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GUIDE D'ETUDE DES MODES DE MARCHE ET D'ARRET

1. Introduction générale Pour pouvoir conduire, exploiter, maintenir un système automatisé tout au long de son cycle de vie, il est nécessaire de prévoir, dès sa conception, toutes les situations de marche et d'arrêt. On estime qu’un projet d’automatisation est achevé si on est capable de répondre sans ambiguïté aux questions suivantes :

Comment peut-on mettre en marche ou arrêter son fonctionnement ? Peut-on prévoir des modes de marches spécifiques pour procéder à son réglage, à sa maintenance ? Quels critères doit-on prendre pour assurer la sécurité du personnel et du matériel ? Quelles seront les conséquences d’un arrêt d’urgence sur le personnel et le matériel ? Après un arrêt d’urgence, dans quelles conditions peut-on remettre le système à nouveau en marche ? Peut-on prévoir un scénario pour mettre le système en situation de repli en fin de journée pour assurer

sa sécurité en d’autres ? Quelles seront les conséquences de la mise du système « en hors énergie » ?

Le réponse en d’autres à ces questions apparaît indispensable. En effet, si généralement on souhaite que le système automatisé soit en production automatique, il est nécessaire de connaître précisément tous les autres états de son comportement : ce n’est pas par exemple en appuyant sur le bouton d'arrêt d'urgence que l'on "découvrira" le comportement du système dans cet état et comment sortir de cet état pour remettre le système en marche.

On doit par conséquent compléter le Grafcet, outil ayant permis la description du système, par le GEMMA, abréviation qui veut dire : GUIDE D'ETUDE DES MODES DE MARCHE ET D'ARRET. C’est un document graphique qui facilite la conduite, la maintenance et l'évolution du système. Voir document vierge en annexe.

Le GEMMA en quelques lignes.

Le GEMMA est un outil graphique qui permet de mieux définir les modes de marche et d’arrêt d’un système automatisé et de les prévoir dès sa conception.

Le document fait partie du dossier technique de la machine automatisée. Tout comme le Grafcet, le GEMMA est un outil d’aide à l’analyse. Le GEMMA complète le Grafcet (de fonctionnement). Le GEMMA est un guide d'étude qui permet de structurer la partie commande d'un système

automatisé de production. Le GEMMA n'intervient donc que si la partie commande. Le GEMMA permet de décrire le fonctionnement du système dans tous les modes de marche et

d’arrêt, la partie opérative étant sous contrôle de la partie commande.

2. Présentation du GEMMA Le GEMMA se compose d'un document à remplir. Ce document est constitué de rectangles d'état appelés modes. Ces rectangles sont reliés entre eux par des liaisons orientées. Le passage d'un rectangle à l'autre s'effectue un peu à la manière du franchissement d'une transition de Grafcet. Le GEMMA n'est pas un outil figé, il est modifiable à volonté en fonction des spécifications à obtenir. Les liaisons orientées présentes sur certains documents de référence ne sont là qu'à titre indicatif.

La première observation du document permet de remarquer que le document GEMMA est composé de deux grandes parties :

Partie commande hors énergie (PZ). Cette zone du GEMMA, située à l'extrême gauche, correspond à l'état inopérant de la partie commande. Dans cet état la partie opérative n'est pas sous le contrôle de la partie commande. La partie opérative peut être en énergie ou hors énergie. La sécurité est garantie par les choix technologiques. En d’autres termes, dans cette partie il n'y a pas de modes traités par la partie commande.

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Partie commande en énergie et active. C'est la partie qui va permettre de définir les différents modes de marche et d'arrêt du système ainsi que les conditions de passage d'un mode à l'autre. Cette partie est subdivisée en trois zones ou en trois familles de procédures.

1. Les procédures de fonctionnement (F); 2. Les procédures en défaillances (D); 3. Les procédures d'arrêts (A).

Une distinction supplémentaire est faite parmi ces trois familles de procédures. La zone de production est distinguée de la zone hors production par un double encadrement en pointillés. La zone de production se trouve à cheval sur les trois types de procédures.

Figure 1

Repérage des rectangles d’état

• Sur le GEMMA, chaque mode de Marche ou d’Arrêt désiré peut être décrit dans l’un des « rectangles états » prévus à cette fin.

• Le GEMMA porte des rectangles états dans lesquels sont exprimés les différents états de Marche et d’Arrêts.

