Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

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Fundamentos de Automática 1 Principios básicos. Técnicas de modelado. Modelado mediante Redes de Petri. Implantación de Redes de Petri Directa. GRAFCET. S7-GRAPH. Grao en Enxeñería Mecánica MODELADO DE SISTEMAS

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Fundamentos de Automática

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• Principios básicos.

• Técnicas de modelado.

• Modelado mediante Redes de Petri.

• Implantación de Redes de Petri

– Directa.

– GRAFCET.

– S7-GRAPH.

Grao en Enxeñería Mecánica

MODELADO DE SISTEMAS

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Grao en Enxeñería Mecánica

Principios básicos

• Modelar un sistema consiste en realizar una descripción del mismo, para

analizarlo y determinar posibles mejoras en su funcionamiento.

• Ventajas:

– Un mismo modelo puede representar a varios sistemas físicos.

– Al trabajar con el modelo liberamos el sistema físico modelado.

– En caso de anomalía no hay riesgo de daños en el sistema físico modelado.

• Inconvenientes:

– El modelo es una aproximación al sistema físico.

• Tipos de modelado:

– Modelado estructural: Define las partes del sistema y sus interconexiones.

– Modelado funcional: Describe el funcionamiento o comportamiento del

sistema.

• Sistemas secuenciales: Las salidas en un instante determinado dependen de

como se hayan aplicado (secuencia) los cambios en las entradas.

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Grao en Enxeñería Mecánica

Técnicas de modelado

• Tratan de describir la evolución de las salidas y del estado interno del sistema,

que depende de estados y entradas anteriores, en función del estado y de las

entradas actuales.

• Tabulares:

– Representan, mediante una tabla, la evolución del estado y de las salidas

frente a todas las posibles combinaciones de las entradas.

– Tabla de estados.

– Tabla de fases.

– Diagrama de fases.

• Gráficas:

– Representan, mediante elementos gráficos (segmentos, flechas, nodos, étc.),

la evolución del estado y de las salidas.

– Grafo reducido.

– Redes de Petri.

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Grao en Enxeñería Mecánica

Técnicas de modelado: Tabulares

• Tabla de fases / Diagrama de fases:

– En cada casilla de una tabla se especifica el nuevo estado (si procede) al que

evoluciona el sistema en función del estado actual y de una determinada

combinación de las entradas.

00 01 10 11 s1s2

q1

q2

q3

x1x2

-- q1 q2 q3

q3 q3 q2 10 --

q2 q1 q3 -- 00

01

q1

q3

q2

x1x2

x1x2

x1=x2

x1x2

x1x2

x1x2

x1x2

x1x2

– En el diagrama de fases cada estado se representa por un círculo y la

evolución entre estados mediante segmentos orientados.

– Descripción exhaustiva del sistema:

• Combinaciones de las entradas sin significado físico.

• Inutilizable en sistemas complejos con gran número de entradas y salidas.

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Grao en Enxeñería Mecánica

Técnicas de modelado: Gráficas

• Grafo reducido (GR):

– Similar a un diagrama de fases en el que la condición lógica que provoca

una evolución entre 2 estados es cualquier combinación lógica de las

entradas.

– Receptividad: Un sistema es receptivo a un determinado evento o condición,

si éste es capaz de hacer evolucionar su estado.

d i

A B

M

R

D

I

M

B

A d

i

– Sensibilidad: Un sistema es sensible a determinada condición lógica, si ésta

es capaz de hacer evolucionar sus salidas sin que evolucione su estado.

H

d/H

i/H

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Grao en Enxeñería Mecánica

Grafo Reducido: Ejemplos (I)

• Conjunto de carros sincronizados: El regreso a la izquierda se hace

conjuntamente tras llegar todos los carros a la derecha.

d2 i2

C D M

d1 i1

A B

d1, d2

M

B

A

D d2 d1

D

B

i1, i2

i2

C

C

A

i1

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Grao en Enxeñería Mecánica

Grafo Reducido: Ejemplos (II)

• Acciones simultáneas: Ejecución simultánea de 2 acciones, A y B, seguidas de

una acción C. Acciones A y B compuestas de subacciones (A1, A2, A3) y (B1,

B2, B3).

