Grafcet: qué es y cómo funciona este lenguaje de control

GRAFCET (Gráfico de Etapas y Transiciones), conocido internacionalmente como Sequential Function Chart (SFC), es el lenguaje gráfico normalizado por la IEC 60848 para describir secuencias de control en la automatización industrial. Aprenderlo ofrece una ventaja competitiva clara: representar procesos complejos de forma estandarizada, generar código PLC en menos tiempo y documentar cada paso con un estándar reconocido globalmente.

A continuación se resumen sus principales beneficios:

• Estandarización internacional: Al estar regulado por la IEC 60848, un diagrama GRAFCET se interpreta igual en cualquier planta del mundo, lo que facilita auditorías y certificaciones.
• Portabilidad entre marcas de PLC: Fabricantes como Siemens, Schneider Electric o Rockwell ofrecen módulos nativos para importar SFC; así puedes reutilizar la misma lógica en distintas plataformas.
• Mejor documentación y mantenimiento: El diagrama actúa como un “storyboard” industrial; cada paso y transición se visualiza de un vistazo, reduciendo errores de diagnóstico y tiempos de parada.
• Curva de aprendizaje accesible: Incluso técnicos con poca experiencia en programación textual entienden la lógica secuencial gracias a su representación visual.
• Eficiencia en proyectos de Industria 4.0: GRAFCET encaja en entornos de fabricación flexible, celdas robotizadas y procesos just-in-time, donde los cambios de secuencia son frecuentes.

Importancia en la automatización industrial

En líneas de producción modernas —cintas transportadoras, robots de soldadura o sistemas pick-and-place— el tiempo de reacción y la claridad en la lógica de control son críticos. Con GRAFCET podrás:

• Mapear cada estado de la máquina y la condición que lo activa sin escribir largas redes Ladder.
• Compartir la secuencia con mantenimiento, calidad y seguridad, asegurando que todos hablan el mismo “idioma” gráfico.
• Reducir los ciclos de depuración, ya que la lógica se puede simular y validar antes de tocar el hardware.

Ventajas frente a otros lenguajes

• Versus Ladder: Cuando la secuencia incluye paralelismos, temporizadores y ramas condicionales, Ladder crece exponencialmente. GRAFCET condensa la lógica en pocos pasos y transiciones, haciéndola legible y fácil de auditar.
• Versus Structured Text: El código textual es potente, pero exige experiencia. Con GRAFCET, el flujo se ve en lugar de imaginarse, lo que democratiza la revisión y facilita la formación del personal.
• Generación automática de código: La mayoría de IDE industriales exportan tu SFC a Ladder o ST, manteniendo una única fuente de verdad y evitando discrepancias entre diseño y puesta en marcha.

Fundamentos de GRAFCET

GRAFCET —también llamado Step Function Chart (SFC)— nació para estandarizar la representación de secuencias de control en la automatización industrial. Conocer su origen y sus reglas básicas es el primer paso para crear diagramas claros, auditables y portables entre distintos fabricantes de PLC.

Norma IEC 60848 y antecedentes

El camino de GRAFCET comienza en 1977, cuando un comité franco-alemán propuso un lenguaje gráfico que evitara la ambigüedad de los extensos diagramas Ladder. Ese trabajo se consolidó, años después, en la Norma IEC 60848, vigente desde su revisión de 2013 y en constante actualización.

Adoptar este estándar simplifica la validación CE de maquinaria, agiliza auditorías de seguridad funcional (ISO 13849, IEC 61508) y permite intercambiar diagramas entre marcas de PLC sin reescribir lógica, lo que reduce costes y tiempos de puesta en marcha.

Elementos básicos: pasos, transiciones y acciones

Para modelar cualquier proceso con GRAFCET basta con dominar tres bloques constructivos:

• Paso (Step): Representa un estado estable de la máquina. Se dibuja como un rectángulo numerado y puede contener acciones asociadas —p. ej., Motor ON o Válvula cerrada— que permanecen activas mientras el paso está “encendido”.
• Transición (Transition): Une dos pasos e incluye la condición lógica que habilita el avance. Solo cuando el paso precedente está activo y la condición se cumple, la transición se dispara y el control pasa al siguiente paso.
• Acción (Action): Instrucción vinculada a un paso; puede activar una salida digital, escribir en un registro analógico o lanzar un temporizador. Según la herramienta, se ubica dentro del rectángulo o en un bloque adyacente.

Reglas de ejecución y paralelismo

En cada ciclo de escaneo del PLC, el intérprete evalúa todas las transiciones candidatas:

• Rama OR: Se disparan todas las transiciones cuyas condiciones sean verdaderas, generando caminos alternativos.
• Rama AND (divergencia): El flujo se bifurca en ramas paralelas que progresan de forma independiente hasta reunirse en una convergencia AND, donde el diagrama espera a que todas las ramas alcancen el punto de sincronización.

Esta capacidad de modelar paralelismo reduce drásticamente la complejidad que tendría la misma lógica en Ladder, evitando contactos cruzados y marcas auxiliares propensas a error.

Herramientas para diseñar GRAFCET

Elegir bien el software de edición marca la diferencia entre un flujo de trabajo fluido y una puesta en marcha plagada de contratiempos. A continuación verás opciones gratuitas y comerciales para crear, depurar y exportar diagramas GRAFCET, así como utilidades de simulación que permiten validar la lógica antes de descargarla al PLC real.

Opciones gratuitas

El ecosistema open source ofrece soluciones sólidas y sin coste de licencia que resultan ideales para formación, prototipos y proyectos de pequeña escala.

