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ISIM GabèS API et Supervision industrielle a.U. 2011/2012 LaSCMI3 S. MARAOUI Page 1 Chapitre 2 Programmation des API 1. Introduction Les langages de programmation utilisée pour les API ont évolué depuis l’introduction des automates à la fin des années 60. Actuellement la norme CEI 61131-3 (la partie 3 sur 8 de la norme noté précédemment 1131, apparu en 1993 et en deuxième édition en 2003 et spécifiant les langages de programmation), spécifie 5 langages qui sont : langages graphiques : o langage LADDER (à relais), LD o Boîtes fonctionnelle, ou Functional Block Diagram (FBD). Langages textuel : o Texte structuré (ST) o Liste d’instructions(IL) Diagramme de fonctions séquentielles (Sequential Chart function, SFC) : o Version graphique (proche du grafcet) o Version textuelle. Le cycle de fonctionnement d’un automate peut être simplifié comme suit : Lecture des entrées et sauvegarde en mémoire Lecture des entrées de la mémoire, exécution des instructions du programme et mémorisations des sorties Mise à jour des sorties

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Chapitre 2

Programmation des API

1. Introduction Les langages de programmation utilisée pour les API ont évolué depuis l’introduction des automates à la fin des années 60. Actuellement la norme CEI 61131-3 (la partie 3 sur 8 de la norme noté précédemment 1131, apparu en 1993 et en deuxième édition en 2003 et spécifiant les langages de programmation), spécifie 5 langages qui sont :

• langages graphiques : o langage LADDER (à relais), LD o Boîtes fonctionnelle, ou Functional Block Diagram (FBD).

• Langages textuel : o Texte structuré (ST) o Liste d’instructions(IL)

• Diagramme de fonctions séquentielles (Sequential Chart function, SFC) : o Version graphique (proche du grafcet) o Version textuelle.

Le cycle de fonctionnement d’un automate peut être simplifié comme suit :

Lecture des entrées et sauvegarde en mémoire

Lecture des entrées de la mémoire, exécution des

instructions du programme et

mémorisations des sorties

Mise à jour des sorties

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Le temps d’un cycle dépend de la taille du programme à exécuté et la vitesse du processeur avec une moyenne de 2-5ms/K de programme. Le scan du programme limite les vitesses (fréquences) des signaux auxquels un api peut réagir. La figure suivante illustre le cas où l’automate compte le nombre d’impulsions d’un signal : le premier est moins rapide que la vitesse de scan du programme, le comptage est correct. Le deuxième signal est plus rapide et l’automate peut rater quelques impulsions. Le troisième est encore plus rapide et l’automate peut rater plusieurs impulsions. Pour que la lecture des entrées se fait correctement, théoriquement il faut que le temps d’une impulsion en entrée dure plus que 1/(2*période de scan). Par exemple si le temps de scan est de 20ms, l’automate peut lire des impulsions d’une largeur de 1/(2*0.01)=0.02s soit une fréquence de 50Hz. En pratique, d’autres facteurs, tel que le filtrage sur les entrées, ont un effet considérable sur la vitesse de lecture et doivent être pris en compte.

Un autre problème moins évident peut apparaitre lorsque le changement d’une entrée parvient juste après sa lecture, ce qui va retarder l’activation (ou désactivation) de la sortie concernée un cycle (voir figure)

Entrée processus

Sortie processus

Scan du programme

Lecture de l’entrée

Mise à jour de la sortie

Entrée processus

Sortie processus

Scan du programme

Lecture de l’entrée

Mise à jour de la sortie

Scan du programme

Par exemple considérant un processus ou la matière d’ouvre est déplacée avec la vitesse de 15m/s (par exemple barre de fer de construction), et qui doit être découpé sous la commande d’un api avec un temps de scan de 30ms, après un signal d’une photocellule. La marge d’erreur est donc de 15000*0.03=450mm.

Les constructeurs peuvent proposer des cartes spéciales (avec leur propre *P) pour traiter ces signaux rapides.

Signal 1

Signal 2

Signal 3

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2. Identification des entrées/sorties et bit d’adresses :

2.1. Rangés, cartes et signaux Le programme d’API concerne les connections avec le processus et les modules des entrées et sorties doivent être identifié dans le programme. Les constructeurs ont différentes façon d’identifier ces E/S (voir exemple figure ci-dessous)

Notation: (a) Mitsubishi, (b) Siemens, (c) Allen-Bradley, and (d) Télémecanique.

Généralement les apis contiennent des rangés (racks) locales ou éloigné. Chacune contient des cartes (ou modules) d’entrées sorties avec 8, 16 ou 32 connections. L’idée est d’adresser ces E/s en utilisant la notion de rack/module/bit.

