GRAFCET - Ejemplo Control de la puerta de un Horno

Pablo Cedeño
28 mar 2020
5 Min. de lectura

Actualizado: 23 abr 2020

El objeto de esta entrada es la presentación de la metodología GRAFCET como solución al desarrollo de programas de control para procesos secuenciales. La creciente complejidad de los automatismos industriales se traduce en una mayor dificultad para definir de una manera clara y sin ambigüedades las especificaciones funcionales a las que debe responder. Esto se complica por la utilización de un gran número de informaciones de entradas y salidas.

La complejidad de los automatismos industriales en los últimos años, han conducido a realizar representaciones gráficas para comprender las especificaciones funcionales independientemente de la tecnología a usar, pudiendo ésta ser cableada (módulos neumáticos, relés electromecánicos o módulos electrónicos) o programada (PLC, PC o Microcontroladores).

Estas nuevas formas de representación se basan en los conceptos de etapa y de transiciones que simplifica en gran medida la síntesis de los automatismos secuenciales, al considerar el hecho de que, entre el gran número de informaciones disponibles, pocas son significativas en un determinado momento.

Este diagrama funcional permite describir los comportamientos del automatismo en relación a las informaciones que recibe, imponiendo un funcionamiento riguroso, evitando de esta forma incoherencias, bloqueos o conflictos en el funcionamiento. En cada nivel de descripción, este diagrama puede ser modificado o corregido, sin necesidad de volver a partes ya estudiadas.

Conceptos Básicos

El GRAFCET se compone de un conjunto de:

Etapas o Estados a las que van asociadas acciones .
Transiciones a las que van asociadas receptividades (condición de transición) .

Etapas

Una etapa se caracteriza por un comportamiento invariable en una parte o en la totalidad de la parte de mando.

En un momento determinado, y según sea la evolución del sistema: Una etapa puede estar activa o inactiva.

Una etapa se caracteriza por un comportamiento invariable en una parte o en la totalidad de la parte de mando.

Las etapas se representan por un cuadrado con un número en su parte superior como identificación. La entrada y salida de una etapa aparece en la parte superior e inferior, respectivamente, de cada símbolo. El conjunto formado por el cuadrado y la extensión de las entradas y salidas constituye el símbolo completo de la etapa:

Acciones asociadas a las etapas

Las acciones están descritas, literal (Funcional) o simbólicamente (direcciones del PLC, Pines del Microcontroladores), en el interior de uno o varios rectángulos unidos al símbolo de la etapa a la que van asociados.

Tanto las acciones asociadas a las etapas como las receptividades asociadas a las transiciones se pueden describir a dos niveles:

Literal (Funcional): no tienen en cuenta los elementos tecnológicos que implementan el órgano operativo y sólo se atienden a las especificaciones de tipo funcional. Se trata de describir las funciones del sistema.

Simbólico (Direccional): se especifican los aspectos técnicos de la tecnología que se va a usar y de las especificaciones operacionales del órgano de control.

Cuando las acciones están descritas en forma simbólica, se debe hacer una tabla de direcciones.

Transición

Una transición indica la posibilidad de evolución entre etapas. Esta evolución se consuma al producirse el franqueo de la transición. El franqueo de una transición provoca el paso en la parte de mando de una etapa a otra o otras etapas.

Una transición puede estar validada o no validada. Se dice que está validada cuando todas las etapas inmediatamente unidas a esta transición están activas.

Una transición entre dos etapas se representa mediante una línea perpendicular a las uniones orientadas. Para facilitar la comprensión del GRAFCET cada transición puede ir numerada a la izquierda de la línea perpendicular.

Receptividad asociada a la transición

A cada transición va asociada una proposición lógica llamada receptividad que puede evaluada a verdadero o falso. Entre todas las informaciones disponibles en un momento determinado, la receptividad agrupa solamente aquellas que son necesarias para el franqueo del transición. La receptividad es función de informaciones externas (entradas) o internas (estado de contadores, temporizadores, estados activos o inactivos de otras etapas).

Las entradas de la parte de mando corresponden a las informaciones externas provenientes de la parte operativa, de consignas dadas por el operador, o de informaciones de otros sistemas.

La receptividad va escrita literal o simbólicamente, preferentemente a la derecha del símbolo de la transición.

Cuando la receptividad está escrita en forma simbólica, una tabla debe dar la correspondencia entre cada símbolo utilizado y la información correspondiente. En el ejemplo anterior.

Cuando no hay condición asociada a una transición, se dice que la receptividad es verdadera siempre y se escribe =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.

Regla 1: Inicialización

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

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 debe ser obligatoriamente e inmediatamente franqueada.

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.

Regla 4: Simultaneidad en el franqueamiento de las transiciones

Las transiciones simultáneamente franqueables han de ser simultáneamente franqueadas.

Regla 5: Prioridad de la activación

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

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.
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.

Ejemplo - Control de la puerta de un horno

Condiciones de diseño:

Una puerta de un horno industrial tiene tres funciones, abrir, cerrar y parar.
La puerta esta accionada por un motor eléctrico.
En la posición inicial la puerta está cerrada.
Con un pulsador se da la señal para abrir, la puerta se mueve hasta alcanzar el final de carrera (abierto). Una vez abierta ella se cierra automáticamente al cabo de 5 segundos o manual si se presiona el pulsador de cerrar.
El movimiento de cierre dura hasta que alcance el final de carrera (cerrado).
Tiene un sensor que si detecta un objeto cuando la puerta se esta cerrando la puerta se detiene, espera 2 segundos y abre, luego se cierra automáticamente al pasar 5 segundos.
Si se dispara el relé térmico la puerta se detiene y se debe llevar a su posición inicial manualmente.
El control debe tener una parada de emergencia.
Si se dispara el térmico debe encender un piloto luminoso.