluyen en la etapa 5.

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Fig. 2.16 Selección de Secuencias

En la selección de secuencia es imprescindible que las receptividades

asociadas a las transiciones de selección, en el ejemplo las transiciones (2) y

(7), sean excluyentes, es decir no puedan ser ciertas simultáneamente; por lo

tanto las secuencias son alternativas.

2.2.3 Salto de Etapas

Es un caso particular de selección 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 activarán las etapas 4 y 5 si c es cierta.

Fig. 2.17 Salto de Etapas

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2.2.4 Repetición de Secuencia

Es un caso particular del salto de etapas en el que el salto se realiza en sentidoascendente, de forma que se repite la secuencia de etapas anteriores al salto.

En la figura, se irá repitiendo la secuencia formada por las etapas 2 y 3 hasta

que b sea falsa y c cierta.

Fig. 2.18 Repetición de Secuencia

2.2.5 Paralelismo Estructural

A partir de una determinada etapa, hay dos (o más) secuencias que se

ejecutan simultáneamente. No es necesario que las distintas secuencias

tengan el mismo número de etapas. El inicio de secuencias paralelas se indica

con una línea horizontal doble después de la transición correspondiente. Deforma similar, el final de las secuencias paralelas se indica con otra línea

horizontal doble antes de la transición correspondiente; esta transición sólo es

válida cuando todas las etapas inmediatamente anteriores están activas. En la

figura, al franquear la transición (4), se activarán las etapas 2 y 3 y las dos

secuencias trabajarán simultáneamente. La transición (1) sólo será válida

cuando estén activas las etapas 3 y 5.

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Fig. 2.19 Paralelismo Estructural

2.2.6 Paralelismo Interpretado

El paralelismo interpretado aparece cuando una etapa tiene dos (o más)

salidas y las transiciones correspondientes no son excluyentes.

En la figura, si c y b son ciertas a la vez, se activarán las etapas 1 y 2

simultáneamente. Así pues si en la estructura de selección de secuencia no se

garantiza que las receptividades son excluyentes, se tendrá 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.

Fig. 2.20 Paralelismo Interpretado

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2.3 REGLAS DE SINTAXIS

No puede haber nunca dos transiciones consecutivas sin una etapa en medio.

Así 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 acción

asociada, si así le corresponde) o deben ponerse todas las condiciones en la

misma transición.

Fig. 2.21 Sintaxis de Transiciones

No puede haber nunca dos etapas consecutivas sin transición intermedia. Así

pues la figura representa un GRAFCET incorrecto ya que o bien le falta una

transición entre las etapas 4 y 5 o deben ponerse todas las acciones en una de

las dos etapas.

Fig. 2.22 Sintaxis de Etapas

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2.4 CONDICIONAMIENTO DE ACCIONES

Las acciones y las receptividades pueden venir condicionadas, además de por 

variables externas, por el estado de activación de las etapas o por el tiempo.

2.4.1 Condicionamiento por Etapas

A menudo interesará imponer como condición, para una receptividad o una

acción, el hecho de que una etapa esté activada o desactivada. Para referirnos

a una etapa lo haremos con la letra X. Así en la figura la receptividad será

cierta mientras la etapa 20 esté activa y sólo se realizará la acción cuando

estén activas simultáneamente las etapas 3 y 12.

Fig. 2.23 Condicionamiento por Etapas

2.4.2 Acciones y Receptividades Condicionadas por el Tiempo

En muchos casos hay que utilizar condiciones que dependen del tiempo. Esto

se puede hacer activando un temporizador en la etapa y condicionar la

transición a que el temporizador alcance un determinado valor, pero el

GRAFCET tiene prevista una forma estándar de considerar el tiempo. Hay dos

notaciones para referirse al tiempo.

La primera notación establece que la condición dependiente del tiempo consta

de la letra t seguida de una barra, después hay el número de etapa que se

toma en consideración, una nueva barra y el tiempo a considerar. Esta

condición es cierta cuando el tiempo transcurrido desde la última activación de

la etapa indicada supera el tiempo fijado. Por ejemplo la condición t/7/5s será

cierta cuando hayan pasado cinco segundos desde la última activación de laetapa 7.