Exemple 1 Allen Bradley PLC-5: L’Allen Bradley PLC-5 peut avoir jusqu’à 8 racks dans sa version 5/25. Le rack 0 contient automatiquement le processeur, et l’utilisateur peut attribuer des adresses dans les autres racks (de 1 à 7) en positionnant des switchers. Ses racks (outre le n°0) se connectent au processeur via un câble de communication série des E/S lointaines. Il y a trois façons avec laquelle un rack peut être configuré pour ce constructeur mais seule la plus simple est présentée.

Chaque rack contient une carte à 16 voie d’entrées et une carte à 16 voie de sortie, ou bien deux cartes de 8 voies généralement (mais pas nécessairement du même type. Dans la figure suivante par exemple le slot 1 contient une carte d’entrée à 16 voies et une carte de sortie à 16 voies. Le slot 2 contient 2 cartes de sorties de 8 voies chacune.

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L’adressage des entrées est comme suit : I : Rack Slot/bit, où bit est sur deux digits.

Allen Bradley utilise un système d’adressage octal pour les bits, donc les nombres autorisés sont0-7 et 10-17. Par exemple l’adresse I :27/14 désigne l’entrée 14 sur le slot 7 dans le rack 2. Les sorties sont adressées de manière analogue : O:Rack Slot/Bit. Donc l’adresse O:35/06 est la sortie 6 sur le slot 5 du rack 2.

Exemple 2 Siemens SIMATIC S5 : Les E/s numérique des API de Siemens sont organisé en groupes de 8 bits (appelé Byte).un signal est identifié utilisant son numéro de bit (0-7)et son numéro de byte (0-127). Les entrées ont noté I<byte>.<bit>, et les sorties Q<byte>.<bit>, exemple l’entrée I9.4 et la sortie Q52.7.

Comme pour l’Allen Bradley, siemens utilise des slots pour les cartes dans un ou plusieurs racks. Les cartes sont disponibles en 16 bits (2-ytes) ou 32 bits (4-bytes). Un système peut être construit à partir de racks locaux connecté via un câble de bus parallèle, des racks éloignés avec une connexion série. Les racks locaux sont plus rapides et peuvent résoudre quelques problèmes liés aux processus rapides et aux connections séries, mais ne peuvent pas être qu’à quelques mètres de distance du processeur.

La forme la plus simple d’adressage est les slots fixes (figure ci-dessous). Quatre bytes sont attribués séquentiellement à chaque slot (0-3 pour le premier slot, 4-7 pour le deuxième,…). L’entrée I2.4 est donc le bit d’entrée numéro 4 du premier byte de la carte dans le slot 3 du premier rack.

L’utilisateur a la possibilité d’affecter l’adressage par byte (appelé adressage de slots variable). Le numéro du premier byte et le nombre de bytes (2 pour les cartes à 16 bites et 4 pour les cartes à 32 bites) peuvent être fixé pour chaque slot indépendamment avec des switchers dans le module adaptateur pour chaque rack. N’importe quelle combinaison est possible, toutefois il est recommandé d’utiliser une numérotation séquentielle (figure suivante).

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A noter finalement que siemens utilise différentes notation dans différents pays avec des terminaux de programmation multilingues (par exemple E pour l’entrée et a pour la sortie en Allemagne).

2.2. Bits de sauvegarde internes. Comme pour les entrées et sorties, l’automate nécessite de sauvegarder des signaux internes de données concernant par exemple le bon fonctionnement du système, mise en attente, défaillance détecté, …

L’automate permet d’alloué des bits internes pour ces signaux. Ces bits ont des appellations qui varient d’un constructeur à un autre, par exemple relais auxiliaires pour Mitsubishi, drapeaux (flags) pour Siemens, bit de sauvegarde pour Allen Bradley…, de même la notation varie, Mitsubishi utilise Mnnn, avec nnn est un nombre dans une zone prédéfinie de M100 à M377 (octal), Siemens utilise la notation FByte.bit (e.g. F27.06), pour le PLC-5 de Allen Bradley, le bit de sauvegarde (bit storage) est noté B3/n où n est le numéro du signal (e.g. B3/100). Dans cette notation B est pour Bit storage, 3 vient du fait que le PLC-5 maintient les donnée en fichiers (fichier 3 pour ces bits, fichier 4 pour les timers (T4), fichier 5 pour les compteurs (C5), …).

3. Programmation en langage Ladder : Le langage Ladder (LD) est issu du domaine des relais électromécaniques et décrit le flux d’énergie à travers un réseau d’une unité organisé du programme, de gauche à droite. Initialement ce langage est destiné à commander des signaux booléens. Ces réseaux sont organisé du haut vers le bas sauf spécification de l’utilisateur.

En LD l’évaluation du réseau dépend de sa forme graphique (noms des variables et types de connections). Les éléments sont connecté soit en série soit e parallèle.

3.1. Eléments de base d’un réseau Ladder Un réseau LD consiste en les éléments suivants :

- Connections - Contacts et bobines. - Eléments graphiques pour contrôler l’exécution de la séquence (sauts) - Eléments graphiques pour appelés des fonctions blocs (FB) - Connecteurs.

Le tableau suivant donne les principaux éléments (contacts et bobines) d’un réseau LD :

Objet graphique nom -| |- Contact normalement ouvert -|/|- Contact normalement fermé -|P|- Contact fermé au front montant -|N|- Contact fermé au front descendant -( )- Bobine normalement ouverte

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-( / )- Bobine normalement fermée -( S )- (ou –( L)- Bobine Latch (maintenu à 1 une fois actionné

-( R )- (ou –( U )- Bobine Reset (remise à 0 de la bobine latch) -( P )- Bobine active au front montant de son entrée -( N )- Bobine active au front descendant de son entrée

|-<return> Retour unconditionnel (vers le sous-programme appelant) |-cond-<return> Retour conditionnel

|->>Label Saut inconditionnel |-cond->>Label Saut conditionnel

3.2. Appelle de fonctions ou blocs fonctionnels (FB): Les fonctions et les FB, représentés par des rectangles, peuvent avoir plusieurs paramètres et variables d’entrées et de sorties. Les fonctions peuvent avoir un ou plusieurs paramètres à retourner. Les noms formels des paramètres d’entrées et de sortie doivent apparaître à l’intérieur du bloc. Le paramètre approprié ‘actuel’ (variables, constantes sont écrit en dehors du bloc, sur le fils adjacent au paramètre formel, il est aussi possible de connecté les entrées/sorties d’un bloc avec celle d’un autre bloc.

Les paramètres d’une (FB) peuvent être des donnée de n’importe quel type, mais au moins une seule entrée et une seule sortie doivent être de type booléen et doivent avoir des connections direct ou indirect aux lignes de puissance gauche et droite. Une FB standard à une sortie Q pour répondre à cette exigence.

Les fonctions doivent avoir un paramètre d’entrée et un de sortie spéciales appelé EN et ENO respectivement, qui contrôlent l’exécution de la fonction. Si EN est évalué à faux (= 0), la fonction n’est pas exécutée et ENO est aussi mis à 0. Il est possible d’utiliser ENO comme un paramètre d’erreur. Les autres états pour lesquelles ENO est 0, sont déterminés par le constructeur et doivent être documentés.

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3.3. Variables en boucle de retour (feedback) Si une variable est utilisé pour sauvegarder une valeur (sortie) dans un cycle et lue comme une entrée dans le cycle suivant dans le même réseau, elle est appelée variable en feedback

Seules les connections implicites en feedback (en répétant le nom de la variable) sont possible en LD et donc pas de connexion explicite (de droite vers la gauche) ne sont autorisées.

Si un FB et une variable en feedback font partie du même réseau, ceci peut conduire à des comportements différents selon les systèmes d’API.

Considérant par exemple le réseau donné par la figure suivante :

Dans cette exemple il n’est pas claire si le contact var2 sera attribué la valeur du paramètre FBname O2 du cycle d’automate en cours ou celle du cycle précèdent. La norme 61131-3 ne discute pas en détails cette ambiguïté. Pour résoudre ce problème le FB doit être considéré comme un réseau LD à part. S’il y a besoin d’utiliser des parties du réseau pour prédéfinir un paramètre d’entrée, ou d’utiliser un paramètre de sortie dans le même réseau, alors cette variable ne doit pas être affectée à un contact ou une bobine dans le même réseau.

4. Programmation en liste d’instruction (IL)

4.1. Syntaxe Le langage IL est un langage simple, semblable au langage assembleur, largement utilisé pour la programmation de l’api et souvent comme langage intermédiaire vers lequel les programmes écrits en autres langages sont traduits.

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Un programme en IL se présente comme une série d’instructions avec une instruction par ligne. Chaque instruction consiste en un opérateur suivit par un ou plusieurs opérandes. D’une façon générale, une instruction en IL a la syntaxe suivante

Label : Opérateur/Fonction Opérande (list) (*Commentaire*)

par exemple :

LD A

Qui indique que l’opérande A est à charger, ou bien : OUT Q

Les opérandes utilise un code mnémonique qui varie de constructeur à un autre, bien que la norme indique les instructions à utiliser (et qui sont largement adopté), le tableau suivant donne quelques instructions selon cette norme et son équivalent pour certain constructeurs :

CEI 61131-3 Mitsubishi Omron Siemens Description LD LD LD A Charger l’opérande

dans le registre résultat

LDN LDI LD NOT AN Charger le complément de

l’opérande AND AND AND A ET logique

ANDN ANI AND NOT AN ET logique avec le complément de

l’opérande OR OR OR O OU logique

ORN ORI OR NOT ON Ou logique avec le complément de

l’opérande ST OUT OUT = Sauvegarder le

registre de résultat dans l’opérande

Exemple 1 : programmation de l’équation .Q A B= utilisant la notation de Siemens :

A A (* charger A*) AN B (*Charger le complément de B*) = Q (*sauvegarderle résultat en Q*) Exemple 2:

A( A I0.0 AN I1.1 O( AN I0.0 A I0.1 ) = Q2.0

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4.2. Accumulateur universel (Résultat courant) Les langages assembleurs standards se basent sur une architecture matérielle dans laquelle un accumulateur est utilisé pour sauvegarder les résultats des différentes opérations effectuées par le processeur. Le langage IL offre cette possibilité d’accumulateur appelé résultat courant (Current Result, CR). Toutefois le CR n’a pas un nombre de bits fixes comme pour un accumulateur, le compilateur IL assure qu’un accumulateur virtuel (incluant une pile accumulateur) est toujours disponible pour n’importe quelle largeur de mémoire. Le nombre de bits dépond de type de donnée de l’opérande, et elle varie d’instruction à autre pour s’adapter à l’instruction la plus récente.

Les types de données dans le CR peuvent être :

- élémentaires - Composées (structure, array, …) - Fonction bloc.

Exemple :

VAR_INPUT FirstOperand: INT;

END_VAR VAR SecondOperand, ThirdOperand: INT := 10; WordVar: WORD; END_VAR LD 1 (* 1 {INT} *) ADD FirstOperand (* 11 {INT} *) ST SecondOperand (* 11 {INT} *) LT ThirdOperand (* Faux {BOOL} *) AND WordVar (* Erreur: WordVar est de type WORD, pas BOOL comme CR *)

(* type de donnée non compatible *) ST Exam43

4.3. Utilisation des fonctions ou blocs fonctionnels (FB):

• Appelle d’une fonction Une fonction est appelée en IL en écrivant son nom. Les paramètres de cette fonction suivent séparé » par des virgules. Les paramètres formels peuvent être aussi prendre les valeurs actuelles en ligne par ligne utilisant le signe « := ». le premier paramètre de la fonction est le CR, il faut donc qu’il soit charger just avant l’appel de la fonction. Le premier opérande dans l’appelle de la fonction est le deuxième paramètre, ainsi de sutie.

Exemple : soit la fonction LIMIT ayant trois paramètres d’appel, MN, MX et IN, l’appel de cette fonction peut se faire comme suit :

Utilisant les paramètres actuels Utilisant les paramètres formels Utilisant les paramètres formels LD 1 Limit 2,3

LIMIT( MN :=1 MX :=2 IN :=3 )

LIMIT( MX :=2 MX :=1 IN :=3 )

Une fonction doit retourner au moins une sortie, dont le type est spécifié dans la déclaration de la fonction, et qui sera sauvegarder dans CR.

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Exemple d’appel et de déclaration de fonction :

Dans cet exemple on fait deux appels à UserFun. Dans le premierappel Funpar1 est égale à 10, dans le deuxième il est égale) 60. A la fin des deux appels la valeur 110 est sauvegardée dans la variable Sum.

• Appelle d’un bloc fonction (FB) Un FB peut être activé par l’opérateur CAL (ou CALC pour l’appel conditionnel, ou CALCN pour l’appel conditionnel avec négation). La norme 61131-3 décrit trois méthodes pour passer les paramètres à un FB en langage IL :

1- Utilisant un appel incluant la liste des instances actuelles des paramètres d’entrée et sortie entre parenthèses.

2- Charger et sauvegarder les paramètres d’entrée avant l’appel de la FB 3- Appeler implicitement e utilisant les paramètres d’entrée comme opérateur. Cette méthode n’est

valable que pour les FB standard et non pour celle définies par l’utilisateur, etelle est rarement utilisée en pratique.

Exemple : considérant le bloc suivant (temporisation) qui sera appelé par les trois méthodes :

(*Declarations des variables*) VAR Rel, Out: BOOL := 0; (* Release - Input; Output *) Time1: TON; (* FB TON standard a les paramètres formels… *)

(* …IN, PT (entrées) et Q, ET (sorties *) Value TIME; (* entrée –mise à 1 *) END_VAR

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(*methode 1*) (*donner les paramètres*)

(* Appel: *) CAL Time1 ( IN:=Rel, PT:= t#500ms, Q=>Out, (* Output p. 1 *) ET=>VALUE (* Output p. 2 *) )

(*methode 2*) LD t#500ms ST Time1.PT LD Rel ST Time1.IN

CAL Time1 (*Utilisation des paramètres de sortie*) LD Time1.Q ST Out LD Time1.ET ST Value

(*methode 3*) LD t#500ms PT Time1 LD Rel

IN time1

5. Programmation en FBD (Logigramme) Un programme (ou partie de programme) écrit en langage FBD (Function Block Diagram) comporte trois parties : départ en fin du programme, partie déclaration et partie code.

