Erschienen am: 20.08.2018, Ausgabe SPS-MAGAZIN 8 2018

Grafcet DIN EN60848 verstehen und anwenden - Teil 1

Konstrukteure sollten die Grafcet-Norm gut kennen, denn mit ihr können Maschinen exakt beschrieben werden und die Wahrscheinlichkeit ist hoch, dass alle technischen Gesprächspartner einen Grafcet-Plan verstehen. Immerhin ist Grafcet seit vielen Jahren Bestandteil des Lehrplans von technischen Ausbildungsberufen. Unser zweiteiliger Beitrag führt in die Grundzüge von Grafcet ein und beschreibt wichtige Elemente.


Bild: MHJ-Software GmbH & Co. KG

Dreh- und Angelpunkt in der Grafcet Norm sind Schritte, Transitionen und Aktionen. Die richtige Kombination dieser Elemente erzeugt eine genaue Beschreibung eines technischen Ablaufs. Man begegnet in der Praxis häufig Grafcet-Plänen, die offensichtlich falsch sind bzw. nicht der Norm entsprechen. Es gibt einige Kernpunkte in der Grafcet-Norm, die sehr wichtig für das Verständnis der Beschreibungssprache sind. Dieser Artikel führt in die Grundlagen von Grafcet ein und beschreibt wichtige Elemente.

Was ist Grafcet?

Grafcet ist eine europäische DIN-Norm (DIN EN60848) für das Erstellen von Funktionsplänen speziell für Ablaufsteuerungen. Mithilfe von Schritten und Transitionen (Übergängen) kann ein Ablauf bzw. eine Schrittkette erstellt werden, welche die Funktionsweise einer Maschine oder Anlage beschreibt. In Deutschland ist Grafcet Lehrplanbestandteil von vielen technischen Berufen wie z.B. Mechatroniker, Elektroniker für Automatisierungstechnik, Elektroniker für Betriebstechnik und Industriemechaniker.

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Wofür wird Grafcet verwendet?

Da Grafcet in vielen technischen Berufen gelehrt wird, können sich Fachleute disziplinübergreifend über eine Maschine/Anlage mittels Grafcet unterhalten. Der Konstrukteur konstruiert eine Maschine und beschreibt den Ablauf mit Grafcet. Der Programmierer kann daraus ein SPS-Programm entwickeln und die Maschine in Betrieb nehmen. Das Servicepersonal kann im Störungsfall den Grafcet-Plan zu Hilfe nehmen, um die Fehlerursache zu finden.

Grafcet kurz erklärt

Ein Grafcet Plan besteht im Wesentlichen aus Schritten, Transitionen, Aktionen und Wirkungslinien. Mit den Schritten (Quadrate) wird ein Vorgang in Abfolgen aufgeteilt. Transitionen (horizontale Balken) zwischen den Schritten legen fest, wann der nächste Schritt aktiv und der vorherige Schritt deaktiviert wird. Den Schritten können Aktionen (Rechtecke) zugeordnet werden, die Aktoren (Lampe, Motor, …) steuern.

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Grafcet Grundregeln

Folgende Dinge sind beim Entwurf einzuhalten:

  • • Schritte und Transitionen müssen sich immer abwechseln (zwei Schritte oder zwei Transitionen hintereinander sind nicht erlaubt).
  • • Eine Transition ist freigegeben, wenn alle Schritte, die mit der Transition verbunden sind, aktiv sind. Eine Transition löst aus, wenn diese freigegeben ist und wenn die Transitionsbedingung erfüllt ist.
  • • Mehrere Schritte können gleichzeitig aktiv sein.

Learning by doing

Alle Grafcet-Pläne dieses Artikels sind mit der Software Grafcet-Studio gezeichnet worden. Unter www.grafcet-studio.eu können Sie eine Demoversion anfordern und die Beispiele nachzeichnen und simulieren.

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Beispiel Bohranlage

Als einfaches Beispiel soll der Grafcet einer Bohranlage betrachtet werden (Bild 1). Der Ablauf: Nachdem die Anlage eingeschaltet wird, ist der Initialschritt (Schritt 1) aktiv. Die Anlage befindet sich in Grundstellung. Wird der Starttaster (S1) gedrückt, wird eine Schutztür geschlossen (Schritt 2). Ist die Schutztür geschlossen startet der Bohrvorgang (Schritt 3). Hat der Bohrer seine Endlage erreicht (Schritt 4) wird der Bohrer nach einer Verzögerung von 1 Sekunde abgeschaltet und wieder nach oben gefahren (Schritt 5). In der oberen Endlage öffnet sich die Schutztür (Schritt 6). Sobald die Schutztür geöffnet ist, befindet sich die Anlage wieder in Grundstellung (Schritt 1).

