Chapitre 3 : LE GRAFCET

Chapitre 3 : Le Grafcet

Chapitre 3 : LE GRAFCET III.1 ) INTRODUCTION III.1.1 ) Architecture d'un système automatisé UNITE DE PRODUCTION

ACTIONNEURS (vanne,moteur,vérin) PRE-ACTIONNEURS (distributeur,démarreur)

CAPTEURS

PARTIE OPERATIVE PARTIE COMMANDE

INTERFACE DE SORTIE

INTERFACE D'ENTREE

UNITE DE TRAITEMENT

INTERFACE DE SORTIE VISUALISATION (alarmes,consignes)

INTERFACE D'ENTREE PARTIE DIALOGUE CAPTEURS MANUELS (commutateurs,boutons)

OPERATEUR

III.1.2 ) Le cahier des charges Définition : le cahier des charges est un document où sont spécifiés toutes les fonctions, toutes les valeurs des grandeurs physiques et tous les modes d'utilisation du matériel. Remarque : il est recommandé de diviser et de répartir la description du matériel sur plusieurs niveaux (3 au minimum). er

•1

niveau : il correspond aux spécifications fonctionnelles qui décrivent l'automatisme indépendamment de la technique utilisée (pneumatique, hydraulique, électrique). Ces spécifications peuvent permettre au concepteur d'en comprendre le rôle, de définir les actions à réaliser et leur enchaînement séquentiel. ème

•2

niveau : il correspond aux spécifications techniques ou opérationnelles. Les spécifications techniques énumèrent les caractéristiques physiques des capteurs et des actionneurs, les conditions d'environnement et les conditions pour assurer la sécurité de - 37 -


fonctionnement de l'automatisme. Les spécifications opérationnelles assurent l'optimisation de l'exploitation du processus (modes de marche et d'arrêt, maintenance, absence de pannes dangereuses). ème

•3

niveau : il concerne la documentation à propos de l'utilisation (câblage, programmation), de l'entretien et du dépannage du matériel. Cette documentation doit être à jour.

• Les niveaux supérieurs : ils concernent les clauses juridiques, le service après-vente, les

garanties, les conditions financières...

III.1.3 ) Représentation graphique du fonctionnement d'un automatisme Les différentes représentations graphiques sont : • L'organigramme : élaboré en 1948 il est appliqué essentiellement à l'informatique

(logiciels) puis à l'électronique (architecture des ordinateurs et API numériques). • Les langages à contact : ladder, contact, relais. • Les langages booléens : logigrammes. • Les réseaux de Pétri : élaborés en 1970, ils sont particulièrement bien adaptés à l'étude des

fonctionnements simultanés, ou pour des circuits complexes. • Le Grafcet : (Graphe de Commande Étapes - Transitions), élaboré en 1977 par l'AFCET, il

est appliqué exclusivement aux automates. Exemple : automatisation d'une perceuse.

m : Bouton poussoir M

Cahier des charges :

Came

• Le foret tourne toujours sur lui-même en

descente et en montée.

D

h : fin de course haut R

• Les

contacts sont à 1 lorsqu'ils sont enclenchés.

• Les contacts h et b sont enclenchés par le

passage de la came solidaire de la perceuse.

b : fin de course bas

• Le cycle démarre lorsque l'on appuie sur le

bouton poussoir m et que le contact h est enclenché par la came.

Pièce

- 38 -

Chapitre 3 : Le Grafcet M=0, D=0, R=0 Conditions initiales h=1, m=0

NON

m=1

D=1, R=1

NON

b=1

D=0, M=1

1 ↑m . h

On appuie sur m

Descente et rotation du foret

D R

2 b

On teste b

Arrêt de la descente et début de la montée du foret

3

M R h

NON

h=1

On teste h

Grafcet avec actions continues de la perceuse

Organigramme de la perceuse

Remarques : • L'organigramme commence par les conditions initiales et se poursuit par des tests et des

actions jusqu'au moment où le système revient à l'état initial. • Le Grafcet est constitué des éléments suivants : les étapes, les transitions, les actions et les

réceptivités. • Dans un Grafcet il y a toujours l'alternance étape - transition - étape - transition... alors que

dans un organigramme il peut y avoir plusieurs tests successifs. Ainsi l'organigramme repose sur cette notion de test à partir duquel nous décidons tel ou tel enchaînement vers une action ou vers un autre test. Le Grafcet s'appuie sur l'alternance étape - transition avec tel ou tel enchaînement selon la valeur de la réceptivité associée à une transition.

