Telechargé par Aicha EL KHAYATI

Cours ACS P3 22-23 (1)

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Université Sultan Moulay Slimane
Ecole Nationale des Sciences Appliquées
Béni-Mellal
Cours:
Automatique et commande des
systèmes
Pr. OULCAID
2022/2023
1
Université Sultan Moulay Slimane
Ecole Nationale des Sciences Appliquées
Béni-Mellal
Partie III
Automatique des systèmes discrets
2
Plan
1. Définition de l'automatisme
3
1. Définition de l'automatisme
Système automatisé
Un système automatisé (machine ou processus) est défini comme un système
capable de réagir automatiquement (sans intervention de l'opérateur) aux
changements survenant dans le
système
en
effectuant
les actions
appropriées pour remplir la fonction (cahier des charges) pour laquelle il
a été conçu.
Cette
figure
montre
la
Actionneurs
Processus
Capteurs
structure typique d'un système
automatisé.
Système de
contrôle
Information Consignations
Opérateur
4
1. Définition de l'automatisme
Système automatisé
Il s'agit d'un système en boucle fermée, dans
lequel
les
informations
sur
l’évolution
du
processus renvoyées par les capteurs sont
traitées
et
donnent
lieu
aux
actions
nécessaires, qui sont physiquement mises en
œuvre sur le processus au moyen d'actionneurs.
Ce système de contrôle communique éventuellement avec
l'opérateur, recevant de sa part des instructions de
fonctionnement, telles que démarrage, arrêt, modification
des caractéristiques de production, etc... et communiquant
des informations sur l'état du processus (pour la
supervision d’un fonctionnement correct).
5
1. Définition de l'automatisme
Système automatisé
Le terme « automatisme » fait référence au système complet, bien que le terme se
réfère en premier lieu au système de contrôle, puisque c'est ce dernier qui produit
automatiquement les actions sur le processus à partir des informations recueillies
par les capteurs.
6
1. Définition de l'automatisme
Système automatisé
Les signaux d'entrée et de sortie peuvent être de n'importe quel type, cependant, le
concept traditionnel d'automatisme est utilisé pour les systèmes à événements
discrets (également appelés systèmes séquentiels) dans lesquels ces signaux sont
booléen (1 ou 0).
Dans ce cas, le système de contrôle met en œuvre l'algorithme logique binaire
qui met en relation les valeurs que les entrées (1 ou 0) prennent à chaque instant
avec les valeurs que les sorties (également 1 'ou 0) doivent prendre à chaque instant
pour que le système fonctionne correctement.
7
1. Définition de l'automatisme
Système automatisé
Exemple : Chaine de palettisation
8
1. Définition de l'automatisme
Système automatisé
Exemple : Chaine de palettisation (vidéo)
9
Plan
1. Définition de l'automatisme
2. Classification technologique
10
2. Classification technologique
En fonction de la technologie utilisée pour la mise en œuvre du système de
contrôle, on peut distinguer :
1- les systèmes d'automatismes câblés
2- les systèmes d'automatismes programmés.
11
2. Classification technologique
2.1 Automatismes câblés :
Les automatismes câblés sont mis en œuvre au moyen de connexions
physiques entre les éléments constituant le système de commande (par
exemple, des contacteurs et des relais reliés entre eux par des câbles
électriques).
La structure de connexion entre les différents éléments donne lieu à la
fonction logique qui détermine les signaux de sortie en fonction des signaux
d'entrée. On peut distinguer trois technologies différentes :
• Électrique (relais ou contacteurs).
• Électronique statique (portes
logiques et bascules).
• Fluidique (pneumatique ou
hydraulique).
12
2. Classification technologique
2.1 Automatismes câblés :
Les principaux inconvénients des automatismes câblés sont :
•
•
•
•
Ils prennent beaucoup d’espace.
Ils ne sont pas très flexibles; la modification ou l'extension est difficile.
Ils ne permettent que des fonctions logiques simples.
Ils ne sont pas adaptés à la mise en œuvre de fonctions de contrôle ou de
communication complexes et avancées.
Les avantages des automatismes câblés sont :
•
•
•
•
Ils peuvent être très robustes.
Faible coût pour des systèmes très simples.
Il s'agit d'une technologie facile à comprendre pour tout opérateur.
Obligatoire pour l’arrêt d’urgence et de la sécurité
En général, les automatismes câblés ne sont utiles que pour
résoudre des problèmes très simples (par exemple, le démarrage
d'un moteur inductif).
13
2. Classification technologique
2.2 Automatismes programmés :
Ils sont mis en œuvre au moyen d'un programme exécuté sur un microprocesseur. Les
instructions de ce programme déterminent la fonction logique qui relie les entrées et
les sorties. On peut distinguer trois formes de mise en œuvre :
Automate programmable industriel (API) : C'est
actuellement le plus utilisée dans l'industrie. C'est un
équipement électronique programmable dans un langage
spécifique, conçu pour contrôler des processus séquentiels
en temps réel et dans un environnement industriel. Ils
sont utilisés pour le contrôle des machines et des
processus.
Ordinateur (PC) industriel : De plus en plus utilisé. Il
s'agit d'ordinateurs compatibles avec les PC de bureau en
termes de logiciels, mais leur matériel est spécialement
conçu pour être robuste dans les environnements
industriels.
Microcontrôleurs : Pour les utiliser, on conçoit normalement
une carte électronique spécifique à l'application, qui comprend
le microcontrôleur lui-même et les circuits d'interface
nécessaires pour se connecter aux capteurs et aux actionneurs.
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2. Classification technologique
2.2 Automatismes programmés :
Les avantages les plus importants des automatismes programmés sont :
• Ils permettent une grande flexibilité pour les modifications ou les extensions.
• Ils permettent la mise en œuvre de fonctions de contrôle et de communication
complexes et avancées.
• Ils prennent peu de place.
Les inconvénients par rapport aux systèmes câblés sont principalement :
• Un coût élevé (si le système est très simple),
• Robustesse inférieure par rapport à la solution câblée;
• Grande complexité technologique (architecture, normes, programmation…).
Cependant, ces inconvénients sont de moins en moins importants, car:
• le coût est continuellement réduit,
• des équipements de plus en plus robustes,
• les systèmes de programmation sont de plus en plus simples.
En résumé, la technologie programmée (et en particulier les
automates programmables) est supérieure à la technologie câblée,
sauf pour les automatismes extrêmement simples.
15
Plan
1. Définition de l'automatisme
2. Classification technologique
3. Représentation des automatismes
16
3. Représentation des automatismes
La fonction logique mise en œuvre par un système automatisé peut être
représentée
de
différentes
manières.
Les
deux
représentations
traditionnelles sont :
• la logique (schéma) à contact
• les portes logiques
elles permettent de représenter des fonctions logiques simples.
Il existe d'autres formes de représentation de l'automatisme qui se situent à
un niveau supérieur. Ils servent à définir fonctionnellement une
automatisation
séquentielle
complète.
Il
s'agit
notamment
des
diagrammes de flux et du GRAFCET.
17
3. Représentation des automatismes
3.1 Logique (schéma) à contact
Les variables binaires sont représentées par des contacts qui
sont soit fermés soit ouverts selon que la variable en question est
active (1) ou inactive (0).
La combinaison (connexion) de contacts en série et en parallèle
permet de représenter une fonction logique.
Par exemple, la figure ci-contre représente la fonction logique y =
a.b+c.
24 V
0V
Si a et b sont actifs, les contacts sont fermés, et la sortie (bobine
du relais) y est soumise à 24 V, ce qui l'active.
Il en va de même si c est actif.
La plupart des systèmes automatisés sont programmés, mais
c'est encore une façon très répondues pour représenter les
équations logiques des systèmes d'automatisation.
La représentation par contact utilise généralement les symboles de
la figure ci-contre, à la place des interrupteurs.
18
3. Représentation des automatismes
3.2 Portes logiques :
La fonction logique est représentée par des portes logiques
(portes AND, OR, NAND, NOR…). Par exemple, la figure cicontre représente la fonction logique : y = a.b+c.
C'est la représentation utilisée lorsque l'automatisme est
mis en œuvre avec des circuits de l’électronique
numérique.
3.3 Diagramme de flux :
Départ
Bouton
poussoir M
activé ?
Il s'agit d'une représentation de (haut) niveau supérieur aux
deux précédentes.
Elle consiste en un diagramme comportant deux types
d'éléments, les nœuds de décision (losanges) et les nœuds
d'action ou de traitement (rectangles).
Exemple : le diagramme de flux d'un démarrage étoile-triangle
d’un moteur asynchrone :
Non
Oui
Connecter en étoile.
Démarrer la Temporisation
Temporisation
Terminée ?
Non
Connecter en triangle
Bouton
poussoir P
activé ?
Oui
Arrêter le moteur
19
Non
3. Représentation des automatismes
3.4 GRAFCET :
Le GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande
des Étapes et Transitions) est aussi une
représentation de haut niveau, également
appelée diagramme étape-transition.
Dans
cette
représentation,
des
carrés
représentent les étapes de l'entraînement et les
transitions se trouvent entre elles.
L'exemple précédent du démarrage du moteur
peut être représenté par le GRAFCET ci-contre :
Moteur déconnecté
M actif
Démarrer la temporisation
Connecter en étoile
Fin de la temporisation
Connecter en triangle
P actif
Remarque:
• Les représentations de haut niveau de l'automatisme sont très utiles pour
expliquer le fonctionnement du processus et pour faciliter la conception.
Cependant, l'implémentation finale se fait souvent avec la représentation à
contact, il est donc nécessaire de traduire ces diagrammes dans cette forme de
représentation bas niveau.
• Certains APIs (de siemens par exemple) peuvent être programmés à l'aide du
GRAFCET, et la traduction dans le langage de bas niveau se fait automatiquement
et de manière transparente pour l'utilisateur.
20
Plan
1. Définition de l'automatisme
2. Classification technologique
3. Représentation des automatismes
4. Automatismes combinatoires et séquentiels
21
4. Automatismes combinatoires et séquentiels
4.1 Automatisme combinatoire :
C’est un automatisme dans lequel la valeur des sorties à un instant donné ne
dépend que de l'état des entrées à cet instant (et non des valeurs passées).
Les méthodes de conception de ces automatismes sont celles de l'électronique
(numérique) combinatoire : tables de vérité et méthodes de simplification
(Karnaugh).
Ces automatismes sont très limités et servent rarement à résoudre, seuls, les
véritables problèmes d'automatisation.
4.2 Automatisme séquentiel :
Sorties
Il existe des méthodes (ex FPGA + VHDL)
en électronique numérique pour concevoir
des circuits permettant de mettre en
œuvre de tels automatismes.
Entrées
C’est un automatisme dans lequel la valeur des sorties à un instant donné
dépend de la valeur des entrées non seulement à l'instant présent, mais aussi de la
valeur qu'elles ont prise aux instants précédents, c'est-à-dire que les sorties
actuelles dépendent de l'histoire du processus.
Circuit
combinatoire
bascules
Circuit séquentiel
22
Plan
1. Définition de l'automatisme
2. Classification technologique
3. Représentation des automatismes
4. Automatismes combinatoires et séquentiels
5. Description technologique de l'automatisme
23
5. Description technologique de l'automatisme
La description technologique du système automatisé est l'ensemble des éléments
physiques qui le composent.
Ces éléments sont notamment les capteurs, les actionneurs et le système de commande
illustrés dans la figure ci-dessous :
Matière
d’œuvre
Matière
d’œuvre
+
Valeur
ajoutée
Déplacement
Découpage
Chauffage
Déformation
Stockage
Perçage
24
…
5. Description technologique de l'automatisme
5.1 Les capteurs
Les capteurs sont les éléments qui permettent d'obtenir des informations sur ce
qui se passe dans le processus. On peut distinguer principalement deux types
de capteurs en fonction des informations qu'ils fournissent :
a - Détecteurs : Ce sont des capteurs qui fournissent une sortie binaire. Les
plus fréquemment utilisés dans les systèmes d'automatisation sont les
détecteurs de proximité, qui détectent la présence d'un objet, bien que les
détecteurs de niveau, de température ou de pression soient également courants.
Exemples :
Détecteur
photoélectrique
Détecteur de proximité
capacitif
Détecteur de proximité inductif
Interrupteur de fin de course
(mécanique).
25
5. Description technologique de l'automatisme
5.1 Les capteurs
b - Capteurs qui fournissent une sortie continue proportionnelle à une quantité
physique. Cette sortie peut être analogique (en tension ou en courant) ou numérique
(codée en binaire, ou sous forme d'impulsions).
Ces capteurs sont utilisés dans les systèmes de contrôle continu (tels que PID), dans
lesquels une variable continue est contrôlée. Ils sont également courants dans
l'automatisation séquentielle, où la valeur continue est utilisée pour obtenir une
valeur binaire par comparaison avec une limite donnée (la température est
supérieure ou inférieure à 70°, par exemple).
Capteur de pression
Capteur de débit
Les codeurs numériques : Les codeurs (incrémentaux et
absolus) sont également des capteurs destinés à des applications
de contrôle de déplacement et de positionnement d’un mobile par
codage.
Capteur de température
26
5. Description technologique de l'automatisme
5.2 Les actionneurs
Un actionneur est un dispositif capable de transformer l’énergie en action afin
d’apporter un effet (valeur ajoutée) sur le processus automatisé (plus
précisément sur la matière d’œuvre). Ils peuvent être :
• pneumatiques,
• Hydrauliques,
• électriques.
5.3 Les pré-actionneurs
Dans les trois cas, une distinction est faite entre les pré-actionneurs et les
actionneurs.
Les pré-actionneurs pneumatiques et hydrauliques sont des distributeurs,
tandis que les actionneurs sont principalement des vérins.
Les pré-actionneurs électriques peuvent être des relais ou des contacteurs, ou
des équipements plus complexes tels que des variateurs de vitesse, tandis que les
actionneurs électriques par excellence sont des machines électriques.
27
5. Description technologique de l'automatisme
5.4 Exemple de (Pré)actionneurs dans un schéma de distribution
pneumatique :
Vérin double effet
11C
Vérin double effet
12C
Conversion
de l’énergie
(Actionneur)
Réducteur
de débit
Distributeur
Distribution
de l’énergie
(Pré-actionneur)
Electrovanne
générale
Réseau d’air
comprimé
Filtre
Production de
l’énergie
Alimentation en
énergie
Régulateur
Lubrificateur
Adaptation de
l’énergie
28
5. Description technologique de l'automatisme
5.4 Exemple de (Pré)actionneurs dans un schéma de distribution
pneumatique :
Dans le schéma précédent, on trouve principalement :
Les actionneurs :
Les actionneurs pneumatiques par excellence sont des
vérins. Ils sont mis en mouvement par l'action de la
pression de l'air agissant sur un côté du piston. Il
existe des vérins double effet (les plus courants) et des
vérins simple effet :
Les vérins à double effet : peuvent appliquer
une force dans les deux sens, selon que l'un ou
l'autre côté du piston est sous pression.
Les vérins à simple effet : ne peuvent exercer
une force que dans une seule direction. Ils
comportent un ressort qui ramène le piston à
sa position de repos lorsque la force de l'air est
relâchée.
29
5. Description technologique de l'automatisme
5.4 Exemple de (Pré)actionneurs dans un schéma de distribution
pneumatique :
Les pré-actionneurs :
Pour actionner les vérins, il est nécessaire de mettre sous pression une partie du
piston et d'évacuer l'air de l'autre partie. Ceci est généralement réalisé au moyen
de distributeurs, qui sont des pré-actionneurs pneumatiques.
Les distributeurs se caractérisent par le nombre d’orifices et le nombre de
postions.
• Le nombre d’orifices est le nombre de canaux qui peuvent être connectées au
vérin.
• Le nombre de positions représente les différentes positions que peut prendre le
tiroir (l'élément mobile qui provoque l'ouverture ou la fermeture du
distributeur).
Distributeur 4/2
30
5. Description technologique de l'automatisme
5.4 Exemple de (Pré)actionneurs dans un schéma de distribution
pneumatique :
Exemple de Fonctionnement Vérin/distributeur
* Vérin simple effet + Distributeur 2/2
* Vérin double effet + Distributeur 4/2
31
5. Description technologique de l'automatisme
5.5 Exemple de (Pré)actionneurs dans un schéma de distribution
électrique :
Réseau électrique triphasé
Alimentation en
énergie
et
Protection contre les
court-circuits
-Q1
Sectionneur porte-fusible
Contacteur d’armement général
-KMG
Distribution de
l’énergie
(pré-actionneur)
Protection contre
les surcharges
Conversion de
l’énergie
(Actionneur)
-KMEM
Montée
-F1
-KMEM
Descente
Contacteur inverseur KME
Relai thermique
Moteur électrique 3-phasé
32
5. Description technologique de l'automatisme
5.5 Exemple de (Pré)actionneurs dans un schéma de distribution électrique :
Dans le schéma précédent, on trouve principalement :
Les actionneurs
Les actionneurs électriques par excellence sont les moteurs électriques. Les
moteurs électriques les plus couramment utilisés dans les automatismes sont les
suivants :
•
•
Moteurs à induction : Ce sont les plus économiques. Ils
sont principalement utilisés pour les applications où la
vitesse (et non la position) est contrôlée.
Les applications typiques sont les convoyeurs à bande, les
ventilateurs, les pompes, les compresseurs, etc.
Moteurs à aimant permanent : Ils ont de très bonnes
caractéristiques couple/vitesse et sont principalement
utilisés dans les applications de contrôle de position
(pour le contrôle de vitesse, ils fonctionnent également
bien, mais les moteurs à induction sont moins chers).
33
5. Description technologique de l'automatisme
5.5 Exemple de (Pré)actionneurs dans un schéma de distribution
électrique :
Les actionneurs :
•
Moteurs pas à pas : ce sont des moteurs qui avancent par
incréments angulaires. Ils sont principalement utilisés pour
contrôler la position et la vitesse dans les applications où le
couple est faible et les accélérations élevées ne sont pas
nécessaires.
Ces moteurs sont de moins en moins utilisés, car ils sont
remplacés par des moteurs à induction avec variateurs de
vitesse (pour le contrôle de la vitesse), et par des moteurs à
aimant permanent (pour le contrôle de la position).
Les résistances chauffantes sont également des actionneurs
électriques et sont principalement utilisés dans les systèmes
thermiques pour le chauffage (par exemple, les fours).
34
5. Description technologique de l'automatisme
5.5 Exemple de (Pré)actionneurs dans un schéma de distribution
électrique :
Les pré-actionneur :
Les pré-actionneurs électriques par excellence ont toujours été les
contacteurs et les relais. Lorsque la bobine de commande de ces éléments
est alimentée, les contacts se ferment (si NO) ou s’ouvre (si NF), ce qui permet
de démarrer ou d’arrêter des moteurs de différents types.
• Les relais : un relais peut être utilisé pour
démarrer ou arrêter un moteur à courant
continu ou une résistance chauffante.
• Les contacteurs : Un contacteur triphasé
permet démarrer ou d’arrêter directement
un moteur à induction ou trois résistances
chauffantes.
35
5. Description technologique de l'automatisme
5.5 Exemple de (Pré)actionneurs dans un schéma de distribution
électrique :
Les pré-actionneur :
Néanmoins, le développement des équipements électroniques de puissance a augmenté le
nombre de ce que l'on considère comme des pré-actionneurs électriques, ainsi que leurs
fonctions intégrées, on cite par exemple :
•
Démarreur statique : Dans de nombreuses situations
pratiques, il est souhaitable de limiter le courant de
démarrage du moteur à induction. À cette fin, on peut utiliser
un démarreur statique, qui augmente progressivement la
tension appliquée au moteur au fur et à mesure de son
accélération.
•
Variateur de vitesse (fréquence) : Il s'agit d'un équipement
électronique de puissance qui permet d'entraîner un moteur à
induction avec un signal de fréquence triphasé programmable. De
cette façon, la vitesse du moteur peut être modifiée à volonté.
WEG
SSW7000
Altivar 312
•
Équipement de contrôle des autres types de moteurs: moteurs à CC, moteurs pas-à-pas
…
36
5. Description technologique de l'automatisme
La réalisation d’un automatisme repose sur la donnée de 2 schémas qui s’imbriquent :
•Le schéma de puissance : qui correspond aux câblages des chaînes d’actions de
l’automatisme.
•Le schéma de commande : qui correspond au câblage de la partie commande, du
raccordement aux E/S d’automates, à la logique câblée…
Exemple : Démarrage
d'un moteur asynchrone
avec 2 sens de marche :
37
Plan
1. Définition de l'automatisme
2. Classification technologique
3. Représentation des automatismes
4. Automatismes combinatoires et séquentiels
5. Description technologique de l'automatisme
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
38
6. Modélisation des systèmes
À évènements discrets par GRAFCET
6.1 Systèmes à événements discrets
Un système à événements discrets est défini comme un système
dynamique qui évolue entre un nombre fini d'états discrets et dont le
passage d'un état à un autre dépend de la valeur de certaines variables
binaires.
Exemple :
Machine de remplissage de bouteilles :
Il y a 2 signaux donnés par 2 capteurs. Le signal
A vaut 1 en présence d’une bouteille, 0 sinon. Le
signal B est égal à 1 si le liquide remplissant la
bouteille a atteint le niveau maximum et à 0
sinon.
Il y a également 2 autres signaux. Lorsque M
est à 1, le moteur démarre, et lorsqu'il est à 0, il
s'arrête. Lorsque V est à 1, l'électrovanne
s'ouvre, commençant à remplir la bouteille, et se
ferme lorsque V = 0.
logique de
contrôle
39
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.2 Modélisation du diagramme d'état
Dans ce système à événements discrets, on
distingue 3 états :
• la bouteille s'approche,
• la bouteille se remplit,
• la bouteille pleine s'éloigne.
logique de
contrôle
Le passage d'un état à l'autre se produit en
fonction des valeurs des variables binaires A
et B. Le diagramme d'état est comme suit :
Le contrôleur logique a un certain nombre de variables d'entrée qui déterminent
la transition d'un état du contrôleur à l'autre.
Les changements dans ces variables sont les événements discrets qui font
évoluer le contrôleur.
Les conditions logiques qui produisent la transition d'un état à l'autre sont
appelées conditions de transition.
Lorsque le contrôleur est dans un état, il active la ou les sorties associées à cet
40
état.
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.3 Le GRAFCET
Action
Le
GRAFCET
est
un
diagramme
fonctionnel dont le but est de décrire sous
forme
graphique
des
automatismes
séquentiels.
Moteur déconnecté
M actif
Il est défini par des éléments graphiques
et des règles d'évolution qui reflètent la
dynamique du comportement du système.
Démarrer la temporisation
Connecter en étoile
Fin de la temporisation
Connecter en triangle
Tous les automatismes séquentiels peuvent
être structurés en une série d'étapes qui
représentent des états du système dans
lesquels une ou plusieurs actions sont
réalisées, ainsi que des transitions
associées aux conditions à remplir pour
passer d'une étape à une autre.
P actif
Réceptivité
Transition
Etape
41
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.4 Niveaux de description :
Un Grafcet peut être réalisé en 3 niveaux :
Niveau 1 (Fonctionnel) : Il décrit les opérations à
effectuer, sans mentionner la technologie des
capteurs ou des actionneurs.
Niveau 2 (Technologique) : décrit les opérations à
effectuer, en détaillant les variables qui sont activées
et lues à partir du processus (capteurs et
actionneurs).
Lancement de déplacement
Déplacer la pièce
Pièce détectée
Bouton S1
Sortir tige Vérin V1
Capteur C1
%I2.0
Niveau 3 (Opérationnel) : Ce niveau décrit les
variables de l'automate programmable qui activent
ou lisent les variables externes.
%Q3.4
%I2.5
En général, les niveaux 1 et 2 seraient suffisants, puisque le logiciel de
programmation de l'automate permet de nommer les variables de l'automate avec
des noms qui décrivent les capteurs et les actionneurs correspondants.
42
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.5 Éléments du GRAFCET
Étape
Étape : Elle est représentée par un
carré. Elle peut être active (marquée par
un point) ou inactive.
L'ensemble des étapes actives définit
l'état du système.
Moteur déconnecté
M actif
Démarrer la temporisation
Connecter en étoile
Fin de la temporisation
Connecter en triangle
P actif
Différents types d'étapes peuvent être rencontrés dans un GRAFCET :
43
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.5 Éléments du GRAFCET
Étape initiale :
•
Quelques étapes sont actives au début du
fonctionnement du système automatisé. Il s'agit
des étapes initiales.
•
Elles sont représentées par un double carré.
•
Un GRAFCET peut comporter plusieurs étapes
initiales.
•
Étape initiale
Moteur déconnecté
M actif
Démarrer la temporisation
Connecter en étoile
Fin de la temporisation
Il est possible de placer ces étapes à n'importe
quel endroit du GRAFCET.
Connecter en triangle
P actif
•
Si le GRAFCET ne comporte qu'une seule étape
initiale, il est préférable de la placer en haut
afin de faciliter la lecture.
•
Il peut également y avoir une étape initiale
source (elle n’est pas reliée à une transition en
amont) dans un GRAFCET.
Étape initiale source
44
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.5 Éléments du GRAFCET
Macro-étape M2
Macro-étape :
•
C'est une représentation unique d'une
partie détaillée (séquence d'étapes et de
transitions)
du
GRAFCET
appelée
expansion de la macro-étape.
•
L'expansion agit comme un zoom sur la
partie détaillée.
•
Une macro-étape est active si au moins
une des étapes de l'expansion est active.
•
Elle ne peut être appelée qu'une seule
fois par cycle.
•
Dans un Grafcet, il peut y avoir plusieurs
macro-étapes.
• La macro-étape a pour but de rendre
le Grafcet plus lisible
•
•
•
Étape d’entrée
Expansion de la Macroétape
V+
V-
Étape de sortie
Le franchissement de la transition (1) active l’étape E2.
La transition (2) ne sera validée que lorsque l’étape S2 sera active.
Le franchissement de la transition (2) désactive l’étape S2. 45
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.5 Éléments du GRAFCET
Tâche :
•
Si nous avons besoin de
répéter une tâche plusieurs
fois dans un cycle, la mise en
place de cette tâche sous forme
d'un grafcet indépendant est
très utile; en effet, elle permet
de simplifier l'analyse et de
simplifier la programmation.
•
Ce grafcet indépendant est un
sous-programme lancé par le
programme
(le
grafcet)
principal.
Commentaires
Programme (GRAFCET) principal
Sous programme
Net
47
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.5 Éléments du GRAFCET
Action continue :
Moteur déconnecté
• Elle est représentée par un rectangle
associé à l’étape.
• L'action
consiste
normalement
l'activation d'une sortie.
Action
Étape initiale
M actif
Démarrer la temporisation
Connecter en étoile
en
Fin de la temporisation
Connecter en triangle
• La sortie donnée est activée tant que l'étape
est active.
• Plusieurs (ou aucune) actions peuvent se
produire en même temps.
P actif
Transition
Réceptivité
Étape active
48
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.5 Éléments du GRAFCET
Action conditionnelle C :
Une action peut être conditionnée par une
variable. Dans ce cas, elle est représentée par
une ligne perpendiculaire qui inclut la
variable supplémentaire qui doit être vraie
pour que la sortie soit activée :
cond
3
A
C
4s
Elle est activée quelque temps t1 (t1=4s dans
l’exemple) après l'activation de l’étape :
8
4s
D
A=t1/X8/D.X8
4s/X8
A
A
8
Action limitée L :
1s/X2
2
X8
A
D
t/4s/X8
Elle est activée dès que l’étape est activée,
mais n'est actif que pour une durée limitée t1
(1s dans l’exemple).
cond
A
Action retardée D :
8
X3
L
A
1s /X2
X2
L
A=t1/X2/L.X2
N.B :
t1/X/t2 n'est égale à 1 qu'après un temps t1 depuis l'occurrence ↑X (front montant de
l’activation de létape X) et n'est égale à 0 qu'après un temps t2 depuis l'occurrence ↓X.
49
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.5 Éléments du GRAFCET
Action mémorisée :
Le maintien d'une action, sur la durée d'activation de plusieurs étapes
consécutives, peut être obtenu par la mémorisation de l'action, obtenue par
l'utilisation d'une fonction auxiliaire appelée fonction mémoire.
Ven
50
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.5 Éléments du GRAFCET
Action impulsionnelle P :
Normalement, l'action est exécutée (la sortie reste active) pendant que l’étape est active.
Cependant, il peut y avoir des actions impulsionnelles, qui ne sont exécutées qu'une
seule fois lorsque l’étape est activée. La façon d'indiquer une action d'impulsion est
d'inclure une flèche vers le haut à gauche du rectangle. Les actions impulsionnelles
peuvent inclure :
• La mise à 1 d’une variable (Set ou mise à 1 ou =1). Cette variable reste à 1 jusqu'à ce
qu'une autre action impulsionnelle la remette à 0 (Reset).
• La mise à 0 d’une variable (Reset ou remise à 0 ou =0). Cette variable reste à 0
jusqu'à ce qu'une autre action impulsionnelle la remette à 1 (Set).
• Incrémenter un compteur.
• Décrémenter un compteur.
• Tout événement qui implique l'exécution d'une routine de programme, comme
envoyer un message, effectuer un calcul, donner une valeur à une variable, etc.
Exemple :
P
A=1
A=1
Ou
P
Compt =compt +1
Compt =compt +1
51
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.5 Éléments du GRAFCET
Transition et réceptivité :
Une transition est représentée par une ligne horizontale. Elle est toujours
située entre deux étapes. Elle a une réceptivité associée, qui peut être
une condition logique de niveau ou de front.
Lorsqu'il s'agit d'une condition de front, elle est représentée par une flèche
à côté de la condition (↑ pour un front montant, ↓ pour un front
descendant).
Liaison :
Une ligne reliant une transition à une
étape et vice versa.
Le sens est toujours du haut en bas.
Lorsque le sens est inverse (de bas en
haut), il est indiqué par une flèche.
Liaison
Transition
1
1
2
↑C
2
Réceptivité
(Front montant)
52
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.6 Règles d'évolution d'un GRAFCET :
R1 : Initialisation Lors de l'initialisation du système, seules les étapes initiales
(marquées par un double carré) doivent être activées.
R2 : Franchissement des transitions Une transition est validée si toutes les étapes
immédiatement précédentes sont actives. Le franchissement d'une transition se produit
lorsque la transition est validée et seulement si la réceptivité associée est vraie.
R3 : Évolution des étapes Lorsqu'une transition est franchie, toutes les étapes
immédiatement précédentes sont désactivées et simultanément toutes les étapes
immédiatement suivantes sont activées.
On note également cette
transition : (T2/3)
53
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.6 Règles d'évolution d'un GRAFCET :
R4 : Franchissement simultané
Si deux transitions sont franchies simultanément, l’activations et désactivation
des étapes se produisent simultanément
R5 : Priorité de l'activation (conflit d’activation)
Si, lors du franchissement d'une transition, une étape doit être activée et
désactivée en même temps, elle doit rester active.
Exemple :
Dans l'exemple de la figure ci-contre, si la réceptivité b est
vraie, il est nécessaire de revenir à l'étape 2. Dans ce cas,
l’étape 2 doit être désactivée (Xn-1) et activée (Xn)
simultanément.
Dans cet exemple, si la règle de "priorité d'activation" n'est
pas satisfaite, le grafcet sera laissé sans étape active.
54
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.6 Règles d'évolution d'un GRAFCET :
Évolution fugace et non fugace :
Evolution non fugace : c'est le cas général, l'événement d'entrée ne provoque qu'un
seul pas d'évolution (franchissement simultané d'une ou plusieurs transitions). L'état
obtenu est stable.
Evolution fugace : dans certain cas, l'application des règles d'évolution peut conduire
à franchir successivement des transitions (en plusieurs pas d'évolution) si les
réceptivités associées aux transitions postérieures sont déjà vraies lors du
franchissement.
L'évolution correspondante, dite fugace, correspond à une succession d'états instables,
durant lesquels les étapes instables ne sont pas activées. On dit qu'elles ont été
virtuellement activées et désactivées, de même que les transitions associées ont été
virtuellement franchies.
Conséquence importante : lors d'une évolution fugace, les actions associées aux
étapes virtuellement activées ne sont pas commandées (l'assignation sur état n'a pas
lieu). Seules les actions mémorisées seront prises en compte.
55
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.6 Règles d'évolution d'un GRAFCET :
Évolution fugace et non fugace :
Exemple d’évolution fugace pour
action continue associée à une étape
instable :
Situation antérieure : étape 11 active, a=0, b=1 et c=0
Interprétation intuitive de l'évolution : Le
changement de valeur de « a » provoque le
franchissement de la transition (1) et l'activation
virtuelle de l'étape 12, la transition (2) est ensuite
virtuellement franchie, car b=1, pour aboutir à la
situation postérieure : étape 13 active.