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Fig. 2.24 Acciones y Receptividades Condicionadas por el Tiempo

La segunda notación (fijada por la norma IEC-848) establece que la condición

dependiente del tiempo consta de un primer valor (que llamamos t1) seguido de

una barra, después hay una variable cualquiera, una nueva barra y el segundo

valor de tiempo a considerar (que llamamos t2). Esta condición pasa de falsa a

cierta cuando el tiempo transcurrido desde la última activación de la variable

indicada supera el tiempo t1 y pasa de cierta a falsa cuando ha transcurrido un

tiempo t2 desde la última desactivación de la variable considerada.

En el caso de que uno de los dos tiempos (t1 o t2) sea nulo tiene preferencia la

versión simplificada de esta notación en la que sólo se indica el valor distinto de

cero.

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

2.4.3 Receptividades Condicionadas por Flancos

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 transición es válida cuando c

pasa de desactivada a activada, la transición se franqueará; en el caso de que

la transición se haga válida después del cambio de estado de c, no será

franqueada.

Fig. 2.25 Receptividades Condicionadas por Flancos

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En este caso la receptividad es cierta en el instante en el que la variable b pasa

de activada a desactivada. Si la transición es válida cuando b pasa de activada

a desactivada, la transición se franqueará; en el caso de que la transición se

haga válida después del cambio de estado de b, no será franqueada.

Fig. 2.26 Receptividad Flanqueada

El siguiente ejemplo muestra como, en el caso de receptividades

condicionadas por flanco, sólo se tiene en cuenta el valor de la variable si el

cambio de estado se produce cuando la transición es válida. Así vemos un

GRAFCET en el que la transición entre las etapas 4 y 8 está condicionada por 

el flanco de subida de la variable c; en el primer caso el flanco llega cuando la

etapa 4 está activa y, por tanto, se pasa a la 8 mientras que en el segundo

caso el flanco llega cuando todavía está activa la etapa 5 y, por tanto, sólo se

pasa a la etapa 4 y no a la 8 a pesar de que la variable c está activada.

 

Fig. 2.27 Ejemplo de Receptividad Flanqueada

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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 transición

condicionada por un flanco de subida y un GRAFCET equivalente con

receptividades boleanas.

 

Fig. 2.28 Receptividad Boleana

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3. CONCEPTOS AVANZADOS

3.1 REGLAS DE EVOLUCIÓN

Cuando 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 práctica) se deben respetar 

unas reglas (reglas de evolución) ya que, en caso contrario, el funcionamiento

del automatismo o del conjunto de sucesos no sería el que cabría esperar a la

vista del GRAFCET representado.

A continuación citaremos cada una de las cinco reglas de evolución del

GRAFCET acompañadas, si es necesario, de algún ejemplo en el que sea

importante el cumplimiento de la regla que se está comentando.

3.1.1 Regla 1: Inicialización

En la inicialización del sistema se han de activar todas las etapas iniciales y

sólo las iniciales.

La situación inicial de un GRAFCET caracteriza tanto el comportamiento inicial

del sistema (elementos de acción) como el del control (automatismo).

Corresponde al estado en el que se ha de encontrar el sistema al poner en

marcha, al conectar la alimentación, etc.

Habitualmente la situación inicial de un GRAFCET corresponde a una situación

de reposo o de parada segura.

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A menudo en la puesta en marcha de una máquina, el control comienza por 

comprobar si esta se encuentra en la situación inicial adecuada para el

funcionamiento. Si no es así (por ejemplo por que la parada ha sido por 

emergencia o causada por el corte de la alimentación) se deberá llevar el

sistema a la situación inicial adecuada antes de pasar al funcionamiento

deseado del automatismo.