III.2 ) LES ÉLÉMENTS DU GRAFCET III.2.1 ) Normalisation Les étapes sont représentées par des carrés. Les étapes initiales sont représentées par des doubles carrés. Les liaisons orientées de haut en bas ne sont pas fléchées. Les liaisons orientées de bas en haut sont fléchées. Les transitions sont représentées par des segments orthogonaux aux liaisons orientées de haut en bas. Les actions s'écrivent à droite des étapes. Les réceptivités s'écrivent à droite des transitions.

- 39 -


III.2.2 ) Les éléments de base du Grafcet ♦ Les étapes : A un instant donné une étape peut être soit active, soit inactive. La situation d'un automatisme est défini par l'ensemble de toutes les étapes actives. Lors du déroulement de l'automatisme, les étapes sont actives les unes après les autres. A toute étape i, nous associons une variable logique notée Xi telle que Xi=1 si l'étape est active et Xi=0 si l'étape est inactive. Exemple :

1

7

8

Étape initiale N°1 inactive "X1=0"

Étape N°7 inactive "X7=0"

Étape N°8 active "X8=1"

♦ Les actions : A chaque étape peuvent être associées une ou plusieurs actions. Ces actions sont réalisées à chaque fois que nous activons l'étape à laquelle elles sont associées. Ces actions peuvent être externes (sortie de automatisme pour commander le procédé) ou internes (temporisation, comptage, calcul). Une étape peut n'avoir aucune action (attente d'un événement externe ou la fin d'une temporisation). Exemple :

Moteur en marche

5

Rotation du foret

Incrémentation du compteur C

6

Actions externes

Action interne

♦ Les transitions : elles expriment les possibilités d'évolution entre une ou plusieurs étapes. Une transition peut être validée lorsque toutes les étapes immédiatement reliées à cette transition sont actives ou non validées dans le cas contraire. Enfin elle peut être franchie lorsqu'elle est validée et que la condition logique associée à cette transition est vraie. Exemple :

6

5

(1)

7

c.a

La transition (1) est validée et pourra être franchie lorsque l'équation logique "c.a" sera vrai donc égale à 1 - 40 -


Remarque : mécanisme de franchissement d'une transition. Lorsqu'une transition est validée et que la réceptivité qui lui est associée est vrai la transition est franchie c'est à dire que les étapes précédant la transition sont désactivées et les étapes suivant la transition sont activées simultanément.

a 6

"étape 5 active"

5

"étape 5 active"

5

a

"a = 0 faux" "étape 6 inactive"

5 a

"a = 1 vrai" "étape 6 inactive"

6

"étape 5 inactive" "a = 0 ou 1 faux ou vrai" "étape 6 active"

6

♦ Les réceptivités : Nous associons à chaque transition une condition logique appelée réceptivité qui peut être soit vraie, soit fausse. Elle peut être fonction des variables externes (entrées, consignes affichées par l'opérateur) ou internes (compteurs, temporisations, étapes actives ou inactives). Exemple :

5

5 ↑m

6

5 a.b

6

c=12 6

5

5

X 11

t/X 1/ 10s 6

5

6

T>200°c 6

Remarque : temporisation d'étape. Le lancement de la temporisation d'une étape est noté δ = t/Xi/q où Xi est la variable logique associée à l'étape i et q est la durée de la temporisation. t/Xi/10s : temporisation par rapport à l'activation de l'étape Xi, t/a/10s temporisation par rapport à la mise à 1 de l'élément "a" Attention "a" et "Xi" doivent rester à 1 pendant la durée de la temporisation (donc ici 10 secondes).

- 41 -


III.2.3 ) Les temporisations ♦ t / x / T0 est appelé TEMPORISATION A L'APPEL : x

x

0 t/x/T0

T0

%TMi t/x/T0

t

T0

0

ti/x/T0

t

♦ t / x / T0 . x est appelé TEMPORISATION DE PASSAGE A L'APPEL : x

x 0

T0

%TMi

t/x/T0

t

T0

ti/x/T0

t/x/T0 . x

t

0

♦ t / x / T1 est appelé TEMPORISATION A LA RETOMBÉE : x

x 0

t

%TMi

t/x/T1

ti/x/T1

x

0

t

t/x/T1

0

T1

t T1

♦ t / x / T1 + x est appelé TEMPORISATION DE PASSAGE A LA RETOMBÉE : x

x 0 t/x/T1+x

T1

%TMi

t T1

ti/x/T1

0

t

- 42 -

t/x/T1


III.2.4 ) Autres éléments du Grafcet ♦ Séquence unique : une séquence unique est composée d'une suite d'étapes pouvant être activées les unes après les autres. Chaque étape n'est suivie que par une seule transition et chaque transition n'est validée que par une seule étape. La séquence est dite active si au moins une étape est active. Elle est dite inactive si toutes les étapes sont inactives.

