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Grafcet (acrónimo do francês Graphe Fonctionnel de Commande, Etapes Transitions) é uma metodologia que surge com a necessidade do desenvolvimento de programas para controlo de processos sequenciais.

Corria o ano de 1977 quando a AFCET ("Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique") juntamente com a ADEPA ("Agence nationale pour le DEveloppement de la Production Automatisée") definiram o Grafcet como uma representação gráfica que traduz, sem ambiguidade, a evolução do ciclo de um automatismo sequencial. Mais tarde em 1988 o Grafcet foi adoptado como um standard internacional, pela norma IEC 848 e é denominado por SFC "Sequential Function Chart"

O diagrama funcional Grafcet permite descrever os comportamentos de um automatismo em função das informações que recebe. O Grafcet não pretende minimizar as funções lógicas que representam a dinâmica do sistema, pelo contrario o seu potencial reside na imposição de um funcionamento rigoroso, evitando desta forma incoerências, bloqueios ou conflitos durante o funcionamento do mesmo.

As suas principais características são:

  • Claridade, legibilidade e apresentação sintética.
  • Oferece uma metodologia de programação estruturada, "Top-Down" (de forma descendente) que permite o desenvolvimento conceptual do general para o particular.
  • Introduz um conceito "tarefa" de forma hierarquizada.


Definições de elementos gráficosEditar

Um Grafcet é um diagrama funcional que descreve graficamente os diferentes comportamentos de um automatismo sequencial e é constituído por:

  • Etapas que estão associadas às acções.
  • As transições que estão associadas às receptividades.
  • Linhas orientadas que ligam as etapas com as transições e as transições com etapas.

Para representar o Grafcet usam-se os seguintes símbolos gráficos:

EtapaEditar

Uma etapa é definida como a situação do sistema que representa um estado invariante no que diz respeito às entradas e saídas do automatismo. Num determinado momento e de acordo com a evolução do sistema, uma etapa pode estar activa ou inactiva. Diz-se que a etapa está activa, quando são executadas sobre o processo as tarefas elementares programadas.

Graficamente é simbolizada por um rectângulo com uma numeração no seu interior, dando desta maneira uma sequencialidade das etapas representadas. A entrada e a saida de uma etapa aparecem na parte superior e inferior, respectivamente, de cada símbolo.

Etapas grafcet

As etapas podem ser de duas classes:

Etapa inicialEditar

No caso de ser uma etapa inicial esta deve activar-se automaticamente no início da execução do algoritmo de controlo. Num diagrama Grafcet deve haver pelo menos uma etapa inicial que é representada por um rectângulo de linha dupla.

Etapa normalEditar

Encontra-se sempre ligada tanto a uma transição de entrada como de saída. Activa-se quando, estando activa a etapa anterior são cumpridas as condições de transição entre as duas.

Acção associada à etapaEditar

As acções associadas definem uma acção ou acções elementares a realizar durante uma etapa, por exemplo acender uma lâmpada ou activar um temporizador. As acções associadas a uma etapa apenas podem ser executadas no caso da etapa correspondente estiver activa.

Representam-se graficamente por rectângulos (etiquetas) conectados a etapas correspondentes e situadas à direita das mesmas.

Accao grafcet


As acções associadas podem ser classificadas como:

  • Reais: acções concretas que se produzem no automatismo
    • Internas: acções que se produzem no interior do dispositivo de controlo, tais como temporizadores.
    • Externas: acções que se produzem sobre o processo em si, tais como abrir/fechar uma válvula ou arrancar/parar um motor.
  • Virtuais: não é realizada nenhuma acção sobre o sistema, são utilizadas em situações de espera a que se produzem determinados eventos (activação de determinados sinais) que permitem a evolução do processo
  • Incondicionais: acções que se produzem com apenas uma activação da etapa correspondente.
  • Condicionais: acções que requerem o cumprimento de uma condição adicional para além da activação da etapa correspondente.
  • Continuas: acções cuja execução tem início e fim, respectivamente, com a activação e desactivação da etapa associada.
  • Sustentadas: Acções cuja a execução é prolongada durante duas ou mais etapas consecutivas.
  • Retardadas: Acções cuja execução é iniciada com um tempo de atraso no que diz respeito ao momento de activação da etapa associada. Se o tempo de atraso é maior que a duração da etapa associada, a acção não é executada.
  • Limitadas: Acções cuja execução é iniciada com a activação da sua etapa associada, contudo é executada apenas durante um tempo pré-estabelecido. Se o tempo estabelecido é maior que a duração da etapa activa, a execução de este tipo de acções termina com a desactivação da sua etapa associada.
  • Pontuais: Acções condicionadas cuja execução está limitada a um tempo de execução muito curto, determinado pelo flanco ascendente ou descendente da condição associada.
  • Memorizadas: Acções cuja a execução é prolongada durante duas ou mais etapas consecutivas, para o qual são utilizadas as instruções SET e RESET.
  • Temporizadas: Quando a condicionante da activação, desactivação ou duração de determinadas acções é a variavel tempo.
  • Combinadas: Acções condicionadas cuja execução depende simultaneamente de qualquer das condições simples consideradas anteriormente.
Accao grafcet condicional

