Telechargé par Nabil Alkassoum

EEA602 - Automatismes industriels Cours Partie 1

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Université Abdou Moumouni
Faculté des Sciences
EEA
AUTOMATISMES
INDUSTRIELS
‫ ۝‬Alkassoum Nabil
# Novembre 2009#
[email protected]
EEA602 - Automatismes industriels
•
PROGRAMME
EEA602 : Automatismes industriels (50 heures, 5 crédits)
Description du contenu (compétences et savoirs), des pré-requis et du mode d'évaluation de
l'unité :
Contenus :
• Structure d'un système automatisé
• Spécification par Grafcet et graphe des états
• Synthèse par minimisation ou non des variables internes
• Les modes de marches et d'arrêt
• Hiérarchisation de Grafcets et application aux modes de marche et d'arrêt
• Typologie des réseaux de terrain : ASI, MPI, Profibus, Fipway, Ethernet
• Communication entre automates par un réseau
• Réalisation câblée : pneumatique, électronique
• Réalisation programmée : programmation des automates SCHNEIDER et SIEMENS
• Programmation des outils de supervision sur PC : TOPKAPI, …
• Simulation avec AUTOMGEN-IRIS, MATLAB- SIMULINK, MATLAB-STATEFLOW, Didacticiel
GRAFCET
Compétences acquises
• Connaître les différents constituants d'un système automatisé
• Etre capable d'analyser et synthétiser la commande séquentielle d'un système automatisé
• Etre capable de programmer un automate SIEMENS et SCHNEIDER
• Connaître les outils de simulation des systèmes séquentiels
Pré-réquis
Systèmes combinatoires et séquentiels
Mode d'évaluation
Contrôle continu et examen terminal
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I. Structure d'un système automatisé
Introduction
L’automatisation d’un processus industriel concerne tous les aspects de l’activité industrielle :
production, assemblage, montage, stockage, contrôle, conditionnement, manutention,
stockage, …
Un système automatise de production à pour but de traiter une matière d’œuvre pour
lui apporter une valeur ajoutée de façon reproductible et rentable.
Définition d’un Système Automatisé de Production (S.A.P.)
Un Système Automatisé de Production est un moyen d’assurer l’objectif primordial d’une
entreprise, la compétitivité de ses produits.
Un Système Automatisé de Production (S.A.P.) est plongé dans un environnement avec lequel
un certain nombre de flux s’établissent :
flux de produit(s) traité(s)
flux d’énergie,
flux d’informations,
flux de nuisances,
flux de déchets.
Flux d’un système automatisé de production
Ces flux lient le S.A.P. au sein d’un ensemble hiérarchisé à d’autres S.A.P. afin de former un
ensemble productif industriel (îlot, cellule ou ligne de fabrication).
Flux de plusieurs S.A.P
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Typologie des systèmes de production
a) Processus continu ou semi-continus
Un processus est dit continu ou semi-continu lorsque les produits traités y sont introduits et
extraits continûment en fonction du temps (raffinerie, aciéries, cimenteries...).
Un processus de nature continu qui doit être arrêté périodiquement est dit semi-continu.
b) Processus discontinu ou manufacturiers
Un processus est dit discontinu lorsque les produits traités, y sont introduits à l’unité ou par
lots dissociables en unités (Usinage, assemblage).
c) Processus mixtes ou par lots
Ces processus associent un ou plusieurs processus de production continue avec des étapes de
transformations discontinues.
d) Principales évolutions des systèmes de production
Système non mécanisé : premiers systèmes apparus avec l’utilisation par l’homme
d’un outil. L’homme apporte l’énergie nécessaire au fonctionnement. Il assure aussi la
commande.
Système mécanisé : un système se mécanise lorsque l’on réduit la part d’énergie
fournie par l’homme. L’énergie est fournie par d’autres sources et est dirigée vers des
dispositifs appelés actionneurs. Entre la source d’énergie et l’actionneur doit se
trouver un élément destiné à canaliser le flux d’énergie et commandé par l’homme.
L’homme conserve la commande du système. Energies principales : électrique,
hydraulique, pneumatique.
Actionneurs principaux : moteurs, vérins. Pré-actionneurs principaux : boutons
poussoirs, interrupteurs, contacteurs, distributeurs, relais...
Système automatisé : on remplace le savoir faire humain par des dispositifs dont
l’ensemble forme la partie commande. Les sens de l’homme sont remplacés par des
détecteurs et des capteurs. L’homme n’a plus qu’un rôle de surveillance. Certaines
tâches restent manuelles et l’automatisation doit prendre en compte la spécificité du
travail humain : assurer la dialogue homme machine, assurer la sécurité.
e) Objectifs d’un système de production
L’automatisation apparaît comme un des moyens d’assurer la compétitivité. L’automatisation
doit répondre à une grande variété d’objectifs.
Gain en compétitivité : diminuer le coût de fabrication, réduire les stocks,
Gain en qualité : réduire les délais, améliorer les performances, réduire les rebuts,
Gain en flexibilité : améliorer l’opérabilité, convivialité,
Gain en sûreté : augmenter la sécurité et le disponibilité, réduire la pénibilité,
Gain technique : impossibilité ou difficulté de conduite humaine.
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Frontière d’un S.A.P.
La notion de système automatisé de production peut s’appliquer aussi bien à une machine
isolée qu’à une unité de production, voire même à une usine ou un groupe d’usine.
Il est indispensable, avant toute analyse, de définir la frontière permettant d’isoler le système
de production étudié de son milieu extérieur.
