grafcet by jaf

8/8/2019 Grafcet by JAF

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LEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 1 Jos Antnio Faria

4. Modelao e Programao em Grafcet

4.1. Noes fundamentais

4.2. Noes complementares

4.3. Exemplo de aplicao: partilha de recursos

4.4. Macro-etapas e macro-aces

4.5. Mtodos de implementao

Anexo: Programao em Grafcet com o software PL7


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Introduo

O que o Grafcet?

um mtodo grfico de apoio concepo de sistemas industriais

automatizados,

que permite representar, atravs de modelos do tipo dos grficosde estados, o comportamento de sistemas sequenciais.

Onde reside o seu interesse?

a partir do modelo Grafcet de um sistema, pode ser gerado

automaticamente o programa do controlador desse sistema,

sendo muito mais simples construir o modelo Grafcet, do que

desenvolver o programa do controlador.


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Introduo

Na fase de concepo de sistemas automatizados, o Grafcet

oferece a possibilidade de:

descrever o funcionamento de sistema complexos atravs de

modelos compactos e, dessa forma, estruturar a concepo desse

sistemas;

com base nos modelos, simular o funcionamento dos sistemas e,

assim, detectar e eliminar eventuais erros de concepo antes de

passar fase de implementao;

a partir do modelo do sistema, gerar automaticamente o programa

do autmato programvel.


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Introduo

Relativamente aos grficos de estados convencionais, o Grafcet

introduz a possibilidade de representar:

a sincronizao de operaes entre subsistemas, que podemdecorrer em simultneo ou em alternativa;

o funcionamento dos sistemas segundo vrios nveis de detalhe

(semelhante programao estrutu;

as interaces entre sistemas de controlo organizados

hierarquicamente;

o que no possvel representar de forma simples com os grficos de

estados.


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Introduo

Na concepo dos sistemas industriais automatizados, a construodo modelo Grafect uma etapa intermdia entre a especificao do

sistema e o programa final.

Modelao Codificao

Especificao Modelo Programa

LD I1AND I2

ST Q4LD I3CU C3

...

...

aps premir o boto de incio,o motor entra em movimentocom velocidade lenta;aps a passagem de 30 peas,

...


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Exemplo inicial: prensa automatizada

Na figura est

representada

uma prensa

automatizada,

na qual so

fabricadas peas

por compresso

de um material

em p.


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Funcionamento

A prensa constituda por um puno inferior fixo, um puno

superior mvel e uma matriz tambm mvel e o seu ciclo de

funcionamento o seguinte:

com a matriz e o puno superior nas suas posies alta,

colocada a matria prima na matriz;

depois do operador premir o boto de incio de ciclo, o puno

desce comprimindo a matria prima, aps o que regressa posio inicial;

de seguida, a matriz desce para permitir a evacuao da pea,

aps o que regressa sua posio alta.


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Especificao tecnolgica

O material colocado manualmente

pelo operador;

o puno superior e a matriz so

accionados por cilindros hidrulicos deduplo efeito;

as posies altas e baixas destes

dispositivos so detectadas pelos

interruptores fim-de-curso a1, a0, b1 eb0;

a evacuao da peas efectuada por

jacto de ar comprimido comnadado poruma electrovlvula.


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Modelo


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4.1. Noes fundamentais


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Grafcet: Noes fundamentais

Etapa: Representa um dos estados do sistema, ou de uma parte do

sistema.

Transio: Representa uma evoluo possvel entre dois dos estados

do sistema.

Aco: Representa uma ordem enviada ao processo fsico quando

estiver activa a etapa a que a aco est associada.

Receptividade: Representa uma condio associada a uma transio,

cujo valor depende do estado do processo fsico e que autoriza o

disparo dessa transio.


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Alternncia etapa - transio

Qualquer que seja a sequncia percorrida num Grafcet deve existir sempre

uma alternncia entre etapas e transies, isto :

duas etapas nunca podem estar ligadas directamente, mas devem estar

separadas por uma transio; duas transies nunca podem estar ligadas directamente, mas devem estar

separadas por uma etapa.

Sendo assim, no

so permitidas asseguintes estruturas:


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Interface com o processo fsico

Num modelo Grafcet, tipicamente:

os sinais provenientes dos

detectores esto associa-

dos s receptividades os ordens enviadas

aos actuadores esto

associadas s aces as etapas e as

transies definem

a estrutura do programa

do controlador

Ac

tuadores

De

tectores

Estrutura do programado controlador


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Convenes

As etapas activas so assinaladas atravs de (*) na parte

inferior do smbolo da etapa.

A numerao das etapas qualquer.

Por defeito, as ligaes entre etapas e transies so da direita

para a esquerda e de cima para baixo.

Ligaes de baixo para cima e da direita para a esquerdadevem ser assinaladas com seta.


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Sequncias de operaes simultneas (ns do tipo AND)

Considere-se a associao dos 3 postos de trabalho automticos

representada junto e cujo funcionamento o seguinte:

aps a rotao da mesa, so

iniciadas, em simultneo,

as operaes nos 3 postos;

aps a concluso dasoperaes nos 3 postos,

executada uma nova rotao

da mesa.


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Sequncia

ssimultneas:modeloGrafcet


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Sequncias de operaes simultneas

Neste sistema, existem dois pontos de sincronizao dos 3 postos, no

incio e no fim das respectivas sequncias de operaes.