A, B

A

C

B

fin A

fin A

fin B

fin B

A1, B1

A1, B2 A2, B1

A3, B1

A2, B2

f A1

f A2

f B1

f B1 A1, B3

B1 A1

B2

B3

A3, B3

A2, B3 A3, B2

A2

A3

C

f A3

f B1

f B2

f B2

f B3

f B3

f A3

f A1

f A2

f B1 f B2

f B2 f B3

f B3

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Grao en Enxeñería Mecánica

Grafo Reducido: Propiedades

• Los conceptos de receptividad y sensibilidad permiten simplificar la descripción

del sistema.

• La información que aporta es mínima, pero suficiente para modelar el sistema

• Ejemplo carro va-y-viene.

• En el caso de evoluciones paralelas o simultáneas:

– Modificaciones pequeñas o locales pueden significar cambiar totalmente la

descripción

• Paso de 1 carro a 2 carros.

– Da lugar a descripciones complejas con gran número de estados

• Paso de 2 carros a 3 carros.

– No permite una descripción descendente del sistema

• Acciones simultáneas con subacciones.

• No es una herramienta flexible: El estado del GR es el estado global del sistema

y no un subestado parcial.

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Introducción

• La Red de Petri (RdP) es una herramienta matemática y gráfica para modelar

sistemas de diversa índole, en especial sistemas secuenciales concurrentes.

• La parte gráfica consiste en un grafo orientado con 2 tipos de nudos:

– Lugares, representados por círculos.

– Transiciones, representadas por segmentos lineales.

• Los lugares y las transiciones se unen mediante Arcos, representados por líneas

finalizadas en punta de flecha:

– Los arcos van desde las transiciones a los lugares o viceversa, pero nunca

unen 2 lugares o 2 transiciones.

• Un lugar puede contener un número positivo o nulo de Marcas, representadas

por puntos en el interior del lugar:

– El conjunto de marcas asociado, en un determinado instante, a los lugares

constituye un Marcado de la RdP.

• A los lugares se les asocia acciones o salidas. A las transiciones se les asocia

eventos (combinaciones lógicas de las entradas) y acciones o salidas.

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Comportamiento

• El comportamiento de la RdP viene dado por la evolución del marcado

– Un lugar p es de entrada a la transición t si existe un arco orientado de p

hacia t.

– Un lugar p es de salida de la transición t si existe un arco orientado de t

hacia p.

– Una transición está sensibilizada si todos sus lugares de entrada están

marcados.

– Una transición sensibilizada es disparada o franqueada si se verifica el

evento asociado

• El disparo de una transición consiste en eliminar una marca de cada uno de sus

lugares de entrada y añadir una marca a cada uno de sus lugares de salida, si el

pesos de todos los arcos es igual a 1.

• Si el peso de un arco de p hacia t es a, al disparar t se eliminan a marcas de p.

• Si el peso de un arco de t hacia p es b, al disparar t se añaden b marcas a p.

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Evolución marcado

Si A=1

Y B=0

A.B

2

3

2

A.B

2

3

2

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Ejemplos (I)

• Conjunto de carros sincronizados: El regreso a la izquierda se hace

conjuntamente tras llegar todos los carros a la derecha.

M

d1 i1

A B

d2 i2

C D

d3 i3

E F

M

B D

A C

i2 i1

d2 d1

M

B D

A C

d2 d1

F

E

d3

i2 i1 i3

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Ejemplos (II)

• Acciones simultáneas: Ejecución simultánea de A y B, seguida de C. Acciones

A y B compuestas de subacciones (A1, A2, A3) y (B1, B2, B3).

B A

C

fin A fin B

B1 A1

fin A1 fin B1

A2

fin A2

A3

fin A3

B2

fin B2

B3

fin B3

C

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Configuraciones

• Un lugar con varios arcos de entrada y/o de salida se denomina nudo O

• Una transición con varios arcos de entrada y/o de salida se denomina nudo Y

. . .

. . .

Nudo Y Conjunción

. . .

Distribución

. . .

. . .

Nudo O

. . .

Selección

. . .

. . .

Atribución

– Selección: Un arco de entrada y varios de salida.

– Atribución: Varios arcos de entrada y uno de salida.

– Distribución: Un arco de entrada y varios de salida.

