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SFC – SEQUENCE FUNCTIONAL CHART
Linguagem de Programação Grafcet
Histórico:
Em 1975, um grupo de quarenta pesquisadores e gerentes industriais franceses envolveu-se em controle de sistema discreto complexo. Este grupo encontrar-se habitualmente a cada dois meses para comparar e investigar modelos e métodos para construir controle de sistema seqüencial. Eles foram juntando as suas próprias experiências: dezessete diferentes técnicas eram então usadas. Alguns usavam questionários empíricos. Outros utilizavam modelo de módulos tecnológicos. Ainda outros usavam modelo teórico puro derivado do Estado de Máquina ou de Redes Petri.
Eles decidiram construir um modelo padrão, mais fácil que os até então utilizados, e mais satisfatório para sistemas complexos e particularmente para sistemas industriais. Depois de dois anos de reuniões duras e laboriosas, conversas e mais conversas, e estudos, eles vieram propor a um modelo chamado GRAFCET.
Este nome veio de «gráfico» porque o modelo teve uma base gráfica, e AFCET (Associação Francesa de Cibernética Econômica e Técnica), da associação científica que apoiou o trabalho. GRAFCET hoje também é conhecido como um acrônimo de GRAF O DE C OMANDO E TAPA- T RANSIÇÃO.
Trata-se de uma técnica desenvolvida com vista a facilitar e uniformizar o tratamento de projetos, execução, manutenção e exploração de automatismos seqüenciais, substituindo variadas formas de explicitar a organização de um automatismo por uma linguagem acessível e compreensível a todos.
A sua filosofia consiste em partir da explanação do automatismo a conceber a denominada Diagrama de Tarefa e decompô-la em passos (ou etapas) e transições. O conceito básico deste modelo de sistema discreto que permanece até hoje é bastante claro e simples: o «passo», a «ação associada ao passo», a «transição» e a «condição associada à transição».
Nos passos (ou etapas) e só neles são realizadas ações (por exemplo, ligar um contator de acionamento de um motor) e eventualmente pode não se realizar qualquer ação (quando o automatismo deve estar em repouso). Em cada instante, numa dada seqüência só um passo está ativo ( exceto no caso do uso de divergência ).
O «passo» representa um estado parcial do sistema no qual uma ação foi executada. O passo pode ser «ativo» ou «inativo». A «ação» associada é executada quando o passo está ativo, e permanece adormecida quando o passo for inativo.
Para haver transição de um passo para outro é preciso que se verifique uma ou mais condições da transição (por exemplo, para que um elevador em trânsito do 2º para o 3º andar, pare neste, é preciso que uma chave de fim de curso indique a chegada da cabina a este andar).
A «transição», a qual faz a ligação entre um passo prévio (um ou vários) e o passo seguinte (um ou vários), representa o fato que a ação (ou ações) do passo anterior foram completadas com êxito e será seguido pela ação (ou ações) do passo seguinte e significa assim uma decisão de estado do sistema variável. Não obstante, mudar de passo do controle depende de duas condições:
- Todo passo prévio à transição deve ser ativo;
- A condição Booleana associada com a transição deve resultar em verdadeira.
Toda vez que as condições são verificadas verdadeiras para uma transição (ou várias), os passos prévios se tornam «inativo», e os passos seguintes se tornam «ativo».
Para cada automatismo são realizados dois GRAFCET. O primeiro é o chamado GRAFCET de nível 1. A sua construção baseia-se nas Especificações funcionais contidas no Diagrama de Tarefa, que representam as funções a serem desempenhadas pelo automatismo sem atender a outras circunstâncias.
Com base neste é construído o GRAFCET de nível 2 em que as descrições funcionais usadas nos passos e nas condições de transição no GRAFCET de nível 1 são substituídas por especificações tecnológicas nas quais são feitas definições efetivas das tecnologias e componentes a usar no automatismo.
A eventual primeira aparência de complexidade do GRAFCET é substituída pela simplicidade da sua leitura, assim como da sua implementação tecnológica. Existem aparelhos especialmente construídos, com os CLPs adaptados a esta técnica tendo um conjunto de instruções com a mesma finalidade.
Este modelo combinou a habilidade do modelo da Rede Petri para modelagem simultânea, a suavidade de função Booleana para representar função de decisão complexa e incluindo definição de sinais atrasados diretamente. Todas estas características foram julgadas necessárias para suprir as reais exigências da indústria.
O comportamento dinâmico foi inicialmente definido como cinco regras de evolução, mencionadas na norma IEC 848:
- Regra 1: situação Inicial
A situação inicial é caracterizada pelo passo inicial que estará, por definição, no estado ativo no começo da operação. Haverá pelo menos um passo inicial.