Exemple : Alimentation d'une machine outil

po OP pf FP

RD

av Tapis A

RG

d

g

m

ar

AV AR a MB

h

DB

c

b

Tapis C

Cahier des charges : Le bras du robot s'avance et prend une plaque sur le convoyeur A. Nous rentrons le bras puis nous le tournons en position haute. Nous descendons ensuite la pièce sur le convoyeur C et nous revenons au point de départ. Pour poser sur C, il est nécessaire de sortir le bras. Le départ est donné par l'appui sur un bouton m lorsqu'une pièce est présente sur le tapis A donc "a=1". Les conditions initiales sont la pince est ouverte, le bras rentré à droite et en position haute. Capteurs m av ar po pf h b g d a c

mise en marche bras en avant bras en arrière pince ouverte pince fermée bras en haut bras en bas bras à gauche bras à droite plaque en A plaque en C

Actions AV AR OP FP MB DB RD RG

Avance du Bras Recul du Bras Ouverture Pince Fermeture Pince Monté Bras Descend Bras Rotation Droite Rotation Gauche

Conditions Initiales : Bras en Haut (h) et Bras en arrière (ar) et Bras à droite (d) et Pince ouverte (po). Équations logique : "h.ar.d.po"

- 43 -


Cycle : 1/ 2/ 3/ 4/ 5/ 6/ 7/ 8/ 9/ 10 / 11 /

Appui sur m. Nous attendons une pièce en a. Nous avançons le bras jusqu'à ce que le bras soit en avant. Nous fermons la pince jusqu'à ce que la pince soit fermée. Nous rentrons le bras jusqu'à ce que le bras soit en arrière. Rotation du bras vers la gauche Nous descendons le bras jusqu'à ce que le bras soit en bas. Nous attendons que le tapis c soit vide Avance le bras jusqu'à ce que le bras soit en avant. Nous ouvrons la pince jusqu'à ce que la pince soit ouverte. Retour en position initiale (attention il faut décomposer les actions).

Question : Réalisez le Grafcet niveau 1 correspondant au cahier des charges ? Afin de réaliser le Grafcet de niveau 2, nous tenons compte désormais des choix technologiques. Vérin simple effet

Vérin double effet

Pression

Echappement

Hypothèses technologiques : . Le bras sorti . Le bras en haut . Pince Ouverte . Bras à droite

=> Vérin sorti => Vérin sorti => Vérin sorti => Vérin rentré

1er cas : Vérin double effet ACTION

VÉRIN

PILOTAGE

Avance Bras Recul Bras Ouverture Pince Fermeture Pince Montée Bras Descente Bras Rotation Gauche Rotation Droite

VB VB VP VP VM VM VR VR

VB+ VBVP+ VPVM+ VMVR+ VR-

Question : Réalisez le Grafcet niveau 2 correspondant au cahier des charges ?

- 44 -


2ème cas : Vérin simple effet ACTION

VÉRIN

PILOTAGE

Avance Bras Ouverture Pince Montée Bras Rotation Gauche

VB VP VM VR

VB+ VP+ VM+ VR+

Question : Réalisez le Grafcet niveau 2 correspondant au cahier des charges ? ♦ Divergence ou convergence en OU : il s'agit d'un aiguillage ou d'une sélection de séquence selon certaines conditions données par les réceptivités associées aux transitions.

7 r2

r1

6

5

r2

r1

r3

Divergence en OU (choix entre plusieurs transitions à la suite d'une étape)

7 Convergence en OU (Plusieurs transitions aboutissent à une étape)

Exemple n°1 : Aiguillage

G

D Position B 1

Position A

g

AG a

m1

AD

b1

d Position B2

m2

b2 m1 appel => Nous amenons le chariot de la position A à la position B1. m2 appel => Nous amenons le chariot de la position A à la position B2. Cahier des charges : 1/ 2/ 3/ 4/

L'opérateur appui sur mi. Nous positionnons l'aiguillage correctement. Nous emmenons le chariot en bi. L'opérateur appuie sur mi pour renvoyer le chariot en A (m1 si le chariot et en B1 et m2 si le chariot et en B2)

- 45 -


Capteurs a b1 b2 g d m1 m2

Actions

Chariot en A Chariot en B1 Chariot en B2 Aiguillage à gauche Aiguillage à droite Interrupteur m1 Interrupteur m2

D G AG AD

Chariot vers la droite Chariot vers la gauche Aiguillage vers la gauche Aiguillage vers la droite

Question : Réalisez le Grafcet niveau 1 correspondant au cahier des charges ? Exemple n°2 : Reprise de séquence