– Conjunción: Varios arcos de entrada y uno de salida.

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Propiedades

• Una transición es viva, para un marcado M0, si, para todo marcado M alcanzable

desde M0, existe un marcado sucesor de M a partir del cual se puede disparar la

transición. Una RdP es viva, para un marcado dado, si todas sus transiciones son

vivas para ese marcado.

• Una RdP es binaria, para un marcado dado, si cualquier marcado alcanzable es

tal que ningún lugar posee más de una marca.

• Una RdP es conforme, para un marcado dado, si es binaria y es viva.

• Varias transiciones, descendientes del mismo lugar, sensibilizadas

simultáneamente están en conflicto si el lugar de entrada no posee suficientes

marcas para dispararlas simultáneamente. El conflicto se hace efectivo si se

verifican simultáneamente los eventos asociados a las transiciones.

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Características

• Herramienta clara y fácil de utilizar para el modelado de sistemas concurrentes

– El marcado representa el estado del sistema.

• Contiene los conceptos de receptividad y sensibilidad, lo que permite obtener

descripciones con un mínimo de información.

• Simplifica la representación de evoluciones simultáneas debido a su facilidad

para realizar modificaciones locales y su capacidad para permitir descripciones

descendentes

– Paso de n a n+1 carros.

– Acciones simultáneas con subacciones.

• Permite una primera validación del correcto funcionamiento del sistema en base

a la comprobación de ciertas propiedades de la RdP (vivacidad, conflictos,

marcado ilimitado, …).

• Independiente de cualquier tecnología (eléctrica, neumática, hidráulica, …).

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Salidas impulsionales

• Acciones que se ejecutan durante el cambio de estado en una señal, mientras que

las salidas por nivel (asociadas a los lugares) se ejecutan durante el tiempo que

una señal se encuentra en un determinado estado.

• Se asocian a las transiciones y son generadas al disparar las mismas.

• Se representan en la RdP con /* después del evento asociado a la transición.

• Temporizaciones: Permiten permanecer en un lugar un tiempo determinado.

D

A.B

C1> valor final

A.B

D

D /* inc C1

• Contaje: Permiten permanecer en un lugar hasta que se produzca un

determinado número de eventos.

/* in T1

. fin T1

/* C1=0

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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

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Redes de Petri: Salidas condicionadas

• Permiten implantar el concepto de sensibilidad:

– El marcado de la RdP no varía no varía el estado, pero sí evolucionan las

salidas.

• Una salida condicionada asociada a un lugar se activa si el lugar está marcado y

si se verifica la condición asociada.

• Se representan escribiendo la condición después de la acción con una barra /

intercalada.

d

/ A A

B

A

A

B

d

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Extensiones

• Permiten obtener descripciones más condensadas y fáciles de utilizar.

• Arcos inhibidores

– Van desde un lugar a una transición, nunca de una transición a un lugar.

– Se representan sustituyendo la punta de flecha del arco convencional por un

pequeño círculo.

– Las transiciones con arcos inhibidores sólo podrán ser disparadas si los

lugares de los que parten dichos arcos están desmarcados.

– Tras el disparo se aplican las reglas convencionales de evolución del

marcado.

– Siempre se puede obtener una RdP equivalente sin arcos inhibidores.

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Capacidades modelado (I)

• Exclusión mutua

– Relativa a recursos que sólo pueden ser utilizados por un proceso o por un

número limitado de procesos a la vez (recurso común).

– En RdP se modela mediante lugares marcados con más transiciones de

salida que de entrada (selección).

¿A=B=1?

– Problemas de conflicto entre las transiciones de salida

• Es necesario establecer prioridades.

.A B A

B A

B A

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21

Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Capacidades modelado (II)

• Alternancia

– La alternancia entre procesos (modelados con subredes de Petri) puede

darse sin necesidad de la existencia de un recurso común.

A

fin A

B

fin B

C

fin C

• Alternancia entre los procesos A, B y C, siguiendo la secuencia A → B → C →

A → B → C …

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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

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Redes de Petri: Capacidades modelado (III)

• Alternancia

– La alternancia entre procesos (modelados con subredes de Petri) puede

darse sin necesidad de la existencia de un recurso común.

