GRAFCET

	DIN EN 60848
Bereich	automatisierte Produktionssysteme
Titel	definiert eine grafische Entwurfssprache
Kurzbeschreibung:	GRAFCET – Spezifikationssprache für Funktionspläne der Ablaufsteuerung
Letzte Ausgabe	2002-12-01
ISO	IEC 60848:2002

GRAFCET (Akronym aus « GRAphe Fonctionnel de Commande Etapes/Transitions »), EN 60848, ist eine Spezifikationssprache für die Darstellung von Ablaufbeschreibungen. Sie findet hauptsächlich Anwendung in der Automatisierungstechnik, aber auch in der Verfahrenstechnik.

Die Norm ist der Nachfolger der DIN 40719-6 Funktionsplan und hat diesen zum 1. April 2005 abgelöst. Im Vergleich zum Funktionsplan wird in GRAFCET vieles klarer definiert. Der Befehlsumfang wurde in vielen Teilen vereinfacht und durch einige neue Möglichkeiten ergänzt.

Im Gegensatz zu abgelösten Funktionsplan wird die Ablaufsprache der IEC 61131-3 in der GRAFCET Norm ausdrücklich als eine mögliche Implementierung eines GRAFCET-Plans erwähnt und ist weiterhin gültige Norm.

Der Funktionsplan der Siemens-Programmiersprache Step 7 entspricht weitgehend der Funktionsbausteinsprache der IEC 61131-3.

Zweck

Grafcet ist ein grafisches Planungs- und Dokumentationswerkzeug für Ablaufsteuerungen, genauer für den „Ablaufteil eines Steuerungssystems“.

Gliederung eines Grafcet

Mit Grafcet wird die Darstellung einer Ablaufsteuerung horizontal und vertikal gegliedert: Die vertikale Gliederung erfolgt in Struktur und Wirkungsteil der Ablaufsteuerung. Die horizontale Gliederung erfolgt in Transitionen und Schritte.

Gliederung in Struktur und Wirkungsteil

Einfachste Struktur eines Grafcet

Die Struktur besteht aus

• Schritten
• Transitionen (Weiterschaltbedingungen)
• Wirkverbindungen
• und – wenn gewünscht – Kommentaren und Schritt-/Transitionsnamen

Damit zeigt die Struktur grafisch den Bewegungsablauf einer Ablaufsteuerung. Schritt- und Transitionsnamen müssen einzigartig sein, Kommentare müssen in Anführungszeichen stehen. Der Schrittname (im Bild die Nummer) ist zugleich die Schrittvariable, die als Variable im Wirkungsteil benutzt werden kann.

Die Planung einer Ablaufsteuerung beginnt mit der Struktur des Grafcet mit vernünftigen Kommentaren, so dass der Bewegungsablauf der Steuerung erkennbar wird.

Struktur eines Grafcet mit Kommentaren

Der Wirkungsteil eines Grafcet besteht aus

• Transitionsbedingungen,
• Aktionen
• und – wenn gewünscht – Kommentaren.

Der Wirkungsteil kann nur erstellt werden, wenn es eine Struktur gibt.

Vollständiger (sehr einfacher)Grafcet mit Struktur und Wirkungsteil

Gliederung in Schritte und Transitionen

Die entscheidenden Elemente eines Grafcet sind Schritte (mit Aktionen) und Transitionen. Schritte und Transitionen werden durch die Wirkverbindungen verbunden. Die Grundregeln dazu sind:

• Schritte und Transitionen wechseln sich immer ab. Eine Wirkverbindung kann also nur einen Schritt mit einer Transition oder eine Transition mit einem Schritt verbinden, niemals aber Schritt mit Schritt oder Transition mit Transition.
• Wirkverbindungen wirken immer von oben nach unten bzw. von links nach rechts. Werden andere Wirkrichtungen benötigt, müssen sie durch einen Pfeil gekennzeichnet werden.
• Jeder Grafcet hat mindestens einen Initialisierungsschritt (doppelt umrandet), mit dem definiert wird, wo/mit welchem Schritt die Schrittkette beginnt.
• Die meisten Grafcets sind geschlossene Grafcets, haben also einen Sprung. Dies ergibt sich aus dem Zweck des Grafcet, der Darstellung von Ablaufsteuerungen in der Fertigung: Um mehrere Teile fertigen zu können, müssen sich Schrittketten wiederholen.

Die Transition liefert ein boolesches Signal, also nur TRUE oder FALSE ('1' oder '0'). Boolesche Verknüpfungen werden „mathematisch“ dargestellt, nicht grafisch. Die UND-Verknüpfung mit dem *, die ODER-Verknüpfung mit dem +, die Negation mit dem Überstrich, die steigende Flanke mit dem nach oben gerichteten Pfeil und die fallende Flanke mit dem nach unten gerichteten Pfeil. Zeiten werden vor- (Einschaltverzögerung) oder nach- (Ausschaltverzögerung) gestellt.

Der Schritt hat einen eindeutigen Variablennamen, der – mithilfe der Kennung X – als boolesche Variable in Transitionen oder Bedingungen abgefragt werden kann. Wenn z.B. der Schritt den Namen 17 hat, dann ist der Variablenname X17. Dem Schritt können eine oder mehrere Aktionen zugeordnet sein (muss aber nicht).