Uma vez iniciadas, as operaes em cada posto decorrem

independentemente do avano das operaes nos outros postos.

No Grafcet, este tipo de sincronizao, correspondente a ns do tipo

AND, representada atravs de um trao duplo, conforme

representado nos modelos anteriores.

De notar que cada etapa representa o estado de um subsistema. O

estado global do sistema num dado instante representado pelo

conjunto de etapas activas nesse instante.

incio em simultneo das


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...

10 20 30

11 21 31

16 28 37

incio em simultneo das

operaes nos 3 postos

(activao simultnea das

etapas 10, 20 e 30)

fim de rotao

rodar mesa

"1"nova rotao depois de concludas

as operaes nos 3 postos

(etapas 16, 28 e 37

simultneamente activas

0

sequncias nos 3 postos evoluem

independentemente umas das outras

Sequncia

sdeoperaessimultneas


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Sequncias de operaes alternativas (ns do tipo OR)

Considere-se o sistema de transporte do tipo prtico representado

na figura e cujo funcionamento o seguinte:

o operador selecciona o posto para onde se deve deslocar o carro;

este, conforme a sua posio inicial, desloca-se para a

esquerda ou para

direita;

aps atingir o posto

seleccionado, ...


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Sequncias alternativas: modelo Grafcet

Neste sistema, a partir do estado de repouso, o sistema pode executar

uma de vrias sequncias de operaes alternativas.

Depois de concluda essa sequncia de operaes, o sistema regressa

ao seu estado de repouso.

De notar que cada transio representa uma evoluo possvel do

estado do sistema.

Quando as sequncias alternativas so exclusivas (como acontece

neste caso), necessrio garantir que as transies de entrada dessas

sequncias so incompatveis, isto , que nunca podem ser

simultaneamente verdadeiras, mesmo em caso de avaria ou de errodo operador.


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Sequncias alternativas: modelo Grafcet


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Sequncia

sdeoperaesalte

rnativas

...

10 20 30

11 21 31

16 28 37

a partir do repouso, o sistema pode executar

uma de 3 sequncias de operaes alternativas

(disparo da transio 10, ou 20 ou 30)

o sistema regressa ao estado de repouso depois

de concluda a sequncia de operaes

dis aro da transi o 17, ou 29 ou 38

0

17 29 38

10 20 30

sequncias executadas em alternativa

R d l


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Regras de evoluo

As regras de evoluo do Grafcet determinam a evoluo da situao*

do Grafcet, isto , a activao e a desactivao das etapas.

So cinco as regras de evoluo: Inicializao

Validao

Disparo

Disparos simultneos Activao/desactivao simultnea

* Nota: porsituao do Grafcetdesigna-se o conjunto de etapasactivas num determinado instante.

1 I i i li


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1. Inicializao

As etapas inicialmente activas so assinaladas atravs de um

duplo trao.

Exemplo

Quando o sistema de controlo

representado pelo Grafcet

junto entra em funcionamento,

as etapas 1 e 3 so

imediatamente activadas,

tal como as sadas O1, O3 e O5.

1

2 3

O1, O3

O5

2 Validao


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2. Validao

Uma transio est validada ou no validada. Est validada se todas as suas etapas de entrada estiverem

activas.

Exemplos:

t3

t4 t5 t6t1 t2

Nestas figuras:

as transies t1, t2, t4 e t5 esto validadas

as transies t3 e t6 no esto validadas

3 Di


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3. Disparo

Uma transio disparada se estiver validada e a receptividade quelhe est associada tomar o valor lgico 1.

O disparo de uma transio provoca a desactivao das etapas de

entrada e a activao das etapas de sada dessa transio.

Exemplos:

t1 t111 t3 t3

t1 t11

3 Disparo (cont )


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3. Disparo (cont.)

Exemplos:

t41 t4

t21 t2

t11 t12 t131 11 t11 t12 t13

4 Disparos simultneos


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4. Disparos simultneos

Vrias transies simultneamente disparveis so disparadas em

simultneo.

Exemplos:

t91 t91 t9 t9

t11 t12 t131 10 t11 t12 t131 10

5 Activao e desactivao simultneas


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5. Activao e desactivao simultneas

Se, simultaneamente, uma etapa activada e desactivada pelo disparo

simultneo de duas transies, ento essa etapa permanece activa.

Exemplos:

t1

t1

1

1

t1

t1

1

1

t91 t91


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4.2. Noes complementares

Noes complementares: Introduo


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Noes complementares: Introduo

Alm das noes fundamentais apresentadas:

etapa, transio, receptividade e aco

regras de evoluo

o Grafcet define um conjunto de noes complementares que

no seu conjunto pemitem construir modelos compactos, logo

mais facilmente compreensveis, de sistemas complexos:

variveis internas;

aces condicionais, pontuais;

temporizaes;

macro-etapas macro-aces

Variveis internas


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Variveis internas

A varivelXi representa uma varivel booleana tal que:

se a etapa i activa entoXi = verdadeiro

se a etapa i no activa entoXi = falso

t1

3 15

4

x15 t1

3 15

4

x15

Aces condicionais


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Aces condicionais

Uma aco condicionada associada a uma etapa, apenas executadaquando, alm dessa etapa estar activa, se verifica uma outra condio

lgica adicional.

