Grafcet Glossar

Hier folgt eine (unvollständige) Auflistung wichtiger Begriffe zum Thema Grafcet.

1 Der Initialschritt

Der Initialschritt ist durch einen Doppelrahmen gekennzeichnet. Dieser spezielle Schritt ist beim Initialiseren des Grafcets automatisch aktiv.

Nicht selten wird eine Anlage durch mehrere Grafcets beschrieben, in diesem Fall sind oftmals mehrere Initialschritte vorhanden.

2 Der Makroschritt

Sein Kennzeichen ist der Buchstabe "M", gefolgt von einer Schrittnummer (z.B. M4). Zusätzlich erhält er zwei waagerechte Linien im Schrittkästchen. Somit ist der Makroschritt von allen anderen Schritten gut zu unterscheiden.

Der Makroschritt steht als Platzhalter für eine Vielzahl von Schritten.

Ein Makroschritt kann somit erst dann verlassen werden, wenn alle "seine" Schritte vollständig abgearbeitet wurden.

Mittels eines Makroschritts lassen sich umfangreiche Grafcets "komprimiert" darstellen. So dient der Makroschritt beispielsweise der Übersichtlichkeit.

Der erste Schritt innerhalb eines Makroschrittes erhält den Buchstaben "E" (gefolgt von der Schrittnummer, z.B.: E4).

Der letzte Schritt innerhalb eines Makroschrittes erhält den Buchstaben "S" (gefolgt von der Schrittnummer, z.B.: S4).

3 Der einschließende Schritt

Sein Kennzeichen sind die diagonalen Linien an den Ecken innerhalb des Schrittkästchens. Der einschließende Schritt erhält wie üblich eine Schrittnummer.

Der einschließende Schritt wird leider oftmals mit dem Makroschritt verwechselt. Wird ein einschließender Schritt aktiv, so aktiviert er seine (ihm zugeordneten) Einschließungen. Diese Einschließungen laufen nach ihren eigenen Regeln ab. Eine Deaktivierung eines einschließenden Schrittes hat zur Folge, dass seine Einschließungen dadurch ebenfalls deaktiviert werden.

Mit Hilfe von einschließenden Schritten lassen sich beispielsweise verschiedene Betriebsarten (Hand, Automatik, Tipp-Betrieb etc.) realisieren.

Ein einschließender Schritt kann auch als Initialschritt gekennzeichnet sein. Dies ist dann der Fall, wenn ein Schritt seiner Einschließung(en) als Initialschritt gekennzeichnet wird.

4 Zwangssteuernde Befehle

Einen zwangssteuernden Befehl erkennt man an einem vermeintlichen Aktionskästchen mit Doppelrahmen. Obwohl man auf den Ersten Blick meinen könnte, es handelt sich um eine Aktion, wäre diese Annahme falsch.

Es werden vier Arten von zwangssteuernden Befehlen unterschieden:

... einen bestimmten Schritt (bzw. mehrere Schritte) setzen

... alle Schritte eines Grafcets deaktivieren

... einen Grafcet einfrieren

... den Initialschritt eines Grafcets aktivieren

Mit Hilfe von zwangssteuernden Befehlen lassen sich Abschaltbedingungen (NOT-Halt, NOT-Aus etc.) gut umsetzen.

Oftmals werden zwangssteuernde Befehle jedoch falsch gedeutet, deshalb möchte ich auf einen wichtigen Sachverhalt hinweisen:

Empfängt ein (untergeordneter) Grafcet von einem (übergeordneten) Grafcet einen zwangssteuernden Befehl, so kann sich der untergeordnete Grafcet während dessen n i c h t  v e r ä n d e r n ! Gleichgültig um welchen der vier Befehle es sich handelt.

5 Aktionen, kontinuierlich wirkend

Kontinuierlich wirkende Aktionen finden maximal so lange statt, wie der zugehörige Schritt aktiv ist. Sie können zusätzlich mit sog. Zuweisungen versehen werden. Diese Zuweisungen wirken i.d.R. dann als zusätzliche Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit die kontinuierlich wirkende Aktion ausgeführt wird.

Diese Zuweisungen können auch Zeiten beinhalten.