Die Aktion beinhaltet Anweisungen, was geschehen soll, wenn der zugehörige Schritt aktiv ist.

Umfang

Die Abläufe werden in Schritte und Transitionen (Weiterschaltbedingungen) unterteilt. Im Schriftfeld findet man die alphanumerische Kennzeichnung. Kommentare können beliebig hinzugefügt werden, sie müssen in Anführungszeichen stehen. Rechts von der Transition steht die Weiterschaltbedingung. Sie darf durch einen Transitionsnamen auf der linken Seite der Transition ergänzt werden. Er muss in Klammern stehen. Die Weiterschaltbedingung wird meistens als Boolesche Gleichung ausgedrückt. Der Mal-Punkt (alternativ auch Stern) beschreibt eine UND-Verknüpfung. Das Plus-Zeichen eine ODER-Verknüpfung. Dabei gilt die Regel: UND vor ODER (Punkt vor Strich, wie in der Mathematik). Negationen werden durch einen Strich über dem Variablennamen, steigende oder fallende Flanken mit einem Pfeil nach oben bzw. unten vor dem Variablennamen gekennzeichnet. Zeitliche Ereignisse werden in der Form t1/Variablenname/t2 beschrieben. Das Ereignis wird wahr nach der Zeit t1 nach der steigenden Flanke der mit Variablenname bezeichneten Variablen und bleibt die Zeit t2 nach der fallenden Flanke noch wahr. Dabei kann wahlweise die Zeit t1 oder t2 und der zugehörige Schrägstrich weggelassen werden. Aktionen können unterschiedliche Verhalten annehmen. Dies wird durch Zusätze an den Aktionen sichtbar. Es wird unterschieden in:

• kontinuierlich wirkende Aktionen (ehemaliger N-Befehl)
• Aktionen mit Zuweisungsbedingung (ehemaliger C-Befehl)
• speichernde Aktionen bei Schrittaktivierung oder -deaktivierung (ehemaliger S-Befehl) sowie bei Ereignis
• verzögerte Aktionen (ehemaliger D-Befehl)
• zeitbegrenzte Aktionen (ehemaliger L-Befehl)

Es ist mit GRAFCET möglich, Abläufe hierarchisch zu strukturieren, um komplexe Zusammenhänge übersichtlich zu modellieren. Dies ist beispielsweise zur Darstellung von Betriebsarten wie Manuell/Automatik oder NOT-AUS hilfreich.

Unterschied zu S7-GRAPH

• GRAFCET ist eine technologieunabhängige Spezifikationssprache zur Planung und Beschreibung von Ablaufsteuerungen.
• S7-GRAPH ist die Step 7-Variante der genormten SPS-Programmiersprache Ablaufsprache (AS).

Die Programmiersprache S7-GRAPH spiegelt nicht die GRAFCET-Norm EN 60848 wider. Diese Ablaufsprache der Siemens AG ist lediglich eine mögliche Implementierung eines GRAFCET-Plans. S7-GRAPH erfüllt die SPS-Norm EN 61131-3 (Programmierung mit Ablaufsprache). Diese beiden Normen (logische Planung/Dokumentation gegen reale Implementierung) sind unbedingt auseinanderzuhalten.

GRAFCET-Editor

Mittlerweile stehen mehrere GRAFCET-Editoren zu Verfügung, so dass ein GRAFCET-Plan nicht mehr als Zeichnung erstellt werden muss.

• sfcedit ist ein kleiner reiner Editor für GRAFCET aus Frankreich (in Deutsch, Englisch und Französisch verfügbar). sfcedit kann auch als portable Version z.B. von einem USB-Stick ohne Installation unter Windows verwendet werden.^[1]
• In FluidSIM (ab V4.2) ist ein GRAFCET-Editor enthalten, der die Möglichkeit beinhaltet, einen GRAFCET-Plan zu simulieren.^[2]
• WinErs ist ein Prozessleitsystem mit Soft-SPS. Es wird ebenfalls als Ausbildungs-Simulationssystem für die Prozesstechnik genutzt. Dort ist ein GRAFCET-Editor enthalten, mit dem prozesstechnische Anlagen geplant und simuliert werden können.^[3]
• Omegon Teachware bietet eine freie Grafcet-Version der Software Omegon Fluid Technology OFT2 an, mit der Grafcet-Pläne erstellt werden können.^[4]

Literatur

• Dokumentation in der Elektrotechnik, Darstellungsregeln. DIN-VDE-Taschenbuch 530. Beuth Verlag, Berlin 2004, ISBN 3-410-15932-0. Darin DIN EN 60848 GRAFCET
• Gerhard Schmidt: GRAFCET. Festo Didactic, Esslingen 2007. Best.-Nr. 548678
• Bernhard Plagemann: Crashkurs GRAFCET. Dr.-Ing. Paul Christiani GmbH, Konstanz 2008. Best.-Nr. 82459, ISBN 978-3-86522-441-5

Weblink

• www.grafcet.de
• Informationen mit Powerpoint-Datei

Einzelnachweise

1. ↑ sfcedit
2. ↑ FluidSIM
3. ↑ WinErs
4. ↑ OFT2