Exemplo: a sada O4 activada se, quando a etapa 4 estiveractiva, a entrada I6 tomar o valor 1.

t1

3

4

I7

O3

O5I6: O4

x4

I6

O5

O4

Aces pontuais


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Aces pontuais

Por defeito as aces so contnuas e executadas enquanto as etapas a queesto associadas estiverem activas. As aces pontuais, ao contrrio, so

executada momentaneamente.

A durao das aces pontuais insignificante em face das constantes de

tempo do sistema

fsico controlado, mas suficiente

para produzir um efeito ao nvel

interno do controlador, por exemplo

incrementar um contador ou

disparar um temporizador. t1

3

4

I7

O3

P O5

P CU C2

Aces memorizadas


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As aces memorizadas continuam a ser executadas depois da etapa a queesto associadas ter sido desactivada, e at que seja dada uma ordem em

contrrio.

Estas aces soassinaladas com *,

como no exemplo

ao lado.

O3, O5

O1, O5, O3

O1, O9, O5

O4

O3, O5*

O1, O3

O1, O9

O4, O5*

Temporizaes


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p

A notao t / i / T designa uma varivel que toma o valor lgico1 depois de ter decorrido o perodo T aps a activao da etapa i.

Exemplo: 20 segundos aps a activao da etapa 13, se nessa altura

a etapa ainda estiver activa, a varivel t / 13 / 20 seg tomao valor lgico 1.

x7

t / 7 / 20 seg

20 se

< 20 seg

Temporizaes


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p

As variveis temporizadas podem ser associadas a aces ou atransies.

Exemplo:

13

14

I7

t / 13 / 20 seg: O3

O5

t / 14 / 1 min

x13

O5

O3 20 seg

1 mint / 14 / 30 seg: O7

x14

30 seg

Temporizaes


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Nota:

Como se ver*, o software de programao que ser utilizado

nas aulas prticas, para suportar a programao detemporizaes, associa a cada etapa i uma varivel Xi.T que

contm o tempo decorrido desde a activao dessa etapa.

Para resolver os exerccios que lhes sero propostos, osalunos podem optar por utilizar a notao definida pela

norma do Grafcet (t/Xi/T) ou as variveis Xi.T.

* Anexo: Programao em Grafcet com o software PL7


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4.3. Exemplo de aplicao: partilha de recursos

Exemplo: Sistema de transporte


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Na figura seguinte est representado o sistema de transporte demateriais entre dois postos de trabalho P1 e P2 e um armazm Px.

O carro C1 efectua os transportes de material entre o posto de fabricoP1 e o posto de entrada do armazm Px. O movimento deste carro comandado pelos sinais Av1 e Rec1, respectivamente, para fazeravanar C1 no sentido de P1 para Px, e para fazer C1 recuar de Pxpara P1.

De forma idntica, ocarro C2, quetransporta materiaisentre P2 e Px, comandado pelossinais Av2 e Rec2.

P1

P2

Px

AvRec

e1

e2

C2

C1

Exemplo: Sistema de transporte


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...

O ciclo de operaes efectuado por C1 o seguinte:

uma vez no posto P1, aguarda a activao do sinal fc1 que

indica o fim da operao de carga neste posto;

ento, C1 desloca-se at ao ponto E1, situado entrada da

parte comum da trajectria dos dois carros;

se o troo estiver desocupado, C1 avana imediatamente at

Px; no caso contrrio, C1 aguarda em E1 que C2 abandone o troo

comum para, s ento, avanar at Px;

uma vez chegado a Px aguarda o sinal fdx que indica a

concluso das operaes de descarga em Px, aps o queregressa a P1;

Para C2, o ciclo de operaes idntico.

O problema da partilha de recursos


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O exemplo de aplicao anterior introduz um novo tipo de problema

designado por partilha de recursos.

Os problemas de partilha de recursos esto associados s situaes

em que:

1. Dois ou mais utilizadores disputam o acesso a um dado

recurso;

2. Esse recurso apenas pode ser acedido por um utilizador decada vez (acesso em regime de excluso mtua).

Noo de recurso partilhado


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No exemplo anterior, o recurso partilhado consiste troo comum aos

trajectos efectuados pelos dois carros de transporte, dado que esse

ttroo apenas pode ser acedido por um dos carros de cada vez.

P1

P2

Px

AvRece1

e2

C2

C1

recurso partilhado

Noo de recurso partilhado


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De uma forma geral, entende-se por recurso partilhado um dado

subsistema cuja utilizao pode ser solicitada por vrios

utilizadores ao mesmo tempo, mas s um desses utilizadores o

pode utilizar de cada vez.

Outro exemplo tpico de recurso partilhado consistir num robot

de carga que sirva simultaneamente vrias mquinas cujasoperaes internas evoluam independentemente uma das outras,

conforme o exemplo seguinte.

Recurso partilhado: outro exemplo


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A clula flexvel defabrico representadana figura ao lado

produz dois tipos depeas distintos: A e B.

Cada uma dasmquinas (M1 e M2)

e o robot manipulador

(MNP) apenas pode

operar uma pea decada vez.

T1

M1

M2

MNP

T2



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Os processos de fabrico dos dois tipos de peas so os seguintes.