• La position du rectangle état sur le guide graphique définit:

- Son appartenance à l’une des 3 familles: procédures de fonctionnement (F), d’arrêt (A) ou de défaillance (D). - Le fait qu’il est, en ou hors zone de production

• Désignation du rectangle utilisant un vocabulaire ne pouvant prêter à confusion

- Ex: Marche de préparation

Les 3 grandes familles de modes marche arrêt sont définies comme suit :

• A: Procédures d’arrêt Regroupe tous les modes obligeant à un arrêt du système pour des raisons extérieures à celui-ci. On peut produire dans une procédure d‘arrêt.

• D: Procédures de défaillance Regroupe tous les modes obligeant à un arrêt du système pour des raisons intérieures à celui-ci. (Dysfonctionnement de la PO).

• F: Procédures de fonctionnement Regroupe tous les modes de marche nécessaires à la production, y compris les modes préparatoires à la production.

F2 <Marche de préparation> Identification

symboloique de la famille

Champ réservé à l’opérateur

pour y ajouter un commentaire

Désignation générale

3

2.1 Famille F : Procédures de fonctionnement (Figure 2)

Les procédures de fonctionnement définissent les états de fonctionnement du système. Ils sont au nombre de 6. Dans ces rectangles d'état, le système peut produire, mais on peut aussi le régler, le tester. C'est dans ces procédures que l'on trouve le rectangle d'état caractérisant la production normale de tout système. Donc il peut s’agir:

Procédures préparatoires à la production. Réglages, tests ...qui sont néanmoins indispensables à la production.

2.1.1 F1 : Production normale

Dans cet état, la machine produit normalement. C'est l'état pour lequel elle a été conçue, la valeur ajoutée produite correspond au cahier des charges client. Ce rectangle est repéré sur le GEMMA par un encadrement renforcé. On fait souvent correspondre à cet état un Grafcet que l'on appelle Grafcet de base.

Figure 2

2.1.2 F2 : Marche de préparation

Cet état permet au système d'atteindre les conditions nécessaires pour pouvoir accéder à la production normale. En d’autres termes, cet état est utilisé pour les machines nécessitant une préparation préalable à la production normale: préchauffage de l’outillage (Préchauffage du fourreau d'une presse à injecter), mise en place d'une boîte avant remplissage, mises en route diverses, etc...).

2.1.3 F3 : Marche de clôture

Cet état permet au système d'atteindre une certaine position avant un arrêt prolongé. En effet, certaines machines doivent être vidées, nettoyées, etc ..., en fin de journée ou en fin de série de production.

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2.1.4 F4 : Marche de vérification dans le désordre

Cet état permet la vérification dans le désordre des différents actionneurs du système automatisé sans respecter l’ordre du cycle de production normale. Tous les actionneurs peuvent être commandés manuellement par l’opérateur. Cet état correspond le plus souvent au mode manuel.

2.1.5 F5 : Marche de vérification dans l'ordre

Cet état permet la vérification dans l'ordre de production normale des différents actionneurs du système automatisé. Cet état permet de faire évoluer le cycle de production normale tâche par tâche sur ordre de l’opérateur en plus des conditions d´évolution (Cycle étape par étape). Dans cet état la machine est en production ou hors production.

2.1.6 F6 : Marche de test

Cet état permet le réglage de différents éléments du système qui nécessitent un réglage. Les machines de contrôle, de mesure, de tri, comportent des capteurs qui doivent être réglés ou étalonnés périodiquement. A cet effet, l’opérateur présélectionne un arrêt sur l’étape déterminée, ce qui entraîne le blocage du cycle sur cette étape. Les actionneurs peuvent être, dans cette étape, commandés manuellement par l’opérateur. Enfin, ces réglages peuvent être effectués en ou hors production.

2.2 Famille A : Procédures d'arrêts (Figure 3).

Figure 3

Un système automatisé ou une machine automatique fonctionne rarement de façon permanente : il s'avère nécessaire de l'arrêter de temps à autre pour des raisons indépendantes du système. Ainsi, les états A situés dans la zone des procédures d’arrêts de la partie opérative, correspondent à des arrêts normaux ou à des marches conduisant à des arrêts normaux. Voici quelques situations typiques nécessitant un arrêt:

Fin de journée ; Période de congés ; Manque d'approvisionnement ...

La description de la famille A est détaillée ci-dessous :

2.2.1 A1 : Arrêt dans l’état initial

C'est l'état « repos » de la machine. C'est l'état dans lequel se trouve la machine avant de passer en production normale.

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Cet état “repos” de la machine correspond en général à la situation initiale du Grafcet: c’est pourquoi, comme une étape initiale, ce “rectangle-état” est entouré d’un double cadre, rappelant la normalisation adoptée d’un Grafcet.