6 Aktionen, speichernd wirkend

Speichernd wirkende Aktionen werden i.d.R. durch die Flanke einer Schrittvariable aktiviert/ deaktiviert. Ein linksbündiger Pfeil nach oben oder aber nach unten zeigt eine steigende oder aber fallende Flanke der Schrittvariablen an.

Dies bedeutet, speichernd wirkende Aktionen können länger (für einen Vielzahl von Schritten) aktiv sein, als kontinuierlich wirkende Aktionen. Um eine speichernd wirkende Aktion auszuschalten, muss (wie beim Einschalten) ein speichernd wirkender Befehl verwendet werden.

Neben der Aktivierung/ Deaktivierung durch eine Schrittvariable ist auch eine Aktivierung/ Deaktivierung durch ein Ereignis (z.B. Flanke eines Sensors) möglich. In diesem Fall findet das Symbol "Fähnchen" seine Anwendung.

Aktion bei Auslösung: Die Norm (Ausgabe Dezember 2002, gültig bis Dez. 2014) bot die zusätzliche Möglichkeit, eine speichernd wirkende Aktion an eine Transition zu knüpfen. Löste die betreffende Transition aus, so war dies der Triggerimpuls für die angehängte speichernd wirkende Aktion. Auf einen linksbündigen Pfeil wurde in dieser Variante logischerweise verzichtet.

Siehe hierzu Grafcet 7.

7  Analoge Transitionsbedingungen

Sensoren stellen oftmals eine Transition von einem zum nächsten Schritt dar. Liefert ein Sensor nicht nur die Signale "high -1" oder "low - 0" sondern eine Vielzahl von Messwerten, so spricht die Grafcet-Norm von sog. Transitions-Variablen, diese werden in eckige Klammern gesetzt.

Beispiel:  [Temperatur>20°C] ;  [Drehzahl<100 1/min];   [Zähler=5]

Den Aussagen innerhalb der eckigen Klammern werden dann wieder logische Zustände wie „erfüllt“ bzw. „nicht erfüllt“ zugewiesen.

8 Zeiten

Zeiten können sowohl Transitionen als auch Aktionen beeinflussen.

Es können Einschaltverzögerungen, Ausschaltverzögerungen und Zeitbegrenzungen dargestellt werden.

Einschaltverzögerung: t1/y --> Mit steigender Flanke von y startet die Zeit t1 (und läuft nur dann ab, wenn y den Wert 1 beibehält).

Ausschaltverzögerung: y/t2 --> Mit fallender Flanke von y startet die Zeit t2 (Voraussetzung: y hatte vorher den Wert true).

Zeitbegrenzung: Negationsstrich über den kompletten Ausdruck t1/y --> Mit steigender Flanke von y startet die Zeit t1.

Oftmals wird eine Kombination von Ein- und Ausschaltverzögerung verwendet:   t1/y/t2

Schrittdauer

Die Variable T# gibt die Dauer des aktiven Schritts X# an. War z.B. Schritt 3 für 7s aktiv, so ist T3=7s. Der Wert T3=7s bleibt so lange erhalten, bis X3 erneut aktiv wird. Zu diesem Zeitpunkt wird T3=0s und beginnt erneut abzulaufen.

9 Verzweigungen

Ein Grafcet kann linear ablaufen aber auch Verzweigungen besitzen. Man unterscheidet Alternativverzweigungen von parallelen Verzweigungen.

Alternative Verzweigung: Von einem Schritt ausgehend kann die Steuerung entweder in den einen Schritt oder aber in den anderen Schritt übergehen. Jede Kette besitzt ihre eigene Transition. Eine gemeinsame Transition für mehrere Ketten ist hier nicht zulässig. Die jeweiligen Transitionen müssen so gewählt werden, dass sie niemals gleichzeitig erfüllt sein können. Gegebenenfalls müssen sie deshalb gegeneinander verriegelt werden.

Vor einer Zusammenführung steht für jeden Zweig eine eigene Transition.

Parallele Verzweigung: Von einem Schritt ausgehend führt eine gemeinsame Transition gleichzeitig in mehrere (parallele) Schritte. Die Zusammenführung von parallelen Ketten erfolgt ebenfalls durch eine gemeinsame Transition.