Peas Tipo A

i. Transporte T1 M1 (Mnp)

ii. Operao O11 (M1)

iii. Transporte M1 M2 (Mnp)

iv. Operao O12 (M2)

v. Transporte M2 T2 (Mnp)

Peas Tipo B

i. Transporte T1 M2 (Mnp)

ii. Operao O21 (M2)

iii. Transporte M2 M1 (Mnp)

iv. Operao O22 (M1)

v. Transporte M1 T2 (Mnp)



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Neste sistema:

se chegar uma nova pea do tipo A clula atravs do tapete

T1, a pea ter de aguardar em T1 at que o robot MNP e amquina M1 estejam livres para poder ser efectuado o

transporte de T1 para M1;

quando a M1 termina a operao sobre uma pea do tipo B, apea s poder ser retirada de M1 e transportada para T2

quando o robot MNP estar livre;

...

Bloqueio (deadlock)


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Note-se que o facto de se garantir a excluso mtua no acessoaos recursos partilhados, no suficiente para se evitaremsituaes de bloqueio.

De facto, na clula de fabrico anterior, o ocorrer uma situaode bloqueio (deadlock) se:

a mquina M1 estiver ocupada com uma pea do tipo A espera que a mquina M2 fique livre,

a mquina M2 estiver ocupada com uma pea do tipo B

espera que a mquina M2 fique livre.

Recurso partilhado: mais um exemplo


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Tambm no domnio da informtica so frequentes as situaes

em que existem recursos partilhados que tem de ser acedidos em

regime de excluso mtua (impressoras, ficheiros, ...).

Uma das situaes mais tpicas prende-se com acesso a tabelas

(ficheiros) de bases de dados num sistema de informao

distribudo, conforme o exemplo seguinte, relativo a umaaplicao bancria, ilustra.



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Processo Balco

i. Ler saldo actual na bdd

ii. Calcular novo saldoiii. Actualizar saldo na bdd

Processo ATM

i. Ler saldo actual na bdd

ii. Calcular novo saldoiii. Actualizar saldo na bdd

Cdigo Saldo

Tabela Clientes



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Saldo inicial: 200c

ATM (levantamento 50c)

i. Ler saldo (100c)

ii. Novo saldo (50c)

iii. Actualizar (50c)

Balco (depsito 100c)

i. Ler saldo (100c)

ii. Novo saldo (150c)

iii. Actualizar (150c)

Saldo final: 50c



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Para evitar o problema ilustrado pela situao anterior, o acessoem escrita tabela que contm os saldos das contas dos clientestem de ser efectuado em regime de excluso mtua.

Nota: J o acesso em leitura mesma tabela no requerexcluso mtua.

Tal como no exemplo da clula de fabrico, tambm no acesso stabelas de bases de dados em regime de excluso mtua, sofrequentes as situaes em que podem surgir situaes bloqueio.

Representao em Grafcet das situaes de partilha de recursos


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A resoluo dos conflitos induzidos pela existncia de recursos

partilhados um problema fundamental da automao industrial.

Recorrendo ao Grafcet, so possveis 3 tipos de solues pararepresentar a partilha de recursos:

representao pela estrutura do Grafcet;

representao pela interpretao do Grafcet;

representao mista.

Estas solues so exemplificadas a seguir para o sistema de

transporte descrito anteriormente.

Av2

Rec

2


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A Rc

2 2 2

fc1

110

e1

111

Av1

12

1

px

113

Av

1

14

fdx

115

Rec1

e1

1

16

Rec1

p1

Av

2

Rec2

20

21

22

23

24

25

px

fdx

e2

f e

2

6p

1

X12

Representaopela

estrutura

X15


55/115


fc1

110

e1

111

Av

1

12 p

x

113

Av

1

14 f

dx

11

5

Rec

1

e

1

11

6

Rec

1

p

1

Av

2

Av

2

Rec

2

R

ec

2

20

21

22

23

24

25

px fdx e2fc2 e2

26

p2

X

23+X24+X

25

X1

2+X13+X1

4+X

Representaopela

interpretao

X23

X26

Nota: Xi designa o flanco


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fc1

110

e1

111

A

v1

12

px

113

A

v1

14

fdx

115

R

ec1

e1

116

R

ec1

p1

Av2

Av2

Rec2

Rec2

20 21 22 23 24 25

px

fdx

e2

fc2

e2

26

p2

X1

X1+X12

1 2

X13+

X

X16

+

X Nota: Xi designa o flanco

ascendente da varivel Xi, isto , oinstante de activao da etapa i.

Represen

t aom i

st a

Comentrios


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1. Representao pela estrutura

A cada recurso partilhado associada uma etapa (neste exemplo a

etapa 1) tal que, quando essa etapa est activa o recurso est livre e,

quando est inactiva, o recurso est ocupado.

A receptividade X12 associada transio da etapa 22 para a etapa 23

necessria devido regra de evoluo 4 (disparos simultneos).

De facto, se as receptividades das transies 12/13 e 22/23 fossem,

ambas, iguais a 1, e se os dois carros chegassem simultaneamente

aos postos e1 e e2, ambos avanariam para o troo comum.

Comentrios (cont.)


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2. Representao pela interpretao

Por interpretao designa-se o conjunto das receptividades de um

Grafcet.