3.1.2 Regla 2: Evolución de las Transiciones

Una transición está validada cuando todas las etapas inmediatamente

anteriores a ella están activas. Una transición es franqueable cuando está

validada y su receptividad asociada es cierta. Toda transición franqueable debeser obligatoriamente e inmediatamente franqueada.

La figura representa una parte de un GRAFCET en un instante determinado.

En este instante la etapa 1 no está activa, lo que hace que la transición (7) no

esté validada, independientemente de si la receptividad a es cierta o no.

Fig. 3.1 Transición no Válida

Ahora la etapa 1 está activa, lo que implica que la transición (7) está validada.

El sistema se mantendrá estable en esta situación mientras la receptividad a

sea falsa (a=0).

Fig. 3.2 Transición Válida

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En esta situación le etapa 1 está activa, lo que implica que la transición (7) está

validada. Dado que la receptividad a es cierta (a=1), la transición es

franqueable y, por tanto, debe ser obligatoriamente franqueada. Esto implica

que la situación representada es una situación que no puede existir nunca ya

que el franqueo de la transición ha de ser inmediato a la activación de a.

Fig. 3.3 Transición Errónea

3.1.3 Regla 3: Evolución de las Etapas Activas

Al franquear una transición se deben activar todas las etapas inmediatamente

posteriores y desactivar simultáneamente todas las inmediatamente anteriores.

La figura representa una parte de un GRAFCET en un instante determinado.

En este instante la etapa 2 no está activa, lo que hace que la transición (7) no

esté validada aunque la etapa 3 sí esté activa e independientemente de si la

receptividad m es cierta o no.

Fig. 3.4 Evolución de Etapa Activa Incompleta

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Ahora las etapas 2 y 3 están activas, lo que implica que la transición (7) está

validada. El sistema se mantendrá estable en esta situación mientras la

receptividad m sea falsa (m=0).

Fig. 3.5 Evolución de Etapa Activa Completa

En esta situación las etapas 2 y 3 están activas, lo que implica que la transición

(7) está validada. Dado que la receptividad m es cierta (m=1), la transición es

franqueable y, por tanto, ha de ser obligatoriamente franqueada. Esto implica

que la situación representada es una situación que no puede existir nunca ya

que el franqueo de la transición ha de ser inmediato a la activación de m.

Fig. 3.6 Evolución de Etapa Activa Errónea

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3.1.4 Regla 4: Simultaneidad en el Franqueamiento de las Transiciones

Las transiciones simultáneamente franqueables han de ser simultáneamente

franqueadas.

La existencia de esta cuarta regla nos permite la descomposición de un

GRAFCET complejo en dos más 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 activación

de la etapa correspondiente del otro GRAFCET ya que, en caso contrario, el

funcionamiento de las dos estructuras no sería el mismo.

 

Fig. 3.7 Simultaneidad en el Franqueamiento de las Transiciones

Si no se verificase la cuarta regla, una de las dos transiciones sería franqueada

antes que la otra que, por tanto, dejaría de ser válida y, por ello, ya no sería

franqueable. La estructura que se ha presentado en la figura de la derecha se

llama segunda forma de paralelismo interpretado. A menudo es conveniente

señalar 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.

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3.1.5 Regla 5: Prioridad de la Activación

Si al evolucionar un GRAFCET, una etapa ha de ser activada y desactivada almismo tiempo, deberá permanecer activa.

Esta regla tan simple es la que es deja de cumplirse con más facilidad ya que

cuando se implanta un GRAFCET sobre un sistema automatizado (relés,

neumática, autómatas programables, etc.) es corriente utilizar elementos de

memoria para almacenar la información de actividad de las etapas. Estos

elementos de tipo memoria, pensando en la seguridad, tienen habitualmente la

desactivación 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.

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 deberá desactivar y activar la etapa

2 simultáneamente. Si no se cumple la quinta regla, el GRAFCET se quedará

sin ninguna etapa activa. La estructura presentada no es muy elegante y hay

formas más simples de obtener el mismo funcionamiento; como, por ejemplo, la

de la figura de la derecha.

