TEMA 3. AUTOMATISMOS Y AUTÓMATAS PROGRAMABLES. IMPLEMENTACION DE GRAFCET. OBJETIVOS: Los diseños e introducidos en el tema anterior, se traducen de manera sencilla a unas funciones lógicas concretas, esta concreción permite su implementación tanto en diagrama de contactos como en como en lista de instrucciones o bloques funcionales. 3.1. Elemento secuencial de una etapa. Para realizar físicamente una etapa cualquiera mediante lógica programada o cableada, a partir del Grafcet se realiza: - El Grafcet, debe contener etapas y sus acciones asociadas. - Cada etapa se asocia a elemento capaz de memorizar un simple bits, 1 ó 0. - La memoria está activa si almacena 1, inactiva si un 0. - Si tiene un 1, ejecuta las acciones asociadas incondicionalmente, las acciones condicionales, se ejecutan si además se cumple la condición asociada a esa acción. - Si una etapa esta en estado activable, se considerará a este como un pseudo estado inactivo, a efecto de sus acciones asociadas. - Para indicar la conexión entre las etapas del diagrama y las receptividades de las transiciones, la realizamos mediante el módulo secuenciador etapas. Con estas reglas establecemos las reglas fijas de construcción de un elemento real que permita traducir los diagramas en reglas lógicas, en circuitos. -59-
3.2. Módulo Secuenciador de Etapa. La relación funcional entre dos etapas contiguas, queda definida por el módulo secuencial de etapa, que marca la interacción con las etapas anteriores y posteriores. Es un concepto que define una función lógica y tecnológica, y que permite implementar en diversas tecnologías como eléctricos, neumáticos, etc.. dicha relación. Formado por: - Una memoria binaria, almacena 1 ó 0 - La memoria tiene una entrada para la señal de mando o activación, conecta una función AND, solo si están activas todas las señales de activación, se activa y almacena. - Tantas entradas AND como etapas deben activar la etapa a que corresponde el módulo, mas una entrada, para conectar la receptividad de la transición asociada a esta etapa. - En la de desactivación de la memoria, se conecta una función OR, para que la memoria se desactive, por las otras etapas existentes que al activarse esas etapas, deben desactivar la etapa actual. Esto se resume en el primer esquema que planteamos ahora. Si la etapa se llama etapa n, en una secuencia simple, el esquema anterior se traduce en: -60-
Para secuencia única, debe tener por lo menos, 3 entradas de activación o puesta a 1 : - 1ª entrada de activación de la etapa n, que usamos para hacer activable (que esté preparada) la etapa n, cuando se produce, se activa, la salida de la etapa anterior, la etapa n-1. - 2ª entrada de activación de la etapa n, que usamos para activar la etapa n, cuando se cumple la receptividad de la transición entre la etapa n-1 y n. - 3ª entrada de desactivación de la etapa n, puesta a 0, parar la etapa n, cuando se activa la salida de la etapa siguiente n+1. Proviene de la salida realimentada de la etapa n+1. Corresponde a las 3 entradas de la izquierda del esquema anterior. El módulo secuenciador de la etapa n, se hace activable, y la etapa es activable, cuando estando activa la etapa anterior n-1, se cumple la condición lógica de la transición, y se cumple la receptividad, pasamos la condición de transición, la etapa n sigue activa, almacenando un 1, hasta que se active la etapa siguiente n+1, en que se deberá poner a 0, por la 3ª entrada que produce la desactivación de la etapa. Pasemos al otro lado del esquema, las salidas: para: Las salidas que se produce cuado está activo, están a 1, y se usan 1. Producir la salida de etapa n. - Activar las acciones incondicionales asociadas a la etapa n. - Activar las condicionales que cumplan su condición. Esto es, ejecutar las ordenes asociadas a esta etapa. 2. Hacer activable el módulo siguiente, n+1, debe encontrarse preparada. 3. Desactivar, la etapa anterior n-1, para que nunca estén activas simultáneamente dos etapas consecutivas. -61-