Cette démarche préliminaire permettra au concepteur d’identifier clairement les interactions
du S.A.P. avec son environnement et donc de faciliter la spécification de ses fonctionnalités
internes.
Structure d’un S.A.P.
D’une façon tout à fait générale, on peut décomposer fonctionnellement un S.A.P. en deux
parties.
Décomposition fonctionnelle Partie Opérative/Partie Commande
a) La partie opérative (partie commandée)
C’est l’ensemble des dispositifs permettant d’apporter la valeur ajoutée. Elle met en œuvre un
ensemble de processus physiques qui permettent la transformation des produits. Ces processus
physiques nécessitent obligatoirement un apport d’énergie.
b) La partie commande (équipement de commande)
Automatiser la production consiste à transférer tout ou partie des tâches de coordination et des
commandes auparavant exécutées par des opérateurs humains, dans un ensemble d’objets
techniques appelé PARTIE COMMANDE.
La partie commande reproduit le savoir faire des concepteurs pour obtenir la suite des actions
à effectuer sur les produits afin d’assurer la valeur ajoutée désirée. Pour ce faire, elle émet des
ordres vers la Partie Opérative et en reçoit, en compte rendu, un ensemble d’informations.
Par ailleurs la Partie Commande est en interaction avec son milieu extérieur par des liaisons
informationnelles avec l’environnement humain tout au long du cycle de vie du S.A.P.
(première mise en œuvre, exploitation maintenance) et/ou avec d’autres Parties Commandes
(via des réseaux de communication)
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c) Fonctionnalité de la Partie Commande
La partie commande d’un système automatisé de production est destinée à traiter des
informations afin de répondre aux fonctionnalités suivantes :
gestion des entrées/sorties,
traitement des équations combinatoires,
traitement des fonctions de sécurité,
traitement du séquentiel,
fonction de régulation,
commande d’axe(s) et asservissement,
fonction de calculs,
gestion d’outillage (usinages, montage, ...),
contrôle de la qualité liée à la production,
participation `a la maintenance,
suivi de la production,
...
d) Hiérarchie des communications
On distingue au sein d’une entreprise de production, 5 niveaux hiérarchisés (0 à 4), qui
représente chacun des besoins bien spécifiques, tant en volume de données à transmettre
qu’en temps de réponse nécessaire.
Le niveau 4 représente la gestion globale de l’usine avec planification générale et fait appel à
l’informatique traditionnelle et concerne les services commerciaux et financiers.
Le niveau 3 concerne la gestion de la production, les commandes, les approvisionnements, la
centralisation des résultats de fabrication et provoque :
l’établissement et le suivi des bilans relatifs `a la quantité et la qualité des produits
fabriqués.
le suivi et la maintenance des installations.
Ces deux niveaux traitent et échangent des volumes de données très importantes. Les temps
de communication sont rarement critiques. Transfert de données en temps différés et parfois
en temps réel.
Le niveau 2 concerne la commande centralisée d’un atelier, le contrôle d’une cellule. A ce
niveau se fait la supervision et la gestion du changement de programme de fabrication par
téléchargement des programmes dans les machines et automates de niveaux inférieurs.
A ce niveau les volumes d’informations à échanger restent moindres que pour les niveaux
3 et 4 mais les temps de transferts doivent être très faibles afin de permettre un contrôle de
processus en temps réels.
Le niveau 1 est celui de l’atelier, de la partie opérative. Les échanges d’informations
s’effectuent entre automates placés en architecture distribuée permettant des fonctions de
traitement réparties. Il faut assuré un transfert d’informations entre automates mais également
mais également une gestion du temps pour synchroniser les différentes opérations de la partie
opérative. Le nombre de station est relativement faible à ce niveau, elles échangent des
volumes d’information également faibles mais avec des temps de communication garantis.
Le niveau 0 correspond aux échanges d’informations entre capteurs, pré-actionneurs,
actionneurs et les automatismes de niveau 1 (automate, commande numérique). Les échanges
de message sont tr`es courts et s’effectuent entre un très petit nombre de stations mais avec
des temps de réponse réduits.
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Hiérarchie des communications
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II. Spécification par Grafcet et graphe des états
2.1 Processus d’étude d’un automatisme
Des nécessités économiques exigent un effort de clarification des méthodologies d'étude et de mise en
œuvre. Ceci est particulièrement sensible dans le secteur des automatismes séquentiels.
Une méthodologie aboutissant à la réalisation technologique peut
être définie par:
-
-
l'établissement du cahier des charges aboutissant au tracé
du GRAFCET de niveau 1,
l’analyse opérationnelle et technologique aboutissant au
tracé du GRAFCET de niveau 2, l'analyse des modes de
marches et d'arrêts,
le choix de la technologie de commande,
la synthèse de la partie commande (tracé du schéma de
principe),
le câblage de l'armoire de commande ou la programmation
sur automate.
L'ordre de ces différents travaux n'est pas strictement chronologique.
Il peut subir des modifications, en particulier lorsque la partie
commande fait appel à la logique programmée (automate
programmable ou informatique).
2.2 Cahier des charges
Un cahier des charges permet de décrire clairement et sans ambiguïté les fonctions et les performances d'un
automatisme à réaliser. Cette description nécessite un langage commun de discussion, entre le concepteur de
l'automatisme et l'utilisateur.
Le concepteur est tenu de se faire comprendre et de comprendre ce que les autres disent.
2.2.1 Spécifications fonctionnelles
Elles caractérisent le comportement de l'automatisme face aux informations issues de la partie opérative, dans le
but de faire comprendre au concepteur quel devra être le rôle de la partie commande à construire.
