Guía GEMMA - infoplc.net · Prof. José A. Rodríguez Mondéjar UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 1 Gemma ... – Grafcet funcional del estado de producción normal

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Automatización Industrial

UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 1Prof. José A. Rodríguez Mondéjar

Gemma

Guía GEMMA



Gemma

Introducción a GEMMA• En la automatización de una máquina o de un proceso

industrial es necesario prever todos los estados posibles:– Funcionamiento manual– Funcionamiento semiautomático– Situaciones de fallo– Paradas de emergencia– Puestas en marcha

• Prioridad máxima de una automatización: SEGURIDAD– Ante una situación de fallo o una parada de emergencia, el sistema

debe evolucionar hacia un estado seguro• Guía GEMMA:

– Guía para un estudio sistemático de todos los modos o estados enque se puede encontrar un proceso de producción automatizado.

– Cubre también el estudio de los saltos o transiciones entre modos.

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Gemma

Modos fundamentales según GEMMA• Proceso en Funcionamiento• Proceso en Parada o Puesta en Marcha• Proceso en Defecto

Con

trol

sin

alim

enta

ción

A – PROCESO EN PARADA

D – PROCESO EN DEFECTO

F- PROCESO EN FUNCIONAMIENTO

Marcha

Paro

Defecto

Conex.

Desco.

PRODUCCIÓN



Gemma

Proceso en funcionamiento (estados posibles) I• Puesta en servicio y funcionamiento normal• F1: Producción normal

– Estado en que la máquina produce normalmente. En él se realizan las tareas para las cuales ha sido construida la máquina.

– Estado más importante• F2: Marcha de preparación

– Son las acciones necesarias para que la máquina entre en producción.

– Ejemplo: precalentamiento, preparación de componentes, etc.• F3: Marcha de cierre

– Acciones a realizar antes de la parada.– Ejemplo: vaciado o limpieza antes de parar la máquina (planta) o

de cambio de las características del producto a fabricar.

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Gemma

Proceso en funcionamiento (estados posibles)• Ensayos y verificaciones• F4: Marchas de verificación sin orden

– La máquina bajo control del operario realiza cualquier movimiento o determinados movimientos preestablecidos.

– Se suele asimilar al control manual.– Ejemplo: funciones de mantenimiento y verificación.

• F5: Marchas de verificación con orden– La máquina (planta o sistema) realiza un ciclo completo de

funcionamiento en orden pero al ritmo fijado por el operador.– Se asimila al llamado control semiautomático.– Ejemplo: labores de mantenimiento y verificación.

• F6: Marchas de test– Realizar operaciones de ajuste y mantenimiento predictivo– Ejemplo: comprobar la activación de los sensores en un tiempo

máximo, curvas de comportamiento de algunos actuadores, comprobación de las comunicaciones, etc.



Gemma

Proceso en parada o puesta en marcha (I)• A1: Parada en el estado inicial

– Estado de reposo de la máquina.– La máquina normalmente se representa en este estado en los

planos de construcción y en los esquemas eléctricos.• A2: Parada solicitada al final de ciclo

– Es un estado transitorio en que la máquina, que estaba produciendo normalmente hasta el momento, termina el ciclo y pasa a estar parada en el estado inicial.

• A3: Parada solicitada en un estado determinado– Estado transitorio hasta que la máquina para en un determinado

estado que no coincide con el final de ciclo.– Es un estado transitorio de evolución al A4.

• A4: Parada obtenida– Es un estado de reposo de la máquina distinto al estado inicial.

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Gemma

Proceso en parada o puesta en marcha (II)• A5: Preparación para la puesta en marcha después de un

defecto– Se realizan las operaciones necesarias para la puesta en

funcionamiento de la máquina después de un defecto.– Ejemplo: operaciones de vaciado, limpieza, reposición de un

determinado producto, etc.• A6: Puesta del sistema en el estado inicial

– Operaciones necesarias para llevar al sistema al estado inicial desde situaciones diferentes a la de producción: control manual o semiautomático, parada de emergencia, etc.