2.2.2 A2 : Arrêt demandé en fin de cycle

Cet état permet de conduire le système à un arrêt en fin d'un cycle de production. Le système va continuer de produire et s'arrêter lorsque le cycle de production sera terminé. Cet état est utilisé lorsque l'on souhaite réalimenter en matière première un système. A2 est donc un état transitoire vers l’état A1, le cycle qui se déroule normalement dans Fl se termine sans modification dans A2.

2.2.3 A3 : Arrêt demandé dans un état déterminé

Cet état permet de conduire le système à un arrêt différent du précédent. Il permet par exemple d'arrêter le système dans un état permettant une intervention sur le système. Ainsi, la machine continue de produire jusqu’à un arrêt en une position autre que la fin du cycle. En fait, c’est un état transitoire vers A4.

2.2.4 A4 : Arrêt obtenu

Cet état permet de conduire le système à un arrêt différent de l'arrêt en fin de cycle.

2.2.5 A5 : Préparation pour remise en route après défaillance

Cet état permet de ramener le système après une défaillance dans une position qui lui permettra de remettre en route le système. Dans cet état, l'opérateur intervient en général manuellement pour dégager, nettoyer ou vider le système. Autrement dit, c’est dans cet état que l’on procède à toutes les opérations (dégagements, nettoyages, ...) nécessaires à une remise en route après défaillance.

2.2.6 A6 : Mise PO dans état initial

Cet état permet, en général après une remise en route après défaillance du système de ramener le système manuellement ou automatiquement en position initiale.

2.2.7 A7 : Mise PO dans état déterminé

Cet état permet d'arrêter le système dans une position autre que la position initiale. Le redémarrage du système ne se fera donc pas de l'état initial. C'est-à-dire que la machine étant en A7, on remet la P.O. en position pour un redémarrage dans une position autre que l’état initial.

2.3 Famille D : Procédures en défaillance (Figure 4).

Lors du fonctionnement d'un système, il peut se produire des incidents : on est donc conduit à prévoir les défaillances inhérentes ou internes au système. Tous les modes conduisant (ou traduisant) un état d'arrêt du système pour des raisons internes sont consignés dans la zone D: "Procédures de défaillance" du guide. Cette zone répond donc à la sécurité du matériel et du personnel qui constitue un souci lors de la conception d’un automatisme. Dans le cas d’un fonctionnement anormal ou dangereux, l’opérateur doit disposer du pouvoir d’arrêter l’évolution du cycle par une simple action et rependre le contrôle en mode manuel.

Les procédures de défaillance sont en nombre de trois.

Figure 4

6

La description de cette famille de procédure est donnée ci-dessous :

2.3.1 Dl : Arrêt d’urgence

C’est l’état pris lors d’un arrêt d’urgence: on y prévoit non seulement les arrêts, mais aussi les cycles de dégagement, les procédures et précautions nécessaires pour éviter ou limiter les conséquences dues à la défaillance. L’arrêt d’urgence peut être déclenché de deux manières :

• Soit par l’opérateur (action manuelle) • Soit par l’apparition d’un signal de sécurité.

2.3.2 D2 : Diagnostic et/ou traitement de défaillance

C’est dans cet état que la machine peut diagnostiquer l’origine de la défaillance et d’envisager le traitement approprié qui permettra le redémarrage du système après traitement de la défaillance.

2.3.3 D3 : Production tout de même

Il est parfois nécessaire de continuer la production même après défaillance de la machine. La production n’est pas forcément automatisée. On aura alors une “ production dégradée” ou une “ production forcée ”, ou une production aidée par des opérateurs non prévus en production normale.

3. Sélection des modes de marche et d'arrêt Sur le document Gemma, chaque rectangle d'état est caractérisé par son titre et son emplacement. L'opérateur va dans un premier temps sélectionner les rectangles d'état nécessaires à la description du système automatisé étudié, puis définir les liaisons entre les rectangles d'état. Une brève définition de l'effet attendu pourra être utilisé pour décrire le comportement attendu dans chaque rectangle d'état. Il est recommandé d'envisager l'ensemble des "rectangles-états" offerts par le GEMMA, y compris ceux qui ne sont pas prévus.

Chacun des rectangles état indique un état exclusif : la partie commande ne peut se situer que dans un seul état à la fois. L’opérateur est libre de définir le chemin entre les différents états en fonction des contraintes du cahier des charges.

La lecture du GEMMA s'effectue en partant de l'état Al <Arrêt dans un état initial> et en suivant les différents circuits réalisés par des flèches. Le passage d'un état à l'autre est réalisé par des transitions avec des réceptivités comparables à celle du Grafcet.

Si le mode de fonctionnement est retenu, il doit être explicité conformément à la fonctionnalité de la machine.

S'il n'est pas retenu dans le cadre de l'étude, une croix est portée dans le rectangle état associé.

