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TS1CIRA AUTOMATISME 1

GRAFCET

Acronyme de :

GRAphe Fonctionnel de Commande Etapes Transitions

Sommaire

1- Règles d’évolution du Grafcet (norme NF EN 60848)

2- Applications grafcet


LE MODELE GRAFCET

L'AFCET (Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique) et l'ADEPA (Agence

nationale pour le DEveloppement de la Production Automatisée) ont mis au point et développé une représentation

graphique qui traduit, sans ambiguïté, l'évolution du cycle d'un automatisme séquentiel.

Ce diagramme fonctionnel: le GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande, Etapes Transitions) permet de décrire les comportements attendus de l'automatisme en imposant une démarche rigoureuse, évitant

ainsi les incohérences dans le fonctionnement.

Définitions

Le modèle est défini par un ensemble constitué :

- d’éléments graphiques de base comprenant : les étapes, les transitions, les liaisons orientées.

- d’une interprétation traduisant le comportement de la partie commande vis-à-vis de ses entrées et de ses

sorties, et caractérisée par les réceptivités associées aux transitions et les actions associées aux étapes.

- de 5 règles d’évolution définissant formellement le comportement dynamique de la partie commande.

- d’hypothèses sur les durées relatives aux évolutions.

1) Eléments graphiques de base

0

1

Fin de perçage

Percer

2 Déplacer

Etape initiale

Transition

Récéptivitéassociée àla transistion

Action

Liaison

Etape: une étape représente une situation stable de la PC

Une étape est soit active soit inactive. On peut associer à chaque étape i une variable Xi image de son activité.

ex: Etape 2 active X2 = 1 Etape 2 inactive X2 = 0

Etape initiale: étape active au début du fonctionnement. Elle se représente par un double carré.

Liaisons orientées: Elles relient les étapes aux transitions et les transitions aux étapes. Le sens général d’évolution est du haut vers

le bas. Dans le cas contraire, des flèches doivent être employées

Transitions : une transition indique une possibilité d'évolution d’activité entre deux ou plusieurs étapes. Cette évolution

s'accomplit par le franchissement de la transition.

Réceptivité : La réceptivité associée à une transition est une fonction logique :

- des entrées (capteurs, commande opérateur)

- des activités des étapes (Ex : X1 pour étape 1 active.)

- des variables auxiliaires (Ex : [C1=10] pour un test sur compteur C1)

Action: L'action indique, dans un rectangle, comment agir sur la variable de sortie, soit par assignation (action

continue), soit par affectation (action mémorisée)


2) Règles d’évolution :

Règle 1 : Situation initiale

La situation initiale est la situation à l'instant initial, elle est donc décrite par l'ensemble des étapes

actives à cet instant.

Règles 2 : Franchissement d’une transition

Une transition est validée lorsque toutes les étapes, immédiatement précédentes reliées à cette transition,

sont actives. Le franchissement d'une transition se produit :

- lorsque la transition est VALIDÉE ;

- ET QUE la réceptivité associée à cette transition est VRAIE.

Règles 3 : Evolution des étapes actives

Le franchissement d’une transition provoque simultanément :

- L’activation de toutes les étapes immédiatement suivantes.

- La désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.

Règle 4 : Evolutions simultanées

Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies.

Règle 5 : Activation et désactivation simultanée d’une même étape

Si au cours d’une évolution, une même étape se trouve être à la fois activée et désactivée, elle reste

active. La priorité est donnée à l’activation, donc on utilisera une mémoire à marche prioritaire pour

représenter une étape dans un logigramme.

3) Règles d’écriture :

L’alternance étape-transition et transition-étape doit toujours être respectée quelle que soit la séquence

parcourue.

Réceptivité toujours vraie :

La notation 1 (1 souligné) indique que la réceptivité est toujours vraie.

1

2

1

Dans ce cas, l’évolution est dite toujours

fugace, le franchissement de la transition n’est

conditionné que par l’activité de l’étape amont

Front montant

La notation indique que la réceptivité n’est vraie que lorsque la variable passe de la valeur 0 à la valeur 1.

1

2

a

La réceptivité n’est vraie que lorsque « a » passe

de l’état 0 à l’état 1

Idem la notation front descendant indique que la réceptivité n’est vraie que lorsque

la variable passe de la valeur 1 à la valeur 0.

1

2

a+ b

La réceptivité n’est vraie que lorsque « a » est vraie ou que « b » passe

de l’état 0 à l’état 1


Réceptivité dépendante du temps :

Action continue :

L’exécution de l’action se poursuit tant que l’étape à laquelle elle est associée est active et que la condition

d’assignation (expression logique de variables d’entrées et/ou de variables internes) est vérifiée. En l’absence de

condition l’action s’effectue tant que l’étape à laquelle elle est associée est active.

1

b

Action A

X1

X2

Action A

Action conditionnelle :

Une proposition logique, appelée condition d'assignation, qui peut être vraie ou fausse, conditionne l’action

continue. La condition d'assignation ne doit jamais comporter de front de variables d’entrées et/ou de

variables internes.

1

b

Action A

c

X1

X2

c

Action A

Action retardée:

L'action retardée est une action continue dont la condition d'assignation n'est vraie qu'après une durée t1

spécifiée depuis l'activation de l’étape associée. Dans l’exemple ci-dessous, l’action A sera exécutée 5s après

l’activation de l’étape 1.

1

b

Action A

5s/X1

X1

X2

Action A

5s

1

2

5s/X1

X1

X25s

Dans ce cas la durée d’activité de l’étape 1 est de 5 s.

Remarque : Il est possible d’utiliser cette notation lorsque l’étape

temporisée n’est pas l’étape amont de la transition.