• El proceso B presenta 2 finales distintos alternos fin B1 → fin B2 → fin B1 …

A

fin A

B

fin B

C

fin C

• Alternancia entre los procesos A, B y C, siguiendo la secuencia A → B → C →

A → B → C …

B

fin B1 fin B2

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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

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Redes de Petri: Capacidades modelado (IV)

• Alternancia

– La alternancia entre procesos (modelados con subredes de Petri) puede

darse sin necesidad de la existencia de un recurso común.

• El proceso B presenta 2 finales distintos alternos fin B1 → fin B2 → fin B1 …

A

fin A

B

fin B

C

fin C

• Alternancia entre los procesos A, B y C, siguiendo la secuencia A → B → C →

A → B → C …

B

fin B1 fin B2

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24

Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Capacidades modelado (V)

• Modularidad

– Un conjunto de secuencias representadas por una Subred de Petri se puede

reutilizar (llamar) desde diversos puntos de la red principal

– Se consiguen descripciones de menor tamaño y modularidad.

d

s

Pa

Tai

Taf

M1

d

s

Pa

Tbi

Tbf

M2

d

s

Pa

Tci

Tcf

M3

• Es necesario recordar el punto de regreso de la secuencia.

• No se podrá ordenar la llamada de la subred mientras se está utilizando.

Tai Tbi

Tci

Taf Tbf

Tcf

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Capacidades modelado (VI)

• Modularidad

– Un conjunto de secuencias representadas por una Subred de Petri se puede

reutilizar (llamar) desde diversos puntos de la red principal

– Se consiguen descripciones de menor tamaño y modularidad.

d

s

Pa

Tai

Taf

M1

d

s

Pa

Tbi

Tbf

M2

d

s

Pa

Tci

Tcf

M3

• Es necesario recordar el punto de regreso de la secuencia.

• No se podrá ordenar la llamada de la subred mientras se está utilizando.

d

s

Pa

Tai Tbi

Tci

Taf Tbf

Tcf

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Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Sistema complejo (I)

• Los carros A y B transportan material desde los puntos de carga CA y CB,

respectivamente, hasta el punto de descarga D.

• Si el carro A se encuentra en CA y se oprime el pulsador MA, comienza un ciclo

CA-D-CA

– Espera eventual en EA hasta que la zona común se encuentre libre.

– Espera obligatoria en D de 100 seg.

• El funcionamiento del carro B es similar (al pulsar MB realiza el ciclo CB-D-

CB), pero con espera en D de 50 seg., y prioridad en caso de demanda

simultánea de la vía compartida.

CA

dB iB

CB

B

MA

D MB

EA

EB

G

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de Autómatas

27

Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Sistema complejo (II)

MA MB

EA ↓

EB

dB

dA,G

iA,G

G

D /* in T100

fin T100

iA

CA

dB

iB

D /* in T50

fin T50

dA

EA

EB ↓

iB

CB

EB

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Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

28

Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Sistema complejo (II)

MA MB

EA ↓

EB

dB

dA,G

iA,G

G

D /* in T100

fin T100

iA

CA

dB

iB

D /* in T50

fin T50

dA

EA

EB ↓

iB

CB

Page 29: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

29

Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

Redes de Petri: Sistema complejo (II)

MA MB

EA ↓

EB

dB

dA,G

iA,G

G

D /* in T100

fin T100

iA

CA

dB

iB

D /* in T50

fin T50

dA

EA

EB ↓

iB

CB

EB EA EB

dA / EA dB / EB

EB .

Page 30: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

30

Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

Redes de Petri: Implantación directa (I)

• Método sistemático de generación de código en el API a partir de la RdP:

– Asignar entradas y salidas del API a eventos y acciones de la RdP.

– Asignar marcas del API a las transiciones y lugares de la RdP.

– Programar en distintos módulos (FCn) del API

• 1ª fase: Evaluación de las condiciones de disparo de las transiciones.