Pode haver diferentes tipos de acções associadas a uma mesma etapa. O estado de activação de uma etapa é indicado graficamente pela colocação de um token no interior da etapa.

O token vai avançando pelas etapas de acordo com a execução do automatismo. Uma etapa não activa pode ser por sua vez activável ou inactivável dependendo se a etapa precedente está activa ou não.

Transição e receptividadeEditar

O conceito de transição esta associado à barreira existente entre duas etapas consecutivas e cuja activação torna possível a evolução lógica do automatismo. A sua representação gráfica consiste numa barra perpendicular à linha orientada associada.

A toda a transição é correspondida uma receptividade, que é a condição lógica necessária para que se execute uma acção da etapa seguinte, se bem que esta será executada sempre que a etapa precedente está activa. A condição lógica vem expressa mediante uma função lógica booleana.

Transicao grafcet

Uma transição tem varios estados:

  • Uma transição pode estar validada ou não validada. Diz-se validada quando todas as etapas de entrada à transição estão activas.
  • Uma Transição diz-se disparada quando, estando validada, a condição (função de receptividade) que lhe está associada é verdadeira.
  • O disparo de uma transição provoca a activação de todas as de saída dessa transição e simultaneamente a desactivação de todas as etapas de entrada da mesma.

Transição fonteEditar

Transição que não tem associada etapa de entrada, apenas tem etapas de saida.

Transicao fonte


Transição poçoEditar

Transição que não possui etapa de saida. Utiliza-se tipicamente para terminar com uma evolução.

Transicao poco grafcet


Transição temporizadaEditar

A evolução do processo esta condicionada à variável tempo. A receptividade torna-se verdadeira quando termina o tempo pré-estabelecido no início da temporização.

Transicao temporizador


Transição incondicionalEditar

A receptividade é sempre verdadeira e desta forma a transição é sempre disparada.

Transicao incondicional


Transição com receptividades múltiplasEditar

A receptividade esta definida por uma equação lógica em que intervem varias variáveis.

Transicao receptividades multiplas


Transição por flancosEditar

Se a transição está validada, a transição é disparada quando na receptividade associada é produzido um flanco ascendente (estado lógico passa de falso para verdadeiro) ou um flanco descendente (estado lógico passa de verdadeiro para falso).

Transicao flancos


Ligação orientada (Arco)Editar

Uma ligação orientada ou arco é um segmento de recta que une uma transição com uma etapa ou vice-versa, mas nunca elementos homónimos entre si.

Ligacao orientada

Traços paralelosEditar

A sua utilização surge com a representação de várias etapas cuja evolução está condicionada pela mesma transição.

Tracos paralelos


Estruturas do GrafcetEditar

Estruturas básicasEditar

Permitem a realização de analises do sistema por meio da sua decomposição em sub processos.

Sequência única vs sequência paralelaEditar

  • Sequência única é constituida por um conjunto de etapas que vão sendo activadas umas atrás das outras, sem interacção com nenhuma outra estrutura.
    • A cada etapa segue-se uma só transição e cada transição é validada por uma só etapa.
    • A sequência estará activa, se uma das suas etapas estiver também activa e estara inactiva se todas as suas etapas também o estão.
  • Sequências paralelas são as sequências únicas que são activadas de forma simultânea por uma mesma transição. Depois da activação das distintas sequências a sua evolução produz-se de forma independente.


Estruturas lógicasEditar

Divergência OREditar

A divergência OR permito-nos optar, em função das variáveis particulares do processo, por sequências alternativas quando o automatismo assim o exige.

Divergencia or grafcet
  • A etapa n passa a estar activa se, estando activa a etapa n-1 se satisfaz a receptividade da transição a.
  • A etapa n+1 passa a estar activa se, estando activa a etapa n-1 se satisfaz a receptividade da transição b.

