GRAFCET ESTRUCTURAS BÁSICAS EN GRAFCET

ESTRUCTURAS GRAFCET CON ARDUINO

ITSAINO (USO DE ENTRADAS, SALIDAS, RELEES,

TEMPORIZADOR, CONTADOR , ETC.)

“METODOLOGÍA DE PROGRACIÓN GRAFCET CON ARDUINO” VIDEO DE APOYO : GRAFCET CON FLUIDSIM Usa el software Fluid Sim P para simular GRAFCET aplicados a sistemas electroneumáticos, desde lo más sencillo a lo más complejo. https://youtube.com/playlist?list=PLHTERkK4EZJoUmPtqY8kKCboLIrGN8tYc VIDEO DE APOYO : GRAFCET CON ARDUINO Programa en Arduino sistemas secuenciales simulados en GRAFCET , con un método confiable 100% https://youtube.com/playlist?list=PLHTERkK4EZJpJEcByUotJ5YOIiC-Vmimt El procedimiento

general a seguir para

la

implementación

de la

metodología

de programación

(GRAFCET sobre Arduino) se describe en las siguientes etapas:

Etapa1: Encontrar la solución a la situación planteada en lógica secuencial (GRAFCET) con el Software Fluid Sim. A partir del enunciado o análisis del problema planteado, que describe en forma precisa la situación a solucionar, el programador/estudiante

usa

los

conocimientos

y

competencias

que tiene sobre

GRAFCET y plantea una solución al problema de automatización en forma de un gráfico funcional de etapas y transiciones usando para ello se apoyará en el software de Simulación (Fluid Sim P).

Como resultado de esto, se contará con un GRAFCET que describe el funcionamiento deseado y representa la lógica a ser implementada como programa en el Arduino.

Esta solución al ser simulada y verificada quedará fija como el algoritmo que debe ser traducido a la tarjeta de control, esta solución será independiente del tipo de entradas

con la que se quiera

implementar el programa en el Arduino.

Etapa 2: Definir el diagrama de conexión de entradas y salidas en el Arduino En la etapa 1 se encontró una solución en términos de lógica secuencial , la cual puede ser implementada de un sinnúmero de formas dependiendo de las características de las entradas que se le conecten o escojan para hacerlo por esta razón se debe definir el número de entradas, el tipo de entradas si son contactos

NO o NC y que pines serán asignados a cada una, similar a lo mostrado

en los esquemas de conexión de entradas y salidas.

Guía Elaborada por Ing. Jovanny Duque

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Etapa 3:

Conectar alimentación del equipo de prácticas (sistema electromecánico /neumático + Arduino)

a la fuente de poder de 110VAC, conectar la alimentación neumática , verificar y definir los pines y las conexiones de las entradas y salidas al Arduino las cuales están ya precableadas.

Etapa 4: Elaborar el programa equivalente en el IDE del Arduino Se elaborará el programa equivalente del GRAFCET hecho Fluid Sim siguiendo los lineamientos que a continuación se describen: 1. Todo programa

de Arduino bajo esta metodología estará

dividido en cuatro (3) secciones, el

Tratamiento previo, Tratamiento secuencial , el Tratamiento posterior y la subsección que queda después del void loop dedicada a la programación de las subrutinas de temporización 

El tratamiento previo incluirá las subsecciones “antes del void setup” y el “void setup”.

Antes del void setup: En esta sección del programa se hace la “Declaración de Variables “ en ella deben aparecer las variables Ei correspondientes corresponden

a las

etapas de

todos los GRAFCET`s,

a las entradas de pulsador, interruptores, sensores

circuito/programa, las variables que corresponde a los pin de salidas

las

variables Ii que

que aparecen

en

para el

acoplada a un LED, bobina o

relee.

También se declaran las variables asociadas a

cada temporizador y las variables asociadas al

cada contador. void setup: En esta sección del programa

se habilita la apertura del visualizador serial, se

hace la

declaración de puertos digitales como entradas (INPUT) o como salidas digitales (OUTPUT) , se declaran los estados iniciales de los pines de las salidas en LOW/apagadas. 

El tratamiento secuencial hace parte de la subsecciones “void loop”.