– El resultado final es el estado A1.• A7: Puesta del sistema en un estado determinado

– Operaciones necesarias para llevar al sistema, que no está en producción, a un estado distinto del inicial para su puesta en marcha.

– Resultado final: estado A4.



Gemma

Proceso en defecto (estados posibles)• D1: Parada de emergencia

– Estado al que evoluciona un sistema después de una parada de emergencia.

– Deben de tenerse en cuenta tanto las paradas como los procedimientos y precauciones necesarias para evitar o limitar las consecuencias debidas a defectos.

– Legislación sobre seguridad.• D2: Diagnóstico y/o tratamiento de fallos

– Estado que permite el examen de una máquina después de un defecto para determinar los motivos del fallo.

– Puede operar con o sin ayuda del operador.• D3: Producción a pesar de los defectos

– Estado correspondiente a casos donde se debe continuar produciendo a pesar de los defectos.

– Ejemplo: cadenas de producción, sustituir transitoriamente partedel trabajo de la cadena por el de un operario.

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Gemma

A1Parada en el estado inicial

A2Parada solicitada al final de ciclo

A3Parada solicitada en un estado determinado

A4Parada obtenida

A5Preparación para la puesta en marcha después de defecto

A6Puesta del sistema en el estado inicial

A7Puesta del sistema en un estado determinado

D2Diagnóstico y/o tratamiento de fallos

D3Producción a pesar de los defectos

D1Parada de emergencia

F1Producción normal

F2Marcha de preparación

F3Marcha de cierre

F4Marcha de verificación sin orden

F5Marcha de verificación con orden

F6Marcha de test



Gemma

Guía para aplicar GEMMA a una automatización (I)• Paso 1: Determinar los aspectos generales del proceso y

generar el Grafcet de producción normal.– Grafcet funcional del estado de producción normal.

• Paso 2: Determinar los captadores (sensores) y actuadores (accionamientos) adecuados.

• Paso 3: Grafcet tecnológico del estado de producción normal.

• Paso 4: Estudiar qué estados de Gemma son necesarios en la automatización– Estados típicos que aparecen en cualquier sistema: Parada,

Parada de emergencia, Producción o funcionamiento normal, etc.• Paso 5: Definir las condiciones de evolución entre los

diferentes estados

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Gemma

Guía para aplicar GEMMA a una automatización (II)• Paso 6: Definir el pupitre de control (operador)

– Pulsadores con el rótulo de las acciones asociadas, pilotos.• Paso 7: Preparar el grafcet final (o grafcets)

– Enriquecimiento del grafcet inicial: casos sencillos– Organización en varios grafcets coordinados entre sí, donde tarea

es recogida en un grafcet independiente.• Paso 8: Escoger la tecnología de control: número de

autómatas programables, tipo de entrada y salidas, reguladores industriales, bus de comunicación.

• Paso 9: Programación• Paso 10: Pruebas antes de la instalación• Paso 11: Instalación, puesta a punto y pruebas



Gemma

Caso funcionamiento semiautomático simple • A demanda del operador la

máquina sólo realiza un ciclo (ejemplo: producir una pieza)

• En el pupitre de control hay un pulsador con la leyenda INICIO CICLO



INICIOCICLO

TodoBajoControl

ARRANCADA PARADA

PIC

7



Gemma

Aplicado a la lavadora o similar

1

2

0

Parada

Inicializar

Giro Der.

Giro Izq.

RESET

PIC

ESTP

SBP

SMGD, SBA

SMGI, SBA

SBP, SBA

3

ESTP

0

1

Parada

Giro Der.

Giro Izq.

PIC

ESTP

SBP

SMGD, SBA

SMGI, SBA2

ESTP

Eliminada la operación de RESET. Por hardware o por software se debe ir a la etapa de parada (inicial) en la conexión

a alimentación



Gemma

Significado de los colores: Pulsadores• Pulsador BLANCO:

– Puesta en marcha/puesta en tensión. – En el caso de máquinas antiguas es aceptable el color VERDE.

• Pulsador NEGRO:– Parada/puesta fuera de tensión: – En el caso de máquinas antiguas es aceptable el color ROJO.

