28 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 là một trong 5 ngôn ngữ chính thức được công nhận và được biết dưới tên gọi bằng tiếng Anh là SFC (Sequential Function Chart của tiêu chuẩn IEC 1131-3) Grafcet là từ viết tắt của tiếng Pháp: Graphe Fonctionnel de Commande des Etapes et Transitions (đồ hình điều khiển bước - chuyển tiếp) do hai cơ quan AFCET (Liên hiệp Pháp về tin học kinh tế và kỹ thuật) và ADEPA (Tổ chức nhà nước 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 vị trí đều có số token bằng 1. Điều này có nghĩa là các nguyên tắc chuyển đổi trạng thái trong Grafcet tương tự như mạng Petri. Grafcet là ngôn ngữ lập trình bằng biểu đồ để mô tả các hoạt động của hệ thống điều khiển trình tự. Được xây dựng trên các bước và các chuyển tiếp, mỗi bước (tương ứng với một vị trí trong mạng Petri) diễn tả trạng thái mà tại đó ứng xử của 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 hệ thống, chuyển tiếp gắn liền với một điều kiện. - Dòng điều khiển chuyển từ bước này sang bước kế tiếp thông qua chuyển tiếp 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 nhóm bước 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 biểu diễn dòng điều khiển nhằm tạo nên một biểu đồ Grafcet hoàn chỉnh. 29 2.2.2. Các thành phần đồ hình của Grafcet Hình 2.1 Các thành phần đồ hình của Grafcet 2.2.2.1. Các bước (Step) Bước là thành phần ngôn ngữ Grafcet, được dùng để xác định trạng thái của một phần hoặc toàn bộ hệ thống. Tại một thời điểm một bước có thể là tích cực hoặc không tích cực. Tập hợp các bước tích cực xác định tình trạng của hệ thống đã cho tại thời điểm nào đó. Bước: Mỗi bước được biểu diễn bằng hình vuông nét đơn, có con số ở nữa trên thay thế dấu *. Ví dụ: "Bước 1" - Mỗi bước có đầu vào và đầu ra Ví dụ: "Bước 2" - Để chỉ một bước là tích cực tại thời điểm xác định, ta đánh dấu chấm đen vào bên dưới con số chỉ bước. Ký hiệu này xuất phát từ việc đánh dấu token trong mạng Petri. Ví dụ: "Bước 3 biểu diễn ở trạng thái tích cực" X * Biến bước: Trạng thái tích cực và không tích cực của 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 " x 8 " =0 khi bước "8" tích cực. * 1 2 3 30 "X8" =0 và " x 8 " =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 một bước, các kết nối được định vị tương ứng là được nhóm lại phía trên hoặc phía dưới của bước. Ví dụ: nhiều kết nối tại đầu vào của bước 6 và đầu ra của bước 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 này được 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 bộ giữa 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, đại diện cho tác động này. Dấu * sẽ thay thế bằng cách diễn đạt của biến đầu ra. - Khi nhãn được thể hiện dưới hình thức văn bản thì câu mệnh đề hoặc tường thuật sẽ được sử dụng. - Thứ tự biểu diễn các tác dụng gắn liền với một bước không liên quan đến trình tự tác động của chúng. - Có nhiều cách biểu diễn khác nhau để biểu diễn một tác động. Ví dụ để biểu 6 6 7 7 * 3 * 31 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 giải thích ý nghĩa của các ký hiệu đó. Ví dụ : YV2= MO VAN 2 Ví dụ 2: Các biểu diễn khác nhau (1, 2, 3, 4) của sự gắn liền vài tác động với một bước. Chú ý: Bốn biểu diễn là hoàn toàn tương đương. (2) và (4) là cách biểu diễn đơn giản (1) và (3). 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 giữa hai 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. Gán chuyển tiếp: Chuyển tiếp được gán một con số nằm trong ngoặc kép, bên trái chuyển tiếp. 9 MO VAN 2 9 VAN 2 9 YV2 32 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). Chuyển tiếp (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). Chuyển tiếp (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 33 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 34 Ví dụ 2: Điều kiện gắn liền chỉ đúng khi a là đúng hoặc b thay đổi từ trạng thái 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. 