G2 D2 a2 OP po FP pf

M

h

D G1 D 1

c1 c2

m

b2

b1

a1

v

p

Cahier des charges : Conditions initiales: les chariots sont en "a1" et "a2", la pince ouverte est en "h" et le chariot 1 est vide. Fonctionnement : l'objectif est de remplir le chariot 1 de matière première. L'appui sur m provoque la descente de la pince jusque "c2" où elle se ferme. La pince remonte alors en h avant de se déplacer en "b2". Arrivé à cette position, la pince redescend en "c1" puis s'ouvre pour remplir le chariot 1 avant de repartir en position initiale suivant le même trajet. Si le chariot 1 est plein, il va en "b1" et ne revient que lorsqu'il a été vidé, sinon le chariot 2 recommence l'opération jusqu'à ce que le chariot 1 soit plein. Enfin, nous pouvons redémarrer un cycle lorsque les conditions initiales sont à nouveau remplies.

Question : Réalisez le Grafcet niveau 1 correspondant au cahier des charges ?

- 46 -


♦ Divergence ou convergence en ET : Nous appelons aussi cela le parallélisme structural. Le but est de permettre à l'automatisme d'exécuter des séquences de façon simultanée (en parallèle). La divergence et la convergence en ET se caractérise par une double barre ou deux barres en parallèles.

7

6

5

r1

r1

9

8

10

7

Divergence en ET

Convergence en ET

Remarque : Une divergence en OU commence et se termine toujours par une transition et une divergence en ET commence et se termine toujours par une étape.

Exemple : Transport aérien c

C

OP2 po2 FP2 pf2 G2 Cabine1

Co=1 Co=0

a A

OP1 po1 FP1 pf1

b1 b2 B

D2

Cabine2

G1 D1

m

Cahier des charges : Un système de transport aérien comprend 3 stations : c: Station Haute, B : Station intermédiaire, A : Station basse et deux cabines cabine1 et cabine2 pouvant se déplacer selon deux sens (G1 et D1 pour cabine1 ; G2 et D2 pour cabine2). Au départ d'un cycle la cabine1 se trouve en A et la cabine2 en C. Lorsqu'un cycle est déclenché, les portes ce ferment puis les deux cabines se dirigent vers la station intermédiaire B. Lorsqu'une cabine arrive en B (Capteurs b1 ou b2), il y a ouverture des portes de la cabine arrivée en B. Dès que les 2 cabines sont arrivées en B, nous déclenchons la temporisation T0 au terme de laquelle les portes se referment et les cabines repartent vers leur station de départ. Dès que l'une des cabines est revenue à sa station de départ, il y a ouverture des portes de cette cabine puis quand les deux cabines sont rentrées nous avons 2 possibilités : - Co=0 (cycle par cycle) : Arrêt (il faut appuyer sur "m" pour relancer), - Co=1 (cycle continu) : une tempo T1 est déclenché au terme de laquelle un nouveau cycle redémarre. Question : Réalisez le Grafcet niveau 1 correspondant au cahier des charges ? - 47 -


♦ Les différents types d'actions : les actions associées à une étape peuvent être de natures diverses et très complexes. Elles peuvent décrire des tâches exécutées par d'autres parties commande, ou des tâches confiées à d'autres automatismes. Ces actions peuvent être conditionnelles ou inconditionnelles, continues ou impulsionnelles, retardées ou à durée limitée, mémorisées ou non. • Action continue inconditionnelle : l'ordre d'action est émis de façon continu tant que

l'étape à laquelle il est associé est active.

r2

0

t

0

t

0

t

0

t

0

t

X2

2 r3

r2 A

3 r3

X3

A "Action A" = X3

- 48 -

Chapitre 3 : Le Grafcet • Action continue conditionnelle : c'est une action continue dont l'exécution est soumise à

une condition logique. r2

0

t

0

t

0

t

0

t

0

t

0

t

X2

2

r3 c

r2 A

3

X3

r3

c

A "Action A" = X3 . c

- 49 -

Chapitre 3 : Le Grafcet • Action continue retardée : c'est une action continue conditionnelle dont la condition

logique est une temporisation permettant de retarder l'action par rapport à l'activité de l'étape qui lui est associée. r2

0

t

0

t

X2

2

r3 r2

A

3

Attention il faut r3 = 1

t/X3/5s 0

t

0

t

X3

r3

t/X3/5s

5s

0

t

0

t

A "Action A" = X3 . t/X3/5s

- 50 -

Chapitre 3 : Le Grafcet • Action continue à durée limitée : c'est une action continue conditionnelle dont l'ordre sera

maintenu pendant un certain temps à partir de l'activation de l'étape qui lui est associée. r2

