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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 de um 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.

Acção de um 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.
Acção condicional de um Grafcet‎

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.

Transição de um 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.

Transição fonte de um Grafcet‎


Transição poçoEditar

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

Transição poço de um 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.

Transição temporizada de um Grafcet‎


Transição incondicionalEditar

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

Transição incondicional de um Grafcet‎


Transição com receptividades múltiplasEditar

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

Transição com receptividades multiplas de um Grafcet‎


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).

Transição por flancos de um Grafcet‎


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.

Ligação orientada de um Grafcet‎

Traços paralelosEditar

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

Traços paralelos de um Grafcet‎


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.

Divergência OR de um 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.

Convergência OR de um 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.

Divergência AND de um Grafcet‎
  • 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.

Convergência AND de um 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 de evolução‎
  • 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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