A representao pela interpretao d origem a grficos mais simples

que a representao pela estrutura. No entanto:

se o mesmo recurso for partilhado por vrios utilizadores, as

expresses das receptividades que condicionam o acesso aorecurso tornam-se muito extensas.

a existncia de um recurso partilhado menos evidente pois a

estrutura do grfico no reflecte explicitamente essa caracterstica.

Comentrios (cont.)


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3. Representao mista

A representao mista uma soluo de compromisso entre as duas

anteriores pois:

a prpria estrutura do grfico reflecte a existncia de um recurso

partilhado, o que facilita a compreenso do modelo;

limita o tamanho das expresses das receptividades associadas ocupao do recurso pois, ao contrrio do que se passa na

represntao pela interpretao, no necessrio incluir nessas

expresses todas as etapas de cada utilizador que podem estar

activas quando o recurso est ocupado.


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Macro-etapas: Conceito


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Na representao de sistemas complexos, vantajoso utilizar

modelos estruturados segundo vrios nveis de detalhe,

conforme esquematizado pela figura seguinte.


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Macro-etapas



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Para suportar este tipo de modelos, o Grafcet define o conceitode macro-etapa: representaonica de um conjunto de etapase de transies.


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5

6

M30

E30

31

37

S30

Etapa de entradada macro-etapa

Etapa de sada

da macro-etapa

5

6

E30

31

37

S30

Expanso damacro-etapa

Uma macro-etapa

representa um

conjunto de etapas

e de transiesdesignados por

expanso da

macro-etapa.



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As macro-etapas do Grafcet so equivalentes s subrotinas das

linguagens de programao.

Recorrendo a macro-etapas, o funcionamento dos sistemas pode ser

representado segundo vrios graus de detalhe.

As macro-etapas so assinaladas atravs do smbolo

A mesma macro-etapa pode ser invocada emdiferentes pontos do modelo.

M30

Macro-etapas: Exemplo de aplicao


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Para exemplificar a utilizao de macro-etapas, considere-se a clula defabrico descrita anteriormente, onde so produzidos dois tipos de peasA e B.

T1

M1

M2

MNP

T2

As peas chegam clulaatravs do tapete T1, da so

transportadas para as mquinas

M1 ou M2 pelo robotmanipulador Mnp, aps o que

so evacuadas pelo tapete T2.



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Pretende-se desenvolver o modelo Grafcet do comando deste sistemaadmitindo-se que:

a cada operao de transporte Txy entre os pontos x e y corresponde

a macro-etapa MTxy a concluso de cada uma destas operaes sinalizada pelo sinal

fim_Txy

a cada operao de trabalho Oij corresponde a macro-etapa MOij

a concluso de cada uma destas operaes sinalizada pelo sinal

fim_Oij

a presena de uma nova pea do tipo A (B) no tapete de entrada T1 sinalizada pelo sinal pA (pB).

10

10

A



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pA

fim_TT1M1

O11

fim_O11

TT1M1

fim_TM1M2

O12

fim_O12

TM1M2

fim_TM2T2

TM2T2

O modelo do processo de

fabrico das peas do tipo A,

ignorando a existncia de

recursos partilhados, oseguinte.

Nota: o modelocorrespondente s peas do

tipo B , em tudo, idntico.



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Dado que o sistema contm 3 recursos partilhados:

robot manipulador Mnp;

mquinas M1 e M2;

o modelo ter de incluir trs etapas (40, 41 e 42), que

representam o estado de cada um destes recursos:

etapa activa = recurso disponvel

etapa desactiva = recurso indisponvel

apas

:

d e o


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Macro-e

ta

Ex e

mplo

d

aplica

o



72/115


Nota:

Alm das etapas associadas aos recursos partilhados, o modelo completo

do sistema inclui um conjunto de etapas de espera adicionais,

correspondentes s situaes em que as peas aguardam a libertao dosrecursos requeridos para executar a prxima operao do seu processo de

fabrico.

Macro-aces: Conceito


73/115


As macro-aces correspondem a ordens que actuam sobre o

estado global de um Grafcet.

Os 4 tipos principais de macro-aces so:

Bloquear: inibir o disparo das transies

Reinicializar: voltar ao estado inicial do grfico

Forar: impr um determinado conjunto de etapas activas

Desactivar: desactivar todas as etapas



74/115


As macro-aces permitem representar as interaces emsistemas de controlo hierquicos, onde um Grafcet de nvel

superior, tipicamente correspondente ao sistema de superviso,

pode condicionar os Grafcets de controlo das mquinas locais.

As macro-aces so, sobretudo utilizadas nas situaes de

inicializao e de avaria. Atravs delas, o sistema supervisor

pode: bloquear (congelar) a situao dos Grafcets subordinados;

reinicializar a situao desses Grafcets;

impr, de forma permanente, uma determinada situao a

esses Grafcets.



75/115


No Grafcet, estas interaces so representadas atravs de um tipode aco especial, designado por macro-aco e a que corresponde

a notao F / G : S

Um aco deste tipo fora (isto , impe) a situao S no grafcet

G.

Exemplo: a macro- aco F / Contr1: (10, 20) impe a situao (10, 20)

ao grafcet Contr1;

o que equivalente a activar as etapas 10 e 20 desse grafcet e a

desactivar todas as outras.