0

t

0

t

0

t

X2 2 r2 3

A

X3

t/X3/5s t/X3/5s

"Action A" = X3

0

5s

t

A

0

t

- 51 -

Chapitre 3 : Le Grafcet • Action impulsionnelle inconditionnelle : l'ordre d'action est fugitif et il est donné sur le

front montant de l'activation de l'étape qui lui est associée.

r2

2 r2 ↑

3

A

r3

0 X2

t

0 r3

t

0 X3

t

0

t

0

t

A "Action A" =↑ X3

- 52 -

Chapitre 3 : Le Grafcet • Action impulsionnelle conditionnelle : il s'agit d'une action impulsionnelle dont l'ordre

dépend d'une condition logique.

r2

2 r2 ↑

3 r3

0 X2

t

0 c r3

t

A

0 X3

t

0

t

0

t

0

t

c "Action A" =↑ X3.c A

- 53 -

Chapitre 3 : Le Grafcet • Action mémorisée : il s'agit d'une action continue dont l'ordre d'exécution est mémorisé à

une certaine étape et est maintenu tant que l'ordre d'arrêt n'est pas donné (il peut être donné à toute autre étape du Grafcet). Nous utilisons généralement une variable booléenne qui est mise à 1 pour le début de l'action et à 0 pour son arrêt.

r2

2 r2 A= 1

3

0 X2

t

0 r3

t

0 X3

t

0

t

0

t

0

t

0 X9

t

0

t

0

t

r3

8 r8 A=0

9

r8

r9 X8

r9

A

- 54 -


♦ Réceptivité toujours vraie : une réceptivité toujours vraie est représentée par une condition logique égale à 1. Cette indication permet au concepteur de s'assurer qu'il n'a pas oublié de mentionner une réceptivité. Elle sert aussi de transition de synchronisation entre plusieurs séquences d'un Grafcet (dans le cadre des divergences et convergences en ET). 8

10

9

La transition (10) possède une réceptivité égale à 1. Ainsi le Grafcet se poursuit à l'étape 11 uniquement lorsque les trois étapes 8, 9 et 10 sont actives car il y alors franchissement de la transition (10), désactivation des étapes 8 à 10 et activation de l'étape 11.

1

(10) 11

♦ Transition toujours validée : une transition peut être toujours validée lorsque l'étape précédant cette transition est toujours active. Ceci permet l'activation de séquences indépendantes.

L'étape 1 étant toujours active, la transition (1) est toujours validée. A chaque fois que la réceptivité associée à la transition (1) est vraie, nous activons les étapes 2 et 3. Une divergence en OU à la suite de l'une de ces deux étapes permet alors la sélection d'une séquence en fonction de conditions associées aux réceptivités adéquates

1 (1)

3

2 (2)

(3)

Solution avec un ET

1

(3)

(2) 2

(1)

1

3

Solution avec un OU

- 55 -


III.2.5 ) Synchronisation des sous - Grafcet Un Grafcet possédant des séquences qui doivent être exécutées en parallèle peut être décomposé en plusieurs sous - Grafcet. Ces sous - Grafcet se construisent en respectant les mêmes règles de syntaxe et d'évolution que pour un Grafcet ordinaire. L'évolution de ces sous - Grafcet doit être synchronisée afin d'assurer un fonctionnement correcte de l'automatisme. Cette synchronisation peut se faire par l'intermédiaire des variables d'étape Xi ou des capteurs.

a

a

10 X3

3

X 10

10 a

3

15

b

15 b

b

SYNCHRONISATION PAR CAPTE

SYNCHRONISATION PAR ETAPES

Pour effectuer une synchronisation correcte il faut mieux faire une synchronisation par étape de la façon suivante :

10

a

X3

3 X 10 ou

X 15

4

15 e

b

SYNCHRONISATION PAR ETAPES

Exemple : Transport aérien Question : Réalisez le Grafcet niveau 1 correspondant au cahier des charges en synchronisant les sous – Grafcet correspondant respectivement aux séquences des deux cabines ?

- 56 -


III.2.6 ) Les sous-programmes Lorsqu'une même séquence est utilisée plusieurs fois, cette séquence peut être organisée sous une forme identique à celle d'un sous programme ou sous la forme d'un sous-Grafcet synchronisé.

