Le GRAFCET

Introduction au GRAFCET

Le GRAFCET

Inventé en 1977 en France par l’AFCET: ¤ Association Française pour la Cybernétique Économique et Technique

Cours #5: GPA-140 Hiver 2006

Acronyme de GRAphe Fonctionnel de Commande, Étapes, Transitions

X

5

M3

6

C

M4 D

7

M5 E

2

GRAFCET

Introduction au GRAFCET (2)

Pourquoi le GRAFCET ?

Diffusé par l’ADEPA

Lorsque certaines spécifications sont exprimées en langage courant, il y a un risque permanent d'incompréhension.

¤ Agence Nationale pour le Développement de la Productique Appliquée à l'industrie

¤ Certains mots sont peu précis, mal définis ou possèdent plusieurs sens. ¤ Le langage courant est mal adapté pour décrire précisément les systèmes séquentiels.

Normalisation ¤ France : NFC 03-190 (juin 1982) ¤ CÉI : IEC 848 (1988) ¤ CÉI : IEC 1131.3 (mars 1993) ¾

Internatinal Electrotechnical Commitee

3

4

Pourquoi le GRAFCET ? (2)

Pourquoi le GRAFCET ? (3)

Le GRAFCET fut donc créé pour représenter de façon symbolique et graphique le fonctionnement d'un automatisme.

Un GRAFCET est établi pour chaque machine lors de sa conception, puis utilisé tout au long de sa vie : réalisation, mise au point, maintenance, modifications, réglages.

Cela permet une meilleure compréhension de l’automatisme par tous les intervenants.

5

Le langage GRAFCET doit donc être connu de toutes les personnes concernées par les automatismes, depuis leur conception jusqu’à leur exploitation.

6

1

Les avantages du GRAFCET

Synoptique d’un système à automatiser

il est indépendant de la matérialisation technologique ; il traduit de façon cohérente le cahier des charges ; il est bien adapté aux systèmes automatisés.

7

8

Niveau 1: Spécifications fonctionnelles

Les niveaux de représentation Le GRAFCET est représenté selon deux niveaux de représentation:

Représentation de la séquence de fonctionnement de l'automatisme sans se soucier de la technologie des actionneurs et des capteurs.

¤ Niveau #1 : Spécifications fonctionnelles

Description littérale des actions et de la séquence de l'automatisme.

¤ Niveau #2 : Spécifications technologiques

9

10

Niveau 2: Spécifications technologiques

GRAFCET de niveau 1

Prise en compte de la technologie des actionneurs et des capteurs de l'automatisme. Description symbolique des actions et de la séquence de l'automatisme.

11

12

2

Les choix technologiques

GRAFCET de niveau 2

Poussoir de départ de cycle.

Distributeur doubleaction commandant le poinçon.

Signalisation « Prêt ».

Distributeur simpleaction commandant l’évacuation.

Détecteurs poinçon en position haute ou basse. Détecteurs matrice en position haute ou basse.

Distributeur doubleaction commandant la matrice.

13

14

Note importante

Les éléments de base

Le GRAFCET ne s'attarde qu'au fonctionnement normal de l'automatisme et ne prend pas en compte les divers modes de marche et d'arrêt, de même que les défaillances.

Pour comprendre la syntaxe du GRAFCET, il faut connaître les éléments suivants:

Le GEMMA nous introduira à ces modes ultérieurement.

¤ ¤ ¤ ¤ ¤

Étapes Transitions Réceptivités Actions Liaisons

15

16

L’étape

L’étape

Définition:

L’étape initiale est représentée par un carré double

¤ Situation dans laquelle le comportement du système par rapport à ses entrées et ses sorties est invariant.

1

Représentée par un carré numéroté

10 M1.4

L’étape initialisable est représenté par un carré double avec le carré intérieur en pointillé

Numéro de l'étape Étiquette ou adresse

13 17

18

3

L’étape

L’action

Chaque étape est représentée par une variable Booléenne Xi

Définition: ¤ Description des tâches à effectuer lorsqu’une étape est active.