M 1.0

E 1.0

& =

M 3.0

M 1.1

E 1.1

& =

M 3.1

& =

M 3.2

E 1.1

E 1.2

M 1.2

M 1.3

FC1

P = E 1.0

A = E 1.1

B = E 1.2

d = A 2.0

i = A 2.1

M 1.0

M 1.1

M 1.2

M 1.3

M 3.0

M 3.1

M 3.2

P

A i

d, i

d

A.B

Page 31: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

31

Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

Redes de Petri: Implantación directa (II)

• Método sistemático de generación de código en el API a partir de la RdP:

– Programar en distintos módulos (FCn) del API …

• 2ª fase: Disparo de las transiciones y evolución del marcado.

RS R

S Q

M 1.0

M 3.2

M 3.0 RS

R

S Q

M 1.1

M 3.0

M 3.1

RS R

S Q

M 1.2

M 3.0

M 3.2

RS R

S Q

M 1.3

M 3.1

M 3.2

FC2

P = E 1.0

A = E 1.1

B = E 1.2

d = A 2.0

i = A 2.1

M 1.0

M 1.1

M 1.2

M 1.3

M 3.0

M 3.1

M 3.2

P

A i

d, i

d

A.B

Page 32: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

Redes de Petri: Implantación directa (III)

• Método sistemático de generación de código en el API a partir de la RdP:

– Programar en distintos módulos (FCn) del API …

• 3ª fase: Activación de las salidas.

– Establecer condiciones iniciales (marcado, contaje, …) en módulo

específico (OB100).

– Programar en otro módulo operaciones de temporización, contaje, …

– Establecer en el módulo principal (OB1) las llamadas al resto de módulos.

≥ 1

=

A 2.0

=

A 2.1 ≥ 1

M 1.1

M 1.3

M 1.2

M 1.3

FC3

P = E 1.0

A = E 1.1

B = E 1.2

d = A 2.0

i = A 2.1

M 1.0

M 1.1

M 1.2

M 1.3

M 3.0

M 3.1

M 3.2

P

A i

d, i

d

A.B

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de Autómatas

33

Grao en Enxeñería Mecánica

Redes de Petri: Implantación normalizada

• Dificultad para describir e implantar en KOP, FUP o AWL procesos complejos.

• Necesidad de facilitar la comunicación entre personal de diferente formación.

• Posibilidad de diseñar programas de control sin conocer los lenguajes citados.

• GRAFCET: Lenguaje gráfico, evolucionado a partir de RdP, para representar

sistemas secuenciales:

– Representación gráfica de la evolución de un proceso mediante una

sucesión de etapas.

– Cada etapa lleva asociadas unas acciones, que se ejecutan cuando la etapa

está activa.

– Entre 2 etapas existe una transición, con una condición asociada. La

transición es válida si la etapa anterior está activa.

– La verificación de la condición de una transición válida implica la

activación de la etapa siguiente y la desactivación de la precedente.

– Las etapas iniciales se activan en la puesta en marcha.

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de Autómatas

34

Grao en Enxeñería Mecánica

GRAFCET: Etapas

• Una etapa corresponde a un estado de funcionamiento estable.

• Se representan mediante un cuadrado con un número en su interior, que indica

el orden de la etapa en el Grafcet.

2 0 5 1

Abrir válvula Activar motor

Abrir válvula

Activar motor

• Las etapas iniciales se representan con un cuadrado doble y debe existir como

mínimo una.

• Una etapa puede tener más de una entrada / salida.

• Las acciones asociadas a las etapas se representan dentro de rectángulos,

situados a la derecha de las etapas y, conectados a las mismas.

6

6

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de Autómatas

35

Grao en Enxeñería Mecánica

GRAFCET: Transiciones

• Permiten representar la posibilidad de evolución entre etapas. Esta evolución se

produce al franquear la transición.

• Se representan con un trazo perpendicular a la línea que une dos etapas

consecutivas.

2

3

D A.B

1

2

6

7

t/6/10s

5

6

=1 E↑

4

5

M↓

3

4

• La condición que permite franquear una transición se denomina condición de

transición.

• Para la evaluación de la condición de transición se utiliza lógica positiva.

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36

Grao en Enxeñería Mecánica

GRAFCET: Uniones

• Las uniones, arcos orientados o caminos, indican las vías de evolución del

GRAFCET.

• Conectan etapas con transiciones y transiciones con etapas.

• El sentido general de evolución es de arriba hacia abajo. Cuando no sea éste, se

indicará mediante flechas.