Ni la nature, ni les caractéristiques des différents capteurs ou actionneurs utilisés n'ont leur place dans ces
spécifications.
Par contre, il importe que les sécurités de fonctionnement prévues soient incorporées dans ces spécifications.
2.2.2 Spécifications techniques
Ce sont les précisions à apporter en complément des spécifications fonctionnelles pour que l'on puisse concevoir
un automatisme pilotant réellement la partie opérative.
C'est à ce niveau seulement que doivent intervenir les renseignements sur la nature exacte des capteurs et des
actionneurs à employer.
2.2.3 Spécifications opérationnelles
Ce sont des considérations concernant l'équipement une fois réalisé et mis en exploitation: fiabilité, absences de
pannes dangereuses, possibilité de modification de l'équipement en fonction des transformations de la partie
opérative, facilité de maintenance, dialogue homme – machine etc.
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2.2.4 Outils de description d'un automatisme
Nombreux sont les outils de description d'un cahier des charges. Les outils suivants permettent de décrire toutes
les fonctions d'un automatisme :
Tables de vérité (système très simple, circuit combinatoire simple, bascule, etc.),
Tableaux de Karnaugh (système séquentiels plus complexes: nombre de variables pas très grand),
Méthode d'Huffmann (pratiquement délaissée),
Méthode des phases,
GRAFCET et réseaux de Pétri,
Organigrammes.
2.3 Grafcet : Eléments et structure de base
2.3.1 Historique
Le Grafcet : Graphe Fonctionnel de Commande Etape/Transition, est né en 1977 des travaux de l’AFCET
(Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique), en tant que synthèse théorique des
différents outils existants à cette époque.
Mis sous sa forme actuelle par l’ADEPA, en 1979, normalisé en France en 1982, le Grafcet est aujourd’hui
normalisé sur le plan international sous l’appellation diagramme fonctionnel.
Depuis sa création le Grafcet est en perpétuel évolution, suite à différents travaux de recherche.
2.3.2 Domaine d’application de la norme internationale
La norme s’intitule : Etablissement des Diagrammes fonctionnels pour système de commandes. Elle n’utilise pas
le mot Grafcet, celui-ci est normalisé sous l’appellation
Diagramme Fonctionnel.
Cette norme s’applique à l’établissement des descriptions de sa fonction et du comportement des systèmes de
commandes, en établissant une représentation graphique indépendante de la réalisation technologique.
Le Grafcet est donc un outil indépendant de la technologie. Le Grafcet a été conçu pour d´écrire le
fonctionnement de système logique. Mais il se révèle très performant dans l’étude et la conception de systèmes
automatisés de production.
2.3.3 Eléments constitutifs d’un Grafcet
Un Grafcet est défini par un ensemble de symboles qui sont les étapes, les transitions et les liaisons orientées
reliant les étapes aux transitions. Si ces symboles sont combinés suivant la manière prescrite, cet élément
constitue la structure du Grafcet.
Cette structure constitue une représentation statique qui est interprétée par des actions qui peuvent être associées
aux étapes et des réceptivités qui doivent être associées aux transitions.
A l’aide de cinq règles d’évolution, et de postulats temporels, le Grafcet prend alors un caractère dynamique
correspondant aux évolutions dynamiques du processus.
Eléments constitutifs du Grafcet
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a- Structure d'un GRAFCET.
Le GRAFCET est constitué :
d’éléments graphiques de représentation:
(a) les étapes
(b) les transitions
(c) les liaisons orientées qui relient les
précédentes
(d) les actions associées aux étapes
(e) les réceptivités associées aux
transitions
a
0
m
c
e
d
b
de règles d'évolution définissant le
comportement du système à partir de la
représentation graphique.
1
allumer le voyant V
m
b- Les constituants graphiques du GRAFCET
1) Les étapes
-
Une étape correspond à une situation dans
laquelle le comportement de la PC est
invariant vis-à-vis des entrées et des sorties.
-
Une étape peut être soit active, soit inactive
mais pas entre les deux.
-
Les étapes qui sont actives quand le système
est au repos sont appelées étapes initiales.
On les repère en doublant les cotés des
symboles d'étapes correspondants.
étape initiale
0
m
étape
1
m
Au départ l'étape initiale 0 est active et l'étape 1
est inactive.
Quand on appuie sur le bouton poussoir m, l'étape initiale devient inactive tandis que la 1 est active.
2) Les transitions
- Une transition entre 2 étapes indique la
possibilité de passage de l'étape précédent la
transition à celle qui la suit.
0
(1)
transitions
- Quand toutes les étapes précédent une
transition sont actives, cette transition est dite
validée.
1
(2)
Au repos l'étape initiale 0 est active et l'étape 1 est inactive.
La transition (1) est donc validée tandis que la (2) ne l'est pas.
Remarque :
- On a toujours une seule transition entre 2 étapes.
- On a toujours une seule étape entre 2 transitions.
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3) Les liaisons orientées
- Ce sont elles qui en
reliant les étapes et
les
transitions
structurent
le
GRAFCET.
0
liaison orientée
vers le haut
liaison orientée
vers le bas
- Une liaison orientée
ne comportant pas
de
flèche
va
toujours vers le bas.
1
- Si on veut qu'une
liaison orientée 'remonte' un GRAFCET, il faut lui adjoindre une flèche vers le haut.
4) Les actions associées à une étape
Ce sont les actions que doit effectuer le système quand l'étape associée est active.
0
1
Quand l'étape 1 est active, le voyant V est allumé.
5) Réceptivité associée à une transition
C'est une équation logique qui définit la possibilité du passage d'une étape à la suivante quand la
transition associée est validée.