Il est de même nécessaire de rechercher les évolutions d'un état à un autre sachant que dans tout GEMMA, on retrouve deux états fondamentaux :

L'état A1, état initial ou repos (repéré par un double cadre).

L'état F1, mode de production normale pour lequel le système a été conçu.

C'est à partir de ces deux états que les différentes évolutions sont recherchées en prévoyant les liaisons entre états et en établissant les boucles qui réalisent :

• Les marches et arrêts normaux • Les arrêts en défaillance et procédures de remise en route • Les procédures nécessaires aux réglages, mises au point..

Exemples : • Le démarrage d'une machine, c'est à dire de la transition A1 vers F1 peut nécessiter une marche de

préparation F2. L'arrêt peut se produire au choix, soit en fin de cycle, d’où le circuit F1-->A2--->A1, soit dans une autre position, par exemple A4 (Arrêt obtenu), et d’où le circuit F1---> A3---->A4.

• Les cas de défaillances peuvent imposer : arrêt d'urgence D1 ou la production tout de même D3.

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4. Notion de boucle opérationnelle Sur le document GEMMA, plusieurs boucles peuvent être caractérisées. Une boucle est une succession d’états caractérisant le fonctionnement d’un système automatisé. Le passage d’un état à un autre doit se faire par respect des conditions d’évolution, mais il arrive parfois qu’il soit impossible de passer d’un état à un autre sans utiliser un état intermédiaire.

Les modes de marches et d'arrêt ayant été sélectionnés et explicités, il convient par la suite de préciser le passage d'un état à l'autre. Ce passage s'effectue de 2 façons:

• Soit avec une condition d'évolution.

• Soit sans condition d'évolution.

Avec les conditions d'évolution en provenance de l'opérateur apparaissent les besoins en boutons de commande (Pupitre de commande). A celles provenant de la machine doit correspondre la mise en place de nouveaux capteurs.

On présente ci-dessous quelques exemples de boucles les plus usuellement rencontrées.

a) Les marches de production

• Marche de production à cycles répétés

Après l’information de départ donnée par l’opérateur, les cycles se succèdent sans nouvelle intervention de celui-ci. L’arrêt doit être demandé par l’opérateur. La boucle A1; F1; A2; A1 est la boucle de marche normale. C'est en suivant cette boucle que le système va pouvoir fonctionner correctement. Cette boucle décrit le fonctionnement normal du système, puis en fin de cycle lors d'un arrêt du cycle de fabrication, le système vient se remettre en position initiale et sera donc prêt pour un prochain cycle ou série de cycles.

A1 Arrêt dans l’état initial

F1

Production A2 Arrêt

demandé en fin de cycle

Ordre de départ

Arrêt demandé

Fin de cycle

Passage sans condition

Condition d’évolution par bouton sur pupitre

Condition d’évolution par capteur sur la machine

Arrêt

Arrêt

Départ du cycle DCY A1

Arrêt dans l’état

A2 Arrêt demandé en

fin de cycle

D3 Production de mêmeAffichage du défaut

F1 Production

Détection défaut

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• Marche de production cycle par cycle L’information départ doit être réalisée à la fin de chaque cycle.

b) Les marches de vérification

• Marche de vérification dans l’ordre de cycle

Cette marche étape par étape à pour but de vérifier la conformité du déroulement du cycle en prenant en compte toutes les conditions réelles d’une marche de production, le déroulement s’effectuant sous le contrôle permanent de l’opérateur.

• Marche de vérification dans le désordre

Cette marche permet de vérifier le réglage et le bon fonctionnement de chacun des actionneurs. La boucle A1, F4, A6, est la boucle de marche de réglage. Le système quitte l'état A1 (arrêt dans conditions initiales) et passe en F4 (Marches de vérification dans le désordre) ce qui permet à l'opérateur de pouvoir tester les actionneurs, pré-actionneurs, capteurs, etc., du système, dans le désordre. Une fois les vérifications effectuées, le système passe de l'état F4 à l'état A6 (Mise de la P.O. dans l'état initial).

c) Les arrêts normaux

• Arrêt normal en cours de cycle

Lorsque le système est à <l'arrêt dans l'état initial>, et que toutes les conditions sont réunies, un ordre de "départ de cycle" provoque le passage en <production normale>. Lorsqu'un "arrêt" est demandé, le cycle en cours se termine puis le système s'arrête en position initiale.