• Estructuras básicas:

A.B

1

2

3

E↑

Secuencia Selección Salto Repetición Simultaneidad

A.B

5

E↑

6

4

D E↓

7

A.B

3

4

5

E↑

E↓

D

A.B

2

3

4

E↑

D

E↓

A.B

6 7

8

5

E↓

Page 37: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

37

Grao en Enxeñería Mecánica

GRAFCET: Ejemplo montacargas (I)

• Dos montacargas pueden ascender (acciones u1/u2) o descender (acciones d1/d2).

En los extremos de los recorridos existen fines de carrera superiores (A1/A2) e

inferiores (B1/B2). En la situación inicial ambos montacargas se encuentran en

su posición inferior.

• Caso 1:

– Cada montacargas posee un pulsador

independiente (M1/M2) para comenzar el

movimiento ascendente.

– No se permite el funcionamiento

simultáneo de ambos montacargas.

– El accionamiento simultáneo de los 2

pulsadores no puede ocurrir.

– Al llegar al extremo superior el

montacargas correspondiente desciende

hasta la situación inicial.

0

M1 M2

1 u1 3 u2

A1 A2

2 d1 4 d2

B1 B2

Page 38: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

38

Grao en Enxeñería Mecánica

GRAFCET: Ejemplo montacargas (II)

• Caso 2:

– Un único pulsador (M) permite

comenzar el movimiento ascendente

de ambos montacargas a la vez.

– Al llegar a su extremo superior, cada

montacargas desciende hasta su

situación inicial.

– Para comenzar cada ciclo es

necesario que ambos montacargas se

encuentren en su posición inferior.

0

M

u1 1 3 u2

A1 A2

d1 2 4 d2

B1.B2

B1 B2

Page 39: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

39

Grao en Enxeñería Mecánica

GRAFCET: Ejemplo montacargas (III)

• Caso 3:

– Igual al caso anterior, pero ambos

montacargas han de comenzar su

descenso a la vez.

M

1 u1 u2

2 d1 d2

0

B1.B2

B1 B2

A1 A2

A1.A2

M

u1 1 3 u2

A1 A2

2 4

0

d1 5 7 d2

B1 B2

6 8

Page 40: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

40

Grao en Enxeñería Mecánica

S7-GRAPH: Introducción

• Lenguaje gráfico de programación de autómatas de Siemens, basado en la

normalización del GRAFCET. Implanta los conceptos

– Etapas.

– Transiciones.

– Estructuras:

• Cadenas secuenciales.

• Saltos.

• Ramas alternativas.

• Ramas simultáneas.

– Acciones asociadas a etapas:

• Estándar / Controladas por eventos.

• Condicionadas.

• Activación / Desactivación etapas.

– Temporizaciones y contajes.

Page 41: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

41

Grao en Enxeñería Mecánica

S7-GRAPH: Etapas y Transiciones

Sn Nombre n

Nombre n

Acción

Ti Nombre i

Sn+1 Nombre n+1

Nombre n+1

Ti+1 Nombre i+1

Sn+2 Nombre n+2

Nombre n+2

Acción

Acción

Ti+2 Nombre i+2

E 1.5 E 5.1

E 8.8 &

Page 42: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

42

Grao en Enxeñería Mecánica

S7-GRAPH: Estructuras (I)

Sn

Ti

Sn+1

Ti+1 Ti+2

Ti+1

Sn

Sm

Tj

Sm+1

Tj+1

Ti+2

Tj+1

• Cadenas secuenciales y saltos.

Sm Sm

Page 43: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

43

Grao en Enxeñería Mecánica

S7-GRAPH: Estructuras (II)

• Ramas alternativas y simultáneas.

S1

T1 T6 T7

S2

S3

T2

Sm Sx

S4

T3

Tm

S5

T5

S1

T5

Tz

Ty

T4

Sy Sz

Tz

S1

Tx Tx+1

Sm Sx

T1

S2

S3

T2

S4

S5

T5

S1

T5

Sz

S1

T3

Tx

Sy

Sn

Ty

T4

Page 44: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

• Acciones estándar: Se ejecutan mientras la etapa se encuentre activa.

• Acciones controladas por eventos: Se ejecutan cuando se cumple el evento

asociado

– El estado del evento se detecta mediante evaluación por flancos.