- Regra 2: R2, Habilitando uma transição:
Uma transição ou é habilitada ou é incapacitada. É dito que é habilitada quando um (ou todos) passo que a precede imediatamente e está unido a seu símbolo de transição correspondente esteja ativo, caso contrário é inválido. Uma transição não pode ser transposta a menos que: esteja habilitada, e sua condição (ou condições) de transição associada seja verdadeira.
- Regra 3: R3, Evolução de passos ativos:
Implementando Grafcet com software Modicon PL7 micro:
A linguagem Grafcet é uma forma de representar a operação de um sistema seqüencial de forma gráfica e estruturada.
Um programa em linguagem Grafcet é composto basicamente de 3 seções de processamento:
- Pré - processamento.
- Processamento seqüencial.
- Pós – processamento.
O pré-processamento e o pós-processamento são programas em linguagem LADDER ou em IL (lista de instruções) executados antes e depois, respectivamente, do processamento seqüencial.
O processamento seqüencial é composto de passos e transições. Um passo pode conter uma série de ações associadas. Uma transição deve conter uma condição associada.
A regra geral é: uma ação só ocorrerá quando a condição que a antecede for satisfeita. Uma ação é um programa em linguagem ladder ou lista de instruções que é executado quando o passo para o qual esta foi estabelecida é ativado. Quanto a forma de execução, a ação pode ser de três tipos;
- Ação na ativação: a ação é executada uma única vez, quando o passo é ativado.
- Ação na desativação : a ação é executada uma única vez, quando o passo é desativado.
- Ação contínua : a ação é executada continuamente, uma vez que o passo associado é ativado.
Uma condição de transição é um programa em linguagem LADDER ou IL (lista de instruções) que indica as condições necessárias para que ocorra a transição de um passo para outro.
Criando uma aplicação com Grafset com software Modicon PL7 Micro:
Ao selecionarmos o menu File/New (Arquivo/Novo) ou clicando no ícone , após termos selecionarmos o tipo de Processor (CPU do CLP), nos é apresentada a tela que permite selecionar a opção de Grafcet para a aplicação:
Selecione a opção Grafcet clicando em Yes se você deseja que a aplicação seja desenvolvida em linguagem Grafcet. Caso contrário clique em No.
Repare no aviso da placa de exclamação em amarelo:
“Aviso! Você não poderá mudar esta opção uma vez que a aplicação já tenha sido criada!”.
Configuração de objetos Grafcet
O editor de configuração é usado para definir os parâmetros de software da aplicação entre os quais, o número de objetos Grafcet, que são os passos e as transições.
Estrutura de software de Tarefa Única:
Apresentação da Tarefa Mestra (Master Task):
O programa de uma aplicação de tarefa única é associado com uma única tarefa de usuário: a Tarefa Mestra, MAST.
O programa associado com a tarefa mestre é estruturado em vários módulos de programa. Dependendo em se é ou não usado Grafcet, há duas alternativas:
Sem Grafcet:
- Processo Principal (Main);
- Sub-rotinas Sri (i=0 para 253).
Os módulos de sub-rotinas são programados como entidades separadas, as chamadas a uma certa sub-rotina são executadas durante a execução do processo principal ou durante a execução das outras sub-rotinas (até 8 níveis de chamadas a sub-rotinas são possíveis).
Execução cíclica ou periódica da tarefa mestra pode ser escolhida (durante configuração).
Com Grafcet:
- Pré-processamento (PRL). Esta é executada antes do diagrama Grafcet;
- Diagrama Grafcet (Chart): Tanto os passos com as suas ações associadas bem como as transições com suas condições associadas são programadas nas páginas do diagrama Grafcet;
- Pós-Processamento (POST). Esta é executada depois do diagrama Grafcet;
- Sub-rotinas o Sri (i = 0 a 253). Os módulos de sub-rotinas são programados separadamente. As chamadas as a uma sub-rotina são feitas durante o pré- processamento ou durante o pós-processamento, ou durante a execução das ações associadas com os passos ou ainda durante a execução de outras sub-rotinas (no máximo 8 níveis).
Execução cíclica ou periódica da tarefa mestra pode ser selecionada (durante a configuração).
Editor de programa: Linguagem Grafcet :
O editor de linguagem Grafcet tem um conjunto extenso de ferramentas para simplificar a construção de diagramas:
- Uma paleta de objetos gráficos que podem ser acessados diretamente pelo mouse ou pelo teclado (passos, transições, ligações, conectores, etc);
- Acesso direto para a programação de ações ou condições de transição;
- Numeração automática de passos;
- Exibição de cada página Grafcet com linhas de passos e transições;
- Entrada de comentários simplificada.