A1 Arrêt dans

EI

F1 Production

Ordre de départ

Fin de cycle

A1 Arrêt EI

F5

Marche de vérification dans l'ordre

Marche pas à pas

Conditions initiales

A1 F4 Marche de vérification

dans le désordre

A6 Mise PO dans état

initial

Marche manuelle

CI

Conditions initiales

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• Arrêt normal en fin de cycle

Quel que soit le moment d’émission de la demande d’arrêt, la machine s’arrête en fin de cycle.

d) Les arrêts d’urgence

La boucle F1, D1, A5, A6, A1, F1 est la boucle d'arrêt de sécurité. Cette boucle permet de gérer tous les états successifs d'un système automatisé depuis un arrêt d'urgence lors d'une production normale jusqu'à la reprise de la production normale.

Une particularité de la case D1 est intéressante. Sur la flèche de liaison entre l'état F1 et l'état D1 vient se greffer une extrémité de flèche. Cette flèche associée à son commentaire qui signifie que cette case est accessible depuis tous les états du Gemma. Autrement dit quel que soit l'état dans lequel se situe le Gemma, si les conditions nécessaires pour passer dans l'état D1 sont réunies alors le système se mettra en D1.

e) Les redémarrages

En fonction de la cinématique de la machine et des conséquences physiques des choix faits précédemment, le redémarrage peut être au choix

A1 Arrêt dans

EI

F1 Production A2

Finir le cycle

Ordre de départ

Arrêt demandé

Fin de cycle

A1 Arrêt dans

EI

F1 Production

A2 Finir le

cycle

Ordre de départ

Arrêt demandé

Ordre de reprise

A4 Arrêt obtenu

(2 solutions)

Depuis tous les états

A6 Mise PO dans

état initial

A1 Arrêt dans EI

A5 Préparation pour remise en

route après défaillance

F1 Production

D1 Arrêt d’urgence

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• Redémarrage à l’étape d’arrêt

• Redémarrage à l’étape initiale

5. Mise en oeuvre du GEMMA

5.1 Utilisation du GEMMA dans un système automatisé

La pratique courante de l'étude des machines de Production Automatisée n'aborde pas méthodiquement la sélection des Modes de Marches et d'Arrêts, ce qui entraîne souvent des modifications longues et coûteuses de la machine après réalisation. En mettant en œuvre le GEMMA dans l'étude, les Modes de Marches et d'Arrêts sont prévus dès la conception et intégrés dans la réalisation. Voici une séquence d'étude typique.

Phase I Parallèlement

• étude du processus d'action • définition du cycle de production (Grafcet fonctionnel).

Phase II Parallèlement

• définition de la partie opérative et des capteurs • établissement du Grafcet opérationnel de base.

Phase III • mise en oeuvre du guide graphique GEMMA pour la sélection des Modes de Marches et d'Arrêts avec mise en évidence des liaisons entre ces modes.

Phase IV Parallèlement

• définition à l'aide du GEMMA des conditions d'évolution entre les états de Marches et d'Arrêts

• définition des fonctions du pupitre de commande • établissement du Grafcet complété.

Phase V • Choix d'une technologie de commande : électrique, électronique ou pneumatique, câblée ou programmée...

Phase VI • Conception du schéma ou du programme de commande dans la technologie choisie

5.2 Utilisation pratique du GEMMA

• On commence par recenser les modes ou états de fonctionnement du système en utilisant des critères clairement définis et indépendants à la fois du type de système et de la technologie de commande.

• Si un mode proposé est retenu, il sera précisé en « langage machine », dans le « rectangle-état ». Par exemple, on peut préciser la mention « Système de Tri » dans le rectangle F1 <Production >. Si un mode n'est pas nécessaire pour la machine, une croix sera portée dans le « reclangle-état », pour bien signifier qu'il n'est pas retenu.

A7 Mise PO dans état déterminé

A4 Arrêt obtenu

A5 Préparation pour remise en route

Reprise

A7 Mise PO dans état déterminé

A4

Arrêt obtenu

A5 Préparation pour remise en route

Init

CI

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• On établit des liaisons orientées possibles entre ces modes ou états permettant de préciser les conditions d’évolution d’un état à un autre. A ce propos, on peut passer d’un état à un autre :

par une condition qui peut être liée à l'action sur un bouton du pupitre de commande, ou à l'actionnement d'un capteur situé sur la machine détecteurs de défauts, détecteurs de présence pièce, etc.,

sans condition explicite. En effet, dans ce dernier cas la récriture d'une condition évidente n'apporterait aucune information utile (exemple, le passage de A2 à A1), ou parce que l'état atteint dépend de l'intervenant.

• Déduire le Grafcet complété afin de terminer la définition des spécifications de la partie commande, y compris le pupitre et les capteurs supplémentaires.

Avec tous ces éléments descriptifs, on peut alors tracer :

• Soit le Grafcet complété qui enrichit le Grafcet de base. • Soit un Grafcet supplémentaire, coordonné avec le Grafcet de base, appelé Grafcet des modes de

marche ou Grafcet de conduite.

