GRAFCET y secuencias

Casi todas las máquinas hacen lo mismo: una secuencia de pasos. Bajar, cerrar la pinza, subir, desplazar, abrir. El GRAFCET es la forma normalizada de dibujar esa secuencia antes de programarla, y es el mejor antídoto contra los programas en los que nadie sabe en qué paso está la máquina. Se define en la norma IEC 60848, y de él deriva el lenguaje SFC de la IEC 61131-3, que en Siemens se llama S7-GRAPH.

Los elementos

• Etapa: un cuadrado con un número. Representa un estado de la máquina. Puede estar activa o inactiva.
• Etapa inicial: un cuadrado doble. Es la que está activa al arrancar.
• Transición: una raya horizontal entre etapas. Lleva asociada una receptividad: la condición que debe cumplirse para pasar a la etapa siguiente, por ejemplo «pieza presente».
• Acción: un rectángulo a la derecha de la etapa, con lo que se hace mientras la etapa está activa, por ejemplo «bajar la broca».
• Arcos: las líneas que unen etapas y transiciones. Se leen de arriba abajo; si un arco sube, lleva una flecha.

Las reglas de evolución

Un GRAFCET no es un dibujo libre: evoluciona según cinco reglas.

1. Situación inicial: al arrancar, están activas las etapas iniciales.
2. Transición franqueable: una transición está validada cuando todas las etapas inmediatamente anteriores están activas. Se franquea cuando está validada y su receptividad es verdadera.
3. Evolución: al franquear una transición se activan todas las etapas siguientes y se desactivan todas las anteriores.
4. Simultaneidad: si varias transiciones son franqueables a la vez, se franquean a la vez.
5. Prioridad de la activación: si una etapa debe activarse y desactivarse al mismo tiempo, queda activa.

Estructuras

Secuencia lineal

Una etapa detrás de otra, como el taladro. Solo hay una etapa activa en cada momento.

Divergencia y convergencia en O (selección)

Desde una etapa salen varias ramas, cada una con su transición, y se sigue solo una. Por ejemplo, según el tipo de pieza, se va al puesto A o al puesto B. Las receptividades de las ramas deben ser excluyentes: si pudieran cumplirse dos a la vez, por la regla de simultaneidad se activarían las dos ramas, y eso casi nunca es lo que se quiere.

Divergencia y convergencia en Y (paralelo)

Se dibujan con doble línea horizontal. Al franquear la transición se activan todas las ramas a la vez, que evolucionan por separado. Al final, la convergencia en Y espera a que todas las ramas hayan terminado antes de seguir: es una sincronización. Por ejemplo, mientras un cilindro coloca la pieza, otro abre la puerta, y no se taladra hasta que las dos cosas estén hechas.

Saltos y bucles

Una transición puede llevar a una etapa anterior (repetir) o saltar etapas que no hacen falta en un caso concreto.

Tipos de acciones

• Continua: la salida está activa mientras la etapa está activa. Es la más habitual y la más segura: al salir de la etapa, la acción se detiene.
• Condicionada: solo se ejecuta si además se cumple una condición, por ejemplo «girar si la puerta está cerrada».
• Memorizada: se activa en una etapa y se desactiva en otra posterior (set y reset). Útil, pero hay que documentarla bien: la salida sigue activa aunque la etapa ya no lo esté.
• Temporizada: una receptividad puede ser un tiempo, por ejemplo «2 s desde que se activó la etapa 3», que se escribe t/X3/2s.

Del GRAFCET al PLC

Hay tres formas habituales de convertir un GRAFCET en programa:

1. Una marca por etapa, con set y reset (KOP)

Cada etapa es un bit. Cada transición es un segmento: si la etapa anterior está activa y se cumple la receptividad, se activa la etapa siguiente y se desactiva la anterior.

Segmento «Transición 0 → 1»:
   X0   Marcha   Pieza          X1
 --| |----| |------| |----------(S)--
                                X0
                              --(R)--

Las salidas se calculan aparte, una vez cada una, a partir de las etapas: Girar = X1 OR X2. Así cada salida tiene una sola bobina. Al arrancar, un bloque de arranque (OB100) activa X0 y desactiva el resto.

2. Un número de paso con CASE (SCL)

Para secuencias lineales, una variable entera guarda la etapa activa y un CASE ejecuta sus transiciones. Es muy compacto, pero solo permite una etapa activa: las ramas en paralelo hay que resolverlas con varias secuencias.

3. S7-GRAPH o SFC

Se dibuja el GRAFCET directamente en el lenguaje secuencial del PLC, que gestiona solo las reglas de evolución y permite ver en línea qué etapa está activa. En Siemens, S7-GRAPH está disponible en los S7-1500 (no en los S7-1200).

Errores típicos

• Receptividades no excluyentes en una divergencia en O: se activan dos ramas a la vez.
• Olvidar la inicialización: tras un corte, ninguna etapa activa y la máquina no responde.
• Escribir las salidas dentro de cada transición, con bobinas repetidas, en lugar de calcularlas una vez a partir de las etapas.
• Usar acciones memorizadas sin desactivarlas en todos los caminos posibles.
• No mostrar la etapa activa en la pantalla: el técnico no sabe dónde se ha quedado la máquina.

Resumen

• El GRAFCET (IEC 60848) describe una secuencia con etapas, transiciones con receptividades y acciones.
• Una transición se franquea si su etapa anterior está activa y su receptividad es verdadera; entonces activa las siguientes y desactiva las anteriores.
• Divergencia en O: se sigue una rama, con condiciones excluyentes. Divergencia en Y: todas las ramas a la vez, y se sincronizan al final.
• Al PLC se pasa con una marca por etapa (set y reset), con un número de paso (CASE) o con S7-GRAPH/SFC.
• Las salidas se calculan una vez a partir de las etapas, y la etapa inicial se activa al arrancar.