Este elemento se implementa con un circuito muy sencillo que es el biestable SET-RESET, que almacena un 1, cuando se activa el SET, y se pone a 0, cuado se activa el RESET. Además colocamos una función AND, para que se active solo si se cumplen TODAS las condiciones de activación, y una entrada OR, para que se desactive si se cumple una sola de las condiciones de desactivación. 3.3. Ecuaciones lógicas de activación y desactivación de etapa. Del módulo secuencial obtenemos una función lógica de activación y de desactivación de una etapa cualquiera. Tendremos una función de activación y desactivación de la etapa, y una función lógica, de las acciones asociadas a la etapa. La función de activación y desactivación de la etapa n. Es un circuito SET RESET, que cumple la función descrita: Y = R ( S + Y ) Asociamos en este circuito a: Y con la salida de la etapa n. R es la función OR de las condiciones de desactivación (a 0 ). S es el AND de todas las condiciones de activación. Por tanto las condiciones de activación y desactivación de la etapa En se corresponde con la función lógica: E n = E n+1. ( E n-1. T n-1 + E n ) -62-
Para una secuencia única, de varias etapas, la relación de activación y desactivación de En, cuando esta activa la etapa En-1, y se cumple la receptividad de la transición entre n-1 y n, llamada Tn-1. O si se activa etapa n. su salida está activa, esta la mantiene activa, y además debe estar desactivada la etapa siguiente En+1, por ello la raya indicando negación, sobre En+1. En una secuencia como la dada, En se activa, si siendo activable, por estar activa En-1, se cumple Tn-1, y se desactivará cuando se activa En+1. Pues: - En se hace activable cuando En-1 está activo. - Además se cumple la transición Tn-1. - Pasa a activo En. - Se desactiva la etapa En-1 - Pasa a activable En+1. - Cuando se cumple Tn, se desactiva En, se activa el activable En+1, y pasaría a activable En+2. Para cada etapa escribimos esta ecuación lógica, si es secuencia única, u otras distintas según sea la secuencia. -63-
3.4. Ecuaciones lógicas de activación de mando de acciones. Además escribimos las ecuaciones de activación de las acciones asociadas a cada etapa, las condicionales e incondicionales. Una ecuación para cada acción. La expresión lógica depende del tipo de acción. Los autómatas actuales escriben las funciones lógicas sin mas que dibujar el esquema. Pero vamos a ver ejemplos simples, haciéndolo nosotros. 3.5. Ejemplos. Para el diagrama de la figura, de acuerdo con lo enunciado anteriormente, vamos a ir estudiado las acciones de cada etapa: Funciones Etapa 5: E 5 = E 6. ( E 4.T 4 + E 5 ) Ecuación activación etapa. Y las acciones de Etapa 5 A = E 5 B = E 5 Para la etapa 6 la función es: E 6 = E 7. ( E 5.T 5 + E 6 ) Y las acciones de Etapa 6 D = E 6 y C = E 6. m Para la etapa 7 la función es: E 7 = E 8. ( E 6.T 6 + E 7 ) Y las acciones de Etapa 6 F = E 7 y G = E 7. m Se propone al alumno escribirlo en diagrama de contactos, antes de volver la hoja, en que se da la solución. -64-
El esquema de contactos a que se traducen las ecuaciones anteriores es: 3.5. Convergencias y divergencias. A partir de lo deducido anteriormente, podemos ahora obtener las funciones para otras estructuras, sin mas que aplicar las mismas reglas de la secuencia única. Así por ejemplo para la estructura de una: -65-
Divergencia en OR Vimos que la estructura de la divergencia en OR era: En la que si está activa n, son activables las etapas n+1 y n+2, cuando se produzca el cumplimiento de la condición lógica a, y no se cumpla b, pasará la transición, y activará la etapa n+1, y no la n+2 que será inactiva. Por tanto, la función lógica será: E n = E n+1. E n+2. ( E n-1.t n-1 + E n ) Es decir la ecuación indica que la etapa n se activará si: - Son activables, no activas E n+1 y E n+2. Las dos simultáneamente. - Está activa la etapa anterior E n-1 y se cumple la condición T n-1. - O ya está activa E n y la salida la mantiene. Es lo que resume la ecuación. Convergencia en Or: De la misma manera para la convergencia en OR, que tiene la forma: Esta estructura de Convergencia en Or, para su activación debemos de contar con las etapas anteriores, puesto que cualquiera de las anteriores puede provocar su activación. Por tanto la función lógica de activación y desactivación, será en la forma: -66-