Die Grafcet-Elemente im Detail

Der Schritt 1 ist ein sogenannter Initialschritt und wird mit einem Doppelrahmen gezeichnet. Wird das System eingeschaltet, werden alle Initialschritte aktiviert.

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Transitionsbedingungen

Nachfolgend einige Transitionsbedingungen aus dem Beispiel:

S1

Schritt 2 wird aktiviert, wenn Schritt 1 aktiv ist und eine steigende Flanke von S1 ansteht.

TürIstZu

Diese Bedingung prüft, ob der Operand TürIstZu den Zustand 'True' liefert. Ist das der Fall, löst die Transition aus.

1000ms/X4

Diese Angabe bedeutet, dass nach Aktivierung von Schritt 4, eine Sekunde abläuft und anschließend Schritt 5 aktiviert wird. Anmerkung: Mit 'X4' kann der Zustand von Schritt 4 abgefragt werden.

Weitere Transitionsbedingungen (nicht aus dem Beispiel):

(3s/S1*S2*[A

In einer Transitionsbedingung können auch logische Operatoren verwendet werden. Wobei '*' für eine Und-Verknüpfung und '+' für eine Oder-Verknüpfung steht. Ein Vergleich kann in eckigen Klammern ausgedrückt werden.

Durch diese Beispiele wird deutlich, dass man mit sehr einfachen Ausdrucksweisen recht komplizierte Bedingungen formulieren kann.

Grafcet Aktionen

Mit Aktionen können Werte (digital oder analog) in Ausgänge geschrieben werden. Es gibt verschiedene Aktionen mit unterschiedlichen Eigenschaften:

  • • Kontinuierlich wirkende Aktion
  • • Speichernd wirkende Aktion (bei Aktivierung oder Deaktivierung)
  • • Kontinuierlich wirkende Aktion mit Zuweisungsbedingung
  • • Speichernd wirkende Aktion bei Event.

Hinweis: Die nachfolgenden Bilder von Aktionen sind keine vollständigen Grafcet-Pläne.

Die kontinuierlich wirkende Aktion (Bild 2) schreibt den Zustand des Schrittes (True/False) in den angegebenen Operanden. Wichtig dabei ist, dass False geschrieben wird, sobald der Schritt inaktiv ist. Die Aktion beschreibt den Operanden demnach immer (kontinuierlich). Das Verhalten ändert sich, wenn mehrere kontinuierliche Aktionen den gleichen Operanden beschreiben: Wenn mindestens 1 Schritt aktiv ist, wird True geschrieben und wenn alle Schritte inaktiv sind wird False geschrieben. Logischerweise kann diese Aktion nur die Werte True oder False schreiben, da der Schrittzustand in den Operanden geschrieben wird. Trotzdem sieht man immer wieder Grafcet-Pläne, in denen ein analoger Wert innerhalb einer kontinuierlich wirkenden Aktion geschrieben wird. Ein solcher Grafcet-Plan ist somit fehlerhaft und ungültig.

Wichtig: In der kontinuierlich wirkenden Aktion steht nur der Binäroperand ohne den Zuweisungsoperator ':='.

Die kontinuierliche Aktion mit Zuweisungsbedingung (Bild 3) verhält sich ähnlich.

Hier kann zusätzlich eine Bedingung angegeben werden: Ein einzelner boolescher Operand oder ein Term, der ein boolesches Ergebnis hat. (Im Bild: I1 oder I2). Dem Operanden wird dann das Ergebnis der und-Verknüpfung aus Schrittzustand und Ergebnis der Bedingung zugewiesen.

Die speichernd wirkende Aktion bei Aktivierung bzw. Deaktivierung kann einen digitalen oder analogen Wert schreiben. Die Aktion schreibt nur 1x und zwar entweder, in dem Moment wo der Schritt aktiviert oder deaktiviert wird.

Achtung: Eine kontinuierlich wirkende Aktion und eine speichernd wirkende Aktion dürfen niemals den gleichen Operanden beeinflussen! Warum ist das so? Weil die kontinuierliche Aktion zu jedem Zeitpunkt schreibt (True oder False) und damit das Resultat der speichernd wirkenden Aktion sofort wieder überschreibt.

Die speichernd wirkende Aktion bei Event kann ebenfalls einen beliebigen Wert in einen beliebigen Operanden schreiben.

Der Schreibvorgang erfolgt 1x, wenn das angegebene Event erfüllt ist. Das Event kann eine steigende Flanke eines einzelnen Operanden (wie im Bild 5) oder die Änderung des Ergebnisses eines Terms sein. Mit diesen Eigenschaften ist dies wohl die vielseitigste Aktion. Wichtig: Das Event muss eintreffen, wenn der Schritt aktiv ist. Ansonsten wird das Event ignoriert.

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