Diese gemeinsame Transition gilt jedoch erst dann als freigegeben, wenn alle Schritte, die unmittelbar vor ihr liegen, aktiv sind. (Die Norm spricht deshalb auch gerne von einer Synchronisation paralleler Ketten).

10 Kommentar

Durch Kommentare kann die Lesefreundlichkeit eines Grafcets sehr gut erhöht werden. Kommentare dürfen an beliebiger Stelle platziert werden, sie müssen lediglich in Anführungszeichen gesetzt werden.

Werden Kommentare in ausreichender Menge verwendet und aussagekräftig formuliert, so dient das dem Leser zur schnelleren Erfassung der Funktion.  "Kommentar"

11 Rückführung, Schleifen und Sprünge

Eine Rückführung (oftmals vom Ende des Grafcets zurück zum Anfang) realisiert man durch eine Wirkverbindung mit Richtungsangabe (Pfeil nach oben). Denn eine Wirkverbindung ohne Richtungspfeil wirkt grundsätzlich immer von oben nach unten.

Eine Schleife (die eventuell mehrmals durchlaufen werden soll) lässt sich so auch sehr leicht realisieren. Die Rückführung mündet dann einfach in den gewünschten Schritt und nicht im Initialschritt.

Ein Sprung von einem Schritt zu einem anderen Schritt ist oftmals nichts anderes als eine Alternativverzweigung mit "abgeschnittener" Wirkverbindung. An das Ende der Wirkverbindung schreibt man das Sprungziel, also die Schrittvariable des Schrittes, zu dem gesprungen werden soll (z.B. X4).

Ebenso kann diese Form der Darstellung auf eine Rückführung angewendet werden.

Auch bei Rückführungen, Schleifen und Sprüngen muss die Grundregel Schritt-Transition-Schritt immer eingehalten werden.

12 Struktur eines Grafcets

Ein Grafcet kann in zwei "Bereiche" unterteilt werden. Jeder Grafcet besteht er aus Schritten und Transitionen. Dieser Bereich wird Struktur genannt.

Als Wirkungsteil hingegen beschreibt man die Aktionen, ohne Betrachtung der Schritte.

13 Quellschritt und Schlussschritt

Unter einem Quellschritt versteht man einen Schritt ohne vorangehende Transition. Dies hat zur Folge, dass ein Quellschritt nur dann aktiv sein kann, wenn er

a) als Initialschritt gekennzeichnet ist

b) durch einen zwangssteuernden Befehl angesprochen wird

c) durch einen einschließenden Schritt aktiviert wird

Besitzt ein Schritt keine nachfolgende Transition, so spricht man von einem Schlussschritt. Dies hat zur Folge, dass ein Schlussschritt nur durch folgende Arten deaktiviert werden kann:

a) Deaktivierung durch einen zwangssteuernden Befehl

b) Deaktivierung eines einschließenden Schrittes (setzt voraus, dass der Schlussschritt Teil der Einschließung ist)

14 Quelltransition und Schlusstransition

Eine Transition ohne vorangehenden Schritt nennt man Quelltransition. Eine Quelltransition gilt immer als freigegeben (unabhängig davon, in welchem Schritt sich der GRAFCET befindet). Deshalb wird als Transitionsbedingung niemals ein Zustandsabfrage, sondern eine Flankenabfrage gewählt.

Ein GRAFCET mit einer Quelltransition könnte somit auf einen Initialschritt verzichten.

Eine Transition ohne nachfolgenden Schritt nennt man Schlusstransition. Löst diese Schlusstransition aus (ist sie also freigegeben und erfüllt), so deaktiviert diese Auslösung den vorherigen Schritt.

Ein GRACFET mit einer Schlusstransition besitzt also nach der Schlusstransition k e i n e Rückführung (zum Anfangsschritt etc.).

15 Einschließender Anfangsschritt

Beinhaltet eine Einschließung einen Initialschritt, so muss der zugehörige einschließende Schritt auch als Initialschritt gekennzeichnet werden, er wird somit zum "einschließenden Anfangsschritt".

Die 10 goldenen GRAFCET-Regeln

Regel 1

Ein GRAFCET besteht aus Schritten, Transitionen (Weiterschaltbedingungen), Wirkverbindungen und aus Aktionen.