 

Fig. 3.8 Prioridad de la Activación

En este otro caso es imprescindible el correcto cumplimiento de las reglas 4 y

5.

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3.2 REPRESENTACIÓN DE LAS ACCIONES SEGÚN IEC-848

La norma IEC-848 (Preparation of function charts for control systems,

Preparación de diagramas funcionales para sistemas de control) presenta una

forma general de descripción de las acciones asociadas a las etapas.

Una acción genérica se representará como en la figura siguiente donde la

casilla 2 contiene la descripción de la acción, la casilla 3 contiene la etiqueta

que indica la referencia de la señal de comprobación de la ejecución y la casilla

1 indica las características lógicas que relacionen la realización de la accióncon la activación de la etapa, según la relación siguiente.

Fig. 3.9 Norma para la Representación de las Acciones

• C Acción condicionada

• D Acción retardada

• L Acción limitada en el tiempo

• P Acción impulsional

• S Acción memorizada

La tercera casilla se utiliza en pocas ocasiones. Se trata de señalar (con una

etiqueta alfanumérica) cual de las condiciones indicadas en la receptividad

inmediatamente posterior a la etapa, indica que la acción se está ejecutando o

se ha ejecutado. Sólo deben representarse las casillas 1 y 3 en caso de que

sean necesarias.

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En el caso que se representa a continuación no se calentará mientras esté

activa la etapa 1 sino sólo cuando, además de estar la etapa activa, el

termostato esté activado. Por ejemplo en el control de un horno hay una etapa

de cocción (etapa 1) pero el quemador no ha de estar siempre activado sino

sólo cuando sea necesario para mantener la temperatura. Podemos

representar la condición fuera del rectángulo (izquierda) o dentro (derecha).

 

Fig. 3.10 Ejemplo 1

La acción retardada (letra D) implica que la acción empieza un cierto tiempo

después de la activación de la etapa, siempre que la etapa todavía siga activa.

En el ejemplo, se empezará a cerrar después de medio segundo contado

desde la activación de la etapa 2. Se dejará 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 acción retardada se puede representar con un GRAFCET que sólo tenga

acciones sencillas, como muestra la figura. Fijémonos que debe preverse el

caso de que la receptividad final (k) sea cierta antes del transcurso del tiempo.

 

Fig. 3.11 Ejemplo 2

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La acción limitada (letra L) implica que la acción termina un cierto tiempo

después de la activación de la etapa, siempre que la etapa todavía siga activa.

En el ejemplo, la sirena ha de comenzar a sonar cuando se active la etapa 3 y

sonará durante dos segundos excepto en el caso de que la etapa 3 se

desactive antes, en cuyo caso la sirena dejaría de sonar al desactivarse la

etapa. El caso de acción limitada se puede representar con un GRAFCET que

sólo tenga acciones sencillas, como muestra la figura. Fijémonos que debe

preverse el caso de que la receptividad final (h) sea cierta antes del transcurso

del tiempo.

 

Fig. 3.12 Ejemplo 3

La acción impulsional (letra P) corresponde a una acción limitada a un iempo

muy corto. La acción de activar comenzará cuando se active la etapa 4 y se

desactivará inmediatamente. La duración de los impulsos será un tiempo muy

pequeño pero suficiente para conseguir el efecto deseado.

Fig. 3.13 Ejemplo 4

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Las acciones memorizadas implican que en una etapa determinada se activa

una acción y esta acción 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 también mediante un

paralelismo, como puede verse en la figura.

 

Fig. 3.14 Ejemplo 5

La primera casilla puede contener más de una letra. En estos casos el orden en

que están 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 acción de abrir comenzará cuando se active la etapa 5 si el pulsador está

pulsado y se desactivará inmediatamente. Si no está pulsado al activarse la

etapa no habrá impulso. Se producirá un impulso cada vez que, mientras esté

activada la etapa 5, alguien pulse el pulsador.