• Pulsador ROJO sobre fondo AMARILLO:– Parada de emergencia o iniciación de una función de emergencia

• Pulsador AMARILLO:– Supresión de condiciones anormales o restablecimiento de un ciclo

automático interrumpido: • Pulsador AZUL.

– Rearme

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Gemma

Significado de los colores: Pilotos• Piloto ROJO

– Emergencia: condición peligrosa que requiere una acción inmediata (presión fuera de los límites de seguridad, sobrerrecorrido, rotura de acoplamiento…)

– Demanda intervención urgente por parte del operador.• Piloto AMARILLO:

– Anomalía – condición anormal que puede llevar a una situación peligrosa (presión fuera de los límites normales, activación de un dispositivo de protección…)

– Demanda intervención por parte del operador• Piloto BLANCO:

– Neutro – información general (presencia de tensión de red…)• Piloto VERDE:

– Máquina preparada para entrar en servicio.– Máquina en funcionamiento normal.



Gemma

Rótulo típicos• ENGANCHE• ABRIR• PARADA• PARADA GENERAL• CIERRE• DERECHA• BAJADA• DESCONECTADO• EMERGENCIA• FUERA DE SERVICIO• ATRÁS• EN SERVICIO• MARCHA• RESET

• SUBIDA• IZQUIERDA• ENERGIZADO• START• STOP• STOP-RESET• DEPRISA• AUTO-MAN• MAN-O-AUTO• OFF-ON• AUTO-O-MAN• PARADA-MARCHA• STOP-START

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Gemma

Caso funcionamiento automático simple• Al pulsar MARCHA la

máquina se pone en marcha• Cuando se pulsa PARO la

máquina acaba el ciclo y a continuación se para.

– Piloto parada intermitente



MARCHA


PAROMARCHA

TodoBajoControl

EN SERVICIO PARADA

PARO



Gemma

Ejemplo de funcionamiento automático simple• Se memoriza la parada en una

marca o posición de memoria.– PM: Pulsador marcha– PP: Pulsador de paro– T1, T2 temporizadores– MPP posición de memoria que

registra la orden de parada– Con MPP se genera también el

piloto intermiten.

0

1

Parada

Giro Der.

Giro Izq.

PM

T1

2

T2*MPP’

2

T2*MPP

0MARCHA

TodoBajoControl

EN SERVICIO PARADA

PARO

10



Gemma

Sustituir pulsadores por conmutador• El conmutador hace de

memoria.• El ejemplo incluye la marcha

de verificación con orden (F5)

SEMI

TodoBajoControl

MARCHA

AUTO

STOP

RED 220V

0

1

Parada

Giro Der.

Giro Izq.

AUTO + MAN

T1

2

T2



Gemma

Caso funcionamiento con marcha de arranque• En automático se cubre la

etapa de llenado cuando es necesario y la de vaciado cuando se pasa a STOP

F2Marcha de preparaciónLLENAR

F3Marcha de cierreVACIAR

A1Parada en el estado inicialLLENO OVACIO


A2Parada solicitada al final de cicloLLENO OVACIO

VacioVacio·(AUTO+MAN·CICLO)

Lleno

AUTO’+MAN’

MAN

Lleno·(AUTO+MAN·CICLO)

MAN

TodoBajoControl

VACIAR

AUTO

STOP

LLENAR NORMAL

CICLO

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Gemma

Caso parada de emergencia• Parada de emergencia

obligatoria• Primer nivel: Cableada• Segundo nivel:

Programada (Rearme)




A6Puesta del sistema en el estado inicial



TodoBajoControl

NORMAL DEFECTO

MARCHA PAROSTOP

MARCHA

PARO

BOCINA



Gemma

Ejemplo de parada de emergencia (I)• Con inhibición e

inmovilización– Redundante con tener en

serie la seta de seguridad con los contactores correspondientes.

• En el rearme se vuelve al mismo punto donde se generó la alarma.

– No es muy correcto• La seta de seguridad se

debe pulsar cuando hay una emergencia y no simplemente para parar en un determinado ciclo.

