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

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

YV2
32Sự 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.


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:

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
38
Trạng thái logic(0 hoặc 1) của điều kiện gắn
liền với chuyển tiếp này không ảnh hưởng.
Chuyển tiếp kích hoạt
Bước 2 tích cực và chuyển tiếp (2)kích hoạt
nhưng 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) có
thể thông 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 (2) đồng thời làm
mất tích cực bước 2 và làm tích cực bước 3.
2.2.4.2. Chuyển đổi giữa nhiều bước

5 6
7
8
(4)
(5)
(3)
a+b.c
với a+b.c=0
4
5 6
7
8
(4)
(5)
39
đúng.
Chuyển tiếp có thể thông
Từ tình huống phía trên, chuyển tiếp (3) có thể
thông 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 cực
đồng thời bước 4, 5, 6 và làm tích cực đồng
thời 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 các
cấu trúc đặc biệt khác nhau, nhưng phải tuân thủ quy tắc cú pháp chuyển đổi
bước/chuyển tiếp.
2.2.5.1. Trình tự


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 kích
hoạt bởi bước đơn của trình tự.
Chú ý: Một chu kỳ của trình tự đơn phải thỏa mãn ít nhất
một trong điều kiện sau để cho phép sự tích cực các bước
của 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 trìnhSự lựa chọn trình tự đưa ra sự chọn tiến triển giữa các
trình tự bắt đầu từ một hoặc nhiều bước. Cấu trúc này
được biểu diễn bởi nhiều chuyển tiếp kích hoạt cùng lúc và
các tiến triển.
Chú ý: Các trình tự được chọn lựa từ cấu trúc này chưa đề cập vấn đề sự tích
cực loại trừ. Việc đề cập vấn đề loại trừ lẫn nhau đòi hỏi người thiết phải đề cập đến
các 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" là
đồng thời đúng khi bước 5 tích cực thì không có
chuyển tiếp nào thông.
Ví dụ 2: Trình tự ưu tiên
Ở ví dụ này, chuyển tiếp 5/6 có sự ưu tiên được
thông khi "a" đúng.
Ví dụ 3: Sự lựa chọn của các trình tự đồng bộ theo
sau của hai trình tự liền trước.


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 khi tất cả các
bước 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 để
chỉ ra sự trì hoãn (sự đợi) trước khi các trình tự liền trước
kết 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 đánh
dấu bằng các ngoặc đơn).
- Sự lựa chọn trình tự ( từ bước 1 đến 3, 5 và
19).
- Tích cực các trình tự song song ( hướng
dưới của bước 6).
- Hai đồng bộ hóa của trình tự (từ bước 9 và
11 đến bước 13, từ bước 13 và 17 đến bước
18)
Chú ý 1: Ví dụ này chỉ hiển thị cấu trúc
grafcet.

Bước đích 46 chỉ được tích cực nếu điều kiện logic
"
0b1b ⋅
" tồn tại 5s sau khi tích cực bước 45. Sau đó
đầu 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 liền
trước. Theo quy 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 kiện đầu
vào và sự kiện bên trong xuất hiện. Vì lý do này, biểu diễn logic hình thành nên
điều kiện chuyển tiếp phải luôn bao gồm sườn đầu vào.
*
43
44
45
46
B+
B-
b1
h
.5s/X45
b0
ALARM:
JACKB
45

↑av
Bộ phận tại trạm 4
Ví dụ: chuyển tiếp nguồn và trình tự tương
đương:
Các biểu diễn (1) và (2) mô tả hành vi tương
đương: bước 1 được tích cực mỗi khi biến logic
thay đổi từ 0 đến 1. Biểu diễn (1) sử dụng bước
nguồn, biểu diễn (2) sử dụng ký hiệu đồng bộ
hóa và quay lại mạch vòng để duy trì bước khởi
đầu (0) tích cực.
46
Sự phức tạp của hệ thống tự động hóa cần các phương pháp xây dựng cấu
trúc cho đặc trưng. Việc xây dựng này có thể có các phương pháp luận hỗ trợ hoặc
không, nhưng nó sẽ bị hạn chế: chỉ phân chia các đặc trưng hoặc hợp nhất các khái
niệm thứ bậc của cưỡng bức.
2.2.7.1. Sự phân chia Grafcet
a) Grafcet liên kết
Grafcet liên kết là một cấu trúc mà chỉ có liên tục của các liên kết (chuyển
đổi bước-chuyển tiếp) giữa bất kỳ 2 yếu tố trong sơ đồ garfcet: bước hoặc chuyển
tiếp.
Ví dụ: tất cả các thành phần ở sơ đồ 1
sẽ hình thành nên grafcet liên kết, bởi
vì các bước và liên kết của nó được
nối với nhau bởi liên kết có hướng.
Các thành phần ở sơ đồ 2 cũng hình
thành nên grafcet liên kết.
b) Grafcet từng phần
Được hình thành bởi một hay vài grafcet liên kết nên grafcet từng phần là kết
quả của việc phân chia grafcet toàn cục. Grafcet này mô tả hành vi một phần trình
tự của hệ thống.

trạng cụ thể.
Khi bước 17 là tích cực thì grafcet từng phần 12 bị cưỡng
bức tới một tình trạng, đặc trưng bởi tích cực bước 8, 9,
và 11.
Ví dụ 2: Cưỡng bức grafcet từng phần lên một tình
trạng hiện tại.
Khi bước 48 là tích cực thì grafcet từng phần 3 bị cưỡng
bức giữ nguyên trạng thái hiện tại.
Chú ý: Lệnh này gọi là lệnh đóng băng.
Ví dụ 3: Cưỡng bức grafcet từng phần lên một
tình trạng rỗng.
17
G12{8,9,11}
48
G3{ }
*
23
G4{ }
*
48
Khi bước 23 là tích cực thì grafcet từng phần 4 bị cưỡng
bức tới một tình trạng rỗng.
Chú ý: Trong trường hợp này, không có bước nào của G4
là tích cực.
Ví dụ 4: Cưỡng bức grafcet từng phần lên một
tình trạng ban đầu.
Khi bước 63 là tích cực thì grafcet từng phần 8 bị cưỡng
bức tới một tình trạng tại đó chỉ có các bước mở đầu tích
cực.
2.2.7.3. Các bước Macro

∗XM
Biến bước macro:
Bước macro được gọi là tích cực chỉ khi ít nhất một trong những bước
của nó là tích cực. Bước macro được gọi là không tích cực khi không có
bước nào của nó là tích cực.
Trạng thái tích cực hoặc không tích cực của bước macro có thể biểu diễn
bằng các giá trị logic 1 hoặc 0 của biến XM.
2.3. KẾT LUẬN
Mạng Petri là một công cụ đồ hình biểu diễn quá trình di chuyển của dòng
thông tin trong một hệ thống. Với những quy tắc hết sức chặt chẽ, mạng Petri có thể
được sử dụng để mô hình hóa các quá trình điều khiển tự động (đặc biệt là điều
khiển trình tự), trao đổi thông tin, tổ chức quản lý sản xuất,
Grafcet là một dạng biến đổi đơn 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 điều khiển còn có thể dễ dàng phân
tích và giám sát hệ thống, từ đó có cái nhìn tổng quan hơn về hệ thống sản xuất.