E n = E n+1. ( E n-1. c + E n-2. d + E n ) Es decir la ecuación indica que la etapa n se activará si: - Es activable, no activa E n+1, y además... - Está activa la etapa anterior E n-1 y se cumple la condición c, ó... - O está activa la etapa E n-2 y se cumple la condición d, ó... - Está activa la etapa E n y la salida la mantiene. Es lo que resume la ecuación. Divergencia en AND. De la misma manera para la divergencia en AND, que tiene la forma En esta de divergencia en AND, se tiene en cuenta que la función lógica asociada a la etapa a partir de la cual se produce la divergencia, el número de etapas posteriores que intervienen en su condición de desactivación, por ello obtenemos la función lógica siguiente: E n = E n+1. E n+2. ( E n-1. R + E n ) Es decir la ecuación indica que la etapa n se activará si: - Son activables, no activa las etapas siguientes E n+1 y E n+1, y... - Está activa la etapa anterior E n-1 y se cumple la condición f, ó... - Está activa la etapa E n y la salida la mantiene. Es lo que resume la ecuación. -67-
Convergencia en AND. De la misma manera para la convergencia en AND, que tiene la forma: Para estructura de convergencia en AND, debemos contar con que la etapa de convergencia, en las condiciones de activación de su función lógica, las etapas cuya activación simultanea deberá provocar la activación posterior de dicha etapa. Su función lógica será pues: E n = E n+1. ( E n-1. E n-2.f + E n ) Es decir la ecuación indica que la etapa n se activará si: - Es activable, no activa la etapa siguiente a n, es decir E n+1, y... - Están activas las etapas anteriores E n-1 y E n-2, y se cumple la condición f, ó... - Está activa la etapa E n y la salida la mantiene. Es lo que resume la ecuación. Todas y cualquiera de las estructuras se pueden solucionar con estas. -68-
3. Ejemplo de Aplicación. EJEMPLO Diseñar mediante diagrama GRAFCET el sistema secuencial que permita el llenado de un depósito de agua, mediante una bomba elevadora. Debe llenar el depósito automáticamente siempre que detecte que el sistema está a punto de vaciarse por completo, y no cada vez que se produzca un gasto de agua. El sistema dispone de entradas: - Un sensor de depósito vació. D2 - Un pulsador de puesta en marcha general del sistema. P - Un sensor de depósito lleno. D1 Todos ellos toman el valor 1 al activarse. La salida del sistema, debe activar el motor de la bomba de elevación. m Mejorar posteriormente el sistema, añadiendo un sensor de desbordamiento del depósito, ra, que se activa si por algún problema detecta la existencia de agua alrededor del depósito por fuera, en cuyo caso deberá parar el depósito y pasar al estado de espera. RESOLUCIÓN: -69-
EJEMPLO Realizar un programa en GRAFCET que controle la apertura de una puerta automática. Cuando se acciona el pulsador de apertura de puerta, por el mando a distancia, la puerta se abre (si no estaba ya abierta), poniendo en marcha el motor moviéndose a derecha. Y libera el sensor de puerta cerrada PC. Al pasar el vehículo por la puerta, actúa el sensor CP, como seguridad, para que no se cierre y resulte atrapado mientra el vehículo se encuentra pasando. La puerta se abre hasta PA, y cuando actúa sobre el sensor, se para el motor, invierte el sentido y comienza a cerrar la puerta, en cuanto el coche pase por PV. ENTRADAS : - Pulsador de apertura de puerta, mando a distancia - Sensor puerta cerrada. - Sensor de puerta abierta - Sensor de paso de vehículo. - Sensor para indicar cierre. SALIDAS : Motor Cerrar puerta. Motor Abrir puerta EJEMPLO Escribir el diagrama Grafcet y el diagrama de contactos correspondiente un automatismo que controla el funcionamiento de una cinta transportadora, por la que circulan piezas de distintas longitudes. Los detectores infrarrojos, A situado al principio de la cinta, si se presenta una pieza A lo detecta y pone en marcha el sistema. Al llegar la pieza al medidor de longitud entre B y C, y la longitud es menor que la distancia entre B y C, expulsa la pieza con el expulsor P, pero si la distancia es mayor, no actúa el expulsor P y sigue la pieza. Si no hay piezas sobre la cinta, esta se para, y hasta no presentarse otra no arranca. -70-