• GRAFCET Studio Free: Edición gráfica completa, exportación a PDF y compilación limitada para microcontroladores compatibles. Perfecto para entornos educativos y pruebas rápidas.
• OpenPLC Editor: Implementa los cinco lenguajes IEC 61131-3 (incluido SFC). Permite simular la lógica en PC y descargar código a Arduino, Raspberry Pi o ESP32.
• Draw.io / Diagrams.net: no genera código, pero resulta excelente para bocetar secuencias SFC y compartirlas sin instalar software adicional.

Herramientas comerciales

Para proyectos industriales de gran escala —o cuando necesitas soporte certificado— las suites propietarias añaden bibliotecas validadas y monitorización en línea.

• Siemens TIA Portal: Incluye el editor S7-Graph, equivalente a GRAFCET, con generación automática de bloques para CPU S7-1200/1500 y diagnóstico online en tiempo real.
• Schneider EcoStruxure Control Expert: Incorpora el módulo Sequential Function Chart con bibliotecas prevalidadas para seguridad y plantillas de máquinas empaquetadoras, ascensores y cintas transportadoras.
• Mitsubishi GX Works3: soporta SFC con sincronización directa a PLC iQ-R/iQ-F y vista paso a paso, ideal cuando el takt time de la línea es muy ajustado.

Emulación y simulación antes del despliegue

Validar la secuencia en un entorno virtual evita paradas costosas y acelera la puesta en marcha. Las soluciones anteriores incluyen simuladores software-in-the-loop que reproducen el escaneo del PLC. Para proyectos docentes, combinar OpenPLC con un gemelo digital en Factory I/O o CODESYS Simulation permite observar cómo cada paso GRAFCET activa sensores y actuadores ficticios.

Si buscas profundizar en esta fase de validación, el blog de EducaOpen publica guías paso a paso sobre gemelos digitales y conexión con PLC virtuales, de modo que puedas ensayar cada transición sin tocar la instalación real.

Paso a paso: tu primer diagrama GRAFCET

Crear tu primer diagrama GRAFCET (o SFC) es más sencillo de lo que parece si sigues una metodología clara. A continuación se describen tres fases clave —definir, dibujar y verificar— que puedes aplicar a cualquier secuencia de control, desde una cinta transportadora hasta un semáforo de laboratorio.

Definir la secuencia de control

Antes de abrir el editor, dedica unos minutos a describir la lógica en lenguaje natural: ¿qué estados atraviesa la máquina?, ¿qué condiciones provocan cada cambio de estado?, ¿qué salidas o acciones se activan en cada paso? Un buen enfoque es elaborar una tabla con tres columnas (Estado, Condición de transición, Acciones) y rellenarla junto al equipo de proceso. Esto reduce malentendidos y establece una base firme para el diagrama.

Si necesitas una guía práctica, en el curso de Automatización Industrial de EducaOpen encontrarás plantillas descargables que agilizan la captura de requisitos.

Dibujar pasos y transiciones en el editor

Con la lista de estados y condiciones clara, abre tu herramienta de preferencia —por ejemplo, GRAFCET Studio o TIA Portal— y sigue este flujo:

• Añade los pasos: coloca cada estado estable en un rectángulo numerado y deja espacio para anotar acciones y comentarios.
• Inserta transiciones: dibuja flechas entre pasos consecutivos y escribe la condición lógica sobre la línea; utiliza la misma nomenclatura de variables que en el PLC.
• Asocia acciones: dentro de cada paso indica las salidas o funciones que estarán activas mientras ese paso permanezca habilitado. Si la herramienta lo permite, añade temporizadores o contadores en campos de texto enriquecido.

(* Ejemplo Grafcet: cinta transportadora con pistón expulsor *)

STEP  S0  INITIAL
    ACTION  STOP_MOTOR      := TRUE;
    ACTION  RETRACT_PISTON  := TRUE;

TRANSITION  T0  FROM S0 TO S1 WHEN SENSOR_START = TRUE;

STEP  S1
    ACTION  START_MOTOR := TRUE;

TRANSITION  T1  FROM S1 TO S2 WHEN SENSOR_END = TRUE;

STEP  S2
    ACTION  STOP_MOTOR     := TRUE;
    ACTION  EXTEND_PISTON  := TRUE;

TRANSITION  T2  FROM S2 TO S3 WHEN TIMER_PISTON.Q = TRUE;

STEP  S3
    ACTION  RETRACT_PISTON := TRUE;

TRANSITION  T3  FROM S3 TO S0 WHEN PISTON_RETRACTED = TRUE;

Verificación de coherencia y depuración

Una vez terminado el diagrama, realiza estos chequeos:

• Condiciones de transición exclusivas: asegúrate de que dos transiciones que parten del mismo paso no puedan dispararse simultáneamente —salvo que lo pretendas—.
• Pasos huérfanos o inalcanzables: ejecuta la función Analyze del editor; así detectarás pasos sin entrada o sin salida, un error frecuente en diagramas grandes.
• Simulación paso a paso: activa el modo simulación y fuerza señales de sensores para comprobar que el flujo avanza como se espera. Este ensayo virtual elimina la mayoría de fallos antes de conectar al PLC real.

Cuando la secuencia supere todas las pruebas, genera el código automáticamente (si tu herramienta lo soporta) o exporta el diagrama a PDF para archivarlo con la documentación de la máquina. Así tendrás una referencia clara y auditable para futuras modificaciones.

Integración con PLC y otros entornos

Una vez verificada la lógica del diagrama, el siguiente paso es descargar tu GRAFCET al PLC o al sistema embebido que gobernará la máquina. Según la plataforma, el proceso puede ser tan simple como pulsar “Compile & Download” o requerir una exportación intermedia a Ladder o Structured Text (ST). Dominar este flujo te ahorrará horas de depuración en planta y garantizará que el diagrama siga siendo la fuente de verdad durante todo el ciclo de vida del proyecto.

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