Interprétation vraie de l'évolution (pour une action continu) : Le changement de
valeur de « a » conduit directement à la situation postérieure : étape 13 active. La situation
antérieure (étape 11 active) et la situation postérieure (étape 13 active) assignent la valeur
0 à la variable de sortie KM1. L'étape instable 12 n'étant pas réellement activée,
l'assignation à la valeur 1 de KM1 n'est pas effective au cours de cette évolution fugace.
NB : dans le cas d’action mémorisée, l'affectation de la valeur 1 à la variable de sortie
KM1 sera effective car elle est la conséquence de l'activation virtuelle de l'étape 12. 56
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.7 Les structures de base
La séquence :
C’est une succession alternée d'étapes et de transitions. Elle
représente une série d'opérations séquentielles. Une séquence est dite
active si l'une de ses étapes est active.
Dans une séquence, il est possible de joindre des étapes avec des
transitions et vice versa, mais jamais des éléments identiques.
Divergence / convergence en OU (aiguillage) :
Représente une séparation dans laquelle, selon la condition, une séquence ou l’autre est
activée.
Remarque : Pour éviter les confusions,
on adopte généralement des séquences
exclusives (elles ne sont jamais activées
simultanément).
Divergence en OU
Exemple :
Convergence en OU
Remarque : T(0/1) est prioritaire
57
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.7 Les structures de base
Divergence / convergence en ET (Parallélisme) :
Il s’agit du cas où plusieurs étapes indépendantes pouvant s’activer en parallèle.
Le début d'une divergence en ET et la fin d'une convergence en ET d'un parallélisme
structurel sont représentés par deux traits parallèles.
Remarque : les étapes
vides 32 et 41 (étapes
d’attente)
permettent
d'éviter le cas où l'action C
se poursuit lorsque a est
vraie et que b ne l'est pas
encore ou la poursuite de
l'action D lorsque b est
vraie et que a ne l'est pas
encore.
Étapes vides
NB :
• Après une divergence en OU, on trouve une convergence en OU.
• Après une divergence en ET, on trouve une convergence en ET.
58
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.7 Les structures de base
Liaison entre grafcets : Une étape dans un grafcet peut
servir comme réceptivité à une autre étape d'un autre grafcet.
Cette méthode est utilisée aussi pour synchroniser deux grafcets
c'est à dire rendre l'évolution de l'un dépendante de l'évolution de
l'autre.
pro
con
X5
Forçage et figeage :
•
L'ordre de forçage de situation émis par un grafcet hiérarchiquement supérieur permet
de modifier la situation courante d'un grafcet hiérarchiquement inférieur, sans qu'il y
ait franchissement de transition.
•
L'ordre de forçage est un ordre prioritaire sur toutes les conditions d'évolution et a
pour effet d'activer la ou les étapes correspondant à la situation forcée et de désactiver
les autres étapes du grafcet forcé.
•
L'ordre de forçage est représenté dans un double rectangle associé à l'étape pour le
différencier d'une action.
59
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.7 Les structures de base
Forçage et figeage :
Lorsque l'étape 2 est active, le (sous)grafcet nommé GPN est forcé dans
la situation caractérisée par l'activation de l'étape 10 (l'étape 10 est
activée et les autres étapes sont désactivées).
Lorsque l'étape 20 est active, le (sous)grafcet nommé GC est forcé dans
la situation caractérisée par l'activation des étapes 30 et 35 (les
étapes 30 et 35 sont activées et les autres étapes sont désactivées).
Lorsque l'étape 25 est active, le (sous)grafcet nommé GPN est forcé
dans la situation où il se trouve à l'instant du forçage. On appelle
également cet ordre « figeage ».
Lorsque l'étape 22 est active, le (sous)grafcet nommé GPN est forcé
dans la situation vide. Dans ce cas aucune de ses étapes n'est active.
Lorsque l'étape 34 est active, le (sous)grafcet nommé G4 est forcé
dans la situation dans laquelle seules les étapes initiales sont
actives.
60
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.8 - Mise en équation d'un grafcet :
Rappel : Pour qu'une étape soit activée, il faut que :
•L'étape immédiatement précédente soit active ;
•La réceptivité immédiatement précédente soit vraie ;
•L'étape immédiatement suivante soit inactive ;
•Après activation l'étape mémorise son état.
61
6. Modélisation des Sys à ÉDs par GRAFCET
6.9 – Exemple d’élaboration de grafcet :
Soit le vérin de la figure ci-contre.
Au départ, on suppose que le vérin est dans la position la
plus à gauche. En appuyant sur P, on le déplace vers la
droite jusqu'à ce que le détecteur C soit activé, puis on le
ramène vers la gauche. Appuyer sur Q devrait faire la
même chose, mais en attendant 1 seconde avant de
commencer à bouger, et en se déplaçant vers D au lieu
de C. P est prioritaire sur Q.
Pour déplacer le vérin, les distributeurs A pour avancer
et R reculer sont actionnées.
G
C
D
Une solution possible :
G
G
62
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