Grafcet by JAF[1]

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

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

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Jos Antnio Faria

IntroduoO que o Grafcet? um mtodo grfico de apoio concepo de sistemas industriais automatizados, que permite representar, atravs de modelos do tipo dos grficos de 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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Jos Antnio Faria

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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Jos Antnio Faria

Introduo

Relativamente aos grficos de estados convencionais, o Grafcet introduz a possibilidade de representar: a sincronizao de operaes entre subsistemas, que podem decorrer 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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Jos Antnio Faria

IntroduoNa concepo dos sistemas industriais automatizados, a construo do modelo Grafect uma etapa intermdia entre a especificao do sistema e o programa final.Modelao Codificao

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

Modelo

Programa LD AND ST LD CU I1 I2 Q4 I3 C3

...

... ...LEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 5 Jos Antnio Faria

Exemplo inicial: prensa automatizadaNa figura est representada uma prensa automatizada, na qual so fabricadas peas por compresso de um material em p.


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Jos Antnio Faria

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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Jos Antnio Faria

Especificao tecnolgica O material colocado manualmente pelo operador; o puno superior e a matriz so accionados por cilindros hidrulicos de duplo efeito; as posies altas e baixas destes dispositivos so detectadas pelos interruptores fim-de-curso a1, a0, b1 e b0; a evacuao da peas efectuada por jacto de ar comprimido comnadado por uma electrovlvula.


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Modelo


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Jos Antnio Faria

4.1. Noes fundamentais


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Grafcet: Noes fundamentaisEtapa: 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 as seguintes estruturas:


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Interface com o processo fsicoNum modelo Grafcet, tipicamente: os sinais provenientes dos detectores esto associados s receptividades os ordens enviadas aos actuadores esto associadas s aces as etapas e as transies definem a estrutura do programa do controlador

Estrutura do programa do controladorLEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 13 Jos Antnio Faria

Actuadores

Detectores

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 esquerda devem 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 das operaes nos 3 postos, executada uma nova rotao da mesa.


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Sequncias simultneas: modelo GrafcetLEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0)

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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.


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0

rodar mesa fim de rotao

incio em simultneo das operaes nos 3 postos (activao simultnea das etapas 10, 20 e 30)

Sequncias de operaes simultneas

10 11

20 21

30 31sequncias nos 3 postos evoluem independentemente umas das outras

...16 28"1"

37

nova rotao depois de concludas as operaes nos 3 postos (etapas 16, 28 e 37 simultneamente activas)18 Jos Antnio Faria


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 erro do operador.


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Jos Antnio Faria

Sequncias alternativas: modelo Grafcet


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Jos Antnio Faria

0

Sequncias de operaes alternativas

a partir do repouso, o sistema pode executar uma de 3 sequncias de operaes alternativas (disparo da transio 10, ou 20 ou 30)

10 10 11

20 20 21

30 30 31sequncias executadas em alternativa

...16 17 29 28 38o sistema regressa ao estado de repouso depois de concluda a sequncia de operaes (disparo da transio 17, ou 29 ou 38)22 Jos Antnio Faria

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Regras de evoluoAs 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: por situao do Grafcet designa-se o conjunto de etapas activas num determinado instante.


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Jos Antnio Faria

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

O1, O3

2

3

O5


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Jos Antnio Faria

2. Validao Uma transio est validada ou no validada. Est validada se todas as suas etapas de entrada estiverem activas. Exemplos:

t1

t2

t4 t3

t5

t6

Nestas figuras: as transies t1, t2, t4 e t5 esto validadas as transies t3 e t6 no esto validadasLEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 25 Jos Antnio Faria

3. Disparo Uma transio disparada se estiver validada e a receptividade que lhe 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:

1

t1

t1

1

t1

t1

1

t3

t3


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Jos Antnio Faria

3. Disparo (cont.)Exemplos:

1

t4

t4

1

t2

t2

1

t11 1

t12 1

t13

t11

t12

t13


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4. Disparos simultneos

Vrias transies simultneamente disparveis so disparadas em simultneo. Exemplos:1 t9 1 t9 t9 t9