Um diagrama simplesmente é construído selecionando o objeto requerido da paleta gráfica e colocando-o na página de Grafcet.
Os gráficos na paleta são atualizados de acordo com o objeto gráfico que foi programado imediatamente antes (linhas finas).
O editor de Grafcet trabalha dentro uma zona de edição o a qual pode ser movida dentro do módulo completo que inclui um máximo de 8 páginas de Grafcet.
Os Objetos gráficos:
Os objetos gráficos são mostrados em uma paleta gráfica localizada logo acima da barra de status:
Passos
Inicial: F4 Indica a situação inicial do sistema de controle. i => 0 ... 63
Simples: F3 Indica que o sistema de controle está em um estado estável. i => 0 ... 127
Passos +Transição
Passo+Transição: F2 Insere um passo simultaneamente com um número e uma transição.
Transições
Simples: F6 Usada para mudar de um passo para outro.
Ligação: F Passo -> Transição
Usada para realizar a seleção de seqüência de um conjunto de até 11 passos.
Ligação: F Transição -> Passo
Usada para terminar uma seleção de seqüência de até 11 passos.
AND: F Convergência
Usado para desativar um conjunto de até 11 passos simultaneamente.
AND: F
Divergência
Usado para ativar um conjunto de até 11 passos simultaneamente.
Conectores
Destino: F5 N => Número do passo de destino.
Origem: F7 N => Número do passo de origem.
Escolhendo o tipo de processamento:
Um programa de Grafcet tem 3 diagramas concatenados de processamento:
- Pré-processamento (PRL), que pode ser editado ou em LADDER ou em Lista de Instrução (IL);
- Processamento seqüencial (Chart) editado em linguagem de Grafcet;
- Pós-processando (POST), que pode ser editado em LADDER ou em IL.
Criando um Processo Seqüencial (Diagrama ou Chart ):
Regras de edição:
- A primeira linha de cada página do diagrama Grafcet é usada para entrar conectores de origem;
- A última linha é usada para entrar conectores de destino;
- As linhas pares (de 2 a 12) são linhas de passo (para passos e conectores de destino);
- As linhas ímpares (de 3 a 13) são linhas para transições (para transições e conectores de origem);
- Cada passo é numerado (de 0 a 127) em qualquer ordem;
- Podem ser representados vários diagramas em uma única página.
Executando uma “E divergência”:
Um “E divergência” começa em uma transição para ir para um ou mais passos (até 11).
Para realizar este tipo de ligação:
Usando o mouse :
- Clique no objeto gráfico "And Divergence" localizado na paleta gráfica (F11);
- Clique na transição onde deseja que a linha comece ou então em um segmento existente de uma "E divergência" [A] (no caso de uma divergência múltipla);
OBS: Neste momento o editor troca para o modo desenho, assim nenhuma outra ação estará disponível até a ligação ser completada ou for abortada (teclando ).
- Desenhe a ligação dando cliques nos pontos onde a linha quebra [B] (mudança de direção) nas linhas de transição;
- Dê um duplo clique na célula que é o ponto final da linha ou dê um clique novamente no objeto gráfico dentro da paleta gráfica (F11);
OBS: Se a célula de destino estiver vazia, um passo é criado automaticamente.
- Modifique o número de passo se necessário e então confirme com .
Usando o teclado:
- Usando as teclas de setas posicione sobre a célula que contém a transição onde a ligação deva começar a ligação ou no caso de uma divergência múltipla vá para o segmento existente de uma divergência [A];
- Pressione F11;
É necessário que a Transição esteja a esquerda da Ligação.
OBS: Neste momento o editor troca para o modo desenho: nenhuma outra ação estará disponível até a ligação seja completada ou for abortada.
- Desenhe a ligação que usando as teclas de seta;
- Posicionando na célula que é o ponto final da linha, pressione F11 novamente;
OBS: Se a cela de destino estiver vazia, um passo é criado automaticamente.
- Modifique o número de passo se necessário então confirme com .
OBS: Ao editar, se retraçarmos um segmento, estaremos apagando este segmento. Para cancelar toda a linha atual, use a tecla . Nota:
Um segmento representado por uma linha dupla não pode ser cortado por outra ligação.
Executando uma "E convergência":
Uma "E convergência" começa em um passo para ir até uma ou mais transições (até 11).
Para executar esta ligação:
Usando o mouse
- Clique no objeto gráfico na paleta gráfica (F10);
- Clique no passo de começo [A];
OBS: Neste momento o editor muda para o modo desenho: nenhuma outra ação estará disponível até a ligação seja completada ou seja abortada.