76/115


Como qualquer outra aco, as macro-aces podem ser pontuais oupermanentes:

por defeito, as macro-aces so contnuas, o que significa que

enquanto se mantiver a macro-aco o estado do Grafcet

subordinado no pode evoluir; se a macro-aco for pontual, o Grafcet subordinado pode

evoluir a partir da situao que lhe foi imposta pela macro-aco.

Por fim, um caso particular da macro-aco consiste em congelar a

situao actual do Grafcet subordinado.

Este tipo de macro-aco representado pela notao F / G: (*) etem por consequncia bloquear a evoluo do Grafcet G na situao

em que se encontrava quando foi executada a macro-aco.

Macro-aces: Exemplo de aplicao


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A especificao do sistema de controlo do misturador industrial consideradonum dos trabalhos prticos da disciplina prev que, por razes de segurana,exista o boto de paragem de emergncia PE.

As consequncias da actuao deste boto dependem da fase do ciclo deoperaes em que tal actuao ocorrer:

durante o perodo de carga dos balanas e do misturador, a actuao dePE suspende as aces em curso, as quais sero retomadas depois de PEser desactivado e de ser dada nova ordem de arranque;

durante o perodo de mistura, a actuao de PE provoca a inutilizao

do produto em curso de fabrico. Neste caso, aps PE ser desactivado, executado o procedimento de inicializao.


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Macr o-ac

es:E x

emplo

deapl i

cao

10

11

1

001 1

102 1

107

1113

1112

1119

1118

20

Funcionam

ento

normal

Inicializao



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Se no se recorrer a macro-aces, a especificaes relativas paragemde emergncia requerem que:

1.Seja acrescentada uma etapa

adicional para cada uma das

etapas em que a actuao de

PE suspende o processo de

fabrico

1111'

PE

PE



80/115


2.Seja acrescentada uma transio

adicional para cada uma das etapas

em que a actuao de PE implica areinicializao do processo de

fabrico.

Nota:Na etapa 50 o sistema sistema fica

bloqueado a aguardar a

desactivao de PE para ento se

reinicializar o processo

18

PE

1001

50

PE



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O modelo completo do sistema muito simplificado se se recorrer amacro-aces, emitidas a partir de um Grafcet de nvel hierrquico

superior.

40

1142

1141 F / (*)

F / (01)

PE

PE (X10+X11+ ...)

1142 F / ( )

PE

True

PE (X10+X11+ ...)


82/115


4.5. Mtodos de implementao

Implementao do Grafcet: Introduo


83/115


Por implementao de um dado Grafcet, entende-se a obteno doprograma de um controlador, normalmente um autmato

programvel, que corresponda ao funcionamento descrito por esse

Grafcet. Dois mtodos so a considerar:

o mtodo assncrono, mais simples, aplicvel quando o Grafcet

no contm conflito nem reactivao de etapas;

o mtodo sncrono, a aplicar no caso contrrio.

Nos dois casos, os programas dos autmatos programveis podem

ser gerados automaticamente a partir dos modelos Grafcet.

Implementao do Grafcet: Equaes do comportamento


84/115


Os Grafcets descrevem sistemas sequenciais, cujocomportamento pode ser descrito atravs de duas equaes.

a primeira equao fornece o estado seguinte do sistema a partir do

estado actual e do valor actual das entradas:E(t+1) = f ( E(t), I(t) )

a segunda equao fornece o valor actual das sadas a partir do

estado actual e do valor das entradas:

O(t) = f ( E(t), I(t) )

onde E(t), O(t) e I(t) designam, respectivamente o valor do

estado, das sadas e das entradas no instante t.

Implementao do Grafcet: Algoritmo base


85/115


Da mesma forma, o algoritmo de implementao do Grafcetdecompe-se em duas fases, na primeira das quais determinado

o estado actual do sistema e, na segunda, determinado o valor

actual das sadas.

O estado actual memorizado atravs de um conjunto de flags

auxiliares, isto , de bits de memria interna do autmato, de

forma a que a cada etapa Ei do Grafcet associado o bit Mi talque:

se Ei est activa ento Mi = 1

se Ei est desactiva ento Mi = 0

Mtodo assncrono: Algoritmo


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1. Determinar o estado do sistema (tratamento das transies)

para cada transio T do Grafcet

se T est disparvel ento

desactivar etapas de entrada de Tactivar etapas de sada de T

2. Determinar o valor das sadas (tratamento das aces)

para cada sada S do Grafcet

determinar se, no estado actual do grafcet, S est activa ou

inactiva

Mtodo assncrono: Exemplo

Considere-se o Grafcet:


87/115


O programa correspondente, gerado segundo o mtodo assncrono,

o representado a seguir.

t1 I5 t2 I2

1

2 3

t4

I1 + I4

4

t5

I6t3 I4 I7

O1

O1,O3 O2

O3

1. Determinao do estado

LD M1

AND I5 Tratamento

R M1 d t i t1

LD M4

AND ( I1 Tratamento

ORN I4 da transio t5

)


88/115


R M1 da transio t1S M2

LD M1

AND I2 Tratamento


LD M2

AND I4AND I7 Tratamento


LD M3

AND I6 Tratamento


)R M4

S M1

2. Determinao das sadas

LD M1

OR M2

ST O1

LD M3

ST O2

LD M2OR M4

ST O3

Mtodoassncrono:

Programa

Limitaes do mtodo assncrono

E b it i l t d d i


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Embora muito simples, o mtodo assncrono d origem a errosquando o Grafcet contm situaes de conflito ou de reactivao

de etapas.