1

t11 0

t12 1

t13

1

t11 0

t12 1

t13


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Jos Antnio Faria

5. Activao e desactivao simultneas Se, simultaneamente, uma etapa activada e desactivada pelo disparo simultneo de duas transies, ento essa etapa permanece activa. Exemplos:

1 1

t1

1 1

t11 t9 1 t9

t1

t1


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4.2. Noes complementares


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Jos Antnio Faria

Noes complementares: IntroduoAlm 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


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Jos Antnio Faria

Variveis internas A varivel Xi representa uma varivel booleana tal que: se a etapa i activa se a etapa i no activa ento Xi = verdadeiro ento Xi = falso

3 x15 t1 4

15

3 x15 t1 4

15


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Jos Antnio Faria

Aces condicionais Uma aco condicionada associada a uma etapa, apenas executada quando, alm dessa etapa estar activa, se verifica uma outra condio lgica adicional. Exemplo: a sada O4 activada se, quando a etapa 4 estiver activa, a entrada I6 tomar o valor 1.

3 I7 4 t1

O3

x4 I6 O5

O5 I6: O4

O4


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Jos Antnio Faria

Aces pontuais Por defeito as aces so contnuas e executadas enquanto as etapas a que esto 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 3 O3 interno do controlador, por exemplo incrementar um contador ou disparar um temporizador. t1 I7

4

P O5 P CU C2


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Jos Antnio Faria

Aces memorizadas As aces memorizadas continuam a ser executadas depois da etapa a que esto associadas ter sido desactivada, e at que seja dada uma ordem em contrrio. Estas aces so assinaladas com *, como no exemplo ao lado.O3, O5 O1, O5, O3 O3, O5* O1, O3

O1, O9, O5 O4

O1, O9 O4, O5*


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Jos Antnio Faria

TemporizaesA notao t / i / T designa uma varivel que toma o valor lgico 1 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 toma o valor lgico 1.

x7

< 20 seg

t / 7 / 20 seg 20 segLEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 36 Jos Antnio Faria

Temporizaes As variveis temporizadas podem ser associadas a aces ou a transies. Exemplo:x13 x14

13 I7 14

t / 13 / 20 seg: O3

O5 t / 14 / 30 seg: O7 t / 14 / 1 min

O3 O5

20 seg 1 min

30 seg


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Jos Antnio Faria

Temporizaes

Nota: Como se ver*, o software de programao que ser utilizado nas aulas prticas, para suportar a programao de temporizaes, 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, os alunos 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


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Jos Antnio Faria

Exemplo: Sistema de transporte Na figura seguinte est representado o sistema de transporte de materiais entre dois postos de trabalho P1 e P2 e um armazm Px. O carro C1 efectua os transportes de material entre o posto de fabrico P1 e o posto de entrada do armazm Px. O movimento deste carro comandado pelos sinais Av1 e Rec1, respectivamente, para fazer avanar C1 no sentido de P1 para Px, e para fazer C1 recuar de Px para P1. De forma idntica, o carro C2, que transporta materiais entre P2 e Px, comandado pelos sinais Av2 e Rec2.P1 C1 Px C2 P2 e2LEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 40 Jos Antnio Faria

e1

Rec

Av

Exemplo: Sistema de transporte... 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 que regressa a P1; Para C2, o ciclo de operaes idntico.LEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 41 Jos Antnio Faria

O problema da partilha de recursos

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 de cada vez (acesso em regime de excluso mtua).


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Jos Antnio Faria

Noo de recurso partilhadoNo 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 C1 Px C2 P2 e2LEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 43

e1

Rec

Av

recurso partilhadoJos Antnio Faria

Noo de recurso partilhado

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 cujas operaes internas evoluam independentemente uma das outras, conforme o exemplo seguinte.