Fig. 3.15 Ejemplo 6

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Al activarse la etapa 2 se memoriza (S) y comienza el retardo. La acción de

cerrar se iniciará al cabo de tres segundos de la activación de la etapa 2

aunque esta esté desactivada. Conviene observar que si aparece "Cerrar=0"

antes de los tres segundos la acción de cerrar no se hará.

Fig. 3.16 Ejemplo 7

Al activarse la etapa 4 comienza el retardo. Si cuando han transcurrido seis

segundos la etapa 4 todavía está activa, comenzará la acción de subir; pero

esta acción no podrá comenzar si la etapa 4 está inactiva.

Fig. 3.17 Ejemplo 8

Cuando se active la etapa 7 se memoriza (S) y la acción de bajar se realizará

cada vez que el sensor se active. Dejará de realizarse la acción, aunque se

active el sensor, cuando se encuentre un "Bajar=0".

Fig. 3.18 Ejemplo 9

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Cuando la etapa 1 esté activa y, además, esté cerrado el contacto del

termostato, se memorizará la acción de abrir que será realizada en forma

permanente aunque el termostato cambie de estado. Dejará de realizarse la

acción cuando se encuentre un "Abrir=0".

Fig. 3.19 Ejemplo 10

3.3 ETAPAS Y TRANSICIONES FUENTE Y POZO

La figura siguiente representa una etapa fuente. La etapa 7 se activará al

inicializar el sistema y se desactivará cuando la receptividad m sea cierta. No

podrá volverse a activar hasta que haya una nueva inicialización del

GRAFCET. Equivale a una etapa en la que la transición anterior a ella essiempre falsa.

Fig. 3.20 Etapa Fuente

La figura siguiente representa una transición fuente, es decir una transición

siempre validada. Cada vez que la receptividad m sea cierta, la etapa 1 se

activará.

Fig. 3.21 Transición Fuente

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Es recomendable que las transiciones fuente vayan asociadas a receptividades

condicionadas por flanco. En el caso de la figura, la etapa 1 estará siempre

activa mientras m=1 independientemente de cual sea el estado de la

receptividad n. La transición fuente es equivalente a la representación que

aparece a continuación, en la que no hay etapas ni transiciones especiales.

Fig. 3.22 Transición Fuente con Receptividad Condicionada por Flanco

La figura siguiente representa una etapa pozo. Esta etapa, una vez activada no

se puede desactivar. La primera vez que la etapa 4 esté activa y a sea cierta,

se desactivará la etapa 4 y se activará la 7 (como es lógico). Las siguientesveces en que la etapa 4 esté activa y a sea cierta, se desactivará la etapa 4 y la

etapa 7 seguirá activada. Equivale a una etapa en la que la transición posterior 

a ella es siempre falsa. Es posible que una etapa sea fuente y pozo al mismo

tiempo.

Fig. 3.23 Etapa Pozo

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Finalmente, la figura representa una transición pozo. Cada vez que la

receptividad sea cierta, se desactivará la etapa anterior. Equivale a una

transición seguida de una etapa pozo. Es recomendable que las transiciones

pozo vayan asociadas a receptividades condicionadas por flanco.

Fig. 3.24 Transición Pozo

3.4 ETAPAS CONSECUTIVAS ACTIVAS

En un GRAFCET puede haber varias etapas consecutivas que estén activas

simultáneamente, como ya hemos visto al hablar de las reglas de evolución 4 y

5.

Hay que ir con cuidado al tratar secuencias en las que puede haber varias

etapas activas simultáneamente. Veamos, como ejemplo la evolución siguiente.

 

Fig. 3.25 Etapas Consecutivas Activas

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Como hemos podido observar, un GRAFCET con varias etapas activas puede

pasar a tener sólo una según como se hayan planteado las receptividades y

según en que orden se activen las entradas.