Nestes casos, a evoluo do estado do controlador no respeitaas regras de evoluo do Grafcet, concretamente as regras 4 e 5

que, recorda-se estabelecem que:

se, simultaneamente, uma etapa activada e desactivada,ento essa etapa permanece activa;

vrias transies simultneamente disparveis so

disparadas em simultneo

Situaes de conflito

Uma situao de conflito existe quando duas transies

i l di i ilh d d


90/115


simultaneamente disparveis partilham uma etapa de entrada comum.

M1 = 1

I5 = 1

I2 = 1

Nestes casos, a aplicao do mtodo assncrono d origem a erros,

como o exemplo seguinte demonstra.

t1 I5 t2 I2

1

2 3

O1

O1,O3 O2

.

Situaes de conflito: Exemplo

Programa Evoluo do estado


91/115


Programa Evoluo do estado...

LD M1 se, incio do ciclo de

AND I5 execuo do programa

R M1 se verificar:S M2 M1 = 1, M2 = 0, M3 = 0

I2 = 1, I5 = 1

LD M1 ento, de acordo com a

AND I2 regra 4, o estado seguinte

R M1 deveria ser:

S M3 M1= 0, M2 = 1, M3 = 1

... No entanto, este programaproduzir:

M1= 0, M2 = 1, M3 = 0

Activao e desactivao simultneas da mesma etapa

Estas situaes ocorrem quando a uma dada etapa , simultnea-

t t d t d t d d d d t i


92/115


mente, etapa de entrada e etapa de sada de duas transies

disparveis.

M1 = 1

M3 = 1

I2 = 1

I6 = 1

Nestes casos, os erros prendem-se com a violao da quinta regra de

evoluo, como o exemplo seguinte demonstra.

t2 I2

1

3

t4

4

I6

O1

O2

O3

.

.

Activao e desactivao simultneas: Exemplo

Programa Evoluo do estado


93/115


...LD M1 se, incio do ciclo de

AND I2 execuo do programa

R M1 se verificar:S M3 M1 = 1, M3 = 1, M4 = 0

I2 = 1, I6 = 1

LD M3 ento, de acordo com a

AND I6 regra 5, o estado seguinteR M3 deveria ser:

S M4 M1 = 0, M3 = 1, M4 = 1

... No entanto, este programa produzir:

M1 = 0, M3 = 1, M4 = 0

Mtodo de implementao sncrono

O mtodo de implementao sncrono d origem a programas maisid d l


94/115


O mtodo de implementao sncrono d origem a programas maisextensos mas, em contrapartida, garante as regras de evoluo so

sempre respeitadas.

Para ultrapassar os erros devidos s situaes de conflito, no mtodosncrono, primeiro so determinadas todas as transies disparveis no

estado actual.

S depois, de conhecidas todas as transies disparveis, se procede activao e desactivao das respectivas etapas de entrada e de sada.

Dado que, neste mtodo, se torna necessrio memorizar o estado de cada

transio, so utilizadas as flags adicionais Mi

tais que:

se Ti est disparvel ento Mi = 1se Ti no est disparvel ento Mi = 0

Mtodo de implementao sncrono

Quanto s situaes de activao/desactivao simultnea da5 b l d


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Quanto s situaes de activao/desactivao simultnea damesma etapa, a regra 5 estabelece que essa etapa deve permancer

activa, isto que a activao tem prioridade sobre a desactivao.

Para garantir o respeito desta regra, basta que, no programa, as

instrues de activao das etapas de sada das transies

disparveis apaream depois das instrues de desactivao das

etapas de entrada.

Desta forma, se num dado ciclo de execuo do programa, a

mesma etapa for activada e desactivada, no final do ciclo de

execuo (quando so actualizados os valores das sadas) ter

prevalecido a instruo de activao j que foi executada emltimo lugar.

Mtodo sncrono: Algoritmo

1. Determinar o estado do sistema (tratamento das transies)

para cada transio Ti do Grafcet


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para cada transio T do Grafcetse Ti est disparvel

ento Mi = 1

seno Mi = 0

para cada transio Ti do Grafcetse Mi = 1 ento

desactivar etapas de entrada de Tipara cada transio Ti do Grafcet

se Mi = 1 entoactivar etapas de entrada de Ti

2. Determinar o valor das sadas (tratamento das aces)

para cada etapa E do Grafcet

executar aces associadas a E

Mtodo sncrono: Programa

1. Determinao das

transies disparveis

2. Desactivao

das etapas de entrada

3. Activao

das etapas de entrada


97/115


LD M1

AND I5

ST M21

LD M1

AND I2

ST M22

LD M2AND I4

AND I7

ST M23

LD M3

AND I6

ST M24

LD M21

R M1

LD M22

R M1

LD M23

R M2

LD M24

R M3

LD M25

R M4

LD M4

AND ( I1

ORN I4

)ST M25

4. Determinao das sadas: Idntico ao mtodo assncrono

LD M21

S M2

LD M22

S M3

LD M23

S M1

LD M24

S M4

LD M25

S M1


98/115


Anexo: Programao em Grafcet com o software PL7

Programao em Grafcet

E t i i i ( it b ) i t d


99/115


Este anexo propociona uma primeira (e muito breve) introduo

programao em Grafcet utilizando o software PL7 da

Schneider, que ser utilizado nas aulas prticas da disciplina.