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Jos Antnio Faria

Recurso partilhado: outro exemplo

A clula flexvel de fabrico representada na figura ao lado produz dois tipos de peas distintos: A e B. Cada uma das mquinas (M1 e M2) e o robot manipulador (MNP) apenas pode operar uma pea de cada vez.T1

M1

M2 MNP

T2


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Jos Antnio Faria

Recurso partilhado: outro exemploOs processos de fabrico dos dois tipos de peas so os seguintes.Peas Tipo A i. Transporte T1 ii. Operao O11 iii. Transporte M1 iv. Operao O12 v. Transporte M2 M1 M2 T2 (Mnp) (M1) (Mnp) (M2) (Mnp)

Peas Tipo B i. Transporte T1 ii. Operao O21 iii. Transporte M2 iv. Operao O22 v. Transporte M1 M2 M1 T2 (Mnp) (M2) (Mnp) (M1) (Mnp)


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Jos Antnio Faria

Recurso partilhado: outro exemplo

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 a mquina 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, a pea s poder ser retirada de M1 e transportada para T2 quando o robot MNP estar livre; ...


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Jos Antnio Faria

Bloqueio (deadlock)

Note-se que o facto de se garantir a excluso mtua no acesso aos recursos partilhados, no suficiente para se evitarem situaes de bloqueio. De facto, na clula de fabrico anterior, o ocorrer uma situao de 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.


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Jos Antnio Faria

Recurso partilhado: mais um exemplo

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 uma aplicao bancria, ilustra.


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Jos Antnio Faria


Processo Balco i. Ler saldo actual na bdd ii. Calcular novo saldo iii. Actualizar saldo na bdd Tabela ClientesCdigo Saldo

Processo ATM i. Ler saldo actual na bdd ii. Calcular novo saldo iii. Actualizar saldo na bdd


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Jos Antnio Faria

Recurso partilhado: mais um exemploSaldo inicial: 200c Balco (depsito 100c) i. Ler saldo (100c) ii. Novo saldo (150c) iii. Actualizar (150c)

ATM (levantamento 50c)

i. Ler saldo (100c) ii. Novo saldo (50c) iii. Actualizar (50c)Saldo final: 50c


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Jos Antnio Faria


Para evitar o problema ilustrado pela situao anterior, o acesso em escrita tabela que contm os saldos das contas dos clientes tem de ser efectuado em regime de excluso mtua. Nota: J o acesso em leitura mesma tabela no requer excluso mtua. Tal como no exemplo da clula de fabrico, tambm no acesso s tabelas de bases de dados em regime de excluso mtua, so frequentes as situaes em que podem surgir situaes bloqueio.


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Representao em Grafcet das situaes de partilha de recursos

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 para representar 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.


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Representao pela estrutura

10 1 11 1 12 1 13 1 14 1 15 1 16 fdx Rec1 e1 Rec1 25 px 24 fdx Av1 e1 1 Av1 fc1

20 fc2 21 e2 22 X12 23 Av2 px Av2

LEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 54 Jos Antnio Faria

Rec2 e2 26 p1 p2 Rec2

Representao pela interpretao

10 1 11 1 12 X23+X24+X25 13 1 14 px 24 1 15 1 16 fdx Rec1 e1 Rec1 p1 26 25 fdx Rec2 e2 Rec2 Av1 e1 22 Av1 21 e2 fc1 fc2 Av2

20


X12+X13+X14+X15 23 Av2 px

55 Jos Antnio Faria

p2

X13+ X23

X16+ X26

Nota: Xi designa o flanco ascendente da varivel Xi, isto , o instante de activao da etapa i.

1

2

X1+X12 23 Av2

Rec2

fc2

Representao mista

fdx

px

e2

e2 e1 1

Rec2 Rec1 16Jos Antnio Faria

Av2

21

22

20

24

X1

fdx

fc1

px

Rec1

Av1

Av1

25

26

11

12

13

10

14

1

1

1


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1

15

p1

e1

p2

Comentrios1. 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.


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Comentrios (cont.)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 ao recurso tornam-se muito extensas. a existncia de um recurso partilhado menos evidente pois a estrutura do grfico no reflecte explicitamente essa caracterstica.


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Comentrios (cont.)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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4.4. Macro-etapas e macro-aces


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Macro-etapas: Conceito

Na representao de sistemas complexos, vantajoso utilizar modelos estruturados segundo vrios nveis de detalhe, conforme esquematizado pela figura seguinte.