0
m
réceptivités
1
m
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c- Les règles d'évolution d'un GRAFCET
Pour établir un GRAFCET correct, il est nécessaire d'appliquer un certain nombre de règles fondamentales,
exposées ci-dessous :
Règle "de syntaxe" : Alternance étape - transition
L'alternance entre étapes et transitions doit être respectée quelle que soit la séquence en cours : deux étape ne
doivent jamais être reliées directement, deux transitions ne doivent jamais non plus être reliées directement.
Règles d'évolution:
1) Règle 1: situation initiale
La situation initiale d'un GRAFCET caractérise le comportement initial de la Partie Commande (PC) visà-vis de la Partie Opérative (PO) et correspond aux étapes actives au début du fonctionnement de la PC.
En situation initiale, l'étape 0 est active. Le système
effectue les actions correspondant à cette étape. Dans ce
cas il ne fait rien.
0
m
Remarque :
1
allumer le voyant V
- Les étapes initiales sont repérées sur un GRAFCET
en doublant les côtés des symboles d'étapes correspondants.
m
- Souvent les étapes initiales sont des étapes d'attente
(elles n'ont pas d'action associée) car sinon les commandes
qui seraient dans ces étapes resteraient activent tout le temps que le système serait au repos.
2) Règle 2: franchissement d'une transition
L'évolution de la situation d'un GRAFCET, qui correspond au franchissement d'une transition, ne peut se
produire :
- que lorsque cette transition est validée
- et que lorsque la réceptivité associée à cette transition est vraie.
Lorsque ces deux conditions d'évolution sont réunies, la transition devient franchissable et est alors
obligatoirement franchie.
Au départ on a seulement l'étape initiale 0 qui est active
donc la transition (1) est validée et la (2) ne l'est pas.
0
Si on n'appuie pas sur le bouton poussoir m :
- la transition (1) n'est pas franchissable car la
réceptivité m est fausse.
- la transition (2) n'est pas franchissable car la
transition (2) n'est pas validée.
Si on appuie sur le bouton poussoir m :
- la transition (1) est franchissable car elle est validée
et la réceptivité m est vraie. Elle est donc franchie.
(1)
m
1
(2)
allumer le voyant V
m
Franchissement d’une transition
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3) Règle 3: évolution des étapes actives
Le franchissement d'une transition provoque simultanément :
- la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes reliées à cette transition
- et l'activation de toutes les étapes immédiatement suivantes reliées à cette transition.
En position initiale, si on appuie sur le bouton poussoir m,
la transition (1) est franchissable donc on a simultanément,
l'activation de l'étape 1 et la désactivation de l'étape 0.
0
(1)
m
1
(2)
1
allumer le voyant V
m
A
2
B
1
2
A
a ( a=0 )
a ( a=0 ou 1)
3
3
C
A
2
B
C
Transition validée
Transition non validée
1
1
A
C
Transition franchissable
2
B
a ( a=0 ou 1)
a ( a= 1)
3
B
3
C
Transition franchie
4) Règle n° 4 : Evolutions simultanées
Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies.
Cette règle est surtout utile lorsqu'on veut décomposé un GRAFCET en plusieurs "sous-GRAFCET"
interdépendants.
Règle n° 5 : Activation et désactivation simultanées
Si au cours du fonctionnement, une même étape doit être à la fois activée et désactivée, elle reste active.
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d- ETAPES ET ACTIONS
Une étape (et les ordres qui lui sont associés) caractérise un comportement invariant du système, elle est
identifiée par un carré et un repère alphanumérique.
Une étape est soit « active », soit « inactive » ; l’ensemble des étapes actives définit la situation du
GRAFCET et, par suite, celle du système spécifié. Les étapes qui sont actives au début du processus de
commande (à l’instant initial) correspondent à la situation initiale, ce sont les étapes initiales. Pour
indiquer qu’une étape est active à un instant donné, on dessine un point au-dessous du numéro dans le
carré (par exemple, l’étape 12 de la figure ci-dessus est active).
A chaque étape peut être associée une (ou plusieurs) action(s) représentée(s) sous une
forme littérale ou symbolique suffisamment explicite pour éviter toute confusion.
Une étape ne comportant pas d’action associée correspond généralement à un
comportement d’attente d’événements non commandés qui peuvent être annotés sous
forme de commentaires
Si plusieurs actions sont associées à une même étape, il est possible
de disposer ces dernières de plusieurs façons.
L’analyse des actions associées à une étape nécessite de bien faire la distinction entre la durée d'une action et la
durée d'activité de l’étape correspondante.
On convient habituellement de désigner par "Xi" l’état actif de l'étape "i".
Exemples:
X3 = 1 si l'étape 3 est active
X3 = 0 si l'étape 3 est inactives.
e- TRANSITIONS ET RECEPTIVITES
La transition permet de décrire la possibilité d’évolution de l’état
actif d’une étape à une autre ; la transition est identifiée (voir
figure) par un tiret situé entre les étapes concernées par
l’évolution :
Description d’une transition
La condition de transition (ou réceptivité) peut être décrite par
un texte, une expression booléenne, ou par des symboles graphiques normalisés.
Les changements d’état des variables (front montant et front descendant) sont admis au même titre que l’état des
variables. La norme ne précise pas la façon dont il faut prendre en compte les changements d’états.
Description littérale d’une réceptivité
Description d’une réceptivité par schéma électrique
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Description booléenne d’une réceptivité
Description d’une réceptivité par logigramme
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2.3.4 Les différents points de vue du GRAFCET.
Il existe 3 représentations du fonctionnement d'un système par le GRAFCET :
- le GRAFCET point de vue système qui représente le fonctionnement du système tel que le voit quelqu'un
d'extérieur à celui-ci.
- le GRAFCET point de vue Partie Opérative qui représente le fonctionnement du système tel que le voit
quelqu'un connaissant la PO de celui-ci.
- le GRAFCET point de vue Partie Commande qui représente le fonctionnement du système tel que le voit
quelqu'un connaissant tout le système.
1) Présentation d'un cycle de perçage :
PM
P+
S-
capteurs :
- p0 et s0 pour P et S rentrés.
- p1 et s1 pour P et S sortis.
commandes :
- M pour le fonctionnement
monostable du moteur.
- M+ et M- pour la commande
bistable du moteur.
S+
pièce
Cycle de perçage
- Quand le moteur est arrêté, que les vérins P et S sont rentrés et que l'on appuie sur le bouton poussoir m, le
système serre la pièce.
- Quand la pièce est serrée, on effectue le perçage.
- Quand le perçage est terminé, on desserre la pièce.
Remarque :
- Les vérins sont bistables.
- Le moteur doit tourner tout au long du perçage.
- Le moteur est monostable et sa commande sera bistable.
- On ne contrôlera pas le fonctionnement du moteur.
2) Le GRAFCET point de vue système.
C'est
la
description
du
fonctionnement du système tel que
le voit un observateur extérieur à
celui-ci. Cette description reste
très générale et se limite au
procédé.
0
système en position initiale et appui sur le bouton m
1
serrage de la pièce et démarrage du moteur
pièce serrée
Sur l'exemple cela donne :
2
perçage
perçage terminé
3
desserrage de la pièce et arrêt du moteur
pièce desserrée
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3) Le GRAFCET point de vue Partie Opérative.
Cette fois l'observateur connaît la Partie
Opérative ( PO ) du système. Il fait donc une
description du fonctionnement en tenant compte
des caractéristiques de celle-ci.
Sur 1 'exemple cela donne :
0
pièce desserrée et broche en position
haute et appui sur le bouton m
1
serrer la pièce
pièce serrée
descendre la broche
2
faire tourner le moteur
Remarques :
broche descendue
- Généralement dans les
GRAFCET point de vue PO, les actions
sont représentées par des verbes à
l'infinitif.
3
- Comme le moteur est
monostable on le retrouve dans les étapes
2 et 3.
4
remonter la broche
faire tourner le moteur
broche remontée
desserrer la pièce
pièce desserrée
4) Le GRAFCET point de vue Partie Commande.
Cette fois l'observateur connaît tout le système. Il fait une
description du fonctionnement de celui-ci où il définit les ordres
que devra donner la partie commande PC à la PO.
0
s0 . p0 . m
1
S+
s1
Sur 1 'exemple cela donne :
P+
2
M+
p1
P-
3
Remarque :
Comme on a une commande bistable pour le moteur, on
le met en route dans l'étape 2 et on l'arrête en 4.
p0
S-
4
M-
s0
2.3.5. Compléments
A- Description détaillée des actions
La norme CEI/IEC 848 spécifie une représentation générale des ordres ou des actions qui doivent s’exécuter
Description des actions
La section « a » contient une (ou une combinaison de) lettre symbole décrivant les caractéristiques logiques
d’association de la sortie à l’activité de l’étape.
C : Action conditionnelle,
D : Action retardée,
L : Action limitée dans le temps,
P : Action pulsionnelle,
S : Action mémorisée.
‫۝‬Alkassoum Nabil
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La section « b » contient la déclaration symbolique ou littérale décrivant l’action.
La section « c » indique le repère de référence du signal de fin d’exécution correspondant.
Les sections « a » et « c » ne sont spécifiées que si nécessaire. Si elles ne sont pas spécifiées, l’action
correspondante est dite continue.
1. L’action continue
L’action continue est associée nécessairement à une étape. Une action associée à une étape est dite continue
lorsque sa durée d’exécution est identique à la durée d’activité de l’étape. Dans ce cas les sections « a » et « c »
sont omises.
Plusieurs actions continues peuvent être associées à une même étape. Le symbole d’action continue contient le
libellé d’assignation
Action continue
2 Actions conditionnelles
Elles ne sont exécutées que si l'étape est active ET la condition est vraie.
L'étape est active même si la condition est fausse.
Condition d’assignation
condition d’assignation liée au temps
3 Actions temporisées « Action retardé ou limitée dans le temps »
Les actions retardées ou limitées dans le temps sont des cas particuliers d’actions conditionnelles (le temps
intervenant comme condition logique). Elles ne durent qu'un certain temps, lorsque l'étape est activée. L'étape
reste active une fois l'action terminée.
La lettre « D » (Delayed action) décrit une action
retardée par rapport à l’activation de l’étape `a
laquelle elle est associée.
La lettre « L » (Time Limited action) indique une action dont
la durée est limitée dans le temps
Action retardée
Action limitée dans le temps
Dans les deux cas l’unité de temps retenue doit être spécifiée.
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4. Action impulsionnelle
Les actions impulsionnelles sont des actions temporisées de très courtes durées dont la valeur est sans
importance mais suffisante pour obtenir l’effet souhaité.
Action impulsionnelle
5. Action mémorisée
Pour qu’une action reste maintenue lorsque l’étape qui l’a commandée vient d’être désactivée il faut utiliser une
action mémorisée.
Action mémorisée
B- Description détaillée des réceptivités
A chaque transition est associée une réceptivité qui est une condition logique qui regroupe des informations
logiques issues de la P.O., de la P.C. ou d’organes extérieurs.
La réceptivité est une fonction booléenne inscrite, de manière symbolique ou littérale, à droite de la transition.
Réceptivités
La notation « = 1 » associée à une transition indique une réceptivité toujours vrai. Une réceptivité = 0 n’a pas de
sens car elle empêche toute évolution du Grafcet.
1. Réceptivités temporelles
Norme NFE : Les réceptivités temporelles provoquent des attentes. Elles sont notées t/i/d
– i étape dont l'activité déclenche l'attente.
– d durée de l'attente après le DÉBUT de l'activité de l'étape i.
Exemple :
La transition sera passante:
• 5 secondes après le début de l'activité de l'étape 2
• ET si m est vraie
Cette norme étant antérieure à la norme CEI, cette représentation ne devrait plus être utilisée.
Norme CEI/IEC : Comme les symboles graphiques sont permis, la dépendance du temps peut être mise en
évidence par le symbole d’un opérateur binaire à retard.
Dans le langage littéral et les expressions booléennes, la notation t1/a/t2 est recommandée. La condition de
transition de t1/a/t2 devient vrai après un retard t1 référé au passage de l’état logique 0 à l’état logique 1 de la
variable booléenne a, elle redevient fausse après un retard t2 référé au passage de l’état logique 1 à l’état logique
0 de la variable booléenne a.
Si t1 ou t2 est égal à 0, les notations a/t2 ou t1/a sont à utiliser.
t1 et t2 doivent être remplacés par leurs valeurs réelles.
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Réceptivités et temps
2. Prise en compte des changements d’états d’informations
La notation « ↑ a », front montant de la variable a, indique que la réceptivité est vrai (= 1) qu’à l’instant du
passage de la variable a de 0 à 1. De même la notation « ↓a », front descendant de la variable a, indique que la
réceptivité est vrai (= 1) qu’`a l’instant du passage de la variable a de 1 à 0
Réceptivités et fronts
2.4 Structures de base
2.4.1 Séquence unique
Une séquence unique est composée d’une suite d’étapes qui seront activées les unes après
les autres.
Dans cette structure, chaque étape est suivie par une seule transition, et chaque transition est
validée par une seule étape.
Séquence unique
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2.4.2 Sélection de séquence
1- Début de sélection de séquence (divergence de sélection de séquence)
Une sélection de séquence est un choix d’évolution entre plusieurs séquences
à partir d’une ou plusieurs étapes. Elle se représente graphiquement par autant
de transitions validées en même temps qu’il peut y avoir d’évolutions
possibles.
D’après la structure proposée et les règles d’évolutions du Grafcet, deux cas
peuvent se présenter :
dans tous les cas les séquences sont exclusives : on parle alors
d’aiguillage (on ne peut évoluer que vers une seule séquence, comme un
train ne va que vers une voie).
Cette structure correspond à un OU exclusif, à partir de l’étape 2, on
évolue vers 3 ou (exclusivement) vers 12 ou (exclusivement) vers 16.
Sélection de séquences
l’on peut partir de l’étape 2 évoluer vers deux (ou plus) séquences : on parle alors de parallélisme interprète
(on évolue vers deux séquences en parallèle et ceci du aux réceptivités (deux ou plus réceptivités vraies) les
réceptivités faisant parties de l’interprétation du Grafcet, on utilise le terme parallélisme interprète). Cette
structure correspond à un OU inclusif, à partir de l’étape 2 on évolue vers 2 ou 12, ou 16, c’est `a dire que
l’on peut évoluer vers (3; 12) ou (3; 16) ou (3; 12; 16) par exemple suivant la valeur des réceptivités A; B;
C.
La norme CEI, sans exclure le parallélisme interprète, ne le présente pas. Sous l’appellation sélection de
séquence, elle sous entend sélection de séquences exclusives.
1.1 Séquences exclusives : aiguillage
Il s’agit d’un cas particulier de sélection de séquence, où une seule séquence est sélectionnée. Dans ce cas, il est
indispensable que toutes les réceptivités associées aux transitions validées en même temps soient exclusives,
c’est à dire ne pouvant être vraies simultanément.
Cette exclusion peut être :
d’ordre physique (incompatibilité mécanique ou temporelle),
d’ordre logique (dans l’écriture des réceptivités).
Le terme « aiguillage », souvent employé, illustre correctement cette structure.
Aiguillage
1.2 Parallélisme interprète (non normalise)
Le parallélisme interprète est un cas particulier des sélections de
séquences dans lequel deux ou plusieurs séquences sont
sélectionnées.
Les évolutions au sein de chaque séquence sélectionnée sont
indépendantes.
Ce mode de fonctionnement doit être utilisé avec prudence car la
plus grande difficulté réside dans la spécification correcte de la façon
dont il se termine.
Les transitions susceptibles d’être simultanément franchies peuvent
être repérées par des astérisques.
Parallélisme interprété
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2.2 Fin de sélection de séquence (convergence de sélection de séquence)
Fin de sélection de séquence
2.3 Reprise de séquence (non normalise)
La reprise de séquence est un cas particulier des séquences exclusives dans lequel une séquence peut être
recommencée une ou plusieurs fois tant qu’une condition fixée n’est pas obtenue.
Reprise de séquence
2.4 Saut de séquence (non normalise)
Le saut d’étape est un cas particulier des séquences exclusives dans lequel une séquence ne comporte pas
d’étape. Cette séquence permet de sauter une ou plusieurs étapes
Saut de séquence
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2.4.3 Séquences simultanees (mode paralléle)
3.1 Début de séquences simultanées (divergence de séquences simultanées)
On parle également de parallélisme structural, car cette fois, le parallélisme est donné par la structure même du
Grafcet. De même que dans le parallélisme interprété, les évolutions au sein de chaque séquence sont
indépendantes.