3.5 COMBINACIÓN DE ESTRUCTURAS BÁSICAS

Las estructuras básicas no siempre son las más adecuadas para representar la

evolución de un sistema. A veces nos interesará combinarlas entre ellas para

obtener la representación que nos interesa. Algunos sistemas sólo admiten las

estructuras básicas; las estructuras que aparecen a continuación pueden ser 

útiles 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 selección de secuencia o una selección de secuencia inmediata a un

paralelismo. En el primer caso, tanto el inicio como el final de la citada

estructura no representan ningún problema, como puede verse en las figuras

siguientes.

 

Fig. 3.26 Paralelismo Inmediato a una Selección de Secuencia o Viceversa

En cambio cuando se necesita de una selección de secuencias inmediata a un

paralelismo no es directamente realizable sino que es necesario añadir etapas

sin acción asociada que tienen como única utilidad la de permitir una

representación correcta. Veamos un ejemplo en las figuras siguientes en las

que las etapas 1, 2, 19 y 20 se han puesto sólo por motivos estructurales pero

no llevarán ninguna acción asociada.

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Fig. 3.27 Selección de Secuencias Inmediata a un Paralelismo

En la figura siguiente tenemos unas ramas paralelas que se van abriendo

progresivamente y se cierran simultáneamente.

Fig. 3.28 Ramas Paralelas Progresivas

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

simultáneamente.

Fig. 3.29 Activación y Desactivación de una Etapa

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A continuación tenemos un caso en que las selecciones de secuencia se

combinan de forma poco convencional.

Fig. 3.30 Selección de Secuencia poco Convencional

Por último, la siguiente figura presenta un caso en el que se combinan

selecciones de secuencia con paralelismos.

Fig. 3.31 Selección de Secuencias con Paralelismos

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4. EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL MÉTODO GRAFCET

Para lograr una mejor comprensión del método GRAFCET, fue necesario

buscar un ejemplo que se pueda presentar en la industria, en el cual sea

necesario utilizar el mando secuencial y poder representarlo con este método

en el laboratorio de la escuela.

4.1 MÁQUINA SELLADORASe tiene una máquina que consta de 3 pistones, al inicio los pistones estarán

contraídos, el pistón A será el primero en realizar una acción, la cual consiste

en recoger y sujetar la pieza, una vez sujeta y posicionada, se accionará el

pistón B, el cual será el encargado de sellar la pieza e inmediatamente

contraerse una vez realizado esta acción, después retrocede A con lo que la

pieza deja de estar sujeta, y al final el pistón C será el encargado de expulsar la

pieza ya sellada, para después una vez ya realizada esta acción se contraiga y

vuelva a su estado original.

Fig. 4.1 Máquina Selladora

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4.2 DIAGRAMA ESPACIO-FASE

A continuación se presenta el diagrama espacio-fase el cual nos dará la secuencia desalida para cada uno de los pistones y el momento en el que deberán accionarse, todo

esto nos servirá para armar el gráfico del método GRAFCET.

Fig. 4.2 Diagrama Espacio-Fase

4.3 GRAFCET Nivel 1

Fig. 4.3 Nivel 1

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Para lograr construir este gráfico nivel 1, solo fue necesario seguir las

funciones que se especificaban en el funcionamiento del problema, todo esto

con lenguaje que cualquier persona podría comprender, ya que es por medio

de palabras como se explica el proceso completo de la máquina selladora paso

por paso.

4.2 GRAFCET Nivel 2

Fig. 4.4 Nivel 2

En este nivel se representa el mismo diagrama que en el 1, solo que aquí se

especifica solamente por medio de letras que son las que representan la

entrada y salida del pistón.

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4.3 DIAGRAMA DE PLC

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Fig. 4.5 Diagrama de PLC

Aquí es donde ya el sistema del método GRAFCET, nos sirve para acomodar 

los datos en el PLC, de acuerdo a lo que se requiere que haga la máquina.

FUENTES DE INFORMACIÓN

edison.upc.edu/curs/grafcet/intro/niveles.html

Automatización: Problemas Resueltos con Autómatas Programables

Romera J. P/ Lorite J. A

Ed. Mac Graw Hill

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