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Jos Antnio Faria


Macro-etapas

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Macro-etapas: Conceito Para suportar este tipo de modelos, o Grafcet define o conceito de macro-etapa: representao nica de um conjunto de etapas e de transies.


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Macro-etapas: ConceitoUma macro-etapa pode conter outras macro-etapas


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Macro-etapas: ConceitoEtapa de entrada da macro-etapa

5

Uma macro-etapa representa um conjunto de etapas e de transies designados por expanso da macro-etapa.

E30 5 31 M30 37 6 S30Etapa de sada da macro-etapa

E30 31

Expanso da macro-etapa37 S30

6


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Jos Antnio Faria

Macro-etapas: Conceito 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 em diferentes pontos do modelo.

M30


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Macro-etapas: Exemplo de aplicao

Para exemplificar a utilizao de macro-etapas, considere-se a clula de fabrico descrita anteriormente, onde so produzidos dois tipos de peas A e B.M1

As peas chegam clula atravs do tapete T1, da so transportadas para as mquinas M1 ou M2 pelo robot manipulador Mnp, aps o que so evacuadas pelo tapete T2.

M2 T1 MNP

T2


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Macro-etapas: Exemplo de aplicaoPretende-se desenvolver o modelo Grafcet do comando deste sistema admitindo-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).


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Jos Antnio Faria

Macro-etapas: Exemplo de aplicao10 10pA

O modelo do processo de fabrico das peas do tipo A, ignorando a existncia de recursos partilhados, o seguinte. Nota: o modelo correspondente s peas do tipo B , em tudo, idntico.

TT1M1 fim_TT1M1 O11 fim_O11 TM1M2 fim_TM1M2 O12 fim_O12 TM2T2 fim_TM2T2


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Jos Antnio Faria


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


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Jos Antnio Faria


Macro-etapas: Exemplo de aplicao71 Jos Antnio Faria


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 dos recursos requeridos para executar a prxima operao do seu processo de fabrico.


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Jos Antnio Faria

Macro-aces: Conceito

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


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Jos Antnio Faria

Macro-aces: Conceito As macro-aces permitem representar as interaces em sistemas 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.


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Jos Antnio Faria

Macro-aces: Conceito No Grafcet, estas interaces so representadas atravs de um tipo de 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.


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Jos Antnio Faria

Macro-aces: Conceito Como qualquer outra aco, as macro-aces podem ser pontuais ou permanentes: 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: (*) e tem por consequncia bloquear a evoluo do Grafcet G na situao em que se encontrava quando foi executada a macro-aco.LEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 76 Jos Antnio Faria

Macro-aces: Exemplo de aplicao A especificao do sistema de controlo do misturador industrial considerado num 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 de operaes em que tal actuao ocorrer: durante o perodo de carga dos balanas e do misturador, a actuao de PE suspende as aces em curso, as quais sero retomadas depois de PE ser 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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Macro-aces: Exemplo de aplicao

01 10 10 02 11 11 07 11 12 11 13 11


Inicializao78

18 11

19 11

20

Funcionamento normalJos Antnio Faria

Macro-aces: Exemplo de aplicaoSe no se recorrer a macro-aces, a especificaes relativas paragem de 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

PE

11'PE

11


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Macro-aces: Exemplo de aplicao2. Seja acrescentada uma transio adicional para cada uma das etapas em que a actuao de PE implica a reinicializao do processo de fabrico. Nota: Na etapa 50 o sistema sistema fica bloqueado a aguardar a desactivao de PE para ento se reinicializar o processo50PE

18PE

01 10


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Macro-aces: Exemplo de aplicaoO modelo completo do sistema muito simplificado se se recorrer a macro-aces, emitidas a partir de um Grafcet de nvel hierrquico superior.40

PE (X10+X11+ ...)41 11PE F / (*) PE

PE (X10+X11+ ...)42 11F/( )

42 11True

F / (01)


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4.5. Mtodos de implementao


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Implementao do Grafcet: Introduo Por implementao de um dado Grafcet, entende-se a obteno do programa 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.


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Implementao do Grafcet: Equaes do comportamentoOs Grafcets descrevem sistemas sequenciais, cujo comportamento 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.