La partie déclaration peut être textuelle ou graphique. La partie code est divisé en réseaux. Un réseau est constitué de :

- Label du réseau - Commantaire - Graphique du réseau

Dans ce langage on utilise des fonctions logique comme ET, OU, NAND, NOR, XOR ou des combinaisons de ces fonctions. L’utilisateur peut aussi définir ses propres fonctions o FB, comme pour le langage LD.

Exemple :

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6. Programmation en texte structuré (ST) Comme le IL, le langage ST est un langage textuel. Il est dit de haut niveau. Il offre un ensemble d’instructions abstraites décrivant des fonctions plus ou moins complexes d’une façon condensée. Les avantages du langage ST par rapport à celui de l’IL sont nombreuses, parmi lesquelles :

- Formulation très condensée des fonctions à réaliser. - Construction claire du programme en blocs fonctionnels. - Possibilité poussée de commande de processus.

Les inconvénients de ce langage sont liés principalement à leur compilation, puisque généralement les programmes compilés sont plus longs et plus lents à l’exécution.

Expressions en ST Un programme écrit en ST est formé par un ensemble d’expressions, séparé par un “;” (le retour à la ligne est interprété comme un simple espace). Les commentaires sont de la forme (*Commentaire*) et peuvent être dans l’expression même comme : A := B (* elongation *) + C (* temperature *);

Les expressions du langage sont résumé dans le tableau suivant :

Mot clé Description exemple := Affectation D :=10 ; Appel de fonction FBName(

Par1:=10, Par2:=20, Par3:=>Res);

Return Retour Return ; If Sélection IF d < e THEN f:=1;

ELSIF d=e THEN f:=2; ELSE f:= 3; END_IF;

Case Choix multiple CASE f OF 1: g:=11; 2: g:=12; ELSE g:=FunName(); END_CASE;

For Itération

FOR h:=1 TO 10 BY 2 DO f[h/2] := h; END_FOR;

While WHILE m > 1 DO n := n / 2; END_WHILE;

Repeat REPEAT i := i*j; UNTIL i < 10000 END_REPEAT;

Exit Fin de boucle exit;

N.B : différents opérateurs sont utilisé pour effectuer les opérations logiques et arithmétiques (&,and, or, <,>, parenthèses,…) , comme par exemple pour le langage C, l’ordre de priorité est aussi semblable.

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7. Programmation SFC (Grafcet) Le langage SFC (Sequentiel Function Chart) de la norme CEI 61131-3 a été défini pour pouvoir diviser un problème complexe en des unités plus petites et plus manipulable, et aussi pour décrire le flux de commande entre ces unités. La séquence d’exécution de ces unités dépond de conditions statiques définies par le programme et des conditions dynamiques définies par les E/S. Les unités peuvent elles même être programmées utilisant les autres langages de programmations des API.

Le premier langage largement adopté décrivant un processus par un ensemble d’états et de conditions transitoires est le Grafcet, qui est par la suite largement intégré dans le langage SFC.

Les processus pouvant être décris par un comportement séquentiels caractérisé par des étapes, sont particulièrement adaptés pour que leurs fonctionnement soit décrit avec ce langage.

7.1. Rappel sur le grafcet : Le GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande par Etape Transition) est un outil graphique qui permet la description du fonctionnement du système automatisé au cours du temps d'une façon claire et sans ambiguïté.

Un grafcet est un ensemble des étapes, des transitions et des liaisons orientées.

Etape : Une étape correspond à une phase durant laquelle on effectue une action pendant une certaine durée (même faible mais jamais nulle). L'action doit être stable, c'est à dire que l'on fait la même chose pendant toute la durée de l'étape.

A chaque étape on associe une ou plusieurs actions.

Une étape peut être active on effectue l'action qui lui est associée,

ou désactive.

Les actions peuvent :

Commander des actions extérieures : Déplacement d’un chariot, mise en marche d’un moteur, allumage d’un voyant…

Effectuer des relations intérieures : lancer une temporisation, activer un autre cycle…

Transition : Une transition est une condition de passage d'une étape à une autre. Elle définit la fin de l’étape qui la précède. A chaque transition on associe une condition logique appelée réceptivité qui définit la condition de passage d'une étape à la suivante.

Les liaisons orientées

Les liaisons orientées indiquent les voies d’évolution du grafcet. Elles sont horizontales ou verticales. Le sens général d’évolution du grafcet est du haut vers le bas. Des flèches doivent être utilisées dans le cas contraire ou lorsqu’une meilleure compréhension pourra en résulter.

La figure suivante illustre les différentes composantes d’un grafcet :

3*

3

Etape active

Etape inactive

2 Marche avant

Montée

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Règles d’évolution d’un GRAFCET La modification de l'état de l'automatisme est appelée évolution, et est régie par 5 règles : Règle 1 : Situation initiale : Un grafcet doit contenir au moins une étape qui soit active au début du fonctionnement du système et à partir du quelle le grafcet va évoluer. Cette étape est appelée étape initiale.

Règle 2 : Franchissement d'une transition : Une transition est franchissable si toutes les étapes immédiatement précédentes sont actives et la réceptivité associée à cette transition est vraie. Si une transition est franchissable, elle est forcément franchie.

Règle 3 : Activation et désactivation d'une étape :Le franchissement d'une transition entraîne l'activation de toutes les étapes immédiatement suivantes et la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.

Règle 4 : Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies.

Règle 5 : Si au cours du fonctionnement d’une même étape doit être active et désactivée simultanément, alors elle reste activée.

Différentes structures d'un grafcet Un cycle d’automatisme peut être linéaire, ou ramifié. Les cycles simples ne comportent qu’une seule séquence, c’est à dire un ensemble d’étapes les unes à la suite des autres.

Les cycles ramifiés comportent plusieurs séquences, le rôle des aiguillages dans un GRAFCET est soit de sélectionner une séquence : Aiguillage en OU (on parle dans ce cas de cycle à plusieurs branches avec sélection de séquence), soit d’exécuter simultanément plusieurs séquences : Aiguillage en ET (on parle dans ce cas de cycle à plusieurs séquence à séquences simultanées).

Gracet à séquence unique : C’est un grafcet constitué d’une suite d’étapes et transitions sans ramifications. Le cycle de poinçonnage traité précédemment en est un exemple.

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Aiguillage en OU : Dans ce cas, le grafcet possède une structure à plusieurs branches à exécution exclusive c'est-à-dire une seule séquence (branche) est exécuté à la fois lors d’un cycle.

D’autres structures d’aiguillage en OU sont aussi possibles comme le saut d’étapes ou la reprise de séquence:

Aiguillage en Et (séquences simultanées) : C’est grafcet qui possède plusieurs séquences (branches) qui vont se déroulées simultanément (en parallèle).

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7.2. Identification des étapes et transissions en SFC En SFC, une étape peut être identifiée graphiquement par un rectangle et un nom d’étape (ou double rectangle pour l’étape initiale) ou textuellement via une déclaration :

Ou : Step Identifiant (* Corps de l’étape pour décrire les actions *)

End_step

Une réceptivité associé à une transition peut être écrite en l’un des langages ST, LD ou FBD, mais pas e,IL dans la version graphique du SFC.

Langage LD Langage ST Langage FBD ²

On peut aussi utiliser des connecteurs pour lier une réceptivité à une transition.

dans ce cas les langages ST et IL ne sont pas autorisés.

Identifiant

Initiale Initial_step identifiant ; (*Corps de l’étape *) End_step

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Une troisième méthode consiste à utiliser le nom de la réceptivité associé à la transition, écrite indépendamment du diagramme SFC, les langages textuels peuvent être utilisés dans ce cas. Cette méthode à l’avantage de pouvoir utiliser le nom de la réceptivité pour différentes transitions auxquelles sont associé la même condition logique.

Exemple : Déclaration de la réceptivité :

7.3. Description des actions : Une action est utilisée pour décrire les instructions à exécuté en association avec une étape active. Ces instructions peuvent être une action booléenne ou une séquence d’instructions programmée en LD, IL, FBD, ST ou un sous-programme en SFC.

Un bloc action est constitué d’une action avec une condition d’exécution (appelée qualificateur d’action) et un indicateur booléen variable (optionnel). Un bloc d’action peut être définit en version graphique ou textuelle.

Qualificateur d’action Nom d’action Indicateur booléen variable Instruction en LD, IL, ST ou SFC

Appel de la transition :

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Exemples :

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8. Types de données et déclaration des variables

8.1. Types de données

Types de données élémentaires : Les types de données élémentaires spécifiés par la norme 61131-3, sont donnés par le tableau suivant :

Booléenne/string Entiers signés Entiers non signés Réels (FP) Temps, durée et date

BOOL BYTE WORD DWORD LWORD

INT SINT DINT LINT

UINT USINT UDINT ULINT

REAL LREAL

TIME DATE TIME_OF_DAY DATE_AND_TIME STRING

Avec : D= double, L= long, S = Short et U = unsigned.