– Pulsador de PAUSA con pulsador de CONTINUAR

0

1 Giro Der.

Giro Izq.

PE· PIC

PE· ESTP

2

PE· ESTP

SMGD SBA

PE PE

SMGI SBA

PE PE

Parada SBP

PE

Seta de paro de emergencia o seta de

seguridad

12



Gemma

Ejemplo de parada de emergencia (II)

0

Giro Der.

Giro Izq.

PE· PIC

PE· ESTP

2

PE· ESTP

Parada SBP

SMGD,SBA

SMGI,SBA

1

PE’

PE’

PE’

BOCINA

PE’

EMERGENCIA4

0PE·REARME

4 Etapa especial para la situación de emergencia

y retorno a la etapa inicial mediante

maniobra



Gemma

M3

Diseño estructurado: Macroetapas• Las macroetapas sustituyen

secuencias de etapas.• El objetivo es mayor simplicicidad

y legibilidad de los diagramas Grafcet.

• Reglas:– La expansión de una macroetapa

siempre tendrá una sola etapa de entrada y una sola etapa de salida.

– La etapa de entrada (E) se activará cuando se active la macroetapa.

– La activación de la etapa de salida (S) implicará la validación de las transiciones inmediatamente posteriores a la macroetapa.

– Las macroetapas pueden anidarse.

M3

2

6

T2

T6

E3

3

4

5

S3

(M3)

T3

T4

T5

(S3)

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Gemma

Diseño estructurado: Grafcet jerarquizados• Diagramas Grafcet jerarquizados

– El control se organiza como un conjunto de grafcet parciales jerarquizados.

– Los grafcets de orden superior pueden forzar a los de orden inferior• Muy útil para el tratamiento de la parada de emergencia.

• La jerarquización debe respetar una serie de reglas:– Si un grafcet tiene la posibilidad de forzar otro, éste no tendrá

ninguna posibilidad de forzar al anterior.– En todo instante un grafcet sólo podrá ser forzado por un único

grafcet.• Sintaxis del forzado

– F/G2:{0}• Forzar el grafcet G2 a ir a su etapa 0

– F/G2:{}• Desactivar todas las etapas del grafcet G2



Gemma

Ejemplo diseño estructurado I60 Entrada F1

61

89

90

Primera Operación F1

Última operación F1

Salida F1

X3

FIN

X4+PARADA’

100 Entrada F3

101

121

122



Salida F1

X4

FIN

X1

1 A1:Parada estado Inicial

2

3

4

F2:Marcha de preparación

F1:Producción Normal

F3:Marcha de cierre

MARCHA

X57

X90·PARADA

X122

Grafcets coordinados sin forzado entre ellos

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Gemma

Ejemplo diseño estructurado II60 Entrada F1

61

89

90



Salida F1

X3

FIN

X4+PARADA’

100 Entrada F3

101

121

122



Salida F1

X4

FIN

X1

1 A1:Parada estado Inicial

2

3

4

F2:Marcha de preparación

F1:Producción Normal

F3:Marcha de cierre

MARCHA

X57

X90·PARADA

X122

1 Normal

2 EMERGENCIA PE’

REARME

F/G1:{}F/G60:{}F/G100:{}

3 Operación REARME F/G1:{1}F/G60:{60}F/G100:{100}



Gemma

Estación 2: Dosificado y llenado Estación 3: Taponado

Llenado Taponado

Estación 1: Carga o transferencia

Máquina de llenado y taponado de botellas

c0 c1

b0 b1

a1

a0

g0g1

e0

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Gemma

Funcionamiento• Estación de carga (1)

– Las botellas llegan por una cinta y se transfieren a la cinta de embotellado mediante el cilindro neumático A. Los finales de carrera a0 y a1 controlan el avance y el retroceso.