Im erweiterten Sinn können auch spezielle Befehle Bestandteil eines GRAFCETs sein.

Regel 2

Ein Schritt wird durch eine Wirkverbindung mit einem anderen Schritt verbunden, wobei eine Transition als Weiterschaltbedinung von einem zum andern Schritt fungiert.

Eine Transition gilt als freigegeben, wenn der (die) unmittelbar vor ihr liegende(n) Schritt(e) aktiv ist (sind). Ist eine Transition freigegeben und ist ihre Transitionsbedinung=true, so löst diese Transition aus.

Regel 3

Es muss immer folgende Reihenfolge eingehalten werden: Schritt-Transition-Schritt-Transition-Schritt- usw.

Das bedeutet: Niemals kann ein Schritt direkt auf einen anderen Schritt folgen, und niemlas kann eine Transition direkt auf eine Transition folgen!

Regel 4

Einem Schritt können beliebig viele Aktionen zugeordnet werden. Man unterscheidet Aktionen die nur solange aktiv sind, wie der zugehörige Schritt (sog. kontinuierlich wirkende Aktionen) von Aktionen, die einmal aktiviert werden-dann für viele Schritte aktiv sind-und an späterer Stelle wieder deaktiviert werden (sog. speichernd wirkende Aktionen).

Nicht jedem Schritt muss eine Aktion zugeordnet werden, Schritte ohne Aktionen nennt man Leerschritte. Sie werden oftmals benötigt um Regel 3 nicht zu verletzen.

Regel 5

In der Regel wird ein Schritt dann aktiv, wenn sein vorheriger Schritt aktiv ist UND die unmittelbar vor ihm liegende Transition auslöst.

(I.d.R deshalb, weil Schritte in speziellen Fällen auch von anderen Schritten bzw. Befehlen aktiviert werden können)

Regel 6

Wird ein Schritt aktivert, so deaktivert er den unmittelbar vor ihm liegenden Schritt automatisch.

Wird ein aktiver Schritt während der Ausführung deaktiviert und gleichzeitig aktiviert (z.B. durch eine Schleife auf sich selbst), so bleibt er in diesem Fall aktiv.

Anmerkung zu Regel 5 und Regel 6: Die Norm gibt an, dass eine ausgelöste Transition  den Schritt vor ihr deaktiviert und gleichzeitig den ihr nachfolgenden Schritt aktiviert. Obige Logik der Aktivierung und Dektivierung von Schritten ergibt sich also aus der logischen Anwendung der Norm.

Regel 7

Eine GRAFCET kann sich verzweigen. Eine Alternativverzweigung lässt einen GRAFCET nur in einem Teil des Abzweiges weiter laufen. Eine parallele Verzweigung hingegen lässt den GRAFCET gleichzeitig in mehreren (parallelen) Zweigen weiter laufen (somit sind hier sehr wohl auch mehrere Schritte gleichzeitig aktiv!)

Vergleichen Sie Regel 6!

Regel 8

Ein Schritt, welcher doppelt umrandet ist, nennt man Initialschritt. Dieser Schritt ist automatisch zu Beginn des ersten Ablauf (=Anfangssituation) des GRAFCETs als aktiv zu sehen.

Regel 9

Die in der deutschsprachigen Literatur meist aufgeführte Regel, in einem Grafcet ohne Verzweigung dürfe immer nur ein Schritt (niemals aber mehrere Schritte gleichzeitig) aktiv sein, ist nicht korrekt.

Besitzt ein Grafcet eine Quelltransition und dient deren Flanke als Transition für alle weiteren Schritte, so bildet dieser Grafcet das Verhalten eines Schieberegisters nach. Es entstehen somit Zustände, in denen u.U. alle Schritte dieser Schrittkette gleichzeitig aktiv sein können! Siehe hierzu Grafcet 16.

Anmerkung: Der hier dargestellte Fall des Schieberegisters wird in der DIN EN 60848 als "häufiger Fall" dargestellt. Diese Betrachtung kann jedoch wohl getorst als überzogen angesehen werden.

In einer Schrittkette ohne Verzweigung ist i.d.R. immer nur ein Schritt aktiv!

Regel 10

Ein Leben ohne GRAFCET ist möglich, aber sinnlos. (Loriot)