¤ (i = numéro de l’étape)

Si Xi = 0, étape inactive

Si Xi = 1, étape active

2

Niveau #1:

2

Niveau #2:

10

Descendre le palan

M1.4

10

DP

M1.4

Q124.3

Symbole logique Adresse de sortie

19

20

Action continue 9

Action conditionnelle 9

X9 X10

10

A

10

X11

Condition logique

X9 p

X10

A

X11

A

p

11

11

A

Définition:

Définition:

¤ Action qui dure tant que l’étape est active et que la condition logique est vraie

¤ Action qui dure tant que l’étape est active. ¤ A = X10

¤ A = P*X10 21

22

Action temporisée 9

X9 T /X10/5 s

10

A

T=5 sec

Condition de temporisation 9

X 10

X9 T /X10/5 s

X 11 T

11

Action impulsionnelle

Condition de temporisation

10 5 sec.

A

T=5 sec

X 10 X 11 T

A

11

Action de temporisation

5 sec.

A


23

24

4

Action impulsionnelle "obligatoire" Condition de temporisation 9

Action maintenue 9

X9 X10

10

A

10

T=5 sec X11

11

X9 X 10

5 sec.

T

T/X10/5 s

A

11

A

A

X 11 X 12

12


A

X 13 A

A = X10+X11+X12

13 25

Action maintenue mémorisée

26

Les liaisons

9

Relient les étapes entre-elles.

Notation de la mise à 1

10

A=1

X9

11

X 10

Transition

X 11

11

X 12

12

X 13

12

Toujours de haut en bas

A Notation de la mise à 0

13

Liaison

A=0

¤ Sinon, mettre une flèche...

SET (A) = X10 RESET (A) = X13 27

28

Les transitions

Les réceptivités

Ce sont des barrières entre les étapes qui peuvent être franchies selon certaines conditions. Trait horizontal.

Ce sont les conditions qui doivent être remplies pour franchir la transition. La réceptivité est inscrite à la droite de la transition.

11

Liaison Transition

( a ⋅ b + c) d

12 29

30

5

Les réceptivités à niveau

Les réceptivités toujours vraies

Réceptivité faisant intervenir une condition logique

Réceptivité dont la valeur logique est toujours 1

=1

( a ⋅ b + c) d

31

32

Les réceptivités temporisées

Les réceptivités impulsionnelles

Réceptivité faisant intervenir le temps comme condition

Réceptivité faisant intervenir soit un front montant ou un front descendant. La notation d'un front montant est : et celle d’un front descendant est :

11

A

11

T=5 sec

Réceptivité

T/X10/5 s 12

12 33

34

Remarques

Les 5 règles d’évolution

Une réceptivité est une proposition logique qui peut renfermer diverses variables booléennes qui peuvent être:

Pour comprendre comment un GRAFCET fonctionne, il faut connaître les règles suivantes: ¤ Règle #1 - L’initialisation

¤ des informations extérieures (capteurs, directives); ¤ des variables auxiliaires (compteurs, temporisations, ...) ¤ l'état d'autres étapes (attentes, interdictions); ¤ changement d'état d'autres variables (fronts montants ou descendants)

¤ ¤ ¤ ¤

35

Règle Règle Règle Règle

#2 #3 #4 #5

- La validation - Le franchissement - Le franchissement (2) - La cohérence

36

6

Règle #1 - L’initialisation

Règle #2 - La validation

Il existe toujours au moins une étape active lors du lancement de l'automatisme. Ces étapes activées lors du lancement sont nommées “ÉTAPES INITIALES”

Une transition est soit validée ou non validée. Elle est valide lorsque TOUTES les étapes immédiatement précédentes sont actives. Elle ne pourra être franchie que lorsqu'elle est validée ET que la réceptivité associée est vraie.

1 37

38



GRAFCET #1:

GRAFCET #2: Étape active

Étape active

T ransition validée

10

a

Étape active

10

21

Étape active

33

Étape inactive Transition non validée

11

a e

Transition validée

34

12

39

Règle #3 - Le franchissement


Le franchissement d'une transition entraîne l'activation de TOUTES les étapes immédiatement suivantes, et la désactivation de TOUTES les étapes précédentes. Réceptivité vraie

Étape active

10

21

a Franchissement

34

Étape active

AVANT

e

e

AVANT

Étape active

10

21

33

12

a

Franchissement Réceptivité vraie

Étape active

34

T ransition validée

11

11

33

T ransition non validée

10

a a

12

Étape active

Étape inactive

Étape active

10

40

APRÈS

APRÈS 41

42

7


Règle #5

Plusieurs transitions simultanément franchissables sont franchies simultanément

Si au cours du fonctionnement une même étape doit être désactivée ou activée simultanément, elle reste activée. Cohérence théorique interne au GRAFCET.