Action limitée dans le temps :

L'action limitée dans le temps est une action continue dont la condition d'assignation n'est vraie que pendant

une durée t1 spécifiée depuis l'activation de l’étape à laquelle elle est associée.

1

b

Action A

5s/X1

X1

Action A5s

Action à l’activation et à la désactivation

Une action à l’activation est une action mémorisée lors de

l’activation de l’étape liée à cette action.

Une action à la désactivation est une action mémorisée

lors de la désactivation de l’étape liée à cette action.

10 C:=C+1

Incrémentation du compteur C à l’activation de l’étape 10

10 C:=0

Mise à 0 du compteur C à la désactivation de l’étape 10.

10 KM1:=1

16 KM1:=0

KM1=1 dès l’activation de l'étape 10 et reste à 1 jusqu'à l’activation de l’étape 16.

(à utiliser pour mémoriser une action active sur 3 étapes consécutives au minimum)

Action sur événement

Une action sur évènement est une action mémorisée conditionnée à l’apparition d’un événement, l’étape à

laquelle l’action est reliée étant active. Il est impératif que l’expression logique associée à l’évènement

comporte un ou plusieurs fronts de variables d’entrées.

10 C:=C+1

a

Incrémentation du compteur C sur le

front montant de « a », l’étape 10 étant

active.

X10

aValeurcourante de C 0 1 2


4) Structures de base :

4.1) Sélection de séquence

Une sélection de séquence est un choix d’évolution entre plusieurs séquences à partir d’une ou plusieurs

étapes. Elle se représente graphiquement par autant de transitions validées en même temps qu’il peut y avoir

d’évolution possibles. L’exclusion entre les séquences n’est pas structurelle. Pour l’obtenir, il faut s’assurer

soit de l’incompatibilité mécanique ou temporelle des réceptivités, soit de leur exclusion logique.

Exclusivité logique Exclusivité technologique Exclusivité avec priorité

a.b a.b

3

4 5

1S1.d 1S2.d

3

4 5

a a.b

3

4 5

Les réceptivités /a.b et a.b sont

logiquement exclusives.

Les réceptivités 1S1.d et 1S2.d sont

technologiquement exclusives par les

capteurs fins de course 1S1 et 1S2 du

vérin 1A.

Les réceptivités a et /a.b sont exclusives

avec priorité à l’évolution 34 sur

l’évolution 35 si a=1 et b=1.

4.2) Saut d’étapes et reprise de séquence

Saut d’étapes Reprise de séquence Le saut d’étapes permet de sauter une ou plusieurs étapes lorsque

les actions associées à ces étapes deviennent inutiles.

La reprise de séquence permet de recommencer plusieurs

fois la même séquence tant qu’une condition n’est pas

obtenue.

10

c.e

11

a

12

b

13

c.e

10

d

11

a

12

13

c.e

c.e


3 POMPE : = 0

Acquittement « Mesure effectuée »

2 Comptage impulsions

Niveau liquide seuil maxi

1 POMPE : = 1

Niveau liquide seuil mini

4 Vidange cuve et Raz

compteur d’impulsions

Niveau liquide < 0%

0

Mise en marche système. (Niveau liquide < 0%)

( Impulsion débitmètre)

4.3) Séquences simultanées (séquences parallèles)

Si le franchissement d’une transition conduit à activer plusieurs étapes en même temps, ces étapes

déclencheront des séquences dont les évolutions seront à la fois simultanées et indépendantes.

29 ACTION B

30

d

ACTION A ACTION D

31

32

40

41

33

ACTION C

e

ACTION F

b

a

1

Si l'étape 29 est active, la réceptivité « e » provoque,

lorsqu'elle est vraie, l'activation simultanée des étapes 30

et 40.

Les deux séquences évoluent alors indépendamment

l’une de l’autre.

Les étapes 32 et 41 sont des étapes d'attente; dès qu’elles

sont actives, la transition 32,4133 est franchie (1 :

réceptivité toujours vraie) ce qui entraîne simultanément,

l’activation de l’étape 33 et la désactivation des étapes 32

et 41.

On remarque :

- que l’activation de l’étape 32 permet d'éviter que l'action C

se poursuive lorsque a est vraie et que b ne l'est pas encore.

- que l’activation de l’étape 41 permet d'éviter que l'action D

se poursuive lorsque b est vraie et que a ne l'est pas encore.

5) Exemple de programmation d’un grafcet (STEP7)


6) EXEMPLE D’AUTOMATISME COMPLET:TUNNEL DE SECHAGE DE PIECES

Lampes infrarougeS3

S4

Détecteur

Détecteur

Vue de face

Vue de dessus

TUNNEL DE SECHAGE

Vérin

Poste d'évacuation

M3

Pièce àsécher

Plan inclinéConvoyeur

1S1

1S2

Détecteur

Détecteur

Convoyeur

Plan incliné

Posted'évacuation

Pièce à sécher

Vérin

S3

Butée

S4

La pièce à sécher, déposée par l'opérateur sur le plan incliné, descend par gravité au poste de

chargement.

Les opérations suivantes sont alors possibles :

- appui sur le B.P Sdcy chargement de la pièce sur le tapis roulant (sortie de la tige du

vérin)

- pièce dans le tunnel convoyage en avant et lampes infrarouge en service

- capteur S4 sollicité convoyage en arrière et lampes infrarouge en service

- pièce hors du tunnel convoyage en arrière et arrêt du chauffage

- capteur S3 sollicité évacuation de la pièce sèche par gravité et arrêt.

Remarques:

- Le convoyage est beaucoup plus long que le passage dans l'étuve.

