Tài liệu Ngôn ngữ lập trình_Grafcet docx

Chú ý: Trong trường hợp này, việc thông của chuyển tiếp chỉ là điều kiện tích cực của bước liền trước.. Chú ý: Ứng dụng quy tắc chuyển đổi 2, chuyển tiếp chỉ thông ở sườn tăng và sau khi

2.2 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH GRAFCET

2.2.1 Tổng quan về Grafcet

Trong lập trình điều khiển dùng PLC (bộ điều khiển khả trình), Grafcet làmột trong 5 ngôn ngữ chính thức được công nhận và được biết dưới tên gọi bằngtiếng Anh là SFC (Sequential Function Chart của tiêu chuẩn IEC 1131-3)

Grafcet là từ viết tắt của tiếng Pháp: Graphe Fonctionnel de Commande desEtapes et Transitions (đồ hình điều khiển bước - chuyển tiếp) do hai cơ quanAFCET (Liên hiệp Pháp về tin học kinh tế và kỹ thuật) và ADEPA (Tổ chức nhànước về phát triển nền sản xuất tự động hóa) hợp tác soạn thảo ra từ tháng 11/1982

Có thể nói Grafcet là một dạng đặc biệt của mạng Petri, trong đó tất cả các vịtrí đều có số token bằng 1 Điều này có nghĩa là các nguyên tắc chuyển đổi trạngthái trong Grafcet tương tự như mạng Petri

Grafcet là ngôn ngữ lập trình bằng biểu đồ để mô tả các hoạt động của hệthống điều khiển trình tự Được xây dựng trên các bước và các chuyển tiếp, mỗibước (tương ứng với một vị trí trong mạng Petri) diễn tả trạng thái mà tại đó ứng xửcủa hệ thống được xác định bởi tác động gắn liền với bước đó Mỗi chuyển tiếp(tương ứng chuyển tiếp của mạng Petri) thể hiện điều kiện chuyển trạng thái của hệthống, chuyển tiếp gắn liền với một điều kiện

- Dòng điều khiển chuyển từ bước này sang bước kế tiếp thông qua chuyểntiếp có điều kiện Nếu điều kiện chuyển tiếp là đúng thì dòng điều khiển sẽ chuyển

từ bước này sang bước kế tiếp

- Chức năng điều khiển ở bất cứ mức nào đều có thể biểu diễn bởi một nhómbước và các chuyển tiếp được gọi là biểu đồ chức năng Sau đó những biểu đồ này

có thể được kết nối lẫn nhau theo trình tự yêu cầu, bởi các liên kết có hướng biểudiễn dòng điều khiển nhằm tạo nên một biểu đồ Grafcet hoàn chỉnh

Bước: Mỗi bước được biểu diễn bằng hình vuông nét đơn,

có con số ở nữa trên thay thế dấu *

Ví dụ: "Bước 3 biểu diễn ở trạng thái tích cực"

bước có thể được biểu thị bằng các giá trị logic "1" hoặc

"0" Ví dụ : "Biến bước của bước thứ 8" X8 "X8" =1 và "x8 " =0 khi bước "8" tích cực

*

1

2

3

"X8" =0 và "x8 " =1 khi bước "8" không tích cực.

Bước mở đầu: được biểu diễn bằng hình vuông nét

đôi Bước này là ở trạng thái tích cực khi bắt đầu quá trình hoạt động của Grafcet

Ví dụ: "Bước mở đầu 3"

Các kết nối đầu vào và đầu ra của một bước:

Khi nhiều chuyển tiếp được nối với nhau trong cùng mộtbước, các kết nối được định vị tương ứng là được nhóm lạiphía trên hoặc phía dưới của bước

Ví dụ: nhiều kết nối tại đầu vào của bước 6 và đầu ra củabước 7

2.2.2.2 Tác động gắn liền với bước

Mỗi bước có thể được gắn liền một hoặc nhiều tác động Các tác động nàyđược thực hiện khi bước mà chúng gắn liền ở trạng thái tích cực

Một bước có thể không có tác động nào gắn liền Ta có thể sử dụng bước này

để chờ của một sự kiện bên ngoài Ví dụ sự thay đổi trạng thái của đầu vào, đồng bộgiữa nhiều bước trong Grafcet

