LE GRAFCET - graczyk.fr · Le GRAFCET, les logigrammes, les organigrammes, les algorigrammes, les chronogrammes sont des outils utilisés pour décrire le comportement d’un système

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Lycée Chevalier d’Eon – Tonnerre

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NOTE D’INFORