UNIVERSITE DE LIEGE Facult des Sciences Appliques LES AUTOMATES PROGRAMMABLES Tome I Caractristiques et mthodologie de programmation Dr. Ir. H. LECOCQ Professeur Dernires mises jour 2005 I Table des matires Chapitre 1 INTRODUCTION..................................................................................................................... 1 1.1.CONTEXTE INDUSTRIEL .........................................................................................................................1 1.2.LES NOUVELLES REGLES DE PRODUCTION.........................................................................................2 1.3.ARCHITECTURE INFORMATIQUE INTEGREE........................................................................................6 1.4.LES AUTOMATES PROGRAMMABLES................................................................................................10 1.4.1.Historique.............................................................................................................................11 1.4.2.Impact des PC ...................................................................................................................13 1.4.3.Normalisation......................................................................................................................13 1.4.4.Tendances du march .....................................................................................................15 Chapitre 2 STRUCTURE DES AUTOMATES PROGRAMMABLES ..................................................... 17 2.1.ROLE D'UN AUTOMATE.......................................................................................................................17 2.2.PRINCIPE DE LA LOGIQUE PROGRAMMEE......................................................................................17 2.2.1.Logique cble .................................................................................................................18 2.2.2.Logique programme ......................................................................................................18 2.3.PRINCIPE DE L'AUTOMATE PROGRAMMABLE.................................................................................21 2.3.1.Unit logique ......................................................................................................................21 2.3.2.Accumulateur logique .....................................................................................................21 2.3.3.Unit de commande ........................................................................................................21 2.3.4.Format des instructions.....................................................................................................23 2.3.5.Organisation du cycle d'un automate ..........................................................................24 2.3.6.Langage et console de programmation......................................................................26 2.4.TECHNOLOGIE DE REALISATION.......................................................................................................27 2.4.1.Bus d'change ...................................................................................................................27 2.4.2.Processeur...........................................................................................................................27 2.4.3.Mmoires.............................................................................................................................30 2.4.4.Modules d'entres/sorties industrielles...........................................................................31 2.4.5.Fonctions spciales...........................................................................................................32 2.4.6.Module de couplage .......................................................................................................32 2.4.7.Modules de surveillance et de contrle........................................................................33 2.5.LES AUTOMATES PROGRAMMABLES VIRTUELS (SOFTPLC)..............................................................33 Chapitre 3 INTERFACES INDUSTRIELLES ET DISPOSITIFS DE SECURITE................................ 34 3.1.INTRODUCTION ..................................................................................................................................34 3.1.1.Types de signaux................................................................................................................34 3.1.2.Rle des interfaces industrielles.......................................................................................35 3.1.3.Tensions de mode commun............................................................................................35 3.2.PRINCIPES D'ORGANISATION ...........................................................................................................38 3.2.1.Solution intgre................................................................................................................38 II 3.2.2.Priphries dportes.......................................................................................................38 3.2.3.Rseaux de capteurs et actuateurs...............................................................................38 3.3.CONDITIONNEMENTDES ENTREES/ SORTIES LOGIQUES.................................................................40 3.3.1.Entres logiques.................................................................................................................40 3.3.2.Sorties logiques...................................................................................................................40 3.3.3.Mesures de scurit ..........................................................................................................43 3.4.CONDITIONNEMENTDES ENTREES/ SORTIES ANALOGIQUES.........................................................43 3.4.1.Principe des convertisseurs..............................................................................................43 3.4.2.Entres analogiques..........................................................................................................47 3.4.3.Sorties analogiques...........................................................................................................50 3.4.4.Mesures de scurit ..........................................................................................................50 3.5.DISPOSITIFS DE SECURITE....................................................................................................................51 3.5.1.Surveillance de cycle ("watch-dog") .............................................................................51 3.5.2.Surveillance d'alimentation .............................................................................................53 Chapitre 4 LANGAGES DE PROGRAMMATION................................................................................... 55 4.1.INTRODUCTION ..................................................................................................................................55 4.2.PROBLEMES DE NATURE COMBINATOIRE........................................................................................55 4.2.1.Mode de reprsentation..................................................................................................55 4.2.2.Programmation..................................................................................................................55 4.2.3.Excution ............................................................................................................................57 4.3.PROBLEMES DE NATURE SEQUENTIELLE............................................................................................59 4.3.1.Conception........................................................................................................................59 4.3.2.Programmation..................................................................................................................61 4.4.LANGAGES SEQUENTIELS..................................................................................................................64 4.4.1.Extension du langage combinatoire..............................................................................64 4.4.2.Langage GRAFCET............................................................................................................64 4.5.EXECUTION SEQUENTIELLE.................................................................................................................65 Chapitre 5 FONCTIONS SPECIALES..................................................................................................... 67 5.1.INTRODUCTION ..................................................................................................................................67 5.2.EXTENSION DE LA LOGIQUE DE BASE...............................................................................................67 5.2.1.Temporisation.....................................................................................................................67 5.2.2.Comptage..........................................................................................................................67 5.2.3.Diffrentiateurs...................................................................................................................69 5.3.FONCTIONS DE SEQUENCEMENT.....................................................................................................69 5.4.FONCTIONS D'ORGANISATION DU CYCLE......................................................................................69 5.4.1.Branchements et rptitions............................................................................................70 5.4.2.Sous-routines.......................................................................................................................70 5.4.3.Interruptions........................................................................................................................71 5.4.4.Remarque...........................................................................................................................72 5.5.OPERATIONS SUR MOTS.....................................................................................................................72 5.6.MANIPULATION DE DONNEES...........................................................................................................73 5.6.1.Gestion de tables de valeur............................................................................................73 III 5.6.2.Oprations matricielles.....................................................................................................73 5.6.3.Edition de texte..................................................................................................................74 5.6.4.Pile FIFO (First In First Out)..................................................................................................74 5.7.REGULATION.......................................................................................................................................75 5.7.1.Rappel de l'algorithme PID..............................................................................................76 5.7.2.Programmation de l'algorithme......................................................................................77 5.7.3.Mise en oeuvre...................................................................................................................77 5.8.COMMANDE D'AXE...........................................................................................................................79 5.8.1.Principe de fonctionnement ...........................................................................................81 5.8.2.Programmation..................................................................................................................81 5.8.3.Terminal d'exploitation......................................................................................................83 Chapitre 6 GRAFCET ou SFC.................................................................................................................. 85 6.1.PRINCIPES GENERAUX.......................................................................................................................85 6.1.1.Historique.............................................................................................................................85 6.1.2.Approche progressive du cahier des charges de la partie commande ................86 6.1.3.Exemple introductif ...........................................................................................................87 6.2.ELEMENTS DE BASE DU GRAFCET......................................................................................................94 6.2.1.Etape ...................................................................................................................................94 6.2.2.Transitions............................................................................................................................95 6.2.3.Liaisons orientes...............................................................................................................96 6.2.4.Rgles d'volution.............................................................................................................97 6.2.5.Reprsentation des squences multiples......................................................................99 6.3.ELEMENTS COMPLEMENTAIRES DU GRAFCET...............................................................................103 6.3.1.Variables d'tape............................................................................................................103 6.3.2.Types d'action..................................................................................................................104 6.3.3.Nature des actions..........................................................................................................107 6.4.STRUCTURATION D'UN GRAFCET....................................................................................................107 6.4.1.Utilisation des outils standards du GRAFCET................................................................109 6.4.2.Utilisation d'actions GRAFCET........................................................................................111 6.4.3.Syntaxes spcifiques.......................................................................................................111 6.4.4.Utilisation du principe "client-serveur"...........................................................................112 6.5.SYNCHRONISATION ETPROTECTION .............................................................................................113 6.5.1.Synchronisation................................................................................................................113 6.5.2.Protection de ressources communes...........................................................................116 6.6.TRANSPOSITION DU GRAFCETDANS UN LANGAGE AUTOMATE................................................121 6.6.1.Principes de la transposition ..........................................................................................121 6.6.2.Difficults potentielles.....................................................................................................122 6.6.3.Organisation des programmes.....................................................................................126 6.6.4.Principales mthodes de transposition........................................................................130 Chapitre 7 GEMMA................................................................................................................................ 135 7.1.INTRODUCTION ................................................................................................................................135 7.1.1.Le besoin d'outils-mthodes..........................................................................................135 7.1.2.Le besoin d'un vocabulaire prcis................................................................................136 7.1.3.Le besoin d'une approche guide...............................................................................136 7.2.LES CONCEPTS DE BASE...................................................................................................................136 IV 7.2.1.Concept n 1 : les modes de Marches sont vus par une partie commande en ordre de marche .............................................................................................................137 7.2.2.Concept n 2 : le critre "Production"..........................................................................138 7.2.3.Concept n 3 : Les 3 grandes familles de Modes de Marches et d'Arrts.............138 7.2.4.Les "rectangles-tats"......................................................................................................139 7.3.LES ETATS DE MARCHES ETD'ARRETS..............................................................................................141 7.3.1.Un "rectangle-tat" type ................................................................................................141 7.3.2.Utilisation d'un "rectangle-tat".....................................................................................141 7.3.3.Les tats "f ".......................................................................................................................142 7.3.4.Les tats "a "......................................................................................................................143 7.3.5.Les tats "d "......................................................................................................................143 7.3.6.Exemples d'utilisation du gemma .................................................................................146 7.4.METHODE DE MISE EN UVRE........................................................................................................157 7.4.1.Utilisation du GEMMA pour l'tude d'une machine de production automatise157 7.4.2.Slection des Modes de Marches et d'Arrts.............................................................157 7.4.3.Conditions d'volution entre Modes de Marches et d'Arrts..................................159 7.4.4.Conclusion........................................................................................................................160 7.4.5.Cas particulier : machines ncessitant l'intervention d'un oprateur chaque cycle..................................................................................................................................160 7.5.PROGRAMMATION..........................................................................................................................161 7.5.1.Enrichissement du GRAFCET de BASE...........................................................................161 7.5.2.Dcoupage en tches...................................................................................................163 7.6.TRAITEMENTDES ARRETS D'URGENCE............................................................................................166 7.6.1.Problmes.........................................................................................................................166 7.6.2.Solutions pragmatiques..................................................................................................166 7.7.LIMITES ETEXTENSIONS POSSIBLES...................................................................................................169 7.7.1.Unicit du mode : pourquoi ? .......................................................................................169 7.7.2.Comment utiliser le GEMMA lorsqu'il n'y a plus unicit du mode ? ........................169 Chapitre 8 NORMALISATION DES LANGAGES DE PROGRAMMATION....................................... 171 8.1.CONCEPTS DE BASE.........................................................................................................................171 8.2.MODELE LOGICIEL D'UN AUTOMATE PROGRAMMABLE.............................................................172 8.2.1.Elments de configuration.............................................................................................172 8.2.2.Units d'organisation de programmes.........................................................................172 8.2.3.Donnes et variables......................................................................................................175 8.2.4.Textes et libells...............................................................................................................180 8.3.LE LANGAGE A LISTE D'INSTRUCTIONS IL........................................................................................182 8.4.LE LANGAGE LITTTERAL STRUCTURE ST............................................................................................183 8.5.LES LANGAGES GRAPHIQUES.........................................................................................................185 8.5.1.Langages contacts LD................................................................................................187 8.5.2.Langage en blocs fonctionnels FBD.............................................................................189 8.6.FONCTIONS ETBLOCS FONCTIONNELS STANDARDS...................................................................189 8.6.1.Fonctions standards........................................................................................................190 8.6.2.Blocs fonctionnels standards.........................................................................................191 V Chapitre 9OUTIL D'AIDE AU DEVELOPPEMENT DES PROGRAMMES ....................................... 192 9.1.CONCEPTD'ATELIER DE GENIE LOGICIEL......................................................................................192 9.1.1.Cycle de vie d'un systme automatis .......................................................................192 9.1.2.Le poste de travail de l'automaticien..........................................................................194 9.1.3.Etat des ralisations.........................................................................................................195 9.2.PROGRAMMATION..........................................................................................................................196 9.2.1.Structuration des programmes et des donnes.........................................................196 9.2.2.Mixit des langages........................................................................................................196 9.2.3.Variables symboliques et commentaires.....................................................................197 9.2.4.Facilits d'dition.............................................................................................................197 9.2.5.Programmation ON-LINE................................................................................................198 9.3.AIDE A LA MISE AU POINTDES PROGRAMMES.............................................................................198 9.3.1.Visualisation dynamique.................................................................................................198 9.3.2.Modes d'excution .........................................................................................................199 9.3.3.Forage de variables......................................................................................................199 9.3.4.Simulation..........................................................................................................................199 9.4.GENERATION DU DOSSIER TECHNIQUE..........................................................................................200 LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 1 INTRODUCTION1 Chapitre 1 INTRODUCTION 1.1.CONTEXTE INDUSTRIEL Dupointdevuedelagestionetdel'automatisation,onclassegnralementles entreprisesindustriellesendeuxgrandescatgories:lesentreprisesdeprocdscontinus (process industries) et les entreprises manufacturires (manufacturing industries). Danslespremires,laproductionestdcriteentermesdedbitsdematires.C'est typiquementlecasdesusinesphysico-chimiquesetptrochimiques.Leprocessusde production y est gnralement caractris par une squence de ractions physico-chimiques se droulant de manire continue ou quasi-continue.Il est clair que, dans ce type d'entreprise, la production est strictement fige, tant du point de vue de la nature des produits que du point de vue de l'outil de production. Dans les secondes, qualifies de discontinues ou de discrtes,on fabrique des "objets" dnombrablesquipeuventvidemmenttredecomplexittrsdiverse.Lesindustries mcaniques,lectriquesetlectroniquesappartiennentcettecatgorie.Leprocessusde production se prsente en gnral ici comme une succession d'oprations de mise en forme et d'assemblage ralises manuellement ou l'aide de machines. Lasuitedel'exposseraprincipalementconsacrecettesecondecatgorie d'entreprises.Bienentendu,certainesdesnotionsquiserontprsentesci-aprssont galement applicables la premire catgorie. C'est l'volution du march qui explique les problmes rencontrs actuellement par les entreprises manufacturires, surtout par celles qui s'adressent au grand public.Il y a peu de temps encore, le march se caractrisait par le fait que le producteur tait roi.Il y avait peu deconcurrenceetpeudeproduits.Leconsommateurn'taitpasdifficileetachetaitcequi tait disponible. Qu'onserappellelaFordTdudbutdusiclequifutproduiteunmillion d'exemplaires par an pendant seize ans !C'est pour ce genre de production que Taylor avait dvelopp sa philosophie : spcialisation des quipements et spcialisation du personnel qui on ne demandait que des travaux lmentaires et rptitifs. Actuellement, le march se caractrise plutt par le fait que le client est devenu roi. Laconcurrences'estconsidrablementaccrueetmondialise,rendantleconsommateurplus difficile et beaucoup plus critique, notamment au niveau de la qualit des produits.Le cycle deviedesproduitss'estgalementconsidrablementraccourci:troisquatreanspourune automobile,parfoisbeaucoupmoinspourunordinateur.Entermesdeproduction,cela signifieunegrandevaritdeproduitscycledevietrscourtetenpetitessries.Cette situation peut tre rsume par le diagramme de la figure 1.1. Des30%reprsentsparlaproductionmanufacturiredansl'activitindustrielle globale, 40 % concernent une production par lot et seulement 15% une production de masse. Des 40 % de production par lot, 75 % concernent des lots de moins de 50 pices ! LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 1 INTRODUCTION2 Pour survivre, les entreprises doivent donc arriver produire vite, bien et bon march, tout en tant capables de s'adapter rapidement l'volution des produits. Figure1.1.Position et structure de la production manufacturire 1.2.LES NOUVELLES REGLES DE PRODUCTION Les nouvelles rgles de production qui rpondent la question peuvent tre rsumes, demanireimage,parcinqzros:zrodfaut,zropanne,zrostock,zrodlaietzro papier.La signification des quatre premiers zros est claire; le cinquime indique la volont desupprimerlapaperassequialourdittropsouventletravaildupersonneletestcausede nombreuseserreurs.Idalement,ondevraitd'ailleursencoreyajouterdeuxzros:zro accident et zro problme social. Plustechniquement,cesnouvellesrglesdeproductionrelventd'unephilosophie appele"Juste--Temps"(Just-in-TimeouJITenanglais)aussiconnuesouslenomde "production flux tendus" [Branger, 1987]. Ils'agitd'unprinciped'organisationindustrielle,apparuaudbutdesannes80,qui prconise d'acheter ou de produire seulement ce dont on a besoin, quand on en a besoin. Ceci devant tre respect aussi bien au niveau des produits finis (ne fabriquer que ce qui est command) qu'au niveau des pices constitutives de ces produits. Le premier rsultat en est videmment une rduction drastique des stocks, et partant, une diminution sensible des charges financires de l'entreprise.Il ne s'agit cependant pas l dubutprincipalrecherch.Enralit,larductiondesstocksn'estquel'amorced'une ractionenchanequiconduitdesbouleversementsenprofondeurdufonctionnementde l'entreprise. En effet, pour produire sans stock tout en garantissant des dlais de livraison normaux, ilestncessaired'avoirdestempsdefabricationtrscourts,unegrandeflexibilitpour pouvoir suivre la demande (en varit et en quantit) et une haute fiabilit de production afin d'viter les alas. 30 %40 % 15 %75 %Production manufacturirePar lots De masseTaille des lots 300C -valeur du compteur C 10 > valeur de consigne -on a appuy 3 fois sur le bouton M, etc. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC96 Les rceptivits peuvent aussi faire intervenir des changements d'tat de variables. La notation a reprsente le front "montant" de la variable a (passage de l'tat logique "0"l'tatlogique"1")etlanotationyreprsentelefront"descendant"delavariabley (passage de l'tat logique "1" l'tat logique "0") (figure 6.5.b.) Pour faire intervenir le temps dans une rceptivit, il suffit d'indiquer aprs le repretson origine et sa dure, l'origine sera l'instant du dbut de la dernire activation d'une tape antrieure. Ex :la notation t/8/l0s signifie 10 secondes coules depuis la dernire activation de l'tape 8. Nota : Une rceptivit toujours vraie est crite = 1. 6.2.3.LIAISONS ORIENTEES Lesliaisonsindiquentlesvoiesd'volutiondel'tatduGRAFCET.Lesliaisonssont horizontalesouverticalessaufdansdescasisolsodestraitsobliquesapporteraientdela clart au diagramme. L'essentiel est d'adopter une reprsentation qui contribue au mieux la clart du fonctionnement (Cf. norme NFZ 67-010). Le sens gnral de parcours est du haut vers le bas. L'arrive et le dpart sur une tape sontreprsentsverticalement,l'arrivetantlapartiesuprieure.Sidansdescastrs particuliers, l'arrive devait tre faite la partie infrieure une flche serait obligatoire. Desflchesdoiventtreutiliseschaquefoisqu'unemeilleurecomprhensionpourra enrsulteretchaquefoisquel'orientationfixen'estpasrespecte.Pourvitertoute ambigut, il est prfrable d'viter les croisements continus des lignes de liaison. 567a y 5 6 7 a y a. Etats logiques b. Changements d'tat 8910t/8/5s t/8/10s A c. Dpendant du temps Figure 6.5.Transitions et rceptivits LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC97 6.2.4.REGLES D'EVOLUTION Lecaractreactifouinactifdechacunedestapesdevantvoluer,lestroisconcepts prcdentsnepeuventsuffiredfinirunGRAFCET.Ilestenplusncessairedefixerun ensemble de rgles d'volution. Rgle 1 L'INITIALISATIONprciselestapesactivesaudbutdufonctionnement.Ellessont actives inconditionnellement et repres sur le GRAFCET en doublant les cts des symboles correspondants (figure 6.6.a.) Rgle 2 UneTRANSITIONestsoitvalide,soitnonvalideElleestvalidelorsqueTOUTES les tapes immdiatement prcdentes sont actives. Elle ne peut tre franchie que : -lorsqu'elle est valide,-ET que la rceptivit associe la transition est vraie. La TRANSITION est alors obligatoirement franchie (figure 6.6.b.) Rgle 3 Lefranchissementd'uneTRANSITIONentranel'activationdeTOUTESlestapes immdiatementsuivantesetladsactivationdeTOUTESlestapesimmdiatement prcdentes. Exemple : Cas de transition entre plusieurs tapes (figure 6.6.c.) Lorsqueplusieurstapessontreliesunemmetransitiononconvient,pourdes raisonspratiques,dereprsenterleregroupementdeliaisonspardeuxtraitsparallles(cf. normes NFZ 67.010 - ISO 1028). Rgle 4 Plusieurs transitions simultanment franchissables sont simultanment franchies. Rgle 5 Siaucoursdufonctionnementunemmetapedoittredsactiveetactive simultanment, elle reste active. Note importante : La dure de franchissement d'une transition ne peut jamais tre rigoureusement nulle, mme si, thoriquement (rgles 3 et 4) elle peut tre rendue aussi petite que l'on veut. Il en est de mme de la dure d'activation d'une tape. En outre, la rgle 5 se rencontre trs rarement danslapratique.Cesrglesonttainsiformulespourdesraisonsdecohrencethorique interne au GRAFCET. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC98 a. Etape initiale b. Franchissement d'une transition c. Transition entre plusieurs tapes Figure 6.6.Rgles d'volution du GRAFCET LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC99 6.2.5.REPRESENTATION DES SEQUENCES MULTIPLES Les aiguillages : Choix conditionnel entre plusieurs squences UnGRAFCETestgnralementconstitudeplusieurssquences,c'est--direde plusieurssuitesd'tapesexcuterlesunesaprslesautresetilestsouventncessaire d'effectuer une slection exclusive d'une parmi ces squences. La figure 6.7.a. en donne un exemple. Dans l'aiguillage form par le choix de la squence raliser, les diffrentes transitions correspondantauxrceptivitsx,yetztantsimultanmentvalidesparlammetape5 pourraient, d'aprs la rgle 4 de simultanit, tre franchies simultanment. En pratique, on estsouventamenrendrecesrceptivitsexclusives.Onpeutgalementintroduiredes priorits (figure 6.7.b.) Saut d'tapes et reprise de squence Lesautconditionnelestunaiguillageparticulierpermettantdesauteruneou plusieurstapeslorsquelesactionsraliserdeviennentinutiles,tandisquelareprisede squencepermetaucontrairedereprendreuneouplusieursfoislammesquencetant qu'une condition fixe n'est pas obtenue (figure 6.7.c.) Squences simultanes : UnGRAFCETpeutcomporterplusieurssquencess'excutantsimultanmentmais dont les volutions des tapes actives dans chaque branche restent indpendantes Pourreprsentercesfonctionnementssimultans,unetransitionUNIQUEetdeux traits parallles indiquent le dbut et la fin des squences, c'est--dire l'activation simultane desbranchesainsiralisesetleurattenterciproqueversunesquencecommune(figure 6.8.). A partir de l'tape 22, la rceptivitpprovoque l'activation simultane des tapes 23 et26.Cesdeuxsquences23-24-25et26-27-28-29voluerontalorsdefaontotalement indpendante et ce n'est que : -lorsque les tapes de fin de branche 25 et 29 tant actives, -lorsque la rceptivit tant vraie (q.r =1), que la transition sera franchie. L'tape 30 devient alors active et les tapes 25 et 29 inactives. Note:lesconditionsparticulireschaquebranchepeuventtrenotesentre parenthses au-dessus des traits parallles de regroupement. La figure 6.9. donne l'exemple concret d'une unit de perage - taraudage. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC100 a. Choix conditionnel b. Exclusivit et priorits c. Saut d'tapes Figure 6.7.Aiguillages dans un GRAFCET LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC101 Figure 6.8.Squences simultanes dans un GRAFCET LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC102 Figure 6.9.Exemple de squences simultanes : GRAFCET de niveau 1 d'une unit de perage-taraudage LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC103 6.3.ELEMENTS COMPLEMENTAIRES DU GRAFCET 6.3.1.VARIABLES D'ETAPE Deux variables sont gnralement associes aux tapes : lavariabled'activit:ils'agitd'unevariableboolennegreautomatiquementparle systme et qui vaut 1 lorsque l'tape est active.Nous verrons quel usage on peut en faire aux paragraphes 6.4. et 6.5. Dans la norme CEI 1131-3, elle est dsigne parnom_tape . X lavariablededured'activit:ils'agitd'unevariabledetype"temps"gre automatiquementparlesystmeetquiindiquedepuiscombiendetempsl'tapeest active.Dans la norme CEI 1131-3, elle est dsigne par nom_tape . T Elle peut tre utilise pour faire intervenir le temps dans une rceptivit, par exemple : (nom_tape . T > T # 10s) Notonsque,chezbeaucoupdeconstructeurs,cettevariablededuren'estpasdisponible d'emble.C'est au niveau de la configuration du systme qu'il faut dclarer pour quelles tapes bien prcises, on souhaite qu'une telle variable soit dfinie.Ceci videmment dans le but d'conomiser du temps de calcul et de la place en mmoire. Remarquons,enfin,quelaprsencedecesvariablesd'tapetenuesjourparle systmeconstituentunefacilitpourl'utilisateurmaisqu'ellesnesontpasstrictement indispensables la construction d'un GRAFCET.En effet, le programmeur pourrait trs bien grerlui-mmedesinformationsquivalentesparlebiaisdevariablesinternesetde temporisation. Atitreinformatif,ondonne,dansletableauquisuit,lessolutionsadoptespar diffrents constructeurs. CEI 1131ALLEN-BRADLEY CADEPAISAGRAPHTELEME-CANIQUE variable d'tape tape . X*SCj:n . SAXiGSi . XXi dure d'tape tape . T*SCj:n . TIM-GSi . t*Xi, V rceptivit associe la dure tape . T > T#5s SCj:n . DNT/i/5s/GSi . t > 5sXi, V > 50 Lgende : * confirmer dans une phase de configuration LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC104 ALLEN-BRADLEY j :n du fichier de contrle SFC n : n de la structure de contrle attache l'tape considre SCj:n . PRE:valeur de prslection pour la dure d'tape CADEPA, ISAGRAPH, TELEMECANIQUE i : n de l'tape 6.3.2.TYPES D'ACTION Au paragraphe 6.2.1., on a implicitement suppos que les actions associes aux tapes taient effectues et maintenues durant toute la priode d'activit de l'tape. Cetyped'action,qualifide"nonmmorisestsuffisantpourdcriren'importequel automatisme.Cependant,denouveaupoursimplifierlatcheduprogrammeur,les constructeursd'abord,lanormeCEI1131-3ensuite,ontintroduitunesried'autrestypes d'action rpondant des besoins frquemment rencontrs en pratique. La liste en est donne la figure 6.10. Qualificatif Explication Disponibilit chez les constructeurs NormeCEI 1131 Hors norme A-B Telem Isagraf Cadepa - N S R L D P SL SD DS P1 P0 Par dfaut - Non mmoris Non mmoris Positionn (mmoris) Remise zro prioritaire Limit dans le temps Temporis Impulsion (activation) Impulsion (dsactivation) Mmoris et limit dans le temps Mmoris et et temporis Temporis et mmoris X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Fig. 6.10. Les diffrents types d'action LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC105 La figure 6.11. permet de mieux comprendre le sens des diffrents qualificatifs : Pas de qualificatif ou N (Non mmoris) : l'action commence l'activation de l'tape et se termineladsactivationdecelle-ci.C'estlemodedefonctionnementorigineldu GRAFCET. S (Positionn - mmoris) : l'action commence l'activation de l'tape et se poursuit mme aprsladsactivationdecelle-ci;elledoittreexplicitementarrtedansunetape ultrieure du GRAFCET contenant l'action en question affecte du qualificatif "R" R(Remisezroprioritaire):arrtel'actionqualifie"R"dsl'activationdel'tape laquelle elle est associe L (Limit dans le temps) : l'action dmarre avec l'activation de l'tape et s'arrte aprs un dlai fix ou la dsactivation de l'tape D(Temporis):l'actiondmarreavecunretarddterminparrapportl'activationde l'tape, pour autant que l'tape soit toujours active ce moment. P1 (Impulsion l'activation) : l'action est effectue une fois lors de l'activation de l'tape. P0 (Impulsion la dsactivation) : l'action est effectue une fois lors de la dsactivation de l'tape. SL (Mmoris et limit dans le temps) : l'action dmarre l'activation de l'tape et s'arrte aprsundlaifixouuneremisezroprioritaire("R")et,cela,indpendammentde l'volution de l'tape elle-mme SD(Mmorisettemporis):l'actiondmarreavecunretarddterminparrapport l'activationdel'tapeets'arrteaprsuneremisezroprioritaireet,cela, indpendamment de l'volution de l'tape elle-mme DS(Temporisetmmoris):l'actiondmarreavecunretarddterminparrapport l'activation de l'tape pour autant que celle-ci soit toujours active ce moment (c'est ce qui diffrencie ce cas du prcdent); l'action s'arrte aprs une remise zro prioritaire Touscestypesd'actionpeuventtrerecrspartirdutypeoriginel(N).Ainsi,la figure6.12.montrecommentonpeutraliseruneactionimpulsionnellemoyennant l'introduction d'une tape supplmentaire. S'il est vrai que l'utilisation des actions particulires dcrites ci-dessus est de nature allger le dessin d'un GRAFCET, par contre elle en rend la lecture beaucoup plus difficile car certaines informations relatives l'volution du systme n'y apparaissent plus que de manire implicite.Ilpeutenrsulterd'assezsrieusesdifficultspourlamiseaupointetla maintenance des programmes. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC106 Figure 6.11.Les diffrents types d'action. Explication. (Source : ALLEN-BRADLEY) LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC107 n1 n2 a =1 b A B nabA B PNa. Avec les outils de base du GRAFCET b. Avec les outils prvus par CEI 1131 Figure 6.12.Action impulsionnelle A 6.3.3.NATURE DES ACTIONS Leplussouvent,uneactionconsistechangerl'tatd'uneouplusieursvariables boolennes(sorties,bitsinternes).Enfait,lanormeCEI1131-3donneunedfinition beaucouppluslargedel'action:ilpeuts'agird'unensembled'instructionslogiques, arithmtiques ou autres, crites dans un quelconque des langages de l'automate. Ces instructions seront excutes chaque cycle de l'automate pendant toute la dure del'action,cetteduredpendantelle-mmedel'activationdel'tapeassocieetdutype assign l'action (cf. 6.3.2.). Uneactionpeutmmetreconstitued'unautreGRAFCET.Celui-ciestlanc (activation de ses tapes initiales) au dmarrage de l'action et tu (dsactivation de toutes ses tapes)lorsquel'actionestarrte.Laduredel'actiontantrgieparlesrglesdu paragraphe 6.3.2. La figure 6.13. extraite de la norme, donne quelques exemples d'actions. 6.4.STRUCTURATION D'UN GRAFCET PourconserverauGRAFCETtoutsonpotentieldeclart,ilestindispensablede pouvoirlestructurer.Onentendparlque,danslegraphisme,ondoitpouvoirutiliserdes tapesquireprsententelles-mmesdesGRAFCETcomplets(onparledemacro-tapes).Si cettepossibilitn'existaitpasleGRAFCETd'unautomatismequelquepeucomplexe s'talerait, en effet, sur des mtres carrs de papier et serait pratiquement inexploitable. La structuration permettra donc d'aborder la conception d'un automatisme de haut en bas.On pourra partir d'un GRAFCET reprsentant les objectifs globaux du systme.Chaque tapeseraensuitedcomposeenGRAFCETplusdtaillsetainsidesuitejusqu'arriver aux actions lmentaires sur le processus. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC108 LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC109 Figure 6.13.Exemples de dclarations d'actions selon la norme CEI 1131 Les avantages de cette dmarche toute cartsienne sont importants : existencedeplusieursniveauxdedescriptiondel'automatisme,lesniveauxsuprieurs tant facilement comprhensibles mme par des non-spcialistes. LeGRAFCETstructurpourradoncconstituerunoutildedialogueentrelesdiffrents mtiersimpliqusdansl'automatisationdelaproduction(mcaniciens,lectriciens, automaticiens), de mme d'ailleurs qu'entre ces mtiers et la direction. possibilitderpartirlestravauxdeprogrammationentreplusieursquipes,chacune pouvant se situer avec prcision dans l'ensemble. simplificationdesoprationsdetestetdemaintenancequipourrontrapidementse circonscrire au sous-ensemble fonctionnel de la structure qui est en dfaut. Pourpousserfondcedernieravantage,onimposeraqu'chacundesniveauxdela dcomposition,lessous-GRAFCETobtenustiennentsurunepagedepapier(ousur l'cran de la console), de manire pouvoir en saisir toute la logique d'un seul coup d'oeil. 6.4.1.UTILISATION DES OUTILS STANDARDS DU GRAFCET Lafigure6.14.montrecommentonpeutcrerdesmacro-tapesenutilisantles variablesd'tapeXdfiniesauparagraphe6.3.1.L'activationdel'tape6duGRAFCET principal lance l'excution du sous-GRAFCET, en attente de la rceptivit X6.L'volution du GRAFCETprincipalestalorssuspendue(rceptivitX103)jusqu'cequelesous-GRAFCET ait termin son cycle (activation de l'tape 103). LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC110 5 R1 A1 6 R2 A2 7 R3 A3 8 R4 A4 9 A5 5 R1 A1 6 X103 MACRO- ETAPE 8 R4 A4 9 A5 100X6 101R2 102R3 A3 103A2 =1 Structuration d'un GRAFCET : utilisation d'outils standards GRAFCET INITIAL GRAFCET STRUCTURE Figure 6.14. MACRO-ETAPES Utilisation de variables d'tape LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC111 6.4.2.UTILISATION D'ACTIONS GRAFCET La norme CEI 1131-3 ne dfinit pas la notion de macro-tape.Les actions "GRAFCET" qui ont t prsentes au paragraphe 6.3.3. peuvent cependant tre utilises dans un optique de structuration fort semblable, comme cela est reprsent la figure 6.15. Figure 6.15.Structuration l'aide d'actions GRAFCET 6.4.3.SYNTAXES SPECIFIQUES Dans les langages GRAFCET proposs par les constructeurs, on trouve en gnral des syntaxesspcifiquespourladfinitiondemacro-tapes.Lafigure6.16.donnel'exempledu langage TELEMECANIQUE. 5 R1 A1 6 8 A4 9 A5 100R2 101 A3A2LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC112 5 R1 A1 8 A4 9 A5 =1 R4 1R2 A2 2A3 R3 IN OUTM1 Structuration du GRAFCET : MACRO-ETAPES VISUALISATION DYNAMIQUE Au moins une tape active en M1 Etape de sortie de M1 active AUCUNE ACTIONPERMISE Figure 6.16.MACRO-ETAPES Syntaxe spcicifique (TELEMECANIQUE) 6.4.4.UTILISATION DU PRINCIPE "CLIENT-SERVEUR" Le principe consiste ici utiliser une action du GRAFCET principal pour lancer le sous-GRAFCET(cf.figure6.17.).Enquelquesorte,leGRAFCETprincipalfaitunedemande service("Dem100"surlafigure)ousous-GRAFCET.Unefoissatcheacheve,cedernier metuncompte-rendud'activit,galementsousformed'action("OK100"surlafigure)qui permet de poursuivre la squence principale. Les avantages de cette manire de faire sont les suivantes : indpendance vis--vis de la numrotation des tapes.Ce point prend tout son sens si l'on saitquecertainsditeurspermettentderenumroterautomatiquementlestapesd'un GRAFCET.Ceci est videmment catastrophique si les variables d'tape du GRAFCET en question sont utilises dans d'autres GRAFCET. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC113 facilitdetestersparmentlesous-GRAFCET:ilsuffiteneffetdeforcerlavariable "Dem 100". facilit d'introduire des fonctions de diagnostic.En effet, le sous-GRAFCET peut trs bien renvoyeruncompte-renducirconstancidesonactivit,parexemple,"OK100"sitout s'est bien pass; "NOK 100" s'il a dtect un problme.Le GRAFCET principal peut alors ragir de manire adquate. 5 A1 6 OK100DEM100 8 9 NOK100 18 Squence normale Squence d'exception 10DEM10101R2 102R3 A3103A2=1OK100/R3 . t/102/1s104 =1 NOK100 Figure 6.17.Structuration du GRAFCET Principe du "client-serveur" 6.5.SYNCHRONISATION ET PROTECTION Onavu,auparagraphe6.2.5.quelemodedereprsentationGRAFCETautorisaitle lancement d'activits se droulant en parallle, de manire compltement indpendante. Il est videmment parfois ncessaire de resynchroniser de telles activits de mme qu'il faut pouvoir protger des ressources communes contre des accs simultans. 6.5.1.SYNCHRONISATION Synchronisation explicite Unpremiermodedesynchronisationadjtprsentauparagraphe6.2.5: regroupementdesbranchesparalllessurunedoublebarrehorizontaleavecunerceptivit unique.Il est rappel sur le GRAFCET imaginaire de la figure 6.18. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC114 =111 R11 5R5 678R6 R7 2 R2 3 4 R3 9R9 10R1 1 Synchronisation d'activits parallles : mthode explicite Figure 6.18.Synchronisation explicite Onyremarquetroisbranchesparalllesreprsentantdesactivitsindpendantes lancesenmmetemps(rceptivitR1)etuneactivit,enl'occurrencerduitel'tape11, qui ne peut se drouler que lorsque les trois activits prcdentes sont termines. Ce mode de synchronisation s'applique dans des cas simples ou bien dans des cas o les activits parallles sont si troitement lies qu'une reprsentation graphique explicite de leurs interactions est indispensable. Dans des cas plus complexes ou lorsque les activits parallles ne sont que faiblement couples,onprfreengnral,pourdesraisonsvidentesdeclart,considrerdes GRAFCET graphiquement indpendants et oprer une synchronisation implicite par variables d'tape. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC115 Synchronisation implicite horizontale La figure 6.19. montre ce que l'on entend par synchronisation horizontale.Les quatre activitsvoquesauparagrapheprcdentsontdcritesparquatreGRAFCET graphiquement indpendants. LarceptivitR1assurelelancementsimultandestroispremiresactivits.La quatrime est verrouille par la rceptivit X4 . X8 . X10 qui ne peut tre vraie que si les trois premires activits sont termines (tapes 4, 8 et 10 actives).La fin de la quatrime activit (tape20active)remetlesystmedanslesconditionsinitialesparletruchementdes rceptivits X20. 8X20100 R1 2 R2 3 R3 4 X20 Synchronisation d'activits parallles : mthode implicite SYNCHRONISATION HORIZONTALE 200R1 5 R5 6R6 7 R7 300R1 9 R9 10X20400 X4.X8.X10 11 20 =1 R11 Figure 6.19.Synchronisation horizontale LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC116 Synchronisation implicite verticale Dansdescascomplexes,lasynchronisationhorizontalepeutdevenirdifficilesuivre tantdonnl'interventionpossible,danschaqueGRAFCET,devariablesd'tapeprovenant d'un ou plusieurs autres GRAFCET. Acetgard,lasynchronisationverticaleestbeaucoupplusclairecommelemontrela figure6.20.OnyretrouvelesquatreGRAFCETdel'exempleprcdentplus,cettefois,un cinquimeGRAFCETdesynchronisation.Onya,enoutre,introduitleprincipe"client-serveur" expliqu au paragraphe 6.4.4. C'est ce GRAFCET qui contrle l'excution des diffrentes activits. L'intrtdelaprsentesolutionestquelesinteractionsentreGRAFCETnesefont qu'entre les GRAFCET infrieurs et le GRAFCET de synchronisation. 6.5.2.PROTECTION DE RESSOURCES COMMUNES La protection de ressources communes est un autre problme qui se pose typiquement lorsquel'onaaffairedesactivitssedroulantenparallle.Lesressourcescommunes doivent tre dment verrouilles de manire viter des accs simultans non dsirs. Lafigure6.21.prsentel'exempleduchargementd'unhautfourneaupardeux wagonnetstravaillantindpendamment.Enl'occurrence,laressourceprotgerest constitue d'un tronon de rail commun : il faut imprativement viter que les deux wagonnets ne s'y engagent en mme temps.A cet effet, on prvoit, juste avant le tronon commun, deux positions, WA et WB, o l'on peut arrter l'un des wagonnets si l'autre se trouve dans la zone commune. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC117 8100 DEM100 2 R2 3 R3 4 Synchronisation d'activits parallles : mthode implicite SYNCHRONISATION VERTICALE 2005 R5 6R6 7 R7 3009 R9 10400 11 20 R11 500 R1 501 502 OK400 503 =1 OK100.OK200.OK300Dmarrer les activits 100, 200, 300 Attendre la fin des activits 100, 200, 300 Dmarrer l'activit 400 Attendre la fin de l'activit 400 DEM100 DEM200 DEM300 DEM400 DEM200 DEM300 DEM400OK100 OK200 OK300OK400 Figure 6.20.Synchronisation verticale LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC118 Figure 6.21.Exemple de ressource commune : chargement d'un haut fourneau LeGRAFCETpermetdegrertrslgammentlesconflitsd'accscommecelaest montrlafigure6.22.Onytrouvedeuxbranchesquasiidentiquescorrespondantau fonctionnementdesdeuxwagonnets.L'tatlibreouoccupdelaressourcecommuneyest reprsent par l'tat actif ou inactif de l'tape n1. Supposonsquelaressourcesoitlibre(tape1active)etquelewagonnetAarrivele premiersapositiond'attenteWA.Parsimpleapplicationdesrglesd'volutiondu GRAFCET(tapes1et12actives),onpassel'tape13etlewagonnetApeutallerse dcharger dans le haut fourneau.Ce faisant, l'tape 1 a videmment t dsactive. Si,pendantcetemps,lewagonnetBseprsentelapositiond'attenteWB,ilvas'y trouverbloqu(tape22)puisquel'tape1n'estplusactive.Ilnepourracontinuerson cheminquelorsquel'tape1seraredevenueactivec'est--dire,lorsquelewagonnetAsera repass par sa position d'attente WA et, donc, que la voie sera libre. Le mme raisonnement peut videmment tre fait en commenant par le wagonnet B.Un dernier problme reste rsoudre : celui o les deux wagonnets atteignent simultanment leur position d'attente (tapes 12 et 22 actives).La solution adopte dans l'exemple consiste donner la priorit l'un des wagonnets.En introduisant la rceptivit/X12 dans la branche dedroiteduGRAFCET,c'estlewagonnetAquel'onprivilgieainsi.Eneffet,l'tape23ne pourrait tre active si l'tape 12 est inactive. Surlafigure6.23.,lemmeprincipeatexploitmais,cettefois,autraversd'un GRAFCET de synchronisation: le tronon commun est libre si l'tape 1 est active et occup si l'tape2estactive.Remarquonsquelerlejouparl'tape1danslemcanismede protectiondcritci-dessusesttoutfaitsimilaireaurledu"smaphore"utilisparles informaticiens en programmation multitche temps rel. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC119 14 10 Dmarrage 11 12 Attente 13 Chargement et dmarrage wagonnetPoint WA atteint Point WA atteint Point A atteint Dchargement et retour Retour vers A WAGONNET A =12420Dmarrage 21 22 Attente23 Chargement et dmarrage wagonnetPoint WB atteint Point WB atteint Point B atteint Dchargement et retour Retour vers B /X12 1 SYNWAGONNET B Figure 6.22.Mcanisme de protection de la ressource commune Mthode explicite LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC120 14 10 Dmarrage 11 12 Attente 13 Point WA atteint Point WA atteint Point A atteint WAGONNET A X1 2420Dmarrage 21 22 23 Point WB atteint Point WB atteint Point B atteint X1./X12 WAGONNET B 1 X13 +X23 2 X14 +X24 Figure 6.23.Mcanisme de protection de la ressource commune Utilisation d'un graphe de synchronisation LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC121 6.6.TRANSPOSITION DU GRAFCET DANS UN LANGAGE AUTOMATE 6.6.1.PRINCIPES DE LA TRANSPOSITION PlusieursmthodesdetranspositionduGRAFCETsontenvisageables.Onpeut,en gros, les classeren deux catgories : utilisationdebitsd'tapes:l'activitd'unetapeestreprsenteparl'tatd'unbit interne.C'estcequiavaittprsentauparagraphe4.3.2.Nousverronsci-aprsque plusieursvariantesexistentquipeuventvidemmenttreprogrammesavecn'importe quel langage d'automate et pas seulement avec le langage relais. utilisation de pointeurs de phase : l'activit d'une tape est dans ce cas reprsente par la valeurd'unmot.Silemotvautn,celasignifiequel'tapenestactive.Cettemthode implique videmment de nombreuses oprations sur mots. Lorsduchoixd'unemthodedetransposition,ilconvientd'treattentifauxpoints suivants : facilitd'ditionetlisibilitduprogramme:celles-cidpendentessentiellementde l'adquationentrelelangagedeprogrammationutilisetlamthodedetransposition considre.AinsiunlangagedetypeSTseprteraparfaitementlamthodedu pointeur de phase tandis qu'un langage IL, qui gre assez pniblement les oprations sur mots, s'accommodera mieux d'une mthode base sur les bits d'tape. facilitdemiseaupoint:enphasedemiseaupoint,ilfauttreenmesuredefaire voluer un GRAFCET mme si toutes les conditions ncessaires ne sont pas runies.Ceci impliquedepouvoirforcerdesrceptivitsetdestapes.Acetgard,lamthodedu pointeur de phase est certainement la plus sre car elle garantit intrinsquement qu'il n'y aurajamaisqu'uneseuletapeactivelafoisdansunebranchedeGRAFCET.Les mthodesbasessurlesbitsd'taperequirentbeaucoup plus de vigilance de la part du programmeur. facilit de diagnostic : ici aussi la mthode du pointeur de phase s'avre trs commode.Il suffiteneffetdevisualiserdynamiquementlavaleurdespointeursdephasedes diffrentesbranchesduGRAFCETpourconnatre,tout moment, le numro des tapes actives. performances : pour une mthode donne, les performances dpendent fortement du type d'automateutilisetdunombred'tapesduGRAFCET.Ilestdoncdifficilededgager desrglesgnrales.Onpeutcependants'attendrecequelamthodedupointeurde phase soit la plus dfavorable puisqu'elle utilise des oprations sur mots. Pourunetudesystmatiquedecetaspectdeschoses,lelecteurconsulteraavecprofit [FORET, 1996]. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC122 6.6.2.DIFFICULTES POTENTIELLES Dansceparagraphe,onattireral'attentionsurcertainsproblmesquipeuvent apparatreenpratique.Ceux-cirsultent,pourl'essentiel,dufaitquelesinstructions dcrivant le GRAFCET sont excutes de manire squentielle et cyclique. Dure d'activation minimale d'une tape Il faut se souvenir(cf. 2.3.6.) que les sorties calcules durant un cycle d'automate sont en fait inscrites dans une table image et ne sont effectivement envoyes vers les interfaces de sortie qu'en fin de cycle. Si, ds lors, une tape est active et dsactive au cours d'un mme cycle de l'automate, lesactionsventuellementassociescettetapen'aurontaucuneffetsurleprocessus.Le casseprsente,parexemple,sil'onveutraliseruneactionimpulsionnelleparlemoyen dcrit au paragraphe 6.3.2. (figure 6.12.) Ilestassezfaciledersoudreceproblmeenobligeantlestapesresteractives durant au moins un cycle de l'automate.Nous verrons au paragraphe 6.6.3. quelques artifices de programmation qui permettent d'arriver ce rsultat. Problmes de paralllisme d'volution Considrons, la figure 6.24., trois branches de GRAFCET senses voluer en parallle mais avec certaines interactions.Plaons-nous d'abord dans le cas d'un GRAFCET idal. Lafigure6.24.amontrel'tatduGRAFCETuninstantdonn.SilarceptivitR1 devient vraie, les rgles d'volution du GRAFCET l'amnent l'tat 6.24.c. aprs un passage fugitif par l'tat 6.24.b. (cf. la remarque faite la fin du paragraphe 6.2.4.). Prenonsmaintenantlecasreld'uneexcutionsquentielleetsupposonsquela scrutation soit effectue dans l'ordre 1, 2, 3 (figure 6.25.).Aprs un cycle de l'automate, on se retrouvedanslasituation6.25.b.Aprsunsecondcycle,onatteintlasituationstableet correcte de la figure 6.25.c. Supposonsmaintenantquelascrutationsefassedansl'ordre3,2,1(figure6.26).Aprsuncycledel'automate,onseretrouveradanslasituation6.26.b.A1estdevenuvrai mais trop tard pour tre vu par les branches 2 et 3. Le cycle suivant conduit la situation de la figure 6.26.c.A2 est devenu vrai mais trop tardpourtrevuparlabranche3.Entretemps,A11estdevenuvrai,sibienquela rceptivitA A 2 11 estfausseetquelabranche3nepeutplusvoluer.LeGRAFCETest donc stabilis mais dans un tat incorrect. A notre connaissance, il n'y a pas de solution radicale au problme.C'est l'utilisateur de dtecter les situations potentiellement critiques et prendre les mesures ncessaires pour viter les risques de dysfonctionnement. Onnoteraqueceproblmeestgalementsous-jacentlorsquel'onutiliseleslangages GRAFCET proposs par les constructeurs.La diffrence est que ces derniers ne donnent que rarement des indications sur la manire dont les GRAFCET sont scruts.Il est de ce fait plus difficile pour l'utilisateur de grer les situations critiques. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC123 R1 A1 =1 A11 A1 A2A2 . /A11 A3 R1 A1 =1 A11 A1 A2A2 . /A11 A3 R1 A1 =1 A11 A1 A2A2 . /A11 A3 a. b. c. Figure 6.24.Branches parallles interactives Cas idal LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC124 R1 A1 =1 A11 A1 A2A2 . /A11 A3 R1 A1 =1 A11 A1 A2A2 . /A11 A3 R1 A1 =1 A11 A1 A2A2 . /A11 A3 12 3a.b. c. Figure 6.25.Branches parallles interactives Scrutation dans l'ordre 1 2 3 LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC125 R1 A1 =1 A11 A1 A2A2 . /A11 A3 R1 A1 =1 A11 A1 A2A2 . /A11 A3 R1 A1 =1 A11 A1 A2A2 . /A11 A3 12 3a.b.c. Figure 6.26.Branches parallles interactives Scrutation dans l'ordre 3 2 1 LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC126 Problmes de synchronisation Unproblmetoutfaitsemblableauprcdentseposelorsquel'onutilisedes variables d'tape pour synchroniser des GRAFCET se droulant en parallle ou pour assurer la protection de ressources communes. Nousreprendrons,ici,lecasduGRAFCETdesynchronisationexposauparagraphe 6.5.2.(figure6.27.).Supposonsqu'onvienned'arriverdanslasituationindiquelafigure 6.27.a.Supposonsaussiquel'ordredescrutationdesGRAFCETsoit1,2,3.Aucycle d'automatequisuit,leGRAFCET1commenceparpasserl'tape13puisquelarceptivit X1 est vraie, le GRAFCET 2, scrut en second, trouve aussi une rceptivit vraie puisque X1esttoujoursvraieetque/X12estdevenuevraie.EnfinleGRAFCET3,scrutendernier, passe l'tape 2 mais il est trop tard, les deux chariots sont en route vers la voie commune ! Danslecasprsent,ilestassezfaciledecontournerladifficult.Ilsuffit,eneffet, lorsqu'undesGRAFCETprendlecontrledelaressourcecommune,qu'ilfasselui-mmeet dans le mme temps voluer le GRAFCET de synchronisation. End'autrestermes,lesinstructionsquiassurentlatransition12duGRAFCET devronttrecritesdeuxfois:unefoisaprscellesquiassurentlatransition1213du GRAFCET1etunefoisaprscellesquiassurentlatransition2223duGRAFCET2.De cette manire, on s'affranchit compltement de l'ordre de scrutation des GRAFCET, du moins en ce qui concerne la protection de la ressource commune. 6.6.3.ORGANISATION DES PROGRAMMES D'unemaniregnrale,onprfresparerlapartieduprogrammerelative l'volution du GRAFCET et la partie relative au calcul des actions.Celle-ci sera videmment excute en second, afin de reflter l'tat le plus rcent du GRAFCET. Cettemaniredefairepermetderegrouper,enuneseulequation,toutesles conditions qui affectent une mme sortie.Ceci est videmment de nature faciliter la mise au point du programme.De mme, cela permet d'introduire plus facilement les diffrents types d'actions dcrites au paragraphe 6.3.2.. Lafigure6.28.a.montrelecasd'uneactionmmorise.Aulieudedevoirredfinir l'action A chacune des tapes 2 4, il suffira d'crire l'quation de sortie unique de la figure 6.28.b. De plus, avec cette organisation, il sera aussi plus facile de contrler le comportement dessortiesdansdessituationsparticulirestellesquel'arrtd'urgence.Lafigure6.28.c. correspond au cas d'une remise zro de la sortie A en cas d'arrt d'urgence.Dans l'hypothse delafigure6.28.a.,ilauraitfalluintroduirelaconditiond'arrtd'urgencechacunedes tapes 2, 3 et 4. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC127 14 10 Dmarrage 11 12 Attente 13 Point WA atteint Point WA atteint Point A atteint WAGONNET A X1 2420Dmarrage 21 2223 Point WB atteint Point WB atteint Point B atteint X1./X12 WAGONNET B 1X13 +X23 2 X14 +X24 1 3 2 Figure 6.27. GRAFCET de synchronisation a. Etat initial LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC128 14 10 Dmarrage 11 12 Attente 13 Point WA atteint Point WA atteint Point A atteint WAGONNET A X1 2420Dmarrage 21 22 23Point WB atteint Point WB atteint Point B atteint X1./X12 WAGONNET B 1 X13 +X23 2 X14 +X24 1 3 2 Figure 6.27. GRAFCET de synchronisation b. Evolution (fautive) dans le cas d'une scrutation dans l'ordre 1 2 - 3 LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC129 AASRM2M2M2M3M3M3M4M4M4AAAAAa.b.c.AU Figure 6.28.Intrt de regrouper les quations relatives aux actions LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC130 6.6.4.PRINCIPALES METHODES DE TRANSPOSITION L'organisationdcriteci-dessustantadmise,diffrentesapprochessontalors envisageablespourgrerl'volutionduGRAFCET.Nousprsentonsci-dessousquelques exemples utiliss dans la pratique mais qui ne sont certainement pas exhaustifs. a.Calcul pralable des conditions de transition Dans cette solution, les conditions de transition pour toutes les tapes sont calcules en dbutdeprogrammeetmmorisedansdesbitsinternes.Cesbitsinternessontensuite utiliss en tant que rceptivits dans la description de l'volution du GRAFCET. Ainsi, si une tape est active, on est assure qu'elle ne pourrait tre dsactive dans le mmecycled'automate.Eneffet,larceptivitquilaverrouilleestncessairementfausse puisque, au moment o celle-ci a t calcule, l'tape n'tait pas active par hypothse. Laprsentemthodeoffreaussil'avantagedepouvoir"forcer"facilementl'volution d'unGRAFCETenphasedemiseaupoint.Aulieudedevoir"forcer"touteslesvariables intervenant dans une rceptivit, il suffira en effet de "forcer" le bit de transition. La figure 6.29. donne un exemple de la mthode programme en langage IL normalis. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC131 Exemple de GRAFCET Calcul des conditions de transition condition de transition 10 - 20 LD AND STLD AND ST M10 R1 M11 M20 R2 M21 Si l'tape 10 est active et que la rceptivit R1 est vraie activer la condition de transition M11 condition de transition 20 - 30 Si l'tape 20 est active et que la rceptivit R2 est vraie activer la condition de transition M21 Calcul de l'volution transition 10, 20 LD AND S R M10 M11 M20 M10 Si l'tape 10 est active et que la condition de transition est vraie alors activer l'tape 20 et dsactiver l'tape 10 transition 20, 30 LD AND S R M20 M21 M30 M20 Si l'tape 20 est active et que la condition de transition est vraie alors activer l'tape 30 et dsactiver l'tape 20 Calcul des actions Figure 6.29. Calcul pralable des conditions de transition 20 30 R2 R1 10 LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC132 b.Utilisation de sauts conditionnels Silelangageautomatecomportedesinstructionsdesautsconditionnels,onpeutles utiliserpouressayerd'viterlescalculsinutiles.Commelemontrel'exempledelafigure 6.30., on saute d'tape en tape dans le GRAFCET jusqu' tomber sur une tape active.Dans ce cas, on calcule la rceptivit associe; si elle est vraie, on fait voluer le GRAFCET.Qu'elle soitvraieoufausse,onsauteensuitedirectementlapartieduprogrammequicalculeles sorties, ce qui garantit que, si une nouvelle tape est active, elle le restera au moins pendant un cycle de l'automate. Cette mthode est moins favorable que la prcdente en ce qui concerne le forage des rceptivitscarilfaudraeneffeticiforcerdemanireadquatetouteslesvariablesqui interviennent dans R1. Onpourraitvidemmentenvisageruncalculpralabledesrceptivitsavec mmorisationdansdesbitsinternesmaisdanscecas,videmment,onperdraitunegrande partiedel'intrtdessautsconditionnels,surtoutsilesrceptivitssontdesexpressions complexes. transition 10 - 20 ET10 :LDN J MPC LD S R J MP M10 ET20 R1 M20 M10 ACTION Si l'tape 10 n'est pas active sauter l'tape suivante Sinon tester la rceptivit et, si elle est vraie activer l'tape 20 dsactiver l'tape 10 sauter au calcul des actions transition 20 - 30 ET20 :LDN J MPC LD S R J MP M20 ET30 R2 M30 M20 ACTION Si l'tape 20 n'est pas active sauter l'tape suivante Sinon tester la rceptivit et, si elle est vraie activer l'tape 30 dsactiver l'tape 20 sauter au calcul des actions ACTION : calcul des actions Figure 6.30. Utilisation de sauts conditionnels LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC133 c.Utilisation d'un pointeur de phase Pourlesautomatesdisposantd'instructionsdesautsconditionnelsetdecalculsur mots,onpeutencoreprocderd'uneautremanire.Ilfautcommencerpars'assurerqueles GRAFCET dcrivant l'automatisme ne comportent pas de branches parallles.Si c'est le cas, onlesremplaceraparautantdeGRAFCETsimples,synchronisscommeexpliquau paragraphe 6.5. AchaqueGRAFCET,onassocieraalorsunmotdedonne,appelpointeurdephase, dontlavaleurcouranteindiqueralenumrodel'tapeactive.Lesconditionsdetransition comporteront donc une comparaison entre le numro de l'tape active et la valeur courante du pointeurdephase.Encasd'volution,c'estlenumrodelanouvelletapeactivequi deviendra la valeur courante du pointeur de phase. Cette mthode est certainement plus gourmande en temps de calcul que la prcdente,parexemple,puisqu'elleimpliquedesoprationssurmots.Parcontre,elleprsentedes avantages intressants qui ont dj t voqus au paragraphe 6.6.1. D'unepart,ellegarantitdemanireintrinsquequ'iln'yaurajamaisqu'uneseule tape active la fois dans un GRAFCET.Ceci peut s'avrer utile en phase de test lorsque l'on procde des forages d'tapes et/ou de rceptivits.Dans les autres mthodes, bases sur les bits,ilfauteneffettretrsvigilantlorsdetelsforagespourgarderleGRAFCETdansun tat cohrent. D'autrepart,ellepermetdesuivretrsfacilementl'volutiond'unGRAFCET:par simpleconsultationdelavaleurdesonpointeurdephase,onconnatlenumrodel'tape active. Une remarque analogue celle du cas prcdent peut tre faite propos du forage des rceptivits, avec les mmes conclusions. Lafigure6.31.montrelatranspositionduGRAFCETdel'exempleenutilisantun pointeurdephased'abordenlangageILpuisenlangageST.Cedernierestmanifestement mieux adapt au problme. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 6 GRAFCET ou SFC134 a.Programmation en langage IL Pointeur de phase MW1 transition 10 - 20 ET10 :LD NE J MPC LD J MPCN LD ST J MP10 MW1 ET20 R1 ACTION 20 MW1 ACTION Silepointeurdephasen'estpasgal 10 sauter l'tape suivante sinon, tester la rceptivit sauter au calcul des actions si elle est fausse sinonmettre20danslepointeurde phase sauter au calcul des actions transition 20 - 30 ET20 :LDNE J MPC LD J MPCN LD ST J MP 20 MW1 ET30 R2 ET20 30 MW1 ACTION Silepointeurdephasen'estpasgal 20 sauter l'tape suivante sinon, tester la rceptivit sauter au calcul des actions si elle est fausse sinonmettre30danslepointeurde phase sauter au calcul des actions ACTION : calcul des actions b.Programmation en langage ST transition 10 - 20 ! IF [MW1=10] . R1 THEN 20 MW1 ; J UMP ACTION transition 20 - 30 ! IF [MW1=20] . R2 THEN 30 MW1 ; J UMP ACTION ACTION : Figure 6.31. Illustration de la mthode du pointeur de phase LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA135 Chapitre 7 GEMMA Guide d'Etude des Modes de Marches et d'Arrts Cechapitreestquasiintgralementreprisdudocumentoriginaldel'ADEPA (Association pour le Dveloppement de la Production Automatise France) 1981. 7.1.INTRODUCTION LeGEMMAestun outil-mthode permettantdemieuxdfinirlesModesde Marches et dArrts dun systme industriel automatis. Ilestconstitupourl'essentield'unGuideGraphiquequiestrempliprogressivement lors de la conception du systme. On commence par recenser les Modes ou Etats de fonctionnement du systme en utilisant des critres clairement dfinis, indpendants la fois du type de systme tudi et de la technologie de commande. On tablit ensuite les liaisons possibles entre ces Modes ou Etats , en explicitant les conditions d'volution. Ledocumentainsitablimatrialisel'analysedtailledesModesdeMarcheset d'Arrts du systme: le GEMMA est un outil d'aide l'analyse. Il reste alors en dduire le GRAFCET complt afin de terminer la dfinition des spcificationsdelaPartieCommande,ycomprislepupitreetlescapteurssupplmentaires ventuellementncessaires :leGEMMAestunoutildaidelasynthseducahierdes charges.Enfin, ce document accompagne la vie du systme: le GEMMA est un outil d'aide la conduite de la machine, sa maintenance ainsi qu' son volution. 7.1.1.LE BESOIN D'OUTILS-METHODES L'automatisationdelaproductionexigelaralisationdemachinesautomatiquesde plusenpluscomplexesmaisenmmetempsoffrantplusdescuritetuneplusgrande souplesse d'emploi. Par ailleurs, un systme automatis est un carrefour : pour le concevoir, le raliser, le mettreaupoint,lerparer,lefairevoluer,deshommesayantdescomptencesetdes motivations diverses doivent se comprendre. Par consquent, le Dveloppement de la Production Automatise passe par la cration, lapromotionetlapratiqued'outils-mthodesutilisantdesconceptsclairementdfiniset facilitant la conception, la ralisation et l'exploitation des machines automatiques. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA136 Ressentid'abordauniveaudeladescriptiondufonctionnement,cebesoin d'outils-mthodes a donn naissance au GRAFCET.Des outils-mthodes complmentaires se rvlent maintenant ncessaires. 7.1.2.LE BESOIN D'UN VOCABULAIRE PRECIS DansledomainedesModesdeMarchesetd'Arrts,levocabulairepratiquest imprcis et parfois mme contradictoire : il conduit des incomprhensions graves. Parexemple,trsutilissdespraticienslestermes"MARCHEAUTOMATIQUE, SEMI-AUTOMATIQUE,MANUELLE"recouvrentdesnotionstoutesrelatives:selonson exprienceetsonenvironnement,chaquetechnique,chaqueSocitetchaqueindividuleurs donnentdessignificationsdiffrentes.Ainsi,uneMarchesemi-automatiqueserasouvent considre comme une Marche automatique pour des systmes moins complexes. Par ailleurs, la liste des termes utiliss pour dnommer les Modes de Marches s'allonge sans pour autant apporter d'ide unificatrice. Quelquestermesutiliss,titred'exemple:Marche"paspas",Marche"couppar coup",Marche"d'intervention",Marche"rglage",Marche"cycleparcycle",...Arrt "d'urgence", Arrt "figeage", Arrt "fin de mouvement", Arrt " l'tape" ... Parconsquent,pourquetouteslespersonnesconcernessecomprennent,ilest indispensablededfinirunvocabulaireprcisenlerattachantadescritresfondamentaux, indpendants du genre de l'quipement et de la technologie de ralisation. 7.1.3.LE BESOIN D'UNE APPROCHE GUIDEE Leplussouventlorsdel'tuded'unsystmeautomatis,lesbesoinsenModesde Marchesetd'Arrtssontpeuoumalexprims.Aprsralisationdusystme,c'estalorsau prix de modifications et ttonnements coteux qu'il faut rpondre ces besoins essentiels. Leconcepteuradoncbesoind'uneapprocheguideetsystmatique,dugenre "check-list",pourtoutprvoirdsl'tudeetenvisagerlesconsquences,tantpourlapartie oprative que pour la partie commande du systme raliser. Le GRAFCET permet une expression prcise de certains Modes de Marches et d'Arrts.Seul, il ne permet cependant pas l'approche systmatique et globale ncessaire. PourlesModesdeMarchesetd'Arrts,leGEMMArpondcesbesoins:c'estun outil-mthodequidfinitunvocabulaireprcis,enproposantuneapprocheguide systmatique pour le concepteur : le guide graphique GEMMA. 7.2.LES CONCEPTS DE BASE LeGEMMAconstitueunemthoded'approchedesModesdeMarchesetd'Arrts, fonde sur quelques concepts de base matrialiss par un Guide graphique. La dmarche propose comporte 2 temps : 1.lerecensementdesdiffrentsmodesenvisags,etlamiseenvidencedesenchanements qui les relient; LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA137 2.la dtermination des conditions de passage d'un mode l'autre. Commenons par dcouvrir les concepts de base du GEMMA. 7.2.1.CONCEPT N 1 : LES MODES DE MARCHES SONT VUS PAR UNE PARTIE COMMANDE EN ORDRE DE MARCHE Toutsystmepeuttredcomposfonctionnellementen2partiesquicooprent:la partie oprative et la partie commande. Onentendraicipar"partieoprative",toutcequin'estpasl'automatismeencours d'tude(quel'onappellera"partiecommande").Lapartieoprativepeutdoncinclure,outre lesmcanismesoudispositifsdiversdusystme,toutcequirelvedel'environnementdu systme (oprateurs humains ou autres parties commande). LesModesdeMarchesoud'Arrtsconcernentlesystme,c'est--direl'ensemble "Partie oprative" + "Partie commande", mais tels qu'ils sont vus par la partie commande. Nous nous limitons volontairement cette hypothse d'une description vue d'une partie commandeenordredemarche,commetantdeloinlaplusfrquenteetsurtoutlamoins complexe aborder. Ceci revient carter les cas des parties commande scurit passive ou tolrant des pannes, ainsi que les interventions humaines directement sur la partie oprative sans que, par un capteur, la commande en soit informe.

Par consquent, ceci suppose que la partie commande est en ordre de marche, avec tous sesorganesconvenablementaliments,mmesilapartieoprativeesthorsnergie,ouen dfaut, ou l'arrt. Le Guide graphique GEMMA est donc constitu de 2 zones (figure 7.1.) : Figure 7.1.Les 2 zones du GEMMA une zone correspondant l'tat inoprant de la partie commande (PC) elle ne figure que pour la forme; unezonepermettantdedcrirecequisepasselorsquelapartiecommande(PC) fonctionne normalement c'est la zone qui couvre la quasi-totalit du guide graphique. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA138 La mise sous nergie et dans un tat initial de la partie commande permet de franchir lafrontireentreles2zones.Ontrouvealorslapartieoprative (PO) hors ou sous nergie.On peut franchir la frontire dans l'autre sens par coupure d'nergie sur PC. 7.2.2.CONCEPT N 2 : LE CRITERE "PRODUCTION" Unsystmeindustrielautomatisestconufondamentalementpourproduireune certaine valeur ajoute. C'est la justification principale de la construction du systme. Cetteproductiondevaleurajoutepeuttretrsvarie:modificationdesproduits, contrle,manutention,stockage,etcependant,l'expriencemontrequ'onpeuttoujoursla caractriser pour un systme donn de faon prcise et unique. Ceseradoncnotrepremiercritre:ondiraquelesystmeest"enproduction"sila valeurajoutepourlaquellelesystmeatconuestobtenue,ondiraquelesystmeest "hors production" dans le cas contraire (figure 7.2.). Figure 7.2.Le critre "production" 7.2.3.CONCEPT N 3 : LES 3 GRANDES FAMILLES DE MODES DE MARCHES ET D'ARRETS Onpeutclasseren3grandesfamilleslesModesdeMarchesetd'Arrtsd'unsystme automatis : Figure 7.3.Les 3 grandes familles de modes de marches et d'arrts LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA139 1 - Famille (F) OngroupedanscettefamilletouslesModesouEtatsquisontindispensables l'obtentiondelavaleurajoute,ou,autrementdit,tousceuxsanslesquelsonnesaitpas techniquementoufonctionnellementobtenirlavaleurajoutepourlaquellelamachineest prvue. CesmodessontregroupsdansleguidegraphiquedansunezoneF"Procduresde Fonctionnement". Notonsquel'onne"produit"pasforcmentdanstouslesmodesdecettefamille:ils peuventtreprparatoireslaproduction,ouservirauxrglagesouauxtestsparexemple.Ils n'en demeurent pas moins indispensables : on ne sait pas faire du moulage en coquille sans prchaufferl'outillage(marchedeprparation),nieffectuerdesoprationsd'usinagesans rglages ni contrles priodiques. 2 - Famille (A) Une machine automatique fonctionne rarement 24 heures sur 24 : il est ncessaire de l'arrterdetempsautre,pourdesraisonsextrieuresausystme,toutsimplementparce que la journe est finie, ou bien par manque d'approvisionnement, par exemple. L'expriencemontrequ'ilestsouventdlicatdeconcevoirlesquipements automatiques pour qu'ils arrtent correctement le processus qu'ils contrlent. OnclasseradanscettefamilletouslesModesconduisant(outraduisant)untat d'arrtdusystmepourdesraisonsextrieures.IlssontregroupsdansunezoneA "procdures d'Arrt" du guide graphique. Notonsqu'onpeutproduireentantdansuneprocdured'arrt,sicetarrtest demand la fin d'une opration, par exemple. 3 - Famille (D) Ilestrarequ'unSystmefonctionnesansincidentpendanttoutesavie:ilest indispensable de prvoir les dfaillances. Onregrouperadanscettefamilletouslesmodesconduisant(outraduisant)untat d'arrtdusystmepourdesraisonsintrieuresausystme,autrementdit,causede dfaillancesdelapartieoprative.CesmodessontreprsentsdansunezoneD"procdures en Dfaillance" du guide graphique. Onacartd'emblelescasdedfaillancedelaPC,pourlesquelsonconsidrequ'on ne peut rien dire, dans la majorit des cas. 7.2.4.LES "RECTANGLES-ETATS" Sur le guide graphique GEMMA (voir 7.3.), chaque Mode de Marche ou d'Arrt dsir peut tre dcrit dans l'un des "rectangles-tats" prvus cette fin (figure 7.4.). LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA140 La position d'un rectangle-tat sur le guide graphique dfinit : sonappartenancel'unedes3familles,procduredefonctionnement,d'arrtoude dfaillance; le fait qu'il soit "en" ou "hors production". Le rectangle-tat porte une dsignation de Marche ou d'Arrt utilisant un vocabulaire nepouvantprterconfusion:c'estdesseinqu'onttcartes,pourcesdnominations gnrales,lesexpressionscommunmentutilisespourdnommerlesModesdeMarchesou d'Arrts, qui sont souvent comprises diffremment de chacun. Par contre, ces expressions usites pourront tre employes dans le "langage machine",prcisantdanslecadredes"rectangles-tats"lesModesdeMarchesoud'Arrtspourune machinedtermine.Parexemple,dansle"rectangle-tat",on trouvera la prcision : "moulage semi-automatique". Citons des exemples : L'tatF1,,estceluipourlequellamachineatconue.Reprsentparungrandrectanglerenforc,ilsetrouvebienentendudansl'intersection des zones "procdures de fonctionnement" et "en production". L'tatA2,estreprsentparunrectangledans l'intersection des zones "procdures d'arrt" et "en production".En effet, dans cet tat, la machine continue encore de produire, bien que l'arrt soit demand. L'tatAl, C'estl'tat"repos"delamachine.Ilcorrespondengnrallasituationinitialedu GRAFCET:c'estpourquoi,commeunetapeinitiale,ce"rectangle-tat"estentourd'un double cadre. Pourunetudeplusfaciledel'automatisme,ilestrecommanddereprsenterlamachine dans cet tat initial. A2 Lorsque l'arrt est demand, la machine continue de produire jusqu' la fin du cycle. A2 est donc un tat transitoire vers l'tat A1. A3 < Arrt demand dans tat dtermin > Lamachinecontinuedeproduirejusqu'unarrtenunepositionautrequelafinde cycle : c'est un tat transitoire vers A4. A4 < Arrt obtenu > La machine est alors arrte en une autre position que la fin de cycle. A5 < Prparation pour remise en route aprs dfaillance > C'est dans cet tat que l'on procde a toutes les oprations (dgagements, nettoyages,..) ncessaires une remise en route aprs dfaillance. A6 < Mise P.O. dans tat initial> LamachinetantenA6,onremetmanuellementouautomatiquementlaPartie Oprative en position pour un redmarrage dans l'tat initial. A7 < Mise P.O. dans tat dtermin > LamachinetantenA7,onremetlaP.O.enpositionpourunredmarragedansune position autre que l'tat initial. 7.3.5.LES TATS "D " CesontlestatsdeMarchesetd'Arrtssitusdanslazone"procduresou Dfaillances" de la partie oprative. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA144 D1 . Les essais continuent, mais dfaut et heure sont affichs sur l'cran. Lorsqu'un oprateur survient, il peut alors arrter la machine vers A3 ou acquitter et revenir en F1. Atteinte par la slection "manuel", la < Marche de vrification > F4 permet au choix : devrifierlefonctionnementdesasservissementsdeV,Cet,paraffichagedes performances mini et maxi, l'aide des potentiomtres prvus au pupitre ; deprocderdesvrificationsdecomportementpardesessaisprolongsavecconsignes fixes V, C et ; dans ce cas, la marche de vrification est productive puisqu'elle essaie la transmission : elle est donc situe dans le rectangle "en production". On remarquera que, partir du guide graphique, le rectangle tat F4 a t obtenu par leregroupementdesrectangles-tatsF4etF5dorigine.Detellesadaptationsduguide graphiquedonnentsouventlasouplessencessairepourlappliquerdesexemplestrs diffrents. S'ilyaactionsurleboutond'arrtd'urgence(AU)ous'ilyadpassementdeVouC maximum autoriss pour la transmission essaye, nous passons en D1 < Arrt d'Urgence > ce qui provoque la coupure dnergie de la PO et le freinage. En D2, l'heure et la raison de l'arrt sontaffiches.Lorsqu'unoprateursurvient,ilpeutalorsagirsurlebouton"arrt"pour passer en A5, remettre les consignes zro et, par action sur le bouton acquittement, passer en A7 pour redmarrer depuis A4. Autraversdecetexemple,ltudiantpeutcommencerpercevoirlesobjectifset rsultatsduGEMMA.Lamthodedemiseenuvreseraplusexplicitedanslespages suivantes. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA150 2e exemple introductif : machine remplir et boucher La machine : Sous des formes varies, ce type de machine se rencontre souvent dans l'industrie, pour remplirautomatiquementtoutessortesdecontenants:flacons,bidons,botiersmcaniques tels que botes de vitesses, des rducteurs Lescontenantssontprsentssousunpostederemplissage,puissousunpostede bouchage. Pour la machine ci-dessus : lepostederemplissagecomporte un doseur volumtrique rglable, m par le vrin C, et une vanne de fermeture D, monostable; lepostedebouchagecomporteuntransfertdebouchonparvrinG,unmoteur pneumatiqueFpourtournerlebouchonvisser,etunvrind'avanceE.LevrinE avancejusqu'aubouchonprsent,reculeaveccebouchonpendantleretraitdeG,puis avance nouveau avec rotation du moteur F, pour visser le bouchon. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA151 Les capteurs Ces capteurs permettent la et interviennent dans le GRAFCET de BASE ci-dessous. Chaque vrin est muni d'un capteur fin de course. Exemple : pour le vrin A, capteurs a11 et a1, a11 tant actionn l'tat repos de la machine. Le vrin E est quip d'un capteur chute de pression e1, dtectant l'arrt du vrin en bute en un point quelconque de sa course. La vanne D et le moteur F ne comportent pas de capteurs de position, car ils sont difficiles implanter. GRAFCET de Base C'est le GRAFCET dcrivant la . Remarque:ceGRAFCETestincomplet;ilseracompltaprslarflexionGEMMAqui conduira entre autres prciser la situation initiale et le rebouclage. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA152 Dfinition des Modes de Marches et d'Arrts Le guide graphique GEMMA ci-dessous permet la dtermination des tats de marches et d'arrts ncessaires cette machine : A1 -LacaseA1,. D1 -En cas d'arrt d'urgence, la case D1, < Arrt d'urgence >, est atteinte : elle prvoit un arrt de tous les mouvements en cours, et la fermeture de la vanne D pour arrter tout coulement de liquide. A5 -Aprsarrtd'urgence,nettoyageetvrificationsontsouventncessaires:c'estl'objet de la case A5 < prparation pour remise en route aprs dfaillance >. A6 -Aprs toute dfaillance ou toute vrification, une remise l'tat initial est ncessaire : case A6. F4 -Pour le rglage du doseur, la vrification du distributeur de bouchons.... une commande spare des mouvements est prvue : case F4. F5 -Pour vrifications et mises au point, une commande semi-automatique (un seul cycle lafois)estncessairepourchaqueposteetpourl'ensemblecaseF5,, qui permet en appuyant sur le bouton m, l'exploration du cycle d'un seul poste, 1 ou 2 ou 3, en fonction de la position du slecteur "semi-automatique" enouou . SurleGRAFCETcomplt,lesreprisesd'tapesadquatessontprvuesauxpostes2 et 3 pour drouler cette marche. Pour le poste 1, le GRAFCET est dcrit compltement, mais avecsautdestapesagissantesdespostes2et3.C'estafinquecettemarchesemi-autose droule sans prcaution particulire que les tapes initiales du GRAFCET sont1323 et37 Al'option"manuel"correspondentlestatsF4,A5etA6,quiexigentlacommande sparedesmouvements(paractiondirecte)surlesdistributeursouparactionsurboutons s'il en est prvu. Enfin, le bouton d'Arrt d'Urgence AU permet de passer en D, depuis tous tats. LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA156 LES AUTOMATES PROGRAMMABLESTome 1 - Caractristique et mthodologie de programmation Chapitre 7 GEMMA157 7.4.METHODE DE MISE EN UVRE Comme nous l'avons montr, le GEMMA est non seulement une mthode systmatique pourslectionnerlesModesdeMarchesetd'Arrtslorsdelaconceptiond'unemachine automatique, mais aussi un moyen pratique pour les prsenter et les exploiter. Lesdeuxexemplesintroductifsquenousavonsexplorsnouspermettentdedgager les rgles pratiques pour l'emploi du GEMMA dans la conception d'un quipement automatis. 7.4.1.UTILISATION DU GEMMA POUR L'ETUDE D'UNE MACHINE DE PRODUCTION AUTOMATISEE Commenousl'avonsmontr,lapratiquecourantedel'tudedesmachinesde ProductionAutomatisen'abordepasmthodiquementlaslectiondesModesdeMarcheset d'Arrts,cequientranesouventdesmodificationslonguesetcoteusesdela machine aprs ralisation. En mettant en uvre le GEMMA dans l'tude, les Modes de Marches et d'Arrts sont prvus ds la conception et intgrs dans la ralisation. Voici une squence d'tude typique. I paralllement tude du processus d'action dfinition du cycle de production (GRAFCET fonctionnel) II paralllement dfinition de la partie oprative et des capteurs tablissement du GRAFCET oprationnel de base III miseenuvreduguidegraphiqueGEMMApourlaslectiondes Modes de Marches et d'Arrts avec mise en vidence des liaisons entre ces modes IV paralllement dfinitionl'aideduGEMMAdesconditionsd'volutionentreles tats de Marches et d'Arrts dfinition des fonctions du pupitre de commande tablissement du GRAFCET complt V Choixd'unetechnologiedecommande:lectrique,lectroniqueou pneumatique, cble ou programme VI Conceptionduschmaouduprogrammedecommandedansla technologie choisie 7.4.2.SELECTION DES MODES DE MARCHES ET D'ARRETS Lapartieoprativedelamachinetantdfinie,ainsiqueleGRAFCETducyclede productionnormale,leguidegraphiqueGEMMAestmisenuvre,dansunpremiertemps, pour slectionner et prciser les Modes de Marches et d'Arrts ncessaires. Deux proccupations simultan