En el void loop: se capturan los valores de puertos digitales de entrada, se da inicio del tratamiento Secuencial cíclico con la declaración de las ecuaciones características de cada ecuación derivada de teoría binodal vista en la sección RE. 

El tratamiento posterior hace parte de la subsecciones “void loop” y se usa para ejecutar las acciones de cada etapa, ya sean activando o desactivando salidas digitales, iniciando una temporización o incrementando un contador entre otras.



Después del void loop : se programan las subrutinas de temporización (para cada temporización se asigna un subprograma //activetempx y un desactivetempx usando para ello comparaciones con el comando millis).

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Estas organización de tareas en la programación

se verán aplicadas a cada uno de los cinco

(4)

estructuras que hacen parte de la práctica Nº1.

Etapa 5:

Configurar la comunicación entre el PC y el Arduino en términos de tipo de controlador

(Mega) y puerto serial de comunicación, cargar y probar el funcionamiento.

IMPLEMENTACIÓN DE LA METODOLOGÍA PARA TRADUCIR AL LENGUAJE “PROCESSING” UN CIRCUITO ELÉCTRICO HECHO EN GRAFCET. La implementación de la metodología iniciará con la programación de las cuatro (4) estructuras secuenciales básicas , la estructura lineal, la estructura alternativa, la estructura simultánea y la estructura repetitiva.

Las estructuras GRAFCET que se programaran describen la forma de activar luces LED que están acopadas a las salidas por medio de una serie de pulsadores en las entradas, logrando que el programa siga los caminos y ejecute las acciones previstas en dependencia de las ordenes de entrada, estas prácticas se harán con el uso del sistema electromecánico didáctico, cada una de las estructuras tendrá un nivel de complejidad creciente, al cabo de los cuales quedará claro como hacer uso de los elementos de programación como : entradas digitales, salidas digitales, memorias(relé), temporizaciones, contadores de eventos, entre otros , siguiendo una metodología.

Los pasos que se han de seguir en estos primeros casos van a ser similares para todas la demás experiencias que se puedan realizar con el equipo y en caso se desarrollan completamente las 5 etapas del proceso .

Con la realización de estas prácticas se sientan las bases para programar cualquier GRAFCET que sea una combinación de las estructuras anteriores, Los elementos y equipos requeridos para realizar las 4 estructuras secuenciales básicas descritos en la tabla T.

están

Tabla T. Equipos y elementos requeridos ITEM

ELEMENTOS

CANTIDAD

1

Luz piloto Led a 24 VDC

3

2

Fuente a 24 V DC

1

3

Pulsador Normalmente Abierto

6

4

Arduino Nano

1

5

Cable de Comunicación PC - Arduino

1

6

Cables de conexión

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Computador con los Programas Fluid Sim P V4.2 y el IDE de Arduino

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CASO N°1

- ESTRUCTURA LINEAL

Solución GRAFCET.

Fig. 1

GRAFCET estructura lineal

S0

Y2

4 S0

Y2

3

PIN 6

S1 3

3

3

4 S2 4 S3 4

PIN 2

A2

PIN 7 PIN 3

A2

PIN 8

A1

Y4 PIN 4

PIN 9

A1

Y3

A2

A1

COM1

S4 3

4

PIN 10

COM

+24 V

0V

SALIDAS +24 V

0V

ENTRADAS

Fig. 2 Esquema de conexión de entradas /salidas para la "estructura lineal" en Arduino

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Programa en IDE del Arduino CASO N°1 //TRATAMIENTO PREVIO //Decalaración de variables utilizadas para el programa //La designación E corresponde a una "Etapa" // La designación S corresponde a los pulsadores de entrada asociados a las transiciones int E1; // Etapa 1 int E2; //Etapa 2 int E3; //Etapa 3 int E4; //Etapa 4 int S0 = 6; //Pulsador S0 conectado al pin 6 de Arduino int S1 = 7; int S2 = 8; int S3 = 9; int S4 = 10; int Y2 = 2; //Salida Y2 conectada al pin 2 de Arduino int Y3 = 3; int Y4 = 4; void setup() { //Apertura del visualizador serial Serial.begin(9600); //Declaración de puertos digitales pinMode(6, INPUT); pinMode(7, INPUT); pinMode(8, INPUT); pinMode(9, INPUT); pinMode(10, INPUT); pinMode(2, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); //Algunos dispositivos traen una configuración "Sinking and Sourcing" por eso es necesario colocar los puertos de salida en 0v. digitalWrite(Y2, LOW); digitalWrite(Y3, LOW); digitalWrite(Y4, LOW); //Declaración del estado inicial de las etapas E1 = HIGH; //La Etapa 1 es una Etapa inicial, debe estar activa al inicio del programa E2 = LOW; E3 = LOW; E4 = LOW; } void loop() { //Capturar valores de puertos digitales de entrada S0 = digitalRead(6); S1 = digitalRead(7); S2 = digitalRead(8); S3 = digitalRead(9);