10

a 7

X7

SP 1

11

X 13 8

12 13 X8 SP1

III.3 ) RÈGLES DU GRAFCET III.3.1 ) Règles de syntaxe Les règles de syntaxe se limitent aux choses suivantes : tout Grafcet doit commencer par une étape initiale, il faut respecter l'alternance étape - transition, une divergence en OU commence et se termine toujours par une transition et une divergence en ET commence et se termine toujours par une étape. Exemple de syntaxes interdites :

- 57 -


III.3.2 ) Règles d'évolution ♦ Règle 1 : Situation initiale. Le comportement initial de la partie commande vis à vis de la partie opérative correspond aux étapes actives au début du fonctionnement de la partie commande. ♦ Règle 2 : Franchissement d'une transition. Une transition entre étapes est dite validée si toutes les étapes d'entrée sont actives. Elle est franchie si elle est validée et si la réceptivité qui lui est associée est vraie. ♦ Règle 3 : Évolution des étapes actives. Le franchissement d'une transition entraîne l'activation de toutes les étapes qui suivent immédiatement cette transition et la désactivation de toutes les étapes qui précèdent immédiatement cette transition. ♦ Règle 4 : Évolutions simultanées. Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies. ♦ Règle 5 : Activations et désactivations simultanées. Si au cours du fonctionnement de l'automatisme, une même étape doit être désactivée et activée simultanément, elle reste active.

III.3.3 ) Simultanéité d'événements dans un Grafcet Définition : un événement externe noté Ei est un front montant ou descendant d'une variable externe. Postulat :

Le modèle Grafcet exclut formellement la simultanéité d'événements d'occurrence 2. C'est à dire que les événements externes sont indépendants (Nous ne pouvons jamais avoir deux fronts montants de variable simultanément).

Remarque : Structure d'une réceptivité Une réceptivité est une proposition logique pouvant comporter une ou deux parties : une partie dite "active" ou événement qui provoque le franchissement de la transition validée. Une partie dite "passive" ou condition qui provoque le franchissement de la transition lorsqu'elle est vraie. ♦ Réceptivité statique : elle ne comporte qu'une partie passive. Elle est vraie quand elle est égale à 1 (exemple: a, a.b, a+X2). ♦ Réceptivité impulsionnelle : Elle ne comporte qu'une partie active (exemple: ↑a, ↑(a+b)) ♦ Réceptivité dynamique : elle comporte une partie passive et une partie active. Elle est vraie lorsque la partie impulsionnelle devient égale à 1 et que la partie statique est égale à 1. (exemple : ↑m.h).

- 58 -


III.3.4 ) Réceptivités et règles d'exclusion Règle d'exclusion divergente : Deux réceptivités R1 et R2 s'excluent mutuellement si et seulement si R1.R2 = 0. Ainsi pour rendre plusieurs séquences exclusives, il est nécessaire de s'assurer que toutes les réceptivités associées aux transitions initiales de ces séquences ne puissent être vraies en même temps. R1 et R2 sont normalement exclusives car R1.R2 = 0 2

R1

2

a.b

R2

a.b

R1

4

3

4

3

Si a=b=1 aucune des deux étapes 3 et 4 n'est activée

a.b

R2

a

Si a=b=1 l'étape 3 est activée prioritairement

Remarque : le parallélisme interprété. Il est possible de faire évoluer le Grafcet sur plusieurs séquences simultanées sans que ces séquences ne soient commandées par une transition unique. C'est le cas où les réceptivités associées aux transitions validées ne sont pas exclusives et conduisent à activer plusieurs étapes à la fois. Nous appelons cela le parallélisme interprété et il doit être évité ou utilisé avec prudence car la plus grande difficulté réside dans la spécification correcte de la façon dont il se termine. 2 a

2 3

3

c

a.b

a

c

b

5

B

4

A

6

A

7 d

B d

5

8 X3.X4

1 9

- 59 -

b


Règle d'exclusion transitive : elle ne s'applique que dans le cas de réceptivités statiques. Pour qu'une étape ne soit pas fugitive, il faut que Re.Rs = 0 au moment de l'activation de l'étape, avec Re: réceptivité entrante et Rs: réceptivité sortante. Une étape fugitive peut être la caractéristique d'un mauvais fonctionnement de l'automatisme. re

8

0

t

0

t

0

t

rs

re 9 X9

rs

III.4 ) MATÉRIALISATION DES GRAFCET III.4.1 ) Matérialisation d'un Grafcet par un séquenceur câblé (Bascules RS) Un Grafcet est constitué d'un certain nombre d'étapes. A chaque étape i, nous associons une variable booléenne Xi représentant son activité (Xi=1: l'étape i est active, Xi=0: l'étape i est inactive). Il est alors possible de matérialiser Xi par la variable de sortie Qi d'une bascule (RS, JK ou D). La synthèse de l'automate consiste à calculer les entrées (Ri, Si, Ji, Ki ou Di) de ces bascules en fonction des variables Xi et des réceptivités associées aux transitions du Grafcet. Il reste à résoudre le problème du marquage initial: les bascules correspondantes aux étapes initiales doivent être mises à 1 et les autres à 0. Nous utilisons pour cela une entrée d'initialisation I qui permet de forcer les bascules dans la configuration initiale.