Tác động: được biểu diễn bằng hình chữ nhật gắn

kết với bước

Gán nhãn cho đầu ra: Mỗi tác động sẽ có nhãn

viết bằng chữ in hoa bên trong hình chữ nhật, đạidiện cho tác động này

Dấu * sẽ thay thế bằng cách diễn đạt của biến đầura

- Khi nhãn được thể hiện dưới hình thức văn bản thì câu mệnh đề hoặc tườngthuật sẽ được sử dụng

- Thứ tự biểu diễn các tác dụng gắn liền với một bước không liên quan đến trình

diễn một tác động VAN 2 mở khi bước 9 tích cực, có thể biểu diễn như sau:

Ghi chú: khi các tác động được mô tả bằng ký hiệu thì phải đính kèm một bảng giảithích ý nghĩa của các ký hiệu đó

2.2.2.3 Chuyển tiếp (transition)

Chuyển tiếp là để chỉ khả năng chuyển đổi giữa các bước

Chuyển tiếp từ một bước đến bước khác: chuyển tiếp được

biểu diễn bởi một đường vuông góc với đường thẳng nối giữahai bước Quy ước:

- Chuyển tiếp được kích hoạt khi bước liền trước là tích cực

- Giữa hai bước bao giờ cũng chỉ có một chuyển tiếp

Sự đồng bộ trước và/hoặc sau một chuyển tiếp:

Khi một vài bước được nối đến cùng một chuyển tiếp thì các liên kết có hướng từ và/hoặc đến các bước này được nhóm lại, để đứng hoặc đứng sau ký hiệu đồng bộ Ký hiệu này được biểu diễn bằng đường nét đôi nằm ngang

Ví dụ 1: chuyển tiếp từ một bước (12) đến các bước (13, 23, 33) Chuyểntiếp (8) được kích hoạt khi bước 12 là tích cực

Ví dụ 2: chuyển tiếp từ một vài bước (18, 34, 45) đến một bước (12) Chuyểntiếp (6) chỉ được kích hoạt khi các bước liền trước là tích cực

Ví dụ 3: chuyển tiếp từ một vài bước (14, 28, 35) đến một vài bước (15, 29,

36, 46)

Chuyển tiếp (14) chỉ được kích hoạt khi các bước liền trước là tích cực

2.2.2.4 Điều kiện gắn liền chuyển tiếp

Mỗi một chuyển tiếp gắn liền với một điều kiện logic được gọi là điều kiện chuyển tiếp Các điều kiện này có thể đúng hoặc sai

Trong số các thông tin có mặt tại một thời điểm, điều kiện nhóm các thông tin cần thiết cho chuyển tiếp Những thông tin có thể bên ngoài (thông tin cổng

ngoài, tình trạng máy tính, bộ thời gian và ) hoặc bên trong ( tình trạng tích cực hoặc không tích cực của các bước khác, )

Điều kiện chuyển tiếp:

Biểu thức logic, được gọi là điều kiện chuyển tiếp, có thể đúng hoặc sai, gắn liền với mỗi chuyển tiếp

Ký hiệu * được thay thế bằng sự mô tả điều kiện chuyển tiếp ở dạng văn bản, biểu thức logic hoặc các biểu tượng đồ hình

Ví dụ 1: Điều kiện chuyển tiếp được mô tả bằng văn bản

Ví dụ 2: Điều kiện chuyển tiếp được mô tả bằng biểu thức logic

Điều kiện chuyển tiếp luôn luôn đúng:

Ký hiệu "=1" nghĩa là điều kiện chuyển tiếp là luôn luôn đúng

Chú ý: Trong trường hợp này, việc thông của chuyển tiếp chỉ là điều kiện tích cực của bước liền trước

Sườn tăng của biến logic:

Ký hiệu " ↑ " nghĩa là điều kiện chuyển tiếp chỉ đúng lúc thay đổi trạng thái của biến * từ 0 sang 1

Ký hiệu này áp dụng cho tất cả các biểu thức logic, các biến cơ bản hoặc cho tập hợp các biến logic

Ví dụ 1: Điều kiện gắn liền chỉ đúng khi a thay đổi từ trạng thái 0 sang trạng thái 1

Chú ý: Ứng dụng quy tắc chuyển đổi 2, chuyển tiếp chỉ thông ở sườn tăng và sau khi chuyển tiếp đã được kích hoạt bởi tích cực của bước 3

=1

Ví dụ 2: Điều kiện gắn liền chỉ đúng khi a là đúng hoặc b thay đổi từ trạngthái 0 sang trạng thái 1.