- Il est plus économique de redémarrer l'étuve à chaque demande de séchage que d'alimenter

en permanence les lampes à infrarouge !


Tableau des mnémoniques :

Repère Fonction Variable A.P.I.

TSX37 Satu BP « Arrêt d’urgence » %I1.0

Sdcy BP « Départ cycle » %I1.1

1S1 Détecteur « tige rentrée » %I1.2

1S2 Détecteur « tige sortie » %I1.3

S3 Détecteur « présence pièce sur le convoyeur » %I1.4

S4 Détecteur « présence pièce à l’extrémité de l’étuve » %I1.5

KMPO contact « PO en énergie » %I1.6

KMAV Contacteur « marche avant » %Q2.1

KMAR Contacteur « marche arrière » %Q2.2

KMS Contacteur « séchage » %Q2.3

1V1-14 Pilote du distributeur « sortie tige » %Q2.4

- Sortie sécurité A.P.I (*) %Q2.0

Les grafcets proposés:

X1.Sdcy.1S1

11

12

13

14

10

X10. Satu.KMP0

1

01V1-14

1S2

KMAV

20s/X12

KMAR KMS

S410s/X14

S3

KMAV KMS

GFN{10}

Satu+KMPO

GRAFCET de Sûreté (GS)

GRAFCET de fonctionnement normal (GFN)

X0 >

- 20 s = temps nécessaire à la pièce pour entrer dans le tunnel

- 10 s = temps nécessaire à la pièce pour traverser le tunnel

Dès l’initialisation de la PC (ou lors d’un appuie sur le B.P. « arrêt d'urgence » Satu, ou lors de la mise hors

énergie de la PO), le GS qui est hiérarchiquement supérieur au GFN force ce dernier à l'étape 10 de telle sorte

qu'aucun ordre ne puisse être émis par la partie commande ce qui sera nécessairement obtenu puisque les

étapes non écrites dans l'ordre de forçage (11, 12, 13, 14) sont systématiquement désactivées. Après ce forçage

de situation, on s’assure que la situation forcée est bien obtenue (X10=1), que l’arrêt d’urgence est déverrouillé

et que la mise en énergie de la PO est effective pour activer l’étape 1 du GS. L’évolution du GFN n’est

possible que si l’étape 1 du GS est active


Schéma de puissance et de distribution de l’énergie électrique

KMAV KMAR

Q4

I> I> I>

U1 V1 W1

M1

3

Q0

L1

L3

L2

N

KMS

Q5

Moteur convoyeur Lampes à infrarouge

3 x 400 V+ N + PE

gG

Q1

I>F1

Q2

24 VCom

230 V / 24 V63 VA

T1

Alimentationdes préactionneurs

H1: Systèmesous tension(balise)

I>

KMPC

AlimentationA.P.I. 230 V

Q3

I>

KMPO


Schéma de commande : solution pour machine classée non dangereuse (catégorie 1)

Com

KMPC

KMPCSmpc

Smpo

Sapc

HPC

KMPC

24 VM

ise

sous

tens

in P

C

PC sou

s te

nsion

Q4

1

Sortie de sécuritéde l'A.P.I.

KMPC

Satu

Mise

sous

tens

in P

O

KMPO

P>

Sapo

KMPO

HPC

KMPO

Mar

che

avan

t

conv

oyeu

r

KMAV KMAR KMS 1V1-14

KMAVKMAR

KMP0

2 3 4

Contactsdes sorties de l' A.P.I.

Sécha

ge

Mar

che

arriè

re

conv

oyeu

r

Cha

rgem

ent p

ièce

Q5

I >

PO sou

s te

nsion

0

OS1

H2

Systè

me

sou

s te

nsion

(pup

itre)

0V1-12


Bornier des entrées API :

0 V 24 V 10 2 3 4 5

Entrées A.P.I.

Satu Sdcy 1S1 1S2

S3 S4

6

KMP0

1S1, 1S2 : détecteurs inductifs montés sur le

corps du vérin.

S3, S4 : détecteurs photoélectriques de type

reflex.

Schéma pneumatique :

1V1-14

1V1

1

2

3

4

1A

0Z

1V2 1V3

0V12

0S1F R L

130V1-12

1S1 1S2

Les composants sont représentés dans la position de

départ, la pression étant appliquée, conformément au

§4.4.2 de la norme ISO 1219-2.

OZ : Groupe de conditionnement d’air constitué :

- d’un filtre (F) à air destiné à éliminer les impuretés

solides et liquides (eau) ;

- d’un manodétendeur, ou régulateur (R) qui permet

d’obtenir une pression stable (réglable et affichée sur

le manomètre) ;

- d’un lubrificateur (L) qui assure la lubrification des

distributeurs et des vérins par pulvérisation de

particules d’huile entraînées par l’air comprimé

(inutile lorsque ces éléments sont équipés de tiroirs et

tige de piston en céramique)

0V1 : distributeur 3/2 (3 orifices, 2 positions)

monostable à commande électropneumatique

0S1 : Détecteur de pression ou pressostat qui ferme son

contact si la pression dans le circuit est au-dessus du seuil

de réglage.

1V1 : distributeur 4/2 (4 orifices, 2 positions)

monostable à commande électropneumatique.

1V2 : réducteur de débit réglable avec clapet anti-retour

destiné à régler la vitesse de rentrée de la tige du vérin.

1V3 : idem 1V2 mais destiné à régler la vitesse de sortie

de la tige du vérin.