35 Ví dụ: Ba sơ đồ sau đây đều hợp lý, nhưng sơ đồ 2 và 3 thường được dùng để minh 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 không được áp dụng hoặc khi việc hiện diện của các mũi tên này làm rõ nghĩa thêm. Nhãn được liên kết: Khi một liên kết có hướng bị gián đoạn ( ví dụ như trong các đồ hình phức tạp hoặc đồ hình gồm nhiều trang), con số của bước đích và số của trang mà có bước đích phải được viết ra. Dấu * được thay thế bằng nhãn liên kết. Ví dụ: Chuyển đổi đến bước 85 ở trang 13 2.2.3. Các quy tắc 2.2.3.1. Các quy tắc ngôn ngữ lập trình Sự thay đổi từ bước qua chuyển tiếp hay từ chuyển tiếp qua bước phải tuân theo quy tắc sau: - Hai bước hay hai chuyển tiếp không bao giờ được nối trực tiếp với nhau bằng một liên kết có hướng. * 36 - Liên kết có hướng chỉ nối một bước với chuyển tiếp hoặc một chuyển tiếp với 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 hợp bước tích cực tại thời điểm ban đầu. Trong trường hợp quá trình tự động hóa không theo chu kỳ, tình trạng ban đầu 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 với chuyển 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: 37  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 2 không tích cực. 2 3 (2) a.(b+c) với a.(b+c)=0 hoặc 1 [...]... giản từ mạng Petri với một số quy tắc riêng Tuy nhiên không chỉ dừng lại ở một công cụ đồ hình lý thuyết, Grafcet còn được các nhà sản xuất công nghiệp chuyển đổi thành ngôn ngữ lập trình trong các PLC thế hệ mới Nhờ vậy, với việc lập trình điều khiển bằng Grafcet, người điều khiển sẽ dễ dàng chuyển đổi các ý tưởng từ tổ chức sản xuất và quy trình sản xuất sang chương trình điều khiển Ngoài ra, người... tiếp là không 7 (4) 8 (5) 39 đúng Chuyển tiếp có thể thông 4 5 (3) 6 a+b.c Từ tình huống phía trên, chuyển tiếp (3) có thể thông khi điều kiện "a+b.c" gắn liền là đúng với a+b.c=1 Chuyển tiếp này ngay lập tức được thông 7 8 (4) 4 (5) 5 (3) Chuyển tiếp thông 6 a+b.c Sự thông của chuyển tiếp (3) làm mất tích cực đồng thời bước 4, 5, 6 và làm tích cực đồng với a+b.c=1 thời bước 7 và 8 7 (4) 8 (5) Chuyển... trúc này nhằm chỉ ra sự tích cực của các quá trình đồng thời từ một hay vài bước Chú ý: Sau khi tích cực đồng thời, thì sự chuyển đổi của 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 42 Sự đồng bộ hóa được sử dụng trong cấu trúc này để chỉ ra sự trì hoãn (sự đợi) trước khi các quá trình liền trước kết thúc Chú ý: chuyển tiếp chỉ được kích hoạt... ước, chuyển tiếp nguồn chỉ được kích hoạt và được thông khi điều kiện chuyển tiếp * là đúng Ghi chú : Việc tích cực bước liền sau của chuyển tiếp nguồn chỉ xảy ra khi điều kiện chuyển tiếp là đúng- độc lập với trạng thái điều kiện chuyển tiếp của chuyển tiếp được kích hoạt của bước này Để tránh tích cực liên tiếp bước liền sau của chuyển tiếp nguồn thì điều kiện chuyển tiếp gắn liền là đúng chỉ khi sự... với chuyển tiếp là không đúng Chuyển tiếp có thể thông 2 Từ tình huống phía trên, chuyển tiếp (2) có a.(b+c) với a.(b+c)=1 (2) thể thông khi điều kiện "a.(b+c)" gắn liền là 3 đúng Chuyển tiếp này ngay lập tức được thông Chuyển tiếp thông 2 Sự thông của chuyển tiếp (2) đồng thời làm a.(b+c) với a.(b+c)=1 (2) mất tích cực bước 2 và làm tích cực bước 3 3 2.2.4.2 Chuyển đổi giữa nhiều bước Chuyển tiếp không . 28 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 là một trong 5 ngôn ngữ. trạng thái trong Grafcet tương tự như mạng Petri. Grafcet là ngôn ngữ lập trình bằng biểu đồ để mô tả các hoạt động của hệ thống điều khiển trình tự. Được