Sườn xuống của biến logic:

Ký hiệu " ↓ " nghĩa là điều kiện chuyển tiếp chỉ đúng lúc thay đổi trạng thái của biến * từ 1 sang 0

Ký hiệu này áp dụng tất cả các biểu thức logic, cho các biến cơ bản hoặc cho tập hợp các biến logic

Ví dụ : Điều kiện gắn liền chỉ đúng khi tích logic "a b" thay đổi từ trạng thái

1 sang trạng thái 0

2.2.2.5 Các liên kết có hướng

Liên kết có hướng từ trên-xuống:

Các liên kết có hướng gắn kết các bước với các chuyển tiếp và các chuyển tiếp với các bước Các liên kết này chỉ ra các hướng chuyển đổi giữa các bước.

Các liên kết có hướng là các đường thẳng nằm ngang hoặc chuyển đổi thẳng

Các liên kết chéo chỉ sử dụng trong các trường hợp cần làm rõ nghĩa đồ hình

Các liên kết nằm ngang và dọc giao nhau nếu chúng không có quan hệ với nhau Như vậy các đường giao nhau này sẽ không xuất hiện nếu các liên kết có cùng một chuyển đổi

Ví dụ: Ba sơ đồ sau đây đều hợp lý, nhưng sơ đồ 2 và 3 thường được dùng đểminh hoạ các liên kết có và không có quan hệ nhau.

Liên kết có hướng từ dưới -lên:

Theo quy ước, sự chuyển đổi được biểu diễn bằng đường có hướng

từ trên xuống dưới Mũi tên chỉ được sử dụng khi quy ước này khôngđược áp dụng hoặc khi việc hiện diện của các mũi tên này làm rõnghĩa thêm

Nhãn được liên kết:

Khi một liên kết có hướng bị gián đoạn ( ví dụ như trong các đồ hìnhphức tạp hoặc đồ hình gồm nhiều trang), con số của bước đích và sốcủa trang mà có bước đích phải được viết ra Dấu * được thay thếbằng nhãn liên kết

Ví dụ: Chuyển đổi đến bước 85 ở trang 13

- Liên kết có hướng chỉ nối một bước với chuyển tiếp hoặc một chuyển tiếpvới một bước.

2.2.3.2 Các quy tắc chuyển đổi

Có 5 quy tắc biến đổi khi lập trình bằng Grafcet:

 Quy tắc 1: Tình trạng ban đầu

Tình trạng ban đầu của grafcet là tình trạng tại thời điểm ban đầu Tập hợpbước tích cực tại thời điểm ban đầu

Trong trường hợp quá trình tự động hóa không theo chu kỳ, tình trạng banđầu phụ thuộc vào tình trạng thao tác tại thời điểm ban đầu của phần điều khiển

 Quy tắc 2: Sự thông của chuyển tiếp

Một chuyển tiếp được là kích hoạt khi tất cả các bước liền trước liên kết vớichuyển tiếp này là tích cực

Sự thông của chuyển tiếp chỉ xảy ra:

- khi chuyển tiếp được kích hoạt

- điều kiện gắn liền với chuyển tiếp là đúng

Minh họa:

 Quy tắc 3: Sự chuyển đổi của các bước tích cực

Khi thông một chuyển tiếp thì:

- làm tích cực đồng thời tất cả các bước liền sau nó

- và làm mất tích cực tất cả các bước liền trước nó

Minh họa:

 Quy tắc 4: Sự chuyển đổi đồng thời

Các chuyển tiếp có thể thông đồng thời thì sẽ thông đồng thời

Minh họa:

 Quy tắc 5: Tích cực và không tích cực đồng thời một bước

Khi một bước đồng thời có thể ở 2 trạng thái tích cực hay không tích cực thì

nó sẽ ở trạng thái tích cực

Minh họa: Sự tích cực và sự mất tích cực đồng thời một bước (bước 12)

2.2.4 Sự chuyển đổi giữa các bước

2.2.4.1 Chuyển đổi từ bước này qua bước khác

Chuyển tiếp không kích hoạt

Chuyển tiếp (2) không kích hoạt bởi bước 2không tích cực

2

3

(2) a.(b+c) với a.(b+c)=0 hoặc 1

Trạng thái logic(0 hoặc 1) của điều kiện gắnliền với chuyển tiếp này không ảnh hưởng.