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Implementao do Grafcet: Algoritmo base Da mesma forma, o algoritmo de implementao do Grafcet decompe-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 tal que: se Ei est activa ento Mi = 1 se Ei est desactiva ento Mi = 0


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Mtodo assncrono: Algoritmo1. Determinar o estado do sistema (tratamento das transies) para cada transio T do Grafcet se T est disparvel ento desactivar etapas de entrada de T activar 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


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Mtodo assncrono: ExemploConsidere-se o Grafcet:1 t1 2 t3 I5 O1,O3 I4 I7 t4 4 t5 O1 t2 3 I6 O3 I1 + I4 I2 O2

O programa correspondente, gerado segundo o mtodo assncrono, o representado a seguir.


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1. Determinao do estado LD M1 AND I5 R M1 S M2 LD M1 AND I2 R M1 S M3 LD M2 AND I4 AND I7 R M2 S M1 LD M3 AND I6 R M3 S M4 Tratamento da transio t1

LD M4 AND ( I1 ORN I4 ) R M4 S M1

Tratamento da transio t5


2. Determinao das sadas LD M1 OR M2 ST O1 LD M3 ST O2 LD M2 OR M4 ST O388 Jos Antnio Faria


Mtodo assncrono: Programa



Limitaes do mtodo assncrono Embora muito simples, o mtodo assncrono d origem a erros quando o Grafcet contm situaes de conflito ou de reactivao de etapas. Nestes casos, a evoluo do estado do controlador no respeita as 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


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Situaes de conflito Uma situao de conflito existe quando duas transies simultaneamente disparveis partilham uma etapa de entrada comum. M1 = 1 I5 = 1 I2 = 1

1 . t1 2 I5 O1,O3

O1 t2 3 I2 O2

Nestes casos, a aplicao do mtodo assncrono d origem a erros, como o exemplo seguinte demonstra.


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Situaes de conflito: ExemploPrograma ... LD M1 AND I5 R M1 S M2 LD AND R S ... M1 I2 M1 M3 Evoluo do estado se, incio do ciclo de execuo do programa se verificar: M1 = 1, M2 = 0, M3 = 0 I2 = 1, I5 = 1 ento, de acordo com a regra 4, o estado seguinte deveria ser: M1= 0, M2 = 1, M3 = 1 No entanto, este programa produzir: M1= 0, M2 = 1, M3 = 091 Jos Antnio Faria


Activao e desactivao simultneas da mesma etapa Estas situaes ocorrem quando a uma dada etapa , simultneamente, etapa de entrada e etapa de sada de duas transies disparveis. M1 = 1 M3 = 1 I2 = 1 I6 = 1

1 .

O1 t2 t4 3 . 4 I2 O2 I6 O3

Nestes casos, os erros prendem-se com a violao da quinta regra de evoluo, como o exemplo seguinte demonstra.LEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 92 Jos Antnio Faria

Activao e desactivao simultneas: ExemploPrograma ... LD M1 AND I2 R M1 S M3 I2 = 1, I6 = 1 LD M3 AND I6 R M3 S M4 ... Evoluo do estado se, incio do ciclo de execuo do programa se verificar: M1 = 1, M3 = 1, M4 = 0 ento, de acordo com a regra 5, o estado seguinte deveria ser: M1 = 0, M3 = 1, M4 = 1 No entanto, este programa produzir: M1 = 0, M3 = 1, M4 = 0


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Mtodo de implementao sncrono O mtodo de implementao sncrono d origem a programas mais extensos mas, em contrapartida, garante as regras de evoluo so sempre respeitadas. Para ultrapassar os erros devidos s situaes de conflito, no mtodo sncrono, 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 = 1 se Ti no est disparvel ento Mi = 0LEEC, Automao Industrial, Ramos TEC e Energia. 2002/03 (verso 3.0) 94 Jos Antnio Faria

Mtodo de implementao sncrono Quanto s situaes de activao/desactivao simultnea da mesma 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 em ltimo lugar.