Exemple : Considérons l'étape 6. Si nous utilisons des bascules RS, la sortie Q7 correspondant à X7 est mise à 1 quand la transition précédente est franchie. Autrement dit il faut que X6=1 et que a=1 (réceptivité à 1) donc nous a obtenons S7= X6.a Cette bascule est remise à zéro lorsque l'étape 8 est 7 A activée (X8=1) ou lorsque le Grafcet est forcé à son état initial (I=1). De cette façon on en déduit que R7=X8+I. L'action A est continue donc b maintenue tant que X7=1, ainsi A=X7. Il suffit en suite de reconduire cette étude pour toutes les étapes du Grafcet et de tracer le logigramme 8 correspondant. Exemple de programme matérialisé par des bascules RS : 6

- 60 -


GRAFCET :

0

A=1 m 3

B

1 a

b A=0

2

B

4 c

Démarche pour réaliser le câblage avec des bascules RS Pour réaliser un Grafcet à l'aide de bascules RS il faut se poser les questions suivantes :

Cas d'une étape initiale : Qui permet de faire passer cette étape à l'état 1 ? L'étape antérieure et la récéptivité de l'étape antérieure OU l'entrée initialisation I. Qui permet de faire passer cette étape à l'état 0 ? L'étape suivante.

Schéma :

Xi-1

I (initialisation)

ri-1

Ri

i

Si

Xi

Xi+ 1

Dans le cas d'une bascule RS nous savons que R=1 et S=1 est un état interdit donc pour éviter cet état il faut veiller à interdire ce cas. Pour cela nous allons rendre prioritaire l'entrée d'initialisation I.

Table de Vérité de Ri :

- 61 -


Attention, nous sommes dans le cas d'une étape initiale donc quand I=1 : nous faisons la mise à 1 (set) des étapes initiales et la mise à zéro des étapes classiques. I 0 0 1 1

Xi+1 0 1 0 1

Ri 0 1 0 0

Si I=0 Ri=Xi+1 Si I=0 Ri=Xi+1 Si I=1 Set de la bascule donc Ri=0 et Si=1 Si I=1 Set de la bascule donc Ri=0 et Si=1

Donc : R i = I. X i + 1 Table de Vérité de Si : I Xi-1. ri-1 0 0 0 1 1 0 1 1 Donc : S i = I + X i − 1 . ri − 1

Si 0 1 1 1

Si I=0 Si= Xi-1. ri-1 Si I=0 Ri= Xi-1. ri-1 Si I=1 Set de la bascule donc Ri=0 et Si=1 Si I=1 Set de la bascule donc Ri=0 et Si=1

Schéma : Xi-1

I (initialisation)

ri-1

Ri

i

Si

Xi I Xi+ 1 (initialisation)

Cas d'une étape classique : Qui permet de faire passer cette étape à l'état 1 ? L'étape antérieure et la récéptivité de l'étape antérieure. Qui permet de faire passer cette étape à l'état 0 ? L'étape suivante initialisation I.

- 62 -

OU

aussi

l'entrée


Schéma : I (initialisation) Xi-1 ri-1 Ri

i

Si

Xi

Xi+ 1

Dans le cas d'une bascule RS nous savons que R=1 et S=1 est un état interdit donc pour éviter cet état il faut veiller à interdire ce cas. Pour cela nous allons rendre prioritaire l'entrée d'initialisation I.

Table de Vérité de Ri : Attention nous sommes dans le cas d'une étape classique donc quand I=1 : nous faisons la mise à 1 (set) des étapes initiales et la mise à zéro des étapes classiques. I 0 0 1 1

Xi+1 Ri 0 0 1 1 0 1 1 1 Donc : R i = I + X i + 1

Si I=0 Ri=Xi+1 Si I=0 Ri=Xi+1 Si I=1 Set de la bascule donc Ri=1 et Si=0 Si I=1 Set de la bascule donc Ri=1 et Si=0

Table de Vérité de Si : I 0 0 1 1

Xi-1. ri-1 0 1 0 1

Si 0 1 0 0

Si I=0 Si= Xi-1. ri-1 Si I=0 Ri= Xi-1. ri-1 Si I=1 Set de la bascule donc Ri=1 et Si=0 Si I=1 Set de la bascule donc Ri=1 et Si=0

Donc : S i = I. X i − 1 . ri − 1 Schéma : I (initialisation) Xi-1 I (initialisation) ri-1 Ri

i

Si

Xi

Xi+ 1 - 63 -


Nous allons maintenant réaliser le Grafcet précédent à l'aide de bascule RS X4

I

X2

c

R0

S0

X0

I X1

X3

I

S0

I

A

X0 I R1

X0 I m

m

S1

R3

R0

S3

X4 X1

X2

X3

I

I

B

X1 I a R2

X3 I b

S2

X0

R4

X0

X2

S4

X4

Exemple : Déplacement de deux chariots

G1 D 1 a1 m

b1 G2 D2

a2

b2

Nous disposons de deux chariots C1 et C2 pouvant se déplacer entre deux postes munis de deux fins de course (respectivement a1, b1 et a2, b2). Les chariots sont munis tous les deux d'un moteur à deux sens de marche (D1, G1 pour C1; D2, G2 pour C2). Initialement, les deux chariots se trouvent respectivement en a1 et en a2.