Chuyển tiếp kích hoạt

Bước 2 tích cực và chuyển tiếp (2)kích hoạtnhưng không thông do điều kiện "a.(b+c)"gắn liền với với chuyển tiếp là không đúng

Chuyển tiếp có thể thông

Từ tình huống phía trên, chuyển tiếp (2) cóthể thông khi điều kiện "a.(b+c)" gắn liền làđúng Chuyển tiếp này ngay lập tức đượcthông

Chuyển tiếp thông

Sự thông của chuyển tiếp (2) đồng thời làmmất tích cực bước 2 và làm tích cực bước 3

2.2.4.2 Chuyển đổi giữa nhiều bước

Chuyển tiếp không kích hoạt

Mặc dù bước 5 và 6 là tích cực, nhưng chuyểntiếp (3) không kích hoạt bởi vì bước 4 khôngtích cực

Trạng thái logic(0 hoặc 1) của điều kiện

"a+b.c" gắn liền với chuyển tiếp này khôngảnh hưởng

Chuyển tiếp kích hoạt

Các bước 4, 5, 6 là tích cực và chuyển tiếp(3)kích hoạt nhưng không thông do điều kiện

"a+b.c" gắn liền với với chuyển tiếp là không

(2) a.(b+c) với a.(b+c)=1

(3) a+b.c với a+b.c=0 hoặc 1

Chuyển tiếp có thể thông

Từ tình huống phía trên, chuyển tiếp (3) có thểthông khi điều kiện "a+b.c" gắn liền là đúng.Chuyển tiếp này ngay lập tức được thông

Chuyển tiếp thông

Sự thông của chuyển tiếp (3) làm mất tích cựcđồng thời bước 4, 5, 6 và làm tích cực đồngthời bước 7 và 8

Chuyển tiếp (4 )và ( 5) được kích hoạt

2.2.5 Các cấu trúc cơ bản

Người thiết kế có thể xây dựng các đồ hình Grafcet bằng cách sử dụng cáccấu trúc đặc biệt khác nhau, nhưng phải tuân thủ quy tắc cú pháp chuyển đổibước/chuyển tiếp

2.2.5.1 Trình tự

Một trình tự là nối tiếp của các bước trong đó:

- mỗi bước chỉ có một chuyển tiếp liền sau, ngoại trừ bướccuối cùng

- mỗi bước chỉ có một chuyển tiếp liền trước được kích hoạtbởi một bước của trình tự, ngoại trừ bước đầu tiên

Chú ý: Một trình tự được gọi là tích cực nếu ít nhất mộtbước là tích cực Một trình tự được gọi là không tích cực khitất cả các bước là không tích cực

2.2.5.2 Chu kỳ của trình tự đơn

(3) a+b.c với a+b.c=1

Trường hợp trình tự mạch vòng là:

- Mỗi bước chỉ có một chuyển tiếp liền sau,

- Mỗi bước chỉ có một chuyển tiếp liền trước có thể kíchhoạt bởi bước đơn của trình tự

Chú ý: Một chu kỳ của trình tự đơn phải thỏa mãn ít nhấtmột trong điều kiện sau để cho phép sự tích cực các bướccủa nó

- phải có ít nhất một bước mở đầu

- một lệnh cưỡng từ grafcet thành phần ở mức cao hơn

2.2.5.3 Sự lựa chọn các quá trình

Sự lựa chọn trình tự đưa ra sự chọn tiến triển giữa cáctrình tự bắt đầu từ một hoặc nhiều bước Cấu trúc nàyđược biểu diễn bởi nhiều chuyển tiếp kích hoạt cùng lúc vàcác tiến triển

Chú ý: Các trình tự được chọn lựa từ cấu trúc này chưa đề cập vấn đề sự tíchcực loại trừ Việc đề cập vấn đề loại trừ lẫn nhau đòi hỏi người thiết phải đề cập đếncác yếu tố thời gian, tính logic hoặc tính cơ học

Ví dụ 1: Sự loại trừ giữa các trình tự đạt được bởi

sự loại trừ của hai điều kiện logic Nếu "a" và "b" làđồng thời đúng khi bước 5 tích cực thì không cóchuyển tiếp nào thông

Ví dụ 2: Trình tự ưu tiên

Ở ví dụ này, chuyển tiếp 5/6 có sự ưu tiên đượcthông khi "a" đúng

Ví dụ 3: Sự lựa chọn của các trình tự đồng bộ theo

sau của hai trình tự liền trước

Sự lựa chọn của các trình tự liền sau, bởi 2 chuyểntiếp g và h, chỉ có thể khi 2 chuyển tiếp được thôngbởi sự tích cực đồng thời của các bước 8 và 9