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Mtodo sncrono: Algoritmo1. Determinar o estado do sistema (tratamento das transies) para cada transio Ti do Grafcet se Ti est disparvel ento Mi = 1 seno Mi = 0 para cada transio Ti do Grafcet se Mi = 1 ento desactivar etapas de entrada de Ti para cada transio Ti do Grafcet se Mi = 1 ento activar 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


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Mtodo sncrono: Programa1. Determinao das transies disparveis LD M1 AND I5 ST M21 LD M1 AND I2 ST M22 LD M2 AND I4 AND I7 ST M23 LD M3 AND I6 ST M24 LD M4 AND ( I1 ORN I4 ) ST M25 2. Desactivao das etapas de entrada LD M21 R M1 LD M22 R M1 LD M23 R M2 LD M24 R M3 LD M25 R M4 3. Activao das etapas de entrada LD M21 S M2 LD M22 S M3 LD M23 S M1 LD M24 S M4 LD M25 S M1

4. Determinao das sadas: Idntico ao mtodo assncrono97 Jos Antnio Faria


Anexo: Programao em Grafcet com o software PL7


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Programao em Grafcet

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.


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Edio de modelos GrafcetA criao de um modelo Grafcet envolve duas fases principais:

1. Edio da estrutura do grfico, isto , das etapas e das transies 2. Edio do cdigo das receptividades e das aces.


100

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1. Estrutura do grficoOs elementos grficos do modelo (etapas e transies) so criadas recorrendo a teclas de funo.


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2. Receptividades e AcesConsidere-se como exemplo, o seguinte modelo Grafcet:

10

Q2.2 I1.1 and I1.2

Q2.5

t411

Q2.2

I1.7:Q2.9Nota: aco condicional: a sada Q2.9 activada se a entrada I1.7 tomar o valor "1"quando a etapa 11 estiver activa.

t512

X11.T >= 1 min Q2.2


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Receptividades

10

Q2.2 I1.1 and I1.2

Q2.5

Transio t4 LD %I1.1 AND %I1.2

t411

Q2.2

I1.7:Q2.2

t512

X11.T >= 1 min Q2.2

Transio t5 LD [%X11.T >= 600]


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Aces

A cada etapa podem ser associadas 3 tipos de aces:

Aces executadas uma vez, quando a etapa activada

10

Aces executadas continuamente, quando a etapa est activa Aces executadas uma vez, quando a etapa desactivada


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Aces

Sequncia 1 10 Sequncia 2 Sequncia 3


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Aces Uma diferena fundamental entre a norma do Grafcet e a programao no mdulo PL7 reside no facto de todas as 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 Xi e o reset na desactivao de Xi+n.


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Aces

10

Q2.2 I1.1 and I1.2

Q2.5

LD TRUE S %Q2.2. S % Q2.5 10 LD TRUE R %Q2.5 LD %I1.7 ST %Q2.9

t411

t4I1.7:Q2.9 11

Q2.2

t512

X11.T >= 1 min Q2.2

t512

LD TRUE R %Q2.2.


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Temporizaes

No software PL7, a cada etapa i associada uma varivel 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.


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Temporizaes: Exemplo

10

Q2.2 t/10/2 min

t/10/30 seg: Q2.5

t411

LD TRUE S %Q2.2. S % Q2.5 10 LD [X10.t > 1200] LD [X10.t > 300] ST % Q2.5 LD TRUE R %Q2.2


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Macro-etapas e de macro-aces

O software PL7 suporta a programao de macro-etapas e de macro-aces. No entanto, os autmatos que sero utilizados nas aulas prticas apenas suportam a programao de macro-aces, pelo que aqui no ser abordada a programao de macro-etapas.


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Macro-aces

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

permite ler e escrever os bits Xi associados s etapas. dispe de um conjunto de bits sistema para implementao de macro-aces.


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Macro-aces

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


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Macro-aces

Os bits de etapa (Xi) e os bits sistema associados s macro-aces (S21, S22 e S23): podem ser manipulados pelas instrues LD, AND, S, R, ... mas apenas na seco de pr-processamento.


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Macro-aces Uma aplicao Grafcet constituda por 3 seces: 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.


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Macro-aces

O acesso s seces do Grafcet para programao efectuado atravs do Application Browser: Station/Program/Mast Task/Sections


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Documents

Grafcet by JAF[1]