3.4 Elaboration d’un Grafcet complété

On appelle Grafcet complété, le Grafcet d'un automatisme intégrant l'ensemble des modes de marche, par opposition au Grafcet de base qui décrit seulement le comportement du système en mode F1< Production Normale >. Pour obtenir le Grafcet complété (celui qui intègre l’ensemble des modes de marches), deux méthodes sont disponibles :

- l’enrichissement du Grafcet de base ; - le découpage en tâches coordonnées.

3.4.1 Enrichissement d’un Grafcet de base

L’ajout des séquences et les conditions d’aiguillage permettent d’enrichir le Grafcet de base pour y incorporer les passages entre les différents rectangles-états. En effet, à partir du Grafcet de base correspondant au rectangle-état F1 < Production Normale >, on examine ce qu'il faut rajouter pour que les autres modes puissent être assurés.

Ceci revient souvent à ajouter des « branches » ou « séquences » exclusives les unes des autres, où les conditions d'aiguillages sont les conditions de passage d'un rectangle-étal à un autre.

Exemple :

On considère un système doté d'une F3< marche de clôture > constituée d'une séquence d'ouverture d'un magasin pour réapprovisionnement.

On trouve les éléments suivants :

Extrait du Grafcet de base Extrait du GEMMA du système

Fin

5 Dernière opération

Ver

s rep

rise

au d

ébut

F2 « Marche de préparation » F3 « Marche de cloture »

Séquence d’ouverture du magasin

F1 « Production normale »

Grafcet de base

12

• Extrait du Grafcet complété

Obtenu par adjonction d'une branche au Grafcet de base :

3.4.2 Découpage en tâches coordonnées

Il arrive fréquemment qu'un ou plusieurs rectangles-états autres que F1 < Production normale > exige la mise en œuvre de cycles assez complexes justifiant pour chacun d'eux une étude séparée.

Il peut être alors intéressant de structurer chacun de ces modes, y compris F1 < Production normale > en tâches autonomes, dont on étudiera ensuite les conditions de coordination.

Le Grafcet permet facilement de représenter une telle structuration en tâches. L'illustration ci-dessous donne une méthode possible.

Structure générale d’une tâche

Une fois que chacun des rectangles-états intéressés est décrit par un Grafcet sous forme de tâche autonome (tâche de préparation, tâche de clôture, tâche de test...), il convient d'examiner attentivement les conditions de coordination entre tâches.

Pour cela, on peut recourir à 2 types de méthodes :

• coordination horizontale • coordination verticale ou hiérarchisée

a) Coordination horizontale

Dans cette approche (voir figure ci-dessous) :

- aucune tâche n’est prééminente; - chacune peut en lancer une autre ;

Fin MV Fin MV

5 Dernière opération

Ver

s rep

rise

au d

ébut

15Première opération

de la branche

Branche de Grafcet décrivant comment se fait l’ouverture

du magasin

Condition de mise en attente

Étape d’entrée (unique) Fin

Condition de lancement de la tâche

Étape initiale de la tâche : Aucune action vers l'extérieur n'y est associée, la tâche est dite « en attente d'exécution »

Grafcet traduisant les cycles commandés par la tâche.

La tâche est dite « en cours d'exécution »

Étape de sortie unique. La tâche est dite «exécutée »

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- réservée au cas où il y a peu de tâches et où les liaisons entre elles sont assez limitées ; - il est souhaitable qu’à tout instant une tâche et une seule soit en cours d’exécution.

Cette approche est illustrée sur l’exemple précédent comme le montre la figure suivante

Coordination horizontale

b) Coordination verticale ou hiérarchisée

Cette approche a les caractéristiques suivantes :

- on peut obtenir une vue globale ou locale du système ; - chacune des taches est commandée par une tâche de niveau hiérarchique supérieur; - chacune peut commander des tâches de niveau hiérarchique inférieur ; - chacune est un Grafcet dont les étapes déclenchent les tâches de niveau inférieur via leurs actions

associées.

Cette manière d'appréhender un système est intéressante car selon le niveau « hiérarchique » où l'on se place, on peut avoir une vue globale ou au contraire locale très détaillée du système. Pour une tâche de niveau donné, chacune des tâches de niveau immédiatement inférieur peut apparaître comme une étape qui peut, comme dans tout Grafcet, être active ou inactivée.

Dans ce cas, le GEMMA rempli apparaît comme l'esquisse d'un Grafcet de niveau supérieur. A chacun des « rectangles-états », on peut associer une étape de niveau supérieur. A cette étape pourra correspondre au niveau intérieur un Grafcet autonome décrivant complètement la tâche.

Tâche F 3 (Correspondant à la Marche de clôture)

Tâche F 1 (Correspondant

au Grafcet de base)

Lacement de F3 par F1

Description par d’ouverture du magasin

Fin de marche en préparation

Description par Grafcet de F1

Mise en attente de F1

Fin

Information générée par F2 « Marche de préparation »

13

14

15

16

Action A

Dernière opération

Mise en attente de F3

Fin de tâche

MV.X16

20

21

22

23

Action C

Action D

Lancement possible d’une autre tâcxhe

Tâche 1

Tâche 3 Tâche 4Tâche 2

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Choix de la hiérarchie

La hiérarchie qui découle de la grille GEMMA est la suivante :

• le Grafcet de sécurité (GS) gère la sécurité du système, notamment l'arrêt d'urgence. Il doit pouvoir immédiatement stopper tout Grafcet de fonctionnement

• le Grafcet de conduite (GC) doit permettre de coordonner le passage d'un mode de marche à l'autre de la machine et notamment l'accès au mode de production normale ainsi que la sortie de ce mode.

• le Grafcet de production normale (GPN ou GFN) s'occupe de la production.

Pour obtenir les comportements précédents on utilise des dispositifs prévus dans la norme. La hiérarchie peut être par Forçage-Figeage, synchronisation à l'aide des variable X*, utilisation de macro-étapes, ou ecore par un lien encapsulation.

Exemple Perçage semi-automatique

On considère l’exemple simplifié de perçage semi-automatique illustré par la figure ci-dessous. Les pièces à percer sont montées et démontées manuellement. L’opérateur doit aussi fermer et ouvrir le capot de protection. La description des modes de marches qui tient compte des besoins de la production et de sécurité, prévoit deux modes principaux: le mode automatique (états 1 et 2) et le mode défaillance (états 3 et 4).

Schéma d’un système de perçage semi-automatique

Description des différents états:

Etat 1 : La mise en place de la pièce est possible, la partie commande devra assurer la sécurité de décente de la broche tant que le capot est ouvert. Etat 2 : Le bouton « départ cycle » (Dcy) permet le passage à l’état 2 dans lequel s’effectue le perçage automatique. La fin du cycle provoque le retour à l’état 1.

GEMMA Les éléments portés sur le GEMMA permanent d'établir un

Grafcet de niveau supérieur 0

1 2

3

G1 G2 G3

Grafcet de niveau supérieur, montrant l'enchaînement de

l'exécution des tâches. C'est un « graphe d'état » : une tâche et

une seule est en cours d'exécution à tout instant.

Ensemble de Grafcet de niveau inférieur décrivant chacune des

tâches.

Montée

Descente

RB: Rotation broche

Cf: Capot fermé

bb: Broche en bas

bh: Broche en haut

Capot de protection

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Etat 3 : L’information « arrêt d’urgence » (AU) même à l’état 3 depuis tous les autres. Dans cet état, les actionneurs sont commandés à l’arrêt (plus un verrouillage câblé directement sur l’organe de service).

Etat 4 : Si le capot est fermé, l’information « réarmement » (Réa) permet d’obtenir dans l’état 4 la remise en référence de l’équipement automatique. Dès les conditions initiales (CI) vérifiées, l’équipement atteindra l’état 1.

Modes de marches d’un système de perçage semi-automatique

La figure ci-dessous présente le Grafcet complété (utilisant des ordres de forçage) de cet automatisme.

Le suivi des modes de marches est une fonction de commande facile à décrire en Grafcet. En effet, il est possible de réaliser un Grafcet refétant les modes de marches prévu par l’équipement dans lequel chaque étape représente un état défini et pour lequel chaque réceptivité associée à une transition concrétise les conditions d’évolution d’un état à un autre. Ainsi, Les étapes 1,2,3,4 correspondent respectivement aux états 1,2,3, et 4.

Cette première approche dite d’enrichissement du Grafcet doit être complétée pour réaliser la gestion des modes de marches pour la partie commande.

La deuxième approche comme le montre la figure ci-dessous consiste à la structuration hiérarchisée. On note que dans cet exemple on a utilisé la notion de forçage d’un Grafcet partiel (Etape 3). En effet, l’ordre de forçage de situation émis par un Grafcet hiérarchiquement supérieur permet de modifier la situation courante d’un Grafcet hiérarchiquement inférieur, sans qu’il y ait franchissement de transition. L’ordre de forçage est un ordre interne prioritaire sur toutes les conditions d’évolution et a pour effet d’activer la ou les étapes correspondant à la situation forcée et de désactiver les autres étapes du Grafcet forcé. L’ordre de forçage est représenté dans un double rectangle associé à l’étape pour le différencier d’une action.