2.2.5.4 Nhảy bước

Đây là trường hợp đặc biệt của sự chọn lựa quá trình, nhảybước cho phép bước bỏ qua Các tác động gắn liền với cácbước bị bỏ qua trở nên không cần thiết

2.2.5.5 Quay lại một quá trình

Là trường hợp đặc biệt của sự chọn lựa quá trình, cho phépmột trình tự được lặp lại

2.2.5.6 Tích cực của các quá trình song song

Sự động bộ hóa được sử dụng trong cấu trúc nàynhằm chỉ ra sự tích cực của các quá trình đồng thời từmột hay vài bước

Chú ý: Sau khi tích cực đồng thời, thì sự chuyển đổicủa các bước tích cực trong mỗi quá trình song song

sẽ trở nên độc lập

2.2.5.7 Sự đồng bộ của các quá trình

Sự đồng bộ hóa được sử dụng trong cấu trúc này đểchỉ ra sự trì hoãn (sự đợi) trước khi các quá trình liềntrước kết thúc

Chú ý: chuyển tiếp chỉ được kích hoạt khi tất cả cácbước liền trước là tích cực

2.2.5.8 Sự đồng bộ và tích cực của các quá trình song song

Sự đồng bộ hóa được sử dụng hai lần trong cấu trúc này đểchỉ ra sự trì hoãn (sự đợi) trước khi các trình tự liền trướckết thúc trước sự tích cực đồng thời của trình tự liền sau

Ví dụ: Những cấu trúc cơ bản sau đây có thể

được phân biệt trong Grafcet:

- Các trình tự (một vài trình tự được đánhdấu bằng các ngoặc đơn)

- Sự lựa chọn trình tự ( từ bước 1 đến 3, 5 và19)

- Tích cực các trình tự song song ( hướngdưới của bước 6)

- Hai đồng bộ hóa của trình tự (từ bước 9 và

11 đến bước 13, từ bước 13 và 17 đến bước18)

Chú ý 1: Ví dụ này chỉ hiển thị cấu trúcgrafcet

Chú ý 2: Grafcet này không phải là ví dụđiển hình vì Grafcet không nhất thiết phải làmạch vòng

2.2.6 Các cấu trúc đặc biệt

2.2.6.1 Bước nguồn

Bước nguồn là một bước mà không có chuyển tiếp liền trước

Để tích cực bước nguồn thì phải thỏa mãn một trong các điều kiện sau:

- Bước nguồn là bước khởi đầu

- Bước nguồn được yều cầu bởi lệnh cưỡng bước từ grafcet mức caohơn

Ví dụ: Bước nguồn khởi đầuBước nguồn khởi đầu 1 chỉ tích cực ở thời điểm ban đầu Bước 2, 3 và 4 hìnhthành chu kỳ của một trình tự đơn.

Ghi chú: Nếu một bước vừa nguồn vừa đích, thì nó

sẽ hình thành một trình tự bước đơn được dùng đểbiểu diễn hành vi tổ hợp

Ví dụ: Bước đích:

Bước đích 46 chỉ được tích cực nếu điều kiện logic

" 1⋅ 0" tồn tại 5s sau khi tích cực bước 45 Sau đóđầu ra "ALARM: JACK B" xác định giá trị đúng

2.2.6.3 Chuyển tiếp nguồn

Chuyển tiếp nguồn là chuyển tiếp mà không có bước liềntrước Theo quy ước, chuyển tiếp nguồn chỉ được kích hoạt vàđược thông khi điều kiện chuyển tiếp * là đúng

Ghi chú : Việc tích cực bước liền sau của chuyển tiếp nguồn chỉ xảy ra khiđiều kiện chuyển tiếp là đúng- độc lập với trạng thái điều kiện chuyển tiếp củachuyển tiếp được kích hoạt của bước này Để tránh tích cực liên tiếp bước liền saucủa chuyển tiếp nguồn thì điều kiện chuyển tiếp gắn liền là đúng chỉ khi sự kiện đầuvào và sự kiện bên trong xuất hiện Vì lý do này, biểu diễn logic hình thành nênđiều kiện chuyển tiếp phải luôn bao gồm sườn đầu vào