43

44

Les séquences exclusives

GRAFCET - Les branchements

2

Appelés aussi « aiguillages »

M1

X

Y

3

V2+

6

v21

4

V3+

7

v31

5

X et Y sont mutuellement exclusifs.

V1+ v11

V4+ v41

V2-

8

v20

V1v10

9

V3-

V4-

45

Le saut d’étapes 2

46

La reprise de séquence

Variante d’un « aiguillage »

M1

2

Variante d’un « aiguillage »

M1 z

X

Y

3

V1+ v11

4

X et Y sont mutuellement exclusifs.

3

4

V4+

6

V4-

M1

V1v10

v40

7

V4+

5

V1v10

6

v40.X et v40.Y sont mutuellement exclusifs.

v41

v41

5

V1+ v11

v40.X

47

V4v40.Y

7

M1

48

8

Les séquences simultanées 2

M1

Une seule condition de démarrage.

z

3

V1+

7

v11

4

Les séquences simultanées 5

V3+

8

10

V2-

11 att

v10

v31

V2+

V1-

6

V3-

Cas avec actionneurs électriques

v30

V4+

Ajout d’étapes d’attente

v20 v21

5

v41

V1-

9

7 att

V3-

v10

6

Transition toujours vraie

=1

V2-

12

V4-

v20.v30

10

V449

50

Conversion du GRAFCET au LADDER


La majorité des automates se programment en LADDER.

La mise en équation sera introduite avec la séquence suivante:

¤ Les électriciens connaissent très bien ce langage.

n-1 R1

Rares sont les automates se programmant en GRAFCET.

n

¤ Automates européens. ¤ Norme IEC 1131.3

R2 n+1 51

52


Bascule avec priorité à la désactivation

La bascule (set/reset)

Chaque étape du GRAFCET peut être représenté par l’équation suivante:

¤ Si « SET » = 1, Q = 1 ¤ Si « RESET » = 1, Q = 0

SET RESET

Bascule

n-1

Q

Xn = (Xn-1 R1 + Xn) Xn+1 R1

¤ Si les deux = 1, Q = ? ¤ Priorité à l’activation -> Q = 1 ¤ Priorité à la désactivation -> Q = 0

Diagramme en échelle (Ladder) X n-1

R1

n

X n+1

R2

Xn

n+1 53

Xn

Priorité à la désactivation Verrouillage

54

9

Bascule avec priorité à la désactivation

Bascule avec priorité à l’activation



n-1

n-1

Xn = (Xn-1 R1 + Xn) Xn+1 R1

¾ ¾

n

Viole la règle 5 du GRAFCET !!! « Si au cours du fonctionnement une même étape doit être désactivée ou activée simultanément, elle reste activée »

Xn = Xn-1 R1 + Xn Xn+1 R1

n

R2

R2

n+1

n+1 55

56



Bug majeur de cette approche

Bug majeur de ces approches Un automate est une machine séquentielle.

=1 X 2 = X 1 ∗ R + X 2 ∗ X 3 =0

Xn = Xn-1 R1 + Xn Xn+1

X 2 = X 1∗ R + X 2 ∗ X 3 X 3 = X 2 ∗ S + X 3∗ X 4

=1 X 3 = X 2 ∗ S + X 3 ∗ X 4 =0 DEUX ÉTAPES SUCCESSIVES À 1 EN MÊME TEMPS !!!

57

58

Solution très simple

Solution très simple

Programmation des transitions séparément

Programmation des transitions séparément

¤ L’équation logique du franchissement de la transition Yn-1

n-1 R1

Y1 = X 1∗ R =0 Y 2 = X 2 ∗ S =1

Yn −1 = X n −1 ⋅ R1 ¤ L’équation logique de l’étape Xn

n R2

X n = Yn −1 + X n ⋅ Yn

n+1 59

( (

...