Convergência OREditar

Utiliza-se na situação de execução simultânea de duas ou mais sequências e se chega a uma mesma etapa.

Convergencia or grafcet
  • A etapa n passa a estar activa se, estando activa a etapa n-1 se satisfaz a receptividade da transição c ou estando activa a etapa n-2 se satisfaz a receptividade da transição d.

Divergência ANDEditar

Utiliza-se para os casos onde se pretende activar simultaneamente duas ou mais sequências paralelas.

Divergencia and
  • As etapas n+1 e n+2 passam ao estado activo se, estando activa a etapa n é satisfeita a receptividade da transição f.

Convergência ANDEditar

Permite a convergencia de duas ou mais sequências paralelas.

Convergencia and grafcet
  • A etapa n passa ao estado activo se, estando as etapas n-1 e n-2 activas, é satisfeita a receptividade associada à transição f. No caso contrario, isto é, a variável apresenta nível lógico 1 é prosseguida a sequência normal: n,n+1,n+2, etc.
  • Quando são executadas varias sequências simultaneamente contudo com tempos de duração distintos, para se estabelecer a condição de convergência AND torna-se necessário utilizar uma ou varias etapas sem nenhuma acção associada, chamadas etapas de espera.

Saltos condicionaisEditar

No diagrama Grafcet representado na figura em baixo à esquerda, é executado um salto da etapa n para a etapa n+i+1, isto se a receptividade representada pela variável A tem nível lógico 0.

Para o Grafcet à direita e enquanto a variável D tenha nível lógico 0, as etapas n, n+1, n+2, n+3 serão repetidas.

Macro etapaEditar

  • Um conjunto de etapas cuja execução pode repetir-se ao longo de um diagrama, o Grafcet permite a sua representação mediante uma macro etapa. Desta forma a so há a necessidade de declarar a sequência uma vez.
  • Uma macro etapa é representada por meio de um rectângulo com bordos verticais de traço duplo, contendo no seu interior os números da etapa inicial e final da sequência.

Regras de evoluçãoEditar

  • A dinâmica evolutiva de um Grafcet é dada por um conjunto de regras que nos permitem estabelecer um seguimento dos sinais de token, através do diagrama funcional.
  • Uma etapa pode estar activa, inactiva ou activável e a sua evolução é demonstrada pela seguinte figura:
Regras evolucao
  • Regras de evolução
    • A etapa inicial é activada de forma incondicional.
    • O disparo de uma transição, tem como consequência a activação de a/as etapa(s) seguinte(s) e a inactivação da(s) etapa(s) precedente(s).
    • Transições conectadas em paralelo em condições de serem disparadas, são disparadas de forma simultânea se são cumpridas as respectivas condições de disparo.
    • Se uma etapa é activada e desactivada simultaneamente, esta permanecerá activada.
    • Uma transição é definida como validada se, todas as etapas que a precedem estão activas.
    • Uma etapa é definida como activável se, a transição precedente encontra-se validada.
    • Uma transição pode se encontrar: validada, não validada e disparada.

Estruturas especiaisEditar

Exemplos práticosEditar

Máquina de bebidas quentes (fonte: Sistemas Industriais - FEUP)Editar

Considere uma hipotética máquina automática de venda de bebidas quentes, nomeadamente café e chocolate.

Existem duas ranhuras para moedas e é através da introdução de uma moeda na ranhura apropriada que se escolhe a bebida que pretendida, uma m_cafe para um café e uma m_choc para um chocolate.

Após a introdução da moeda, é necessário ligar o motor que deposita um COPO até que o sensor de copo_presente indique que essa operação está completa. Seguidamente é necessário abrir a válvula do CAFÉ ou CHOCOLATE durante 5 segundos, enchendo assim o copo.

O copo está protegido por uma porta e utiliza-se um TRINCO (actuador impulsional) para abrir a porta. Para assinalar este facto faz-se piscar uma LUZ, que alterna um segundo ligado e outro segundo desligado.

O processo encerra quando o copo desaparece mas a máquina só poderá ser utilizada 10 segundos depois dessa ocorrência.

Para manter as bebidas quentes existem dois sensores chocolate_frio e café_frio que assinalam a necessidade de ligar durante um minuto o sistema AQUECE_CHOC e AQUECE_CAFÉ, respectivamente.

Desenhe um diagrama Grafcet que comande o funcionamento desta máquina.

Solução possível do problema

Referências bibliográficasEditar

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