- Desenhe a ligação dando cliques nos pontos onde a linha quebra [B] (onde há mudança de direção) nas linhas de transição;
É necessário que a Transição esteja a esquerda da Ligação.
- Clique no passo onde deve começar ou, no cado de uma ligação multipla, em um segmento existente de ligação passo -> de transição [A];
OBS: O editor muda para o modo desenho: nenhuma outra ação estará disponível até que a ligação seja completada ou seja abortada.
- Desenhe a ligação clicando nos pontos onde a linha quebra [B] (mudança de direção) nas linhas de transição;
Se a célula de destino estiver vazia:
- Dê um duplo clique na célula que é o ponto final da linha ou clique novamente no objeto gráfico dentro da paleta gráfica para criar a transição.
Usando o teclado:
- Usando as teclas de setas, posicione sobre a cela do passo onde a ligação deva começar ou, para uma ligação múltipla, em um segmento existente de ligação passo -> transição [A];
- Pressione F8.
OBS: O editor muda para o modo desenho: nenhuma outra ação estará disponível até a ligação seja completada ou seja abortada.
- Desenhe a linha usando as teclas de seta;
Se a célula de destino estiver vazia:
- Pressione F8 novamente na célula que é o ponto final da linha para criar a transição.
OBS: Ao editar, se retraçarmos um segmento de linha, estaremos apagando o mesmo. Para cancelar toda a linha atual, use a tecla .
Executando uma ligação Transição -> Passo:
Uma ligação transição -> passo começa em uma transição para ir para um único passo.
Para executar esta ligação:
Usando o mouse:
- Clique no objeto gráfico na paleta gráfica (F9);
- Clique na transição onde deve começar ou num conector de origem [A];
OBS: O editor muda para o modo desenho: nenhuma outra ação estará disponível até que a ligação seja completada ou seja abortada.
- Desenhe a ligação clicando nos pontos onde a linha quebra [B] (mudança de direção) nas linhas de transição;
Se a célula de destino estiver vazia:
- Dê um duplo clique na célula que é o ponto final da linha ou clique novamente no objeto gráfico dentro da paleta gráfica para criar o passo;
- Modifique o número do passo se necessário então confirme com .
Usando o teclado:
- Usando as teclas de setas posicione na transição em que a ligação deva começar ou, se for o caso, no conector de origem.
- Pressione F9.
OBS: O editor muda para o modo desenho: nenhuma outra ação estará disponível que até a ligação seja completada ou seja abortada.
- Usando as teclas de setas, desenhe a ligação até o passo ou o conector de destino; Se a cela de destino está vazia:
- Estando posicionado na célula onde a linha deve terminar, pressione F novamente para criar o passo.
- Modifique o número do passo se necessário e então confirme com .
OBS: Ao editarmos, se retraçarmos um segmento de linha estaremos apagando o mesmo. Para cancelar toda a linha atual, use a tecla < ESC>.
OBS: Ao editar, se retraçarmos um seguimento de linha estaremos apagando o mesmo. Para cancelar toda a linha atual, use a tecla .
Através de conectores:
Usando o mouse:
- Clique no objeto gráfico na paleta gráfica (F5 para conector de destino ou F para conector de origem);
- Clique na grade na célula desejada;
- Entre com o número do passo de destino ou com o número do passo de orgem e então confirme com ;
Usando o teclado:
- Vá para a posição desejada;
- Selecione o objeto gráfico requerido apertando F5 ou F7;
- Entre com o número do passo de destino ou com o número do passo de origem e então confirme com .
O uso de conectores:
O propósito dos conectores é assegurar a continuidade de um diagrama de Grafcet quando a ligação direta seja dentro de uma página ou entre duas páginas sucessivas, não poder ser desenhada.
Esta continuidade é provida por um conector de destino que sempre tem um correspondente conector de origem.
- Um diagrama pode estar usando conectores para realizar LOOPS (por exemplo, formando um laço do passo 18 para passo 0);
- Uma seqüência pode ser reiniciada usando conectores (por exemplo, passo 10 para passo 1 ou passo 8 para o passo 2);
- Conectores podem ser usados quando um ramo do diagrama for mais longo que a página (por exemplo, passo 9 para o passo 10).
Conectores usados para seleção de seqüência e fim de seleção de seqüência:
- Para uma seleção de seqüência, as transições e os conectores de destino devem ser editados na mesma página.
- Para um fim de seleção de seqüência, os conectores de origem devem ser editados dentro da mesma página em que se encontra o passo de destino.
- Para um fim de seleção de seqüência seguido por um conector de destino, deve haver o mesmo número de conectores de origem e de passos antes do fim da seleção de seqüência.