/.Cf

Etat 4

Etat 3 Etat 2

Etat 1

Rea.Cf./AU

Fin de cycle Dcy.Cf

AUDepuis tous les états

A1 Arrêt dans EI Mise en place de la pièce Sécurité de descente de la broche (Cf)

A6 Mise PO dans état initial Montée broche, arrêt broche,.etc.. Capot fermé

F1 Production Perçage automatique Voyant en fonctionnement Capot fermé D1 Arrêt d’urgence

Arrêt commande des actionneurs (verrouillage câblé) Alarme de défaut

CI

AU

Rea.Cf

AU+/Cf

Dcy.Cf AU

CI

Fin de cycle

1

2

3

4

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Structuration hiérarchisée selon les modes de marches

GPN Production Normale GPN, ne comportant pas nécessairement d’étape initiale du fait du forçage, réalise le cycle semi-automatique de perçage dès que l'étape 2 (de GMM) est active.

GIP Initilalisation PO GIP, ne comportant pas nécessairement d'étape initiale du fait du forçage, exécute la remise en référence de la Partie Opérative sur activation de l'étape 3.

GMM, de niveau hiérarchique supérieur, assure la gestion des modes de marches en forçant les deux Grafcets partiels de niveau inférieur GPN et GIP.

Rea.Cf

AU+Cf

Dcy.Cf AU

AU

X22

X14

1

2

4

GIP {20} GIP {10}3

X1

X2

2s/X11

bb

bh

10

Rotation Broche

11

12

13

14

15

Montée Broche

DescenteBroche

X4

bh

1

20

21

22

Montée Broche

17

ANNEXE

Résumé sur les familles de procédure A, F et D

ETATS F: PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT Repère Désignation Description

F1 production normale

Dans cet état la machine produit normalement : c'est l'état pour lequel elle a été conçue. On peut souvent faire correspondre à cet état un Grafcet que l'on appelle "grafcet de base". Note : A cet état ne correspond pas nécessairement une marche automatique.

F2 marche de préparation Cet état est utilisé pour les machines nécessitant une préparation préalable à la production normale : Préchauffage de l'outillage, remplissage, mises en routes diverses ...

F3 marche de clôture C'est l'état nécessaire pour certaines machines devant être vidées, nettoyées ... en fin de journée ou en fin de série.

F4 marche de vérification dans le désordre

Cet état permet de vérifier certaines fonction ou certains mouvement sur la machine sans respecter l'ordre de déroulement du cycle.

F5 marche de vérification dans l'ordre

Dans cet état, le cycle de production peut être exploré au rythme de production voulu par la personne effectuant la vérification

F6 marche de test Les machines de contrôle, de tri, de mesure... comportent des capteurs qui doivent être réglés ou étalonnés : cet état permet les différentes opérations.

ETATS A : PROCEDURES D'ARRET Repère Désignation Description

A1 ARRET dans état initial C'est l'état repos de la machine. Il correspond en général à la situation initiale du Grafcet.

A2 Arrêt demandé en fin de cycle Lorsque l'arrêt est demandé, la machine continue de produire jusqu'à la fin de cycle; l'état A2 est donc un état transitoire vers l'état A1

A3 Arrêt demandé dans état déterminé

La machine continue de produire jusqu'à un arrêt en une position autre que la fin de cycle; c'est un état transitoire vers A4

A4 Arrêt obtenu La machine est alors arrêté dans un état autre que la fin de cycle.

A5 Préparation pour remise en route après défaillance

C'est dans cet état que l'on procède à toutes les opérations (désengagements, nettoyages ...) nécessaires à une remise en route après défaillance

A6 Mise PO dans état initial La machine étant en A6, on remet manuellement ou automatiquement la partie opérative en position initiale pour un redémarrage dans l'état initial.

A7 Mise PO dans état déterminé La machine étant en A7, on remet la partie opérative en position pour un redémarrage dans une position autre que l'état initial.

ETATS D: PROCEDURES DE DEFAILLANCE Repère Désignation Description

D1 Arrêt d’urgence

C'est l'état pris lors d'un arrêt d'urgence : on y prévoit non seulement les arrêts, mais aussi les cycles de dégagement, les procédures et précautions nécessaires pour éviter ou limiter les conséquences dues à la défaillance.

D2 Diagnostic et/ou traitement de la défaillance

C'est dans cet état que la machine peut être examinée après défaillance et qu'il peut être apporté un traitement permettant le redémarrage.

D3 Production tout de même Il est parfois nécessaire de continuer la production même après une défaillance de la machine : on aura alors une production dégradée, forcée ou aidée par des opérateurs non prévus en production normale.