Ces types ont caractérisé par leurs largeurs (nombres de bits) ainsi que par leur étendus (ou intervalles de valeurs). Ceci ne s’applique pas aux types de temps et dates qui ont leurs propres spécifications.

Ces grandeurs sont résumées dans les tableaux suivants pour les différents types élémentaires.

Type de variable Bits Intervalle Initiale BOOL 1 [0,1] 0 BYTE 8 [0,…,16#FF] 0 WORD 16 [0,…,16#FFFF] 0 DWORD 32 [0,…,16#FFFF FFFF] 0 LWORD 64 [0,…,16#FFFF FFFF FFFF FFFF] 0 SINT 8 [-127,…,128] 0 INT 16 [-32768,…,32767] 0 DINT 32 [-231,…,231-1] 0 LINT 64 [-263,…,263-1] 0 USINT 8 [0 … 255] 0 UINT 16 [0… 65535] 0 UDINT 32 [0… 231-1] 0 ULINT 64 [0 …264-1] 0 REAL 32 Spécifié par la norme IEEE 754-2008 0.0 LREAL 64 0.0

Type dtae Description Initiale DATE Date (seulement) D#0001-01-01 TOD Temps durant la journée Tod#00 :00 :00 DT Temps et date Dt#0001-01-01-00 :00 :00 Time Durée t#0s

Types de données dérivées (ou définition de type) L’utilisateur peut définir ses propres types de données à partir des types élémentaires. Ceci est appelé dérivation ou définition de type. Ceci permet à l’utilisateur de définir les types les plus appropriés à ses

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besoins. Ses définitions sont globales pour un projet api. La définition de type de variables utilise les mots clés Type … END_TYPE.

Exemple : TYPE

LongFloatNum : LREAL; (*derivation depuis le norme *) FloatingPoint : LongFloatNum; (* derivation depuis un type définit par l’utilisateur *) InitFloatNum : LREAL := 1.0; (* derivation avec une nouvelle valeur initiale *) tControl : BOOL := TRUE; (* derivation avec nouvelle valeur initiale *)

END_TYPE

On peut aussi déclarer des type de données de type array (vecteur) ou structure.

Un array est une suite d’éléments de même type consécutifs en la mémoire et peuvent être accédé via un index, alors que la structure est formée de sous-éléments qui peuvent être de type élémentaire ou dérivés.

Exemples: 1) TYPE

Colour : (red, yellow, green); (* enumeration *) Sensor : INT (-56..128); (* range *) Measure : ARRAY [1..45] OF Sensor; (* array *) TestBench : (* structure *) STRUCT Place : UINT; (* elementary data type *)

Light : Colour:= red; (* enumerated data type with initial value *) Meas1 : Measure; (* array type *) Meas2 : Measure; (* array type *) Meas3 : Measure; (* array type *) END_STRUCT;

END_TYPE

2) définition de structure relative au fonctionnement d’un moteur TYPE

LimitedRevol : UINT (0..230); TypLevel : (Idling, SpeedUp1, SpeedUp2, MaxPower); MotorState : STRUCT

Revolutions : LimitedRevol; (* limites *) Level : TypLevel; (*type enumeration*) MaxReached : BOOL; (*type elementaire *) Failure : BOOL; (*type elementaire *) Brake : BYTE; (*type elementaire *)

END_STRUCT; END_TYPE

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8.2. Déclaration de variable :

Forme générale de déclaration : Les variables sont déclarées avec le type de donnée et des propriétés. Ces propriétés peuvent être définies dans la déclaration utilisant :

- Les propriétés du type de données spécifiques. - Informations (optionnelles) sur les valeurs initiales - Informations (optionnelles) sur les valeurs limites - type de variable du bloc de déclaration dans lequel la variable a été déclarée (avec

qualificateur/attribue)

Exemple :

VAR_OUTPUT RETAIN

Var1 : Byte := 10;

END_VAR

Attribues de types de variables : La norme CEI 61131-3 définie des attribues (ou qualificateurs) avec lesquelles de propriétés supplémentaires peuvent être ajoutées aux variables :

- RETAIN : variable retenu (peut être récupérer après coupure de courant grâce à la batterie). - NON_RETAIN : non récupérable. - CONSTANT : variable constante, ne peut pas être modifiée - R_EDGE : à front montant - F_EDGE : à front descendant - READY_ONLY : protéger en écriture - READ_WRITE : peut-être accédée pour l’écriture et la lecture

Type de variable

Nom de variable

Type de donnée

Valeur initiale

Fin du type de variable

Attribue

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9. Fonctions standards Les fonctions standards ont des variables d’entrée (paramètres formels) ainsi que la valeur retourné par la fonction.

9.1. Fonctions de conversions de types: Ces fonctions standards convertie la variable d’entrée en le type de donnée retournée par la fonction. Ces fonctions sont résumées par la figure suivante :

9.2. Fonctions numériques : Permettent de réaliser des fonctions mathématiques de base (abs, sqrt, Ln, Log, sin, cos, tan, asin,…)

9.3. Fonctions arithmétiques : Permettent de réaliser des opérations arithmétiques (add, sub, mult, div)

Addition et multiplication :

Soustraction et division :

MOD :

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9.4. Opérations sur les bits : Permettent de manipuler des bit (shift droite/gauche, rotation droite/gauche : SHR,SHL, ROR et ROL)

9.5. Opérations bit à bit Permettent de réaliser des opérations de type fonctions logique de base (not, and, or, xor)

9.6. Fonction sélection Les fonctions MAX, MIN et LIMIT permettent de faire une sélection selon la valeur de l’entrée

Pour Max ou Min :

Pour limit :

Pour cette fonction : F :=MIN(MAX(IN,MN),MX) ;

9.7. Fonctions SEL et Mux : Sel : sélection binaire.

F := IN0 si G=1 sinon F :=IN1

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Mux : multiplexeur.

F :=INi, si K=i avec K=0…n-1

9.8. Fonctions pour variable de type date :

Dans ces figure (***)= ADD ou SUB

(***)=Mul ou Div

Conversion :

10. Fonctions blocs standard :

Bascules : Bascule à set dominant Bascule à reset dominant

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Détection de front : Détection front montant Détection front descendant

Compteurs : Trois types de compteurs : incrémentation (CTU), décrémentation (CTD) et incrémentation-décrémentation (CTUD)

CTU CTD CTUD

FUNCTION_BLOCK CTU (* up counter *) VAR_INPUT CU : BOOL R_EDGE; (* CU front montant*)

R : BOOL; PV : INT;

END_VAR VAR_OUTPUT

Q : BOOL; CV : INT;

END_VAR IF R THEN (* reset compteur *)

CV := 0; ELSIF CU AND ( CV < PV) THEN

CV := CV + 1; (* count up *) ENDIF; Q := (CV >= PV); (* limite attainte*) END_FUNCTION_BLOCK

FUNCTION_BLOCK CTD (* down counter*) VAR_INPUT

CD : BOOL R_EDGE; LD : BOOL; PV : INT;

END_VAR VAR_OUTPUT

Q : BOOL; CV : INT;

END_VAR IF LD THEN (* reset compteur*)

CV := PV; ELSIF CD AND ( CV > 0) THEN

CV := CV - 1; (* count down *) ENDIF; Q := (CV <= 0); (* zero reached *) END_FUNCTION_BLOCK

FUNCTION_BLOCK CTUD VAR_INPUT

CU : BOOL R_EDGE; CD : BOOL R_EDGE; R : BOOL; LD : BOOL; PV : INT;

END_VAR VAR_OUTPUT

QU : BOOL; QD : BOOL; CV : INT;

END_VAR IF R THEN (*reset counter(reset dominant)*)

CV := 0; ELSIF LD THEN CV := PV; (* valeur à compter value *) ELSE IF NOT (CU AND CD) THEN IF CU AND ( CV < PV) THEN

CV := CV + 1; (* count up *) ELSIF CD AND ( CV > 0) THEN

CV := CV - 1; (* count down *) ENDIF; ENDIF; ENDIF; QU := (CV >= PV); (* limit reached *) QD := (CV <= 0); (* zero reached *) END_FUNCTION_BLOCK

Temporisation : Trois types de temporisations sont disponible TON (décompte T…0), TOF (comptage T…0) et à impulsion

*** = TON ou TOF ou TP

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Temporisation à impulsions TP Le diagramme ci-après montre le comportement des sortie ET et Q selon les valeurs des entrées IN et PT

La fonction bloc standard TP fonctionne comme générateur d’impulsions, qui fournit une impulsion de largeur fixe (TP) à la sortie Q lorsqu’un front montant est détecté sur l’entrée IN. Le temps qui s’est passé peut être lu sur ET (Elapsed Time). Anoter que l’impulsion ne peut pas réinitialiser avant sa fin (voir intervalle entre t2 et t2+PT).

Temporisation TON (On delay timer) Le timer TON fournit la valeur de l’entrée IN à la sortie Q avec un délai lors qu’un front montant est détecté sur IN. Si in est 0 un pour une dur2e plus courte que PT ? LE TIMER N4EST PAS D2MARRER.

TEMPORISATION TOF Son fonctionnement est le contraire de celui de TON