Séquences simultanées
3.2 Fin de séquences simultanées (convergence de séquences simultanées)
Lorsque le franchissement d’une transition conduit à activer simultanément plusieurs séquences (parallélisme
structural), ces séquences évoluent de manière indépendante. Dans la plupart des cas il est nécessaire de les
regrouper ensuite, en une ou plusieurs fois, vers une seule étape, pour en assurer la re-synchronisation. Pour
réaliser cette condition il est prudent d’utiliser des étapes dites d’attente (suivant la, les technologies utilisées ces
étapes peuvent être supprimées ou non).
Séquences simultanées
2.4.4 Réutilisation d’une meme séquence (sous-programme)
Cette structure très souvent employée, n’est pas présentée dans la norme CEI.
Lorsqu’une séquence est utilisée plusieurs fois, cette séquence peut être
organisée sous une forme identique à celle d’un sous programme.
L’utilisation de la représentation en sous-programme demande une attention
particulière pour le lancement et l’arrêt du sous-programme.
Réutilisation d’une même séquence
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2.5. Passage du GRAFCET au schéma à contacts
1. Mémoire détape
Afin de respecter les règles d’évolution du GRAFCET, chaque étape peut être matérialisée par une mémoire du
type marche prioritaire possédant une structure de la forme :
X = Encl + RAZ . x
Les termes d’enclenchement et de remise à zéro sont définis de la manière suivant :
Etape X
 Encl : Etape (s) précédentes (s) • Réceptivité

 RAZ : Etape (s) suivantes (s)
2. Exemple :
Equations des étapes
1
r0.fh.dcy
2
RO
DE
 Encl : x . fh
4
X1 
 RAZ : x 2
MO
X2
r1
3
A partir du GRAFCET de 2ème niveau, les équations des étapes se déduisent
immédiatement.
Ainsi, pour le GRAFCET ci-contre, nous avons :
fb
4
fh
X3
X4
 Encl : x . ro.fh.dcy

1

 RAZ : x 3
 Encl

 RAZ
 Encl


 RAZ
X1 = x 4 .fh
+ x 2 . x1
X 2 = x1.ro.fh.dcy
: x 2 . rl
: x4
X3 = x 2 .rl
: x 3 . fb
: x1
X 4 = x 3 .fb
+ x3 . x 2
+ x4 . x3
+ x1 . x 4
Schéma de l’automatisme
Pour établir la commande chaque sortie. Il suffit de considérer la ou les étapes durant lesquelles la sortie doit être
enclenchée. Ainsi :
-
la ROTATION à lieu durant l’ETAPE 2 d’où RO = x2
la DESCENTE à lieu durant l’ETAPE 3 d’où DE = x3
la MONTEE à lieu durant l’ETAPE 4 d’où MO = x4
L’équation des mémoires d’étape déterminée précédemment nous donne le schéma suivant (à faire):
•
Initialisation de la séquence :
Nous remarquerons sur le schéma précédent qu’à la mise sous tension, toutes mémoires se trouvant ici à l’état
repos, aucune évolution n’est possible.
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Il est donc impératif d’initialiser la séquence en venant enclencher la mémoire X1 matérialisant l’étape initiale
de notre Grafcet. Ceci est obtenu :
-
soit en utilisant un contact d’initialisation ou un contact de passage commandé lors de la mise sous
tension de l’automatisme, comme le montre le schéma suivant :
Init
fh
X4
X2
-
X1
X1
soit en testant l’état repos de toutes les mémoires d’étape suivantes, pour venir alors
systématiquement enclencher la mémoire X1, comme le montre le schéma suivant :
X4
X3
X2
X4
X2
X1
fh
X1
2.6 Cas génériques
Nous traitons ici des exemples génériques, c'est à dire que les problèmes évoqués ici se posent assez souvent, et
la méthode utilisée pour les résoudre pourra être réutilisée.
1 - priorité
Soit un chariot se déplaçant sur deux rails (action D vers la droite, G vers la gauche). Il comporte une pince
pouvant prendre une pièce (PP, fin quand fpp) s'il se trouve sur le tapis A (capteur y) et qu'une pièce est présente
(capteur a) (idem en z si b). Puis il retourne en x, pose la pièce (action DP, fin quand fdp) sur le plateaux supposé
en position haute (fv+). Celui-ci descend (V-, jusqu'à fv-), un second vérin pousse la pièce (P+, fin quand fp+),
puis le pousseur recule en fp-, le plateau remonte en fv+ Le tapis de sortie C est supposé toujours en mouvement.
Les tapis A et B sont commandés par des systèmes non traités ici.
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Effectuer d'abord un Grafcet linéaire comprenant une seule voie d'arrivée A. Puis l'améliorer en prévoyant les
retours des actionneurs en temps masqué (attention toutefois de ne pas endommager le pousseur). Puis prévoir
deux tapis d'alimentation A et B (en cas de pièces en a ET b, prendre celle en a). Puis prévoir une priorité
tournante (en cas de conflit, prendre la voie qui n'a pas été servie la fois précédente) attention, si plusieurs pièces
arrivent sur la même voie et aucune sur l'autre, ne pas bloquer le système. Puis modifier la règle de priorité en
donnant en cas de conflit la priorité à celui qui n'en a pas profité lors du dernier conflit.