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S4 = digitalRead(10); //TRATAMIENTO SECUENCIAL

// TRATAMIENTO POSTERIOR if (E1 == HIGH) { Serial.println("Etapa1"); } if (E2 == HIGH) { digitalWrite(Y2, HIGH); Serial.println("Etapa2"); } else { digitalWrite(Y2, LOW); } if (E3 == HIGH) { digitalWrite(Y3, HIGH); Serial.println("Etapa3"); } else { digitalWrite(Y3, LOW); } if (E4 == HIGH) { digitalWrite(Y4, HIGH); Serial.println("Etapa4"); } else { digitalWrite(Y4, LOW); } } CASO N°2 Solución GRAFCET.

Fig. 3

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GRAFCET alternativo

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S6

3

4

PIN 2

S7 3

Y2

PIN 6 A2

4

Y3

PIN 7 3

3

S8 4 S9 4

A1

PIN 3

A2

PIN 8

A1

Y4 PIN 4 A2

PIN 9

A1

COM1

S10 3

4

PIN 10

COM

+24 V

0V

SALIDAS +24 V

0V

ENTRADAS

Fig. 4 Esquema de conexión de entradas /salidas para la “estructura alternativa" en Arduino

Programa equivalente en IDE del Arduino CASO N°2 //TRATAMIENTO PREVIO //Decalaración de variables utilizadas para el programa //La designación E corresponde a una "Etapa" // La designación S corresponde a los pulsadores de entrada asociados a las transiciones int E6; // Etapa 6 int E7; int E8; int E9; int E10; int S6 = 6; //Pulsador S6 conectado al pin 6 de Arduino int S7 = 7; int S8 = 8; int S9 = 9; int S10 = 10; int Y2 = 2; //Salida Y2 conectada al pin 2 de Arduino int Y3 = 3; int Y4 = 4; int T1; // Bit asociado al temporizador 1

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// Variables asociadas a "temp1". int activado1 = 0; // Al principio no ha sido activado. long inicio1, final1, actual1; void setup() { //Apertura del visualizador serial Serial.begin(9600); //Declaración de puertos digitales pinMode(6, INPUT); pinMode(7, INPUT); pinMode(8, INPUT); pinMode(9, INPUT); pinMode(10, INPUT); pinMode(2, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); pinMode(5, OUTPUT); //Algunos dispositivos traen una configuración "Sinking and Sourcing" por eso es necesario colocar los puertos de salida en 0v. digitalWrite(Y2, LOW); digitalWrite(Y3, LOW); digitalWrite(Y4, LOW); //Declaración del estado inicial de las etapas E6 = HIGH; //La Etapa 6 es una Etapa inicial, debe estar activa al inicio del programa E7 = LOW; E8 = LOW; E9 = LOW; E10 = LOW; } void loop() { //Capturar valores de puertos digitales de entrada S6 = digitalRead(6); S7 = digitalRead(7); S8 = digitalRead(8); S9 = digitalRead(9); S10 = digitalRead(10); //TRATAMIENTO SECUENCIAL

// TRATAMIENTO POSTERIOR if (E6 == HIGH) { Serial.println("Etapa6"); }

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TEMPORIZADOR, CONTADOR , ETC.)