– Operaciones específicas para activar / desactivar otras etapas.

• Acciones condicionadas: Se ejecutan cuando se cumple la condición asociada

– Se aplican tanto a acciones estándar como controladas por eventos.

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

44

Grao en Enxeñería Mecánica

S7-GRAPH: Acciones

• Se ejecutan de “arriba” a “abajo” cuando se activa la etapa. Se componen de

– Un evento (opcional) y una operación.

– Un operando o una asignación.

Sn Nombre n

Nombre n

op2

operando x ev

operando y

op1

Page 45: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

45

Grao en Enxeñería Mecánica

S7-GRAPH: Acciones estándar

Operación Operando Descripción

N A, E, M, D Mientras esté activa la etapa la señal del operando será 1.

S A, E, M, D Activar: Al activarse la etapa el operando se pondrá a 1 y

permanecerá en dicho estado al desactivarse la etapa.

R A, E, M, D Desactivar: Al activarse la etapa el operando se pondrá a 0 y

permanecerá en dicho estado al desactivarse la etapa.

D A, E, M, D

T#<n>

Retardo a la conexión: El operando se pondrá a 1 n seg. después de la

activación de la etapa, y permanecerá en ese estado hasta la

desactivación de la misma.

L A, E, M, D

T#<n>

Impulso limitado: El operando se pondrá a 1 al activarse la etapa y permanecerá en ese estado n seg. o hasta que se desactive la etapa.

CALL FBx, FCx Llamada a bloque: Al activarse la etapa se llama al bloque indicado.

Sn Nombre n

Nombre n

D

M 1.0 N

A 5.7

S A 2.3

T#3M25S

Page 46: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Evento Significado

S1

S0 ETAPA

INACTIVA

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

46

Grao en Enxeñería Mecánica

S7-GRAPH: Acciones con eventos

Sn Nombre n

Nombre n

M 1.0 S1 N

A 3.6 S0 S

• Sólo se ejecutan en el ciclo en el que aparece el evento.

S0 = 1 ETAPA

INACTIVA

S1 = 1

ETAPA ACTIVA

Page 47: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

47

Grao en Enxeñería Mecánica

S7-GRAPH: Acciones especiales

Sn Nombre n

Nombre n

M 1.0 S1 NC

A 5.0 R

• Acciones para activar / desactivar etapas.

E 3.4 M 8.7 Interlock

C

C

A 3.6 SC

Evento Operación Operando Descripción

S1 ON, OFF Sn Activar (ON) o desactivar (OFF) la etapa n en

función del evento.

S1 OFF S_ALL Desactivar todas las etapas, a excepción de la etapa

en la que se encuentra la acción.

S0 ON, OFF Sn Activar (ON) o desactivar (OFF) la etapa n en

función del evento.

• Acciones condicionadas.

S5 S0 ON

S8 S1 OFF

Page 48: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

48

Grao en Enxeñería Mecánica

S7-GRAPH: Operandos específicos

• Permiten utilizar las informaciones de sistema relativas a las etapas como

operandos en transiciones, interlocks y acciones.

Operando Significado

Sn.X Variable binaria que indica si la etapa Sn está activa o no.

Sn.T Variable que indica el tiempo total transcurrido desde la última activación de la etapa Sn.

Sn.U Variable que indica el tiempo transcurrido, sin errores, desde la última activación de la etapa Sn.

Transn.TT Variable binaria que indica si se verifica la condición asociada a la transición Transn.

Sn

Ti & E 3.4

Sm.X

Sn

Ti Cmp

>= Sn.T

T#30S

Page 49: Tema 4- Modelado de Sistemas Secuenciales

Fundamentos de Automática – Modelado de Sistemas para la Programación

de Autómatas

49

Grao en Enxeñería Mecánica

S7-GRAPH: Ejemplo

• Caso 3 ejemplo montacargas de GRAFCET.

S0

T3

S0

S1 S2

S3 S4

T1

T2

T3

C

C

C

C

C

“A1”

C

“A2”

C

“B1”

C

“B2”

&

&

&

“A1”

“A2”

“B1”

“B2”

“M”

N “u1” “u2”

NC “d1” NC “d2”

C N C