1 A : Vérin double effet


7) EXERCICES GRAFCET :

7.1) Représentation des actions détaillées

Compléter les chronogrammes correspondants aux descriptions suivantes :

X2

KM

YV

10s/X2

X3

T(s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

X2

YV

a

X5

T(s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

2

5

YV := 1

YV := 0

a

b

f

2

2

KM

10s/X2

3

5s /X2

YV

8s /X2


7.2) Compléter le chronogramme à partir du grafcet proposé :

S8

S1

S4

S3

S2

S6

S10

B5

B9

Etape (s)

active(s)

KM2

KM5

KM6

Y3

Y2

X1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

S1 S8.

S8

S3 . S4

S2

B9

S3

S3 . S10

S4

S1 .S8

S8

S2

B5

S6

1

KM6

KM5

Y3

KM2

Y2

KM5 KM6

B5


7.3) SYSTEME DE FILTRATION Le but d’une filtration est de permettre de supprimer les particules indésirables contenues dans un liquide.

Le système est représenté ci dessous :

L’installation comporte deux filtres :

- le filtre 1 est utilisé en fonctionnement normal

- le filtre 2 prend le relais du filtre 1 lorsque celui-ci est colmaté.

Matériel mis en œuvre :

Variables Type et fonction Commentaire

XS1 Capteur TOR de proximité capacitif type NO (=1, si filtre 1 présent) Capteur présence filtre 1

XS2 Capteur TOR de proximité capacitif type NO (=1, si filtre 2 présent) Capteur présence filtre 2

DPA Capteur TOR de seuil de pression différentielle type NO (=1, si filtre

1colmaté)

Pressostat

E Electrovanne arrivée principale fluide à traiter , type FMS Electrovanne monostable NF

E1 Electrovanne entrée fluide à traiter par le filtre 1, type OMS Electrovanne monostable NO

S1 Electrovanne sortie fluide traité par le filtre 1,type OMS Electrovanne monostable NO

E2 Electrovanne entrée fluide à traiter par le filtre 2, type FMS Electrovanne monostable NF

S2 Electrovanne sortie fluide traité parle filtre 2 , type FMS Electrovanne monostable NF

MA Bouton poussoir de mise en fonctionnement de l’installation (NO) B.P. type NO

AR Bouton poussoir de mise à l’arrêt de l’installation (NF) B.P. type NF

ACQ Bouton poussoir d’acquittement du nettoyage du filtre (NO) B.P. type NO

V1 Voyant filtre 1 en service Voyant filtre 1

V2 Voyant filtre 2 en service Voyant filtre 2

1-1) Commande des électrovannes

Compléter le tableau de la page 17 en précisant l’état logique (1 ou 0) de la commande des électrovannes afin qu’elles soient

ouvertes ou fermées.

1-2) Compléter le tableau de la page 17 en précisant la nature des variables « entrées » ou « sorties » par rapport à la partie

commande de l’installation

1-3) Grafcet partiel de la partie commande :

Le démarrage du grafcet en fonctionnement normal est donné page 17.

Décrire le fonctionnement correspondant de cette partie du grafcet

Filtre 1

E1

S1

XS1

Filtre 2

E2

S2

XS2

Fluide à filtrer

Fluide filtré

DPA

E


1-4) Fonctionnement de l’installation en cas de colmatage du filtre 1 :

Le grafcet fonctionnel point de vue procédé est donné ci-dessous :

0

Marche

1 ouverture EV

présence 2

filtres

2 filtre 1 en service

filtre 1

colmaté

3 5 fermeture EV

fin filtrationfin nettoyage

filtre1

arrêt

passage filtre2 et

nettoyage filtre1

4 passage filtre 1

fin de l'opération

décolmatage

Explications sur le procédé :

Après une période de fonctionnement, le filtre finit par se colmater.

Dés lors le fluide doit être envoyé vers le filtre 2.

Pour que le passage du filtre1 au filtre 2 s’effectue sans coup de bélier, on ouvre d’abord E2 et S2.

10 secondes plus tard, on ferme E1 et S1 pour isoler le filtre 1.

Pendant que le fluide circule à travers le filtre 2, E1 et S1 étant fermées, l’opérateur nettoie le filtre 1, puis le remet en place.

Ensuite il acquitte par une impulsion sur ACQ.

Le fluide est de nouveau envoyé vers le filtre 1, pour cela, on procède comme précédemment, on ouvre d’abord E1 et S1. Puis 10

secondes plus tard on referme E2 et S2 pour isoler le filtre 2.

Les voyants V1 et V2 signalent la mise en service de chacun des filtres.

L’arrêt de la filtration ne peut se faire que lorsque le fluide est traité par le filtre 1 et par appui sur le BP AR.

Compléter page 17 le grafcet point de vue commande .

1-5) En cas de défaillance sur l’électrovanne E1 du filtre 1 pendant le changement de filtre, que se passe t il ?

Que proposez-vous pour remédier à ce problème ? Que faut-il modifier sur la solution proposée ?

1-1)

E1 S1 E2 S2

Type OMS

Electrovanne

ouverte

Electrovanne

fermée

1-2)


ENTREES SORTIES

1-3)

0

1

MA

E := 1

XS1 . XS2

2 V1

E1 S1


7.4) Conditionnement de produit en bouteilles

Un système de conditionnement de

produit en bouteilles est constitué de

trois postes et d’un tapis roulant muni

de supports pour le maintien des

bouteilles à intervalles réguliers (1 pas)

.

Le tapis se déplace simultanément

devant les trois postes qui sont dans

l’ordre :

- POSTE 1 : Remplissage de la

bouteille.

- POSTE 2 : Fermeture de la

bouteille par un bouchon.

- POSTE 3 : Contrôle de la

fermeture.

Les trois opérations sont faites successivement, mais l’automatisme doit gérer les trois postes simultanément (si présence bouteille

devant le poste concerné). Il faut donc attendre la fin des trois opérations pour avancer d’un pas.

CYCLE DE FONCTIONNEMENT :

Les bouteilles déposées automatiquement sur le tapis arrivent vides (le poste de chargement ne fait pas partie de l’étude)

Sur appui du bouton poussoir DCY, et à condition que les vérins soient en position initiale rentrée, le tapis avance d’un

pas (capteur m).

Les trois postes sont équipés de capteur de proximité pi , en cas d’absence de bouteille sur un poste l’opération n’est pas réalisée.

Arrivée devant le poste 1, la bouteille est remplie grâce à l’ensemble A ( la durée du remplissage est de 10 s après descente du

vérin A).

Simultanément :

- la bouteille précédente est bouchée (système de fermeture B) au poste 2

- la première bouteille est contrôlée ( présence de bouchon) au poste 3

Le contrôle consiste à vérifier la présence du bouchon par descente du vérin C (le temps de déplacement du vérin est de

2s)

- Si présence correcte du bouchon le capteur de proximité c1 est actif avant la fin des 2 s

- Si absence de bouchon le capteur c1 n’est pas activé dans le temps imparti (2s)

Dans ce dernier cas, il faut prévoir l’évacuation de la bouteille vers le tapis 2 par le vérin D d’éjection.

Quand ces trois opérations sont effectuées le système avance d’un pas.

Le commutateur CU/CR permet de sélectionner soit :

- la marche automatique en continu : cycle répétitif ( CR= 1)

- la marche de réglage cycle unique (CU=1)

Remarque : lors de l’appui sur DCY, l’automatisme vérifie la position initiale des vérins, dans le cas contraire il procède à leur

retour en position rentrée.


TABLEAU DES VARIABLES DE L’AUTOMATISME :

Fonctions à assurer Préactionneurs Actionneurs Capteurs associés

POSTE 1 :

Remplir la bouteille

Distributeur électro-

pneumatique bistable

A+ : sortie vérin

A- : rentrée vérin

Vérin double effet A

(voir schéma de principe

ci dessous)

Capteurs de proximité de type NO

Vérin sorti : a1

Vérin rentré : a0

POSTE 2 :

Fermer la bouteille



B+ : sortie vérin

B- : rentrée vérin

Vérin double effet B


Vérin sorti : b1

Vérin rentré : b0

POSTE 3 :

Contrôler le bouchon



C+ : sortie vérin

C- : rentrée vérin

Vérin double effet C


Vérin sorti : c1

Vérin rentré : c0

Ejecter la bouteille



D+ : sortie vérin

D- : rentrée vérin

Vérin double effet D


Vérin sorti : d1

Vérin rentré : d0

Avancer le tapis d’un pas Contacteur KM Moteur asynchrone Capteur de position d’un pas :m

Dialoguer avec le

système

BP DCY type NO

Commutateur à 2 positions : CU/CR

Détecter la présence des

bouteilles

Capteurs de proximité de type NO :

p1,p2 et p3

Schéma de commande d’un vérin double effet :

Travail demandé :

Compléter le grafcet selon un point de vue commande de la page suivante (en utilisant les variables imposées)

A+ A

-

Rentrée du vérin A Sortie du vérin A

a0=1 a1=1



7.5) Equipement d’emballage

L’équipement ci dessus est utilisé pour former des lots de 2 ou 3 bidons (suivant une des deux positions du

commutateur "S0", notées « 2B » ou « 3B » ) La détection des bidons est assurée par un capteur photo "B1".

Fonctionnement :

Une impulsion sur "Sy " permet le démarrage de l’équipement. Les bidons arrivent par le tapis T1 et sont

acheminés devant le vérin V. Lorsque le nombre est atteint, une temporisation de 10 secondes maintient T1

en fonctionnement permettant de positionner les 2 ou 3 bidons face au vérin V, puis le tapis s’arrête. Le

transfert des bidons s’effectue par les différents vérins (V puis W). Lorsque les bidons sont arrivés sur le

tapis T2 celui ci fonctionne pendant 10 secondes si lot de 2 bidons, 15 secondes si lot de 3 bidons.

Quand les vérins sont revenus en position initiale, T1 redémarre. Le nombre de bidons sur T1 est atteint: Une

impulsion sur le BP "Sat" à n’importe quel moment du cycle provoque l’arrêt du cycle à la fin du traitement

du lot en cours.

Travail :

1) Etablir séparément, l’inventaire des variables d’entrées et de sorties de ce système.

2) Ecrire le grafcet répondant à ce mode de fonctionnement , en utilisant une variable compteur notée

C (étape X0 comme étape initiale).

3) Une impulsion sur le BP "Sat" à n’importe quel moment du cycle provoque l’arrêt du cycle à la fin du traitement du lot en cours. Proposer un deuxième grafcet réalisant cette fonction de mémorisation de la demande d’arrêt (étape X10 comme étape initiale). Modifier le grafcet précédent afin d’obtenir cet arrêt en fin de cycle

Remarque : les vérins sont monostables, et seront rentrés en position initiale

2B

3B


7.6) BROYEUR DE CEREALES

Ce système permet le mélange et broyage de céréales contenues dans des silos afin d’expédition. Deux types de mélanges peuvent

être obtenus :

1. Le mélange P1 : Produits A, B, C

2. Le mélange P2 : Produits B, C, D

Fonctionnement :

La sélection est réalisée par action sur un des deux BP « P1 » ou « P2 » (on rendra l’appui sur P1 prioritaire sur l’appui sur

P2).Cela provoque le démarrage du tapis (si présence d’un camion « SC »). 10 secs plus tard, le premier produit se déverse, puis au

bout de 10 secs, c’est au tour du 2em et enfin après encore 10 secs, le 3em produit est délivré. Chaque produit se déverse

séparément pendant 10secs .Le fonctionnement du tapis est alors prolongé pendant encore 10 secs après l’arrêt du produit 3.