if (E7 == HIGH) { digitalWrite(Y3, HIGH); Serial.println("Etapa7"); else { digitalWrite(Y3, LOW);

activetemp1(); }

desactivetemp1(); }

if (E9 == HIGH) { digitalWrite(Y2, HIGH); Serial.println("Etapa9"); } else { digitalWrite(Y2, LOW); } if (E8 == HIGH) { digitalWrite(Y4, HIGH); Serial.println("Etapa8"); } else { digitalWrite(Y4, LOW); } if (E10 == HIGH) { Serial.println("Etapa10"); } } //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - //SUBRUTINA TEMPORIZADOR 1 //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - void activetemp1() { if (E7 == HIGH && activado1 == 0) { // Si ha pulsado HIGH y no ha sido activado=0 antes... activado1 = 1; // marca activado=1 y guarda el tiempo de inicio. inicio1 = millis(); final1 = inicio1 + 5000; // Tiempo final es inicio más 5 segundos. } actual1 = millis(); // Consulta el tiempo actual. if (activado1 == 1 && (actual1 > final1) ) { T1 = HIGH; } else { T1 = LOW; } } //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - void desactivetemp1() { activado1 = 0;// inicio1 = 0; final1 = 0; actual1 = 0; } CASO N°3 Solución GRAFCET.

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Fig. 5

GRAFCET estructura simultanea

S11

3

4

PIN 2

S3 3

Y6

PIN 6 A2

4

Y7

PIN 7 S4 4

3

S7 4

3

A1

PIN 3

A2

A1

PIN 8

COM1 PIN 9

S6 3

4

3

PIN 10 S0 4

PIN 11

SALIDAS +24 V

0V

COM

ENTRADAS +24 V

0V

Fig. 6 Esquema de conexión de entradas /salidas para la "estructura simultanea " en Arduino

Programa equivalente en IDE del Arduino del CASO N°3 //TRATAMIENTO PREVIO //Decalaración de variables utilizadas para el programa //La designación E corresponde a una "Etapa" // La designación S corresponde a los pulsadores de entrada asociados a las transiciones int E12 ; // Etapa 12 int E14 ; int E15 ; int E16 ; int E17 ; int E18 ; int E19 ; int S11 = 6; //Pulsador S11 conectado al pin 6 de Arduino int S3 = 7; int S4 = 8; int S7 = 9;

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int S6 = 10; int S0 = 11; int Y6 = 2; //Salida Y6 conectada al pin 2 de Arduino int Y7 = 3; void setup() { Serial.begin(9600); //Declaración de puertos digitales// pinMode(S11, INPUT); pinMode(S3, INPUT); pinMode(S4, INPUT); pinMode(S7, INPUT); pinMode(S6, INPUT); pinMode(S0, INPUT); pinMode(Y6, OUTPUT); pinMode(Y7, OUTPUT); //Algunos dispositivos traen una configuración "Sinking and Sourcing" por eso es necesario colocar los puertos de salida en 0v. digitalWrite(Y6, LOW); digitalWrite(Y7, LOW); //Declaración de etapa inicial E12 = HIGH; E14 = LOW; E15 = LOW; E16 = LOW; E17 = LOW; E18 = LOW; E19 = LOW; } void loop() { //Capturar valores de puertos digitales de entrada S11 = digitalRead(6); S7 = digitalRead(9); S6 = digitalRead(10); S4 = digitalRead(8); S3 = digitalRead(7); S0 = digitalRead(11); //Tratamiento secuencial

// Tratamiento posterior if (E12 == HIGH) { Serial.println("Etapa12"); } if (E14 == HIGH) { digitalWrite(Y6, HIGH);

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Serial.println("Etapa14"); } else { digitalWrite(Y6, LOW); } if (E15 == HIGH) { digitalWrite(Y7, HIGH); Serial.println("Etapa15"); } else { digitalWrite(Y7, LOW); } if (E16 == HIGH) { Serial.println("Etapa16"); } if (E18 == HIGH) { Serial.println("Etapa18"); } if (E17 == HIGH) { Serial.println("Etapa17"); } if (E19 == HIGH) { Serial.println("Etapa19"); } }

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CASO N°4 ESTRUCTURA REPETITIVA - USO DE CONTADOR ACTIVADO POR UNA ETAPA Solución GRAFCET.