X 2 = Y1 + X 2 ∗Y 2 X 3 = Y 2 + X 3∗Y 3

) =0 =1 =1 ) =0

60

10

Exemple d’applications du GRAFCET

Plateau tournant Fonctionnement souhaité: ¤ poussée sur bouton m; ¤ déverrouillage de W; ¤ avance du vérin V, avec rotation du plateau; ¤ verrouillage de W; ¤ retrait de V, le plateau restant immobile.

62

Plateau tournant

Plateau tournant

GRAFCET de niveau #1 : 1

Choix technologiques : ¤ Capteurs:

Machine en référence

Bouton départ :m; Détecteur déverrouillage : a ; ¾ Détecteur rotation complétée : b ;

Départ de cycle

2

¾

Déverrouiller le plateau

¾

Plateau déverrouillé

3

¤ Actionneurs:

Tourner le plateau d'un huitième de tour

Vérin déverrouillage : W ; Vérin de rotation : V ; ¾ Voyant machine prête : Ready.

Rotation complétée

4

¾

Reverrouiller le plateau

¾

Plateau verrouillé

5

Réarmer le système de rotation Réarmement complété 63

64

Plateau tournant

Plateau tournant

GRAFCET niveau #2 :

Transitions:

1

Y 1 = X 1⋅ m ⋅ a ⋅ b Y 2 = X 2⋅a Y 3 = X 3⋅ b Y 4 = X 4⋅a Y 5 = X 5⋅b

Ready m./a./b

2

W a

3

W

V

b

4

V

1

Ready m./a./b

2

W a

3

W

V

b

4

V /a

/a

5 5 /b /b

65

66

11

Plateau tournant

Plateau tournant

Étapes:

Actions:

X 1 = Y 5 + X 1 ∗ Y 1 + Init

1

X 2 = Y1 + X 2 ∗ Y 2

2

X 3 = Y 2 + X 3∗Y 3 X 4 = Y 3 + X 4 ∗Y 4

3

1

Ready

Ready = X 1

m./a./b W

W = X2+ X3

a W

V

V = X3+ X 4

b

4

3

W

V

b V /a

5

5 /b

Plateau tournant

W a

4

V

/b

67

1

68

Machine à remplir et à boucher

Ready m./a./b

Transitions

Y 1 = X 1⋅ m ⋅ a ⋅ b a Y 2 = X 2⋅a W 3 b Y 3 = X 3⋅ b V 4 Y 4 = X 4⋅a Étapes /a Y 5 = X 5⋅b 5 X 1 = Y 5 + X 1 ∗ Y 1 + Init /b X 2 = Y1 + X 2 ∗ Y 2 Actions X 3 = Y 2 + X 3∗Y 3 Ready = X 1 X 4 = Y 3 + X 4 ∗Y 4 W = X2+ X3 X 5 = Y 4 + X 5 ∗Y 5 V = X3+ X 4 2

W

V

69

70

Extension du GRAFCET

GRAFCET de niveau 1 1

2

/a

X 5 = Y 4 + X 5 ∗Y 5

Ready m./a./b

Machine en référence départ

2

Transférer les bouteilles Transfert complété

3

Charger une bouteille

5

Bouteille chargée

4

Remplir une bouteille

7

Bouteille remplie

Attente

6

Poser un bouchon sur une bouteille Bouteille bouchée

Attente

8

Attente

=1

Chaque poste travaille en parallèle avec les autres 71

12

Les tâches

Coordination horizontale Une seule tâche à la fois

10 10

20 10 m

19

X19

Coordination verticale

X29

29 X39

73

30 10

Tâche T10

39 X10

Tâche T20

X10

Tâche T30

74

Les macro-étapes 10 10

GRAFCET de conduite GRAFCET esclaves

Expansion d’étape

X110

Appel tâche T10

110

Entrée

MVa

E30

10

19

X19 X110 111

Appel tâche T20

112

X112

Appel de tâche

=1 b

29

GRAFCET de conduite

Macro-étape

12

X112

Tâche T20

S50

Sortie

75

76

Transition source / Transition puit

Étape source / Étape puit Étape source

B+

31

M11

20 10

X29

a

r10

Tâche T10 r111

r12

Transition source

12

¤ Exige un forçage pour être activé.

¤ Toujours validée.

13

r12

Étape puit:

Transition puit:

13

¤ Exige un forçage pour être désactivé.

¤ Lorsque franchie, désactive l’étape précédente.

r13

r13

14

14

r14

15

r14

15 77

r15

78

13