A la fin du déversement complet du produit 3 ,le mélangeur (Mm) se met en marche et après 10 secs, le broyeur (MB) démarre.

Simultanément, l’électrovanne EVR s’ouvre et le produit se déverse dans le camion. Après 60 secs, on considère la trémie vide, le

mélangeur et le broyeur s’arrêtent. Le camion quitte alors la plateforme Un autre mélange peut alors être obtenu.

Travail :

1) Faire, séparément, l’inventaire des variables d’entrées et de sorties de ce système.

2) Ecrire le grafcet correspondant à ce mode de fonctionnement (mémoriser l’appui sur l’un des BP à l’aide de

deux mémoires M1 et M2).


7.7) Réacteur chimique :

Description de l’installation (voir schéma page suivante)

L'installation est composée d'un réacteur de contenance 5 tonnes dans lequel sont mélangés les différents produits.

Ligne solvant 1 :

Le solvant 1 est disponible en réseau dans l'usine.

La vanne V1 permet d'introduire le solvant 1 dans le réacteur.

Le débitmètre FT1 mesure la quantité de solvant introduite dans le réacteur.

Ligne solvant 2 :

Le solvant 2 est disponible en fût de 1 000 litres au pied du réacteur.

La pompe P2 et la vanne V2 permettent d'introduire le solvant 2 dans le réacteur.

Le fût est placé sur un système de pesage WT2 qui permet de contrôler la quantité de solvant introduite dans le réacteur.

Masse volumique du solvant 2 : 1 kg / dm3

Ligne poudre :

Un conteneur de 3 tonnes de poudre est déversé dans la trémie par l'opérateur à l'aide d'un palan (non représenté sur le

schéma).

Une trappe T1, au fond de la trémie, permet de déverser la poudre dans la vis de transfert.

La vis de transfert, entraînée par le moteur MV, achemine la poudre au-dessus du réacteur.

Une deuxième trappe T2 permet d’introduire la poudre dans le réacteur.

Ce réacteur est équipé d'un système de chauffage et de refroidissement non représenté sur le schéma.

Un agitateur actionné par le moteur MA permet d'obtenir un mélange homogène.

Pour éviter tout risque d’explosion, on peut introduire de l’azote dans le réacteur grâce à la vanne VA (Inertage).

L’azote est disponible en réseau dans l’usine.

Le réacteur est monté sur un système de pesage WTR qui permet de contrôler les quantités de produit déversées.

La vanne VR (Ouverte par manque d’air) permet la mise à la pression atmosphérique du réacteur.

Une soupape de sécurité S maintient une pression de 1 bar (105 Pa) dans le réacteur tant que la vanne VR est fermée.

Le produit obtenu est évacué, en fin de cycle, vers un réservoir de stockage, par la vanne VS.

Description du processus de fabrication (voir grafcet fonctionnel page 5):

Lorsque l’autorisation de fabrication est donnée et si la trappe T2 et la vanne VS sont fermées et que la trappe T1 et la vanne VR

sont ouvertes, le cycle de production peut commencer.

La trappe T1 se ferme. Dès qu’elle est fermée un voyant au tableau de contrôle indique à l’opérateur qu’il peut remplir la trémie.

Lorsqu’il a déversé le chargement de poudre, l’opérateur appuie sur le bouton poussoir de validation et le voyant « Trémie

chargée » s’allume au tableau de contrôle.

Parallèlement à la phase de remplissage de la trémie, la vanne VR se ferme et la vanne VA s’ouvre pour assurer l’inertage du

réacteur pendant toute la phase de fabrication,

5 minutes plus tard, 1 800 litres de solvant 1 sont introduits dans le réacteur, suivis de 150 kg de solvant 2.

Dès que les solvants 1 et 2 sont mis dans le réacteur et à condition que la trémie de poudre soit correctement chargée on commence

le transfert de 2,5 tonnes de poudre dans le réacteur et on démarre l’agitation afin de mélanger les produits de manière homogène.

Lorsque le transfert de poudre est terminé, le mélange est amené puis maintenu à un seuil de température (régulation température

notée TIC) pendant 20 minutes.

On arrête alors l’agitation, on stoppe l’introduction d’azote, on ouvre la vanne de mise à l’air et on évacue le contenu du réacteur

vers le réservoir de stockage.


Liste des variables utilisées par l’automate

ENTREES ANALOGIQUES)

Variables Commentaires

IWT2 Entrée 4-20mA réglée tel que :

IWT2 = 0 lorsque le fût de solvant 2 est vide IWT2 = 1000 lorsque le fût de solvant 2 est plein (1000kg)

IWTR Entrée 4-20mA réglée tel que :

IWTR = 0 lorsque le réacteur est vide

IWTR = 5000 lorsque le réacteur est plein (5000Kg)

Variables type mots internes

Variables Commentaires

Ci Compteur n°i (i à préciser entre 0 et 9)

MWi Mot interne d’adresse i ( à préciser entre 0 et 255)

ENTREES TOR (type NO) SORTIES TOR

Variables Commentaire Variables Commentaires

Af BP autorisation de fabrication TC Voyant indiquant à l’opérateur que la trémie est correctement chargée

IFT1 Impulsion du débitmètre FT1 de solvant

(10L/impulsion) KMA Contacteur moteur agitateur (monostable)

T1f Détecteur de position Trappe 1 fermée KMV Contacteur moteur vis de transfert poudre vers le réacteur (monostable)

T1o Détecteur de position Trappe 1 ouverte KMP2 Contacteur moteur pompe 2 de transfert du solvant 2 (monostable)

T2f Détecteur de position Trappe 2 fermée EV2 Electrovanne solvant 2 type FMS (monostable)

T2o Détecteur de position Trappe 2 ouverte EV1 Electrovanne solvant 1 type FMS (monostable)

Val BP de validation du chargement de la

trémie de poudre effectué EVA Electrovanne d’azote type FMS (monostable)

VRf Détecteur de position Vanne VR fermée EVR Electrovanne mise à l’air ( dite de respiration) du réacteur, type OMS

(monostable)

VSf Détecteur de position Vanne VS fermée EVS Electrovanne de soutirage du réacteur type FMS (monostable)

T1+ Fermeture trappe 1 au fond de la trémie de poudre (bistable)

T1- Ouverture trappe 1 au fond de la trémie de poudre (bistable)

T2+ Fermeture trappe 2 en sortie de la vis de transfert de poudre (bistable)

T2- Ouverture trappe 2 en sortie de la vis de transfert de poudre (bistable

TIC Validation du régulateur de température du réacteur

CP Voyant indiquant l’opérateur qu’il peut effectuer le chargement de poudre

FT1

T1

T2

EVR

WTR

EVA

EV1

EV2

EVS

WT2

MV

MA

P2

Azote

Vers réservoir de

Stockage Solvant 2

Solvant 1

Trémie de

Poudre Traitement des

gaz

S

Réacteur 5 t


Grafcet fonctionnel décrivant le process de fabrication :

0

auto.

CI*

1Chargement trémie

poudre par opérateur2

Inertage par l'azote du

réacteur

fin

d'inertage

fin de chargement trémie

poudre et dosage solvant 2

3Dosage 1800 litres de

solvant 1 dans le

réacteur

fin de

dosage

solvant 1

4Dosage 150 kg solvant

2 dans le réacteur

5Dosage 2,5t poudre

dans réacteur et

mélanger

fin de

transfert

poudre

6Mise en régulation de

température du

réacteur

fin

chauffage

7 Vidange récateur

réacteur

vide

*CI = conditions initiales (voir

texte page 2)


Décrire l’automatisation du système selon un point de vue commande en utilisant la norme grafcet en vigueur et la variables

imposées.

0


7.8) AUTOCLAVE

Le procédé est un autoclave dans lequel un produit est élaboré à partir de deux constituants A et B. La réaction chimique qui

a lieu doit être contrôlée en pression et en température.

Description de la partie opérative Cahier des charges L’opérateur démarre le cycle par appui sur le bouton dcy. La cuve doit être vide, la pression dans l’autoclave doit être égale à la

pression atmosphérique (1013 hPa) et la température doit être inférieure à 50°C, la séquence suivante peut alors être réalisée :

Remplissage de produit A jusqu’au niveau n1, puis de produit B jusqu’au niveau n2. Mise en route de la pompe à vide P01 pour abaisser la pression en dessous de 300 hPa. Ouverture de l’alimentation en vapeur de la double enveloppe. Malaxage pendant 30 minutes dès que la température de 120°C est atteinte. Fermeture de l’alimentation en vapeur et maintien du malaxage pendant 10 minutes. Arrêt du malaxage, le produit repose jusqu’à ce que la température descende à 50°C. Puis « mise à l’air » de l’autoclave Vidange de l’autoclave dès que la pression est à 1013 hPa. Fin du cycle après vidange complète. NB : à tout moment lors de ce cycle,

Un voyant V1 est allumé dès que la cuve est sous vide (p = 300 hPa).

Un voyant V2 est allumé dès que la température devient supérieure à 50°C.

Dans ce qui suit, on notera p et T la pression et la température dans la cuve.


Deux seuils de détection sous réglés sur les capteurs de pression PT et de température TT :

pc1 = 1 si p ≥ 1013 hPa et pc2 = 1 si p ≥ 300 hPa

T1 = 1 si T ≥ 120°C et T2 = 1 si T ≥ 50°C

Récapitulatif :

dcy Bouton poussoir départ cycle

Capteurs (actifs si recouverts ou seuil atteint)

n0 Détection cuve vide Normalement Ouvert

n1 Détection niveau de remplissage produit A NO

n2 Détection niveau de remplissage produit B NO

pc1 Détection pression cuve ≥ 1013 hPa

pc2 Détection pression cuve ≥ 300 hPa

T1 Détection température cuve ≥ 120°C

T2 Détection température cuve ≥ 50°C

Actionneurs

EV1…EV

6 Electrovannes d’étanchéité (fermées au repos)

P01 Pompe de mise à vide

P02 Pompe de vidange

M Moteur d’entraînement du malaxeur

V1, V2 Voyants de signalisation

Travail demandé :

1) Etablir le GRAFCET de ce système.

2) Compl

éter le

chrono

gramm

e ci-

contre :

Modification du cahier des charges

Mise sous vide : si au bout de 15 minutes, la pression de 300 hPa n’est pas atteinte, la mise sous vide est

stoppée et le réacteur sera « mis à l’air » et un voyant d’alarme AL1 est allumé. Après appui sur un bouton

d’acquittement acq, le GRAFCET est remis à l’étape initiale. Chauffage : si au bout de 15 minutes, la température de 120°C n’est pas atteinte, le chauffage est stoppé et le

réacteur est « mis à l’air » et un voyant d’alarme AL2 s’allume. Après appui sur un bouton d’acquittement acq,

le GRAFCET est remis à l’étape initiale.

3) Compléter le GRAFCET afin de réaliser ces modifications.