• Cinta de embotellado– Avanza un paso con el avance del cilindro B. No retrocede al retroceder el

cilindro B. b0 y b1 controlan el recorrido de B. • Estación de dosificación y llenado (2)

– El cilindro C carga la dosis en el depósito intermedio y a través de la válvula controlada por D se descargar sobre la botella, siempre que hay botella. c0 y c1 controlan el recorrido de C

• Estación de taponado (3)– El cilindro G presenta un tapón al receptáculo del cilindro E. El cilindro E

coloca el tapón sobre la botella, roscándolo a través del motor neumático F. El final de carrera e0 controla el retroceso de E y la válvula de sobrepresióne1 controla el avance de E. Al avanzar el cilindro E, si choca con un obstáculo aumenta la presión interna en el cilindro. El efecto es detectado por e0.



Gemma

Grafcet de producción funcional

1

2

3

4

Cargar botella

Esperar

5

6

Llenar botella

Esperar

7

8

Poner tapón

Esperar

Avanzar cinta

Máquina parada

Conmutador: Marcha

Avance realizado

STOP MARCHA

PRIMERO: Tener idea del

funcionamiento general de la planta a

controlar. Después los detalles.

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Gemma

Grafcet de producción tecnológico

1

2

4

b+Marcha

b1

a-a1·b0

c-

a+ b- c+ d+3 5

6

12

11

10

9

8

7 g+

e+

e-

g-

e-

e+ f+

a0·c0·e0

c1 g1

e1

e0

g0

e1

Previo al Grafcettecnológico está la

selección de accionamientos y

sensores



Gemma

Defectos del grafcet de producción• ¿Qué ocurre si no hay botellas?

– Se desparrama el líquido– Falta una secuencia de arranque.– Y una secuencia de parada para que la cinta quede vacía.– Cuando los sensores CP1, CP2 y CP3 estén activados se puede poner la

máquina a pleno rendimiento (F1)• ¿Dónde está la parada de emergencia?

– En caso de parada de emergencia (rotura de una botella, avería de una estación) el sistema debería ir a una situación segura (cerrar la válvula D).

– El sistema debería permitir la solución del defecto y reiniciar.– O permitir el trabajo bajo defecto: un operador cubre manualmente el

defecto de una de las estaciones (taponar).• ¿¿Qué ocurre si queremos parar de forma momentánea la

producción?– Si en el arranque y en la parada se gastan 5 minutos, y no hay otra

posibilidad, la parada sería de 10 minutos mínimo.

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Gemma

Más necesidades• Modo manual

– Permitir comprobar el funcionamiento de cada uno de los elementos de la planta por separado: Pulsadores para cada elemento con señalización adecuada.

• Modo de test– Comprobar que la máquina realiza un ciclo completo o que cada

estación es capaz de realizar un ciclo completo.• Comprobar el dosificador

– Cada cierto tiempo hay que colocar un botella de referencia paracomprobar que la cantidad de líquido suministrado es la adecuada.



Gemma

Estados de GEMMA necesarios (I)• A1: Planta en condiciones iniciales

– Una botella sobre la cinta de embotellado• F2: Planta en condiciones de trabajar a pleno rendimiento

– En cada estación hay una botella• F1: Producción a pleno rendimiento

– Una botella por ciclo• F3: Parada de la producción

– No se admiten nuevas botellas y se consumen las que hay en la cinta.

• F4: Modo manual– Mover cada cilindro por separado: un pulsador con su indicador por

cada movimiento.• F5: Modo test

– Realizar un ciclo completo de una estación de la embotelladora. Un selector para indicar qué estación.

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Gemma

Modos de Gemma necesarios (II)• F6: Calibrar el dosificador

– Sólo debe funcionar la estación correspondiente• D1: Parada emergencia

– Se cierra la válvula D y se para el automatismo• D2: Diagnóstico de la avería

– Se realiza una comprobación manual.• A5: Retirada y limpieza. Reparación.

– Se realiza de forma manual• A7: Poner manualmente los accionadores en sus

posiciones iniciales.– El modo manual nos puede servir para realizar esta operación.

• A6: Alimentación con una botella si es necesario.– A6 y A7 pueden ser el mismo.