Fig. 7

ENTRADAS

S0 3

GRAFCET estructura repetitiva

4

SALIDAS Y2

Pin 6 Pin 2 X1

X2

COM COM1

+24 V

0V +24 V

0V

Fig. 8 Esquema de conexión de entradas /salidas para la "estructura repetitiva" en Arduino

Programa equivalente en IDE del Arduino

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TEMPORIZADOR, CONTADOR , ETC.)

//TRATAMIENTO PREVIO //Decalaración de variables utilizadas para el programa //La designación E corresponde a una "Etapa" // La designación S corresponde a los pulsadores de entrada asociados a las transiciones int E1; int E2; int E3; int E4; int S0 = 6; int Y2 = 2; // Variables asociadas al Contador int CONTADOR = 0; const int PSCONTADOR = 3; // Preselect del Contador o # de ciclos int ESTADOPREVIO_E2 = 0; // previous state of the Step int T1 ; // Bit asociado al temporizador 1 int T2 ; // Bit asociado al temporizador 2 // Variables asociadas a "temp1". int activado1 = 0; // Al principio no ha sido activado. long inicio1, final1, actual1; // Variables asociadas a "temp2". int activado2 = 0; // Al principio no ha sido activado. long inicio2, final2, actual2; void setup() { //Apertura del visualizador serial Serial.begin(9600); //Declaración de puertos digitales pinMode(6, INPUT); pinMode(2, OUTPUT); //Algunos dispositivos traen una configuración "Sinking and Sourcing" //por eso es necesario colocar los puertos de salida en 0v. digitalWrite(Y2, LOW); //Declaración del estado inicial de las etapas E1 = HIGH; //La Etapa 1 es una Etapa inicial E2 = LOW; E3 = LOW; E4 = LOW; // las etapas comunes } //TRATAMIENTO SECUENCIAL void loop() { //Capturar valores de puertos digitales de entrada S0 = digitalRead(6);

// Ecuaciones binodales de ETAPAS

delay(200); // solo para ayuda de visualización // TRATAMIENTO POSTERIOR if (E1 == HIGH) { Serial.println("Etapa1"); CONTADOR = 0; } if (E2 == HIGH) {activetemp1(); } else {desactivetemp1(); }

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if (E2 == HIGH) { Serial.println("Etapa2"); digitalWrite(Y2, HIGH); Serial.print("CONTADOR : "); Serial.println(CONTADOR); } else {digitalWrite(Y2, LOW);} if (E3 == HIGH) { Serial.println("Etapa3");

}

if (E3 == HIGH) {activetemp2();} else {desactivetemp2();} if (E4 == HIGH) {Serial.println("Etapa4");} if (E2 != ESTADOPREVIO_E2) { if (E2 == HIGH) { CONTADOR++; Serial.print("Numero de Ciclos : "); Serial.println(CONTADOR); } ESTADOPREVIO_E2 = E2; } delay (100); // se usa para observar mejor el monitor serial } //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - //SUBRUTINA TEMPORIZADOR 1 //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - void activetemp1() { if (E2 == HIGH && activado1 == 0) { // Si ha pulsado HIGH y no ha sido activado=0 antes... activado1 = 1; // marca activado=1 y guarda el tiempo de inicio. inicio1 = millis(); final1 = inicio1 + 5000; } actual1 = millis(); // Consulta el tiempo actual. if (activado1 == 1 && (actual1 > final1) ) { T1 = HIGH; } else { T1 = LOW; } } //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - void desactivetemp1() { T1 = LOW; activado1 = 0; inicio1 = 0; final1 = 0; actual1 = 0; } //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - //SUBRUTINA TEMPORIZADOR 2 //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - void activetemp2() { if (E3 == HIGH && activado2 == 0) { // Si ha pulsado HIGH y no ha sido activado=0 antes... activado2 = 1; // marca activado=1 y guarda el tiempo de inicio. inicio2 = millis(); final2 = inicio2 + 5000;

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} actual2 = millis(); // Consulta el tiempo actual. if (activado2 == 1 && (actual2 > final2) ) { T2 = HIGH; } else { T2 = LOW; } } //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - void desactivetemp2() { T2 = LOW; activado2 = 0; inicio2 = 0; final2 = 0; actual2 = 0; } //- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

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