4) Représenter le schéma LADDER de l’étape 3 et celui du voyant V2.


7.9) SYTEME DE TRI DE FERMETTES Dans une scierie on débite des éléments de charpente (fermettes) dont la longueur est comprise entre 0,5 m et 6,5 m.

Après le débit, ces éléments sont séchés en étuve et traités dans des bacs contenant des produits fongicides et

insecticides.

Ces pièces de bois sont triées d’après leur longueur x et suivant 7 tailles :

X<1m 1m ≤X< 2m 2m ≤X< 3m 3m ≤X< 4m 4m ≤X< 5m 5m ≤X< 6m 6m ≤ X

Le système de tri (voir ci-dessous) comporte un tapis d’arrivée en provenance du sciage, suivi d’un large tapis de tri

qui dispose de 7 voies d’acheminement vers l’aire de stockage. Ces deux tapis tournent en permanence.

Deux vérins poussoirs bistables X et Y (commandes X+ et X

-, Y

+ et Y

-) aiguillent les fermettes sur le tapis de tri. Le

vérin X est muni d’une raclette à son extrémité et le vérin Y de deux raclettes. Les vérins sont munis de capteurs type

NO pour les positions rentrées (x0 et y0) et pour les positions sorties (x1 et y1).

Le système de mesure est constitué de quatre capteurs a, b, c, d de type NO dont l’implantation est :

a b c d

1m 3m 2m

L’état pris successivement par ces capteurs au passage de la pièce de bois permet d’en déduire la longueur x. Au

passage de la fermette devant les poussoirs (capteur type NO : xp pour le vérin X et capteur type NO : yp pour le vérin

Y), ceux ci se mettront en mouvement ou non (voir principe de l’aiguillage ci-dessous)).

Quand une pièce de bois arrive au niveau du capteur a, la pièce précédente a quitté le tapis de tri.

1) Donner l’inventaire des variables d’entrée et de sortie d’un point de vue API, dans un tableau de

synthèse.

2) Compléter le grafcet qui gère le fonctionnement des vérins X et Y de la page suivante.

Coupe A-A

Système de tri

Sens de

déplacement


Tableau de synthèse des variables API : Grafcet à compléter : (avec la notation ) Entrées Sorties

1

2

3

4

X+ Y+

/x1 /y1

x1.y1.xp

X-

x0

yp

Y-

y0

b./a

0

b.a

10


THEMES DES ANNALES EN AUTOMATISME DU BTS CIRA

Année Installation ou process

Gra

fcet

Str

uctu

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tio

n d

e

Gra

fcets

Fo

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Tech

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urs

–v

an

nes…

1987 Procédé agroalimentaire X X X

1988 Machine à développer les photos X X X X

1989 Fabrication de circuits imprimés X X X X X

1990 Chaudière X X X

1991 Fabrication de fermettes X X X X X

1992 Unité de dessiccation X X X X

1993 Alimentation d’un four à verre X X X

1994 Automatisation d’une cisaille X X X X X

1995 Traitement des eaux usées X X X

1996 Préparation de paraffine X X X X X

1997 Four de dépôt de couches de silicium X X X X X

1998 Atelier de filage X X X X

1999 Déminéralisation d’eau de ville X X X X X

2000 Magasin dynamique X X X X

2001 Fabrication d’ammoniaque X X X X

2002 Production d’air comprimé X X X X X X X

2003 Réacteur chimique X X X X X X

2004 Station de nettoyage en place X X X X X X

2005 Essoreuse de sucrerie X X X X X

2006 Réacteur chimique de floculant X X X X X X X X

2007 Procédé préparation matières plastiques X X X X X X X X

2008 Unité de formulation d’herbicide X X X X X X

2009 Brassage et fermentation de la bière X X X X

2010 Station de production d’eau potable X X X X X

2011 Autoclave blanchisserie industrielle X X X X X X

2012 Station d’épuration biologique X X X X X X

2013 Cuve de dissolution d’une polymérisation X X X X X X X

2014 Elaboration de produits pour le bois X X X X X

2015 Traitement thermique X X X X X X X


SYNTHESE GRAFCET

Règles de franchissement d’une transition :

Etape active aucune aucune 5 5 6

Transition validée non non oui oui non

Réceptivité vraie non oui non oui oui

Transition franchissable non non non oui non

Structures particulières du grafcet :

Séquence à choix de séquence (OU)

Séquences simultanées (ET) Cas particuliers du OU

Saut de séquence

Reprise de séquence

Les conditions A et B doivent être exclusives ! Les étapes 23 et 14 sont généralement des étapes d’attente

(sans action).

Attention à respecter l’alternance étape-

transition !

12

13

pousser pièce dans étau

pièce dans l'étau

= 1

serrer la pièce

21

22

mettre broche en rotation

broche en rotation

approcher en rapide

pièce disponible et chargement demandé

14

pièce sérrée

23

broche approchée

Etapes d’attente

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Graf7_evolution1.png





http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Graf7_04.png


Représentation des actions :

Action continue Action conditionnelle Action retardée

Action limitée Action mémorisée

Action événementielle Action mémorisée à

l’activation de l’étape

Action mémorisée à la

désactivation de l’étape

Action mémorisée, désactivée

à l’activation de l’étape

Action mémorisée, désactivée

à la désactivation de l’étape

Ex : dosage par comptage

d’impulsions d’un débitmètre.

10 C:=C+1

a

C=C total

10 A : = 0

15 A : = 0

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Graf7_diag_action_cont.png

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Graf7_diag_action_cond.png

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Graf7_diag_action_retard.png

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Graf7_diag_action_retard.png

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Graf7_diag_action_memo.png

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