Esta introduo complementada pelo guio do trabalho prtico

sobre Programao em PL7.

Edio de modelos Grafcet

A criao de um modelo Grafcet envolve duas fases


100/115


c o de u ode o G ce e vo ve du s sesprincipais:

1. Edio da estrutura do grfico, isto , das

etapas e das transies

2. Edio do cdigo das receptividades e das

aces.

1. Estrutura do grfico

Os elementos grficos do modelo (etapas e transies) so criadasrecorrendo a teclas de funo


101/115


g ( p )recorrendo a teclas de funo.

2. Receptividades e Aces

Considere-se como exemplo, o seguinte modelo Grafcet:


102/115


t5

t4

X11.T >= 1 min

I1.1 and I1.2

11

10

12

Q2.2 Q2.5

Q2.2

Q2.2 I1.7:Q2.9

Nota: aco condicional:

a sada Q2.9 activada se a entrada

I1.7 tomar o valor "1"quando aetapa 11 estiver activa.

Receptividades


103/115


t5

t4

X11.T >= 1 min

I1.1 and I1.2

11

10

12

Q2.2 Q2.5

Q2.2

Q2.2 I1.7:Q2.2

Transio t4

LD %I1.1

AND %I1.2

Transio t5

LD [%X11.T >= 600]

Aces

A cada etapa podem ser associadas 3 tipos de aces:


104/115


p p p

10

Aces executadas uma vez,quando a etapa activada

Aces executadas uma vez,quando a etapa desactivada

Aces executadas continuamente,

quando a etapa est activa

Aces


105/115


10

Sequncia 1

Sequncia 2

Sequncia 3

Aces

Uma diferena fundamental entre a norma do Grafcet e a

programao no mdulo PL7 reside no facto de todas as


106/115


p g

aces serem memorizadas.

Assim:

se uma aco est activa durante a etapa Xi, ento deve ser

feito o reset dessa aco na desactivao de Xi, ou na

activao da etapa seguinte Xi+1.

se uma aco est activa durante as etapas Xi, Xi+1, Xi+n,

ento o set dessa varivel deve ter lugar na activao de Xie o reset na desactivao de Xi+n.

Aces

LD TRUES %Q2 2


107/115


t5

t4

X11.T >= 1 min

I1.1 and I1.2

11

10

12

Q2.2 Q2.5

Q2.2

Q2.2 I1.7:Q2.9

t5

t4

11

10

12

LD TRUER %Q2.5

S %Q2.2.

S % Q2.5

LD %I1.7

ST %Q2.9

LD TRUER %Q2.2.

Temporizaes

No software PL7, a cada etapa i associada uma varivel


108/115


Xi.T que contm o tempo (em centenas de milisegundo)

decorrido desde o instante de activao da etapa.

Essas variveis podem ser utilizadas no cdigo associado

s aces e s receptividades para programar aces

condicionais e transies temporizadas, conforme o

exemplo seguinte ilustra.

Temporizaes: Exemplo

10 Q2 2 t/10/30 Q2 5


109/115


t4 t/10/2 min

11

10 Q2.2 t/10/30 seg: Q2.5

10

LD TRUE

R %Q2.2

LD TRUE

S %Q2.2.

S % Q2.5

LD [X10.t > 300]

ST % Q2.5

LD [X10.t > 1200]

Macro-etapas e de macro-aces

O software PL7 suporta a programao de macro-etapas e de


110/115


p p g p

macro-aces.

No entanto, os autmatos que sero utilizados nas aulas prticasapenas suportam a programao de macro-aces, pelo que aqui

no ser abordada a programao de macro-etapas.

Macro-aces

Para suportar a programao de macro-aces, o software PL7:


111/115


permite ler e escrever os bits Xi associados s etapas.

dispe de um conjunto de bits sistema para implementao

de macro-aces.

Macro-aces

Os bits sistema* para a implementao de macro-aces so os

i


112/115


seguintes:

%S21: activao das etapas iniciais e desactivao de

todas as outras

%S22: desactivao de todas as etapas

%S23: bloqueio de todas as transies

* Estes bit so todos activos em 1

Macro-aces

Os bits de etapa (Xi) e os bits sistema associados s macro-aces (S21,


113/115


p ( ) ( ,

S22 e S23):

podem ser manipulados pelas instrues LD, AND, S, R, ...

mas apenas na seco de pr-processamento.

Macro-aces

Uma aplicao Grafcet constituda por 3seces:

( l)


114/115


pr-processamento (Prl)

processamento sequencial (Chart)

post-processamento (Post)

Apenas a seco Chart, que contm o modelo

Grafect propriamente dito, programada

graficamente.

As seces Prl e Post so programadas

utilizando uma das linguagens IL, LD ou ST.

Macro-aces

O acesso s seces do Grafcet para

f d d


115/115


programao efectuado atravs do

Application Browser:

Station/Program/MastTask/Sections

grafcet by jaf

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