- 64 -


Spécifications : Lorsque l'opérateur appui sur le bouton poussoir m, les deux chariots commencent un aller retour ai bi ai. Cependant la durée du trajet aller ne doit pas excéder un certain temps T0. Dans le cas contraire, une alarme K1 se déclenche et le chariot repart vers ai. De plus le premier chariot arrivé en bi attend 5 seconds avant de repartir. Enfin, le dernier chariot revenu en ai déclenche une alarme k2 qui doit être acquitté par l'opérateur (appui sur acq) pour qu'un nouveau cycle puisse redémarrer par appui sur m. Questions : - Réalisez le Grafcet niveau 1 correspondant au cahier des charges ? - Donnez les équations afin de réaliser le logigramme avec des bascules RS ?

III.4.2 ) L'automate programmable Le but est de piloter une partie opérative avec un calculateur convenablement programmé. Du point de vue matériel il y a plusieurs solutions: • Mini ordinateur ou calculateur: (PDP, Solar, VAX...) avec des capteurs d'entrées/sorties

industriels. • Microprocesseur + mémoire + interface d'E/S + autres interfaces: une telle

configuration est appelée A.P.I. (Automates Programmables Industriels). Les A.P.I. sont conçus pour résister à l'environnement industriel (protection contre les parasites, les surtensions, les défauts d'isolement). Ils sont munis de batteries (protection contre les coupures) et de chiens de garde (pour le contrôle des cycles machine). L'architecture des A.P.I. est la suivante: RAM EPROM EEPROM

P.O.

Interface d'E/S

MEMOIRE PROGRAMME

(support physique du logiciel)

PROCESSEUR UNITE CENTRALE

(680x0, 80x86...)

MEMOIRE IMAGE (supervision)

Interface d'E/S

P.O.

Les Entrées/Sorties peuvent être de trois types : • TOR (tout ou rien) : 0/5 volts (TTL), 0/24 volts, 0/48 volts, 0/220 volts • analogiques :

pour mesurer des pressions, températures, débits, vitesses ou commander des vannes, des moteurs, ... 0/10 Volts (boucle de tension) 4/20 milliampères (boucle de courant)

- 65 -

Chapitre 3 : Le Grafcet • numériques :

valeur binaire sur N bits : code à barre

Les principaux fabricants d'automates : Siemens (N°1 Mondial), Allen Bradley (N°2 Mondial), Schneider (N°1 Français) Omron A.E.G. Modicon Hitachi Yukogawa ... Un automate est une structure informatique industrielle travaillant en temps réel, pilotant une partie opérative et pouvant être programmée par un automaticien à l'aide d'un langage adapté.

Exemple d'automate Schneider :

Exemple d'automate Siemens :

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III.4.3 ) Le langage littéral Le langage littéral est composé d'une suite d'instructions qui comportent : • Une étiquette facultative : c'est un mnémonique à 3 lettres permettant de désigner une

instruction par sa fonction plutôt que par son numéro. • Un numéro de ligne : il s'agit en fait d'une adresse décimale permettant de repérer une

instruction. • Une instruction : elle est en général constituée d'un opérateur et d'un opérande.

Exemple :

ACT Étiquette

15 Adresse décimale

D=X3 Instruction : opérateur, opérande

Les différents éléments du langage littéral sont : ♦ Les expressions booléennes (). Elles sont composées uniquement de variables et des opérateurs logiques ET, OU et NON. Elles peuvent aussi être constituées de variables temporisées : (,ζ) : expression booléenne temporisée à l'appel. ♦ Les affectations. Elles sont de quatre types: Les affectations simples directes : X = Les affectations simples inverses : X = Les affectations mémorisées directes : X ≅ (si = 1 alors X = 1) Les affectations mémorisées inverses : X ≅ (si = 1 alors X = 0) ♦ Les branchements. Ils sont de deux types : Branchements inconditionnels (saut) : ST Branchements conditionnels : si = alors ST si ≠ alors ST ♦ L'adressage peut être de trois types : Adressage symbolique : Adressage indexé : Adressage absolu (direct) :

ST ST + ST