GRAFCET-Grundlagen

GRAFCET (IEC 60848) beschreibt das Verhalten einer Ablaufsteuerung – einer Maschine, eines Prozesses, einer Ampel – als Folge von Schritten, die durch Transitionen verbunden sind. Es ist die Spezifikationssprache, auf der die Ablaufsprache SFC der SPS (IEC 61131-3) beruht.

Schritte

Ein Schritt ist ein stabiler Zustand des Systems: Warten, Füllen, Bohren. Er wird als Quadrat mit seiner Nummer gezeichnet. Zu jedem Zeitpunkt ist ein Schritt entweder aktiv oder inaktiv; die Menge der aktiven Schritte ist die Situation des Grafcets.

• Ein Anfangsschritt (Doppelquadrat) ist aktiv, wenn das System startet. Ein Grafcet braucht mindestens einen.
• Die Variable X3 ist wahr, solange Schritt 3 aktiv ist. Sie können sie in Transitionsbedingungen und Bedingungen verwenden.

Transitionen und Transitionsbedingungen

Eine Transition (kurzer waagerechter Strich) verbindet Schritte. Ihre Transitionsbedingung, die neben ihr steht, ist die Bedingung zum Weiterschalten: ein Eingang (start), eine Verknüpfung (start * /door), eine Flanke (↑b), eine Zeitbedingung (5s/X2) oder ein Vergleich (level >= 80). Die Transitionsbedingung 1 ist immer wahr.

• Eine Transition ist freigegeben, wenn alle Schritte unmittelbar darüber aktiv sind.
• Eine freigegebene Transition schaltet, sobald ihre Transitionsbedingung wahr ist.

Aktionen

Die Rechtecke rechts neben einem Schritt sind seine Aktionen: was das System tut, solange der Schritt aktiv ist, z. B. Pumpe einschalten. Eine kontinuierlich wirkende Aktion nennt einen Ausgang, der wahr ist, solange der Schritt aktiv ist. Speichernd wirkende Aktionen ändern einen Wert einmal: wenn ein Schritt aktiviert oder deaktiviert wird oder wenn ein Ereignis eintritt. Siehe Aktionen.

Die fünf Ablaufregeln

Diese Regeln der IEC 60848 legen fest, wie sich ein Grafcet entwickelt. Der Simulator wendet sie genau an.

1. Anfangssituation: Beim Start sind die Anfangsschritte aktiv.
2. Schaltbedingung: Eine Transition schaltet, wenn sie freigegeben und ihre Transitionsbedingung wahr ist.
3. Schalten: Das Schalten einer Transition aktiviert alle Schritte unmittelbar darunter und deaktiviert alle Schritte unmittelbar darüber.
4. Gleichzeitiges Schalten: Alle Transitionen, die zum selben Zeitpunkt schalten können, schalten gleichzeitig.
5. Gleichzeitig aktiviert und deaktiviert: Ein Schritt, der gleichzeitig aktiviert und deaktiviert wird, bleibt aktiv.

Nach einer Änderung eines Eingangs werden die Regeln immer wieder angewendet, bis keine Transition mehr schalten kann: die Suche nach einer stabilen Situation. Schritte, die bei dieser Suche aktiviert und gleich wieder verlassen werden, sind instabil (transient): Ihre kontinuierlich wirkenden Aktionen werden nicht ausgeführt, ihre speichernd wirkenden Aktionen schon.

Einen Weg wählen: ODER

Folgen auf einen Schritt mehrere Transitionen, nimmt der Grafcet den Weg, dessen Transitionsbedingung wahr ist: eine Alternativverzweigung, gezeichnet mit einer einfachen waagerechten Linie (ODER-Verzweigung). Die Wege treffen sich wieder an einer einfachen Linie (ODER-Zusammenführung).

Formulieren Sie die Transitionsbedingungen gegenseitig ausschließend (sie können nie gleichzeitig wahr sein), hier a und /a * b. Sonst würden beide Wege zugleich genommen. GrafcetMaker warnt Sie, wenn es nicht beweisen kann, dass sich alternative Transitionsbedingungen ausschließen, und bietet an, einem Zweig Vorrang zu geben.

Mehreres gleichzeitig tun: UND

Folgen auf eine Transition mehrere Schritte, werden sie alle gemeinsam aktiviert: Parallelverzweigungen, gezeichnet mit einer Doppellinie (UND-Verzweigung). Die Zweige enden ebenfalls an einer Doppellinie (UND-Zusammenführung): Die Transition darunter ist erst freigegeben, wenn der letzte Schritt jedes Zweigs aktiv ist; sie wartet also, bis alle Zweige fertig sind.

Rückführungen

Eine Verbindung nach oben, gezeichnet mit einem Pfeil, führt zu einem früheren Schritt zurück: der übliche Weg, einen Zyklus zu wiederholen. Drücken Sie L auf einem Schritt und klicken Sie dann auf den Schritt, zu dem es zurückgehen soll.

Größere Anwendungen

• Ein Projekt kann mehrere Teil-Grafcets enthalten, die gemeinsam laufen, z. B. einen für den Zyklus und einen für die Sicherheit. Sie sehen die Schritte der anderen über Xn.
• Ein Makroschritt steht für einen ausführlichen Ablauf, der auf einem eigenen Blatt gezeichnet ist, seine Expansion.
• Ein einschließender Schritt enthält einen ganzen Grafcet, der nur läuft, solange er aktiv ist.
• Eine Zwangssteuerung gibt einem anderen Grafcet eine Situation vor, z. B. bei einem Not-Halt.

Siehe Makroschritte, einschließende Schritte und Zwangssteuerung.

Mehr erfahren

• Transitionsbedingungen schreiben – die vollständige Syntax der Ausdrücke.
• Glossar – alle genormten Begriffe an einem Ort.
• Wie GrafcetMaker jede Regel genau auslegt, ist in docs/semantics.md im Quellcode-Repository dokumentiert.