Pour gérer la priorité tournante, remplacer la réceptivité de la deuxième
transition (notée *) par :
qui signifie : arrivé en y avec une pièce en a et soit pas de pièce en b, soit
priorité. sinon on continue et quoi qu'il arrive on s'arrête en z (le chariot
n'a pas de parachute), en rajoutant un second Grafcet définissant quelle
voie est prioritaire :
priorité voie A, retour V masqué
Chaque fois qu'une condition séquentielle (dépendant de ce qui s'est passé auparavant) intervient dans une
réceptivité, il vaut mieux ne pas compliquer le Grafcet, mais "calculer" cette condition par un petit Grafcet
annexe.
Améliorations :
a) permettre au chariot de rechercher une pièce dès qu'il a posé la précédente : séparer le problème en deux :
chariot et partie basse.Prévoir deux Grafcet différents, pouvant évoluer simultanément, mais synchronisés pour
le dépose de la pièce (par des Xi ou une ressource)
b) faire attendre le chariot en y plutôt qu'en x (pour améliorer le temps de réponse). Pour la partie basse, l'attente
se fait plateau en haut, mais ce ne peut pas être l'état initial (il risque de descendre pendant la nuit). Prendre celà
en compte :
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Les deux étapes initiales ne testent que leurs conditions initiales respectives (partie haute ou partie basse).
2 - travail à la chaîne
Soit une chaîne de remplissage de bidons d'huile. Un tapis roulant se déplaçant par saccades (cadencé par un
système supposé externe à notre Grafcet, s'arrêtant à chaque nouvel appui de la came sur le capteur av) est
alimenté manuellement (de temps en temps il manque des bidons). Trois postes sont prévus : remplissage (R),
bouchage (B) et enfoncement (E).
Un seul capteur détecte la présence d'un bidon en début de chaîne : pp. On désire faire les 3 opérations
simultanément, sauf s'il n'y a pas de bidon sous le poste. S'il vous semble obligatoire de rajouter des capteurs,
vous n'avez RIEN compris au Grafcet puisqu'il vous faut un système combinatoire (il vaut mieux alors câbler en
combinatoire chaque poste : avance tapis ET présence bidon => effectuer l'action). On suppose que le tapis est
vide lors de l'initialisation.
L'étape 1 est constamment active. La dernière transition est appelée "transition puits", mais il
était possible de la relier à l'étape 1. En fonctionnement normal, toutes les étapes du Grafcet
sont actives. Du point de vue commande, chaque opération comportera plusieurs étapes (R =
descendre l'entonnoir, ouvrir le robinet,...) dont une seule sera active à la fois). Chaque
activation représente un bidon dans le circuit.
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Cette méthode utilise au mieux le séquencement du Grafcet, on peut maintenant rajouter des capteurs, mais qui
n'auront pour fonction que de vérifier le bon fonctionnement du système. Dans tous les cas similaires, on
utilisera cette démarche : faire le Grafcet pour une pièce seule, puis le modifier pour gérer l'ensemble des pièces,
en vérifiant bien que jamais une même étape ne corresponde à 2 pièces, on décompose donc le système en
tronçons et on ne laisse entrer dans un tronçon que s'il est libre. Exemples : atelier flexible (on suit la pièce pour
chaque opération jusqu'au produit fini), montage (monter 2 pièces ensemble correspond à une convergence en
ET : de 2 étapes actives on arrive à 1), chariots filo-guidés (si un tronçon est occupé, essayer de le contourner par
une voie libre)...
3 - ressource (ou sémaphore)
Au fond du puits de mine n°i, un mineur remplit un chariot Xi. Quand il est plein (le chariot), il (le mineur)
appuie sur un bouton di. Immédiatement, le chariot se déplace dans la direction Bi jusqu'au poste de
déchargement, composé d'un tapis roulant en mouvement continu, et d'un vérin V qui retourne la benne. Si le
poste de déchargement est libre, le chariot avance jusqu'au capteur c, est déchargé puis s'en retourne en ai. Si le
poste est occupé, il attend son tour en bi. Le poste de déchargement, commun à plusieurs voies, n'est utilisable
que par une voie à la fois. On l'appelle une "ressource physique". Traiter le cas de 2 voies (pas nécessairement de
la même longueur).
Supposer que la ressource est occupée en utilisant le capteur c est IDIOT : et s'il est entre bi et c ? Et si le temps de freinage
l'a arrêté juste à côté de c ? Il faut utiliser les facilités séquentielles du Grafcet autant que possible (ne tester un capteur que
quand c'est nécessaire). Un capteur ne doit servir que comme condition de passage d'une étape à une autre, mais pas pour
vérifier un état du système qui découle du séquencement effectué (par exemple, une transition vérifie la présence d'une pièce,
aucune action ne déplace la pièce puis on re-vérifie la présence : Ce n'est sensé que si l'on prévoit dans le Grafcet ce qu'il faut
faire si la pièce a disparu). Ici, on utilise donc une étape (la ressource), qui est active quand la ressource physique est
disponible. Dès utilisation, on la désactive, pour la réactiver quand on libère la ressource physique.
On pouvait également résoudre le problème par des Grafcets séparés (un pour chaque chariot, un pour le déchargement)
synchronisés par des Xi. La seule différence est que n'ayant plus de divergence sous l'étape 3, on risque d'oublier de traiter le
cas d'arrivée simultanée en b1 et b2, cas arrivant assez rarement pour que l'on ne détecte pas le problème en phase d'essais,
mais se produira de temps en temps en fonctionnement réel sans que l'on puisse reproduire le problème lorsqu'un spécialiste
sera présent (seule solution : graphe des états accessibles).
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