Gemma

TodoBajoControl

MANUAL AUTOMATICO

TEST

MARCHA

ALIMENTACION TAPONADO

LLENADOINICIOa+ b+

a- b- c-

c+ d+

e+

e-

f+ g+

g-

STOP

PARO

NOBOTELLAS

BOTELLASMANUAL AUTO

TAPONADO

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Gemma

Pupitre de control• Conmutador entre modo Manual, Test y Automático.• Pulsador de Marcha para el modo automático

– Pone el sistema en marcha aunque no tengan botella todas las estaciones.• Pulsador de Paro para el modo automático

– Parada del sistema con o sin botellas.• Conmutador de Botellas o No botellas.

– Cierra la alimentación de botellas para poder parar la máquina sin botellas (pulsador de Paro) en modo automático.

• Conmutador Manual y Auto en Taponado– Permite sustituir la etapa de taponado automática por manual.

• Conmutador de Alimentación, Llenado y Taponado– Permite verificar cada estación en modo test.

• Pulsadores con indicación luminosa para gobierno de cilindros enmodo manual.

– Cada pulsador lleva un piloto integrado para indicar que el final de carrera correspondiente se ha activado.



Gemma



A3Parada solicitada en un estado determinado

A4Parada obtenida


A6Eliminación defecto

A7Puesta del sistema en un estado determinado

D2Diagnóstico y/o tratamiento de fallos

D3Producción a pesar de los defectos



F2Marcha de preparación

F3Marcha de cierre

F4Marcha de verificación sin orden

F5Marcha de verificación con orden

F6Marcha de test

PARADANO BOTELLAS

AUTOMARCHA

PARADA

MANUAL

TAPONADO MANUAL

TEST

PE

CP3

PE’

MANUAL

AUTO

AUTO

TEST

PE’

MANUAL

Pos correcta cilindros

Pos correcta cilindros

20



Gemma

Gemma con A1-F2-F1

1

4

b+AUTO·a0·b0·c0·e0·g0

b1

a-a1·b0

c-

b-

c+ d+

3

6

7

14

13

12

11

10

9 g+

e+

e-

g-

e-

e+ f+

a0·c0·e0

c1

g1

e1

e0

g0

e1

a+

CP1 5

CP2 CP2’

2

8CP3 CP3’



Gemma

Gemma con A1-F2-F1, F1-A3-A4, F1-F3-A1

1

4

b+AUTO·MMarcha·MParo’·a0·b0·c0·e0·g0

b1

a-(a1+Botellas’)·b0

c-

b-

c+ d+

3

6

7

14

13

12

11

10

9 g+

e+

e-

g-

e-

e+ f+

a0·c0·e0

c1

g1

e1

e0

g0

e1

a+

CP1·Botellas 5

CP2 CP2’

2

8CP3 CP3’

MMarcha se activa con Marcha

y se desactiva con Paro.

Semejante para MParo.

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Gemma

Gemma con A1-F2-F1, F1-A3-A4, D3

1

4

b+AUTO·MMarcha·MParo’·a0·b0·c0·e0·g0

b1

a-(a1+botellas’)·b0

c-

b-

c+ d+

3

6

7

14

13

12

11

10

9 g+

e+

e-

g-

e-

e+ f+

a0·c0·e0

c1

g1

e1

e0

g0

e1

a+

CP1·Botellas 5

CP2 CP2’

2

8CP3·TAPOAUTO

CP3’15

CP3

·TAP

OAU

TO’

CP3’



Gemma

Emergencia y Manual• En la parada de emergencia el

cilindro D se cierra automáticamente al inhibir la señal d+.

• Desde la parada de emergencia hay que pasar siempre por control manual para posicionar los cilindros en el lugar adecuado.

• Falta por indicar cómo se trabaja en modo manual y en modo test.

– Modo manual cubre A6 y F4• Hay otras versiones:

– El cliente tiene la palabra– Mejor dicho, la especificación

tiene la palabra.

100

101 Modo manual

102 Modo automático

MANUAL

AUTO·a0·b0·c0·e0·g0

MANUAL

200

201 Parada emergencia

202 Rearme

PE’

PE

En servicio

F/G1:{}F/G100:{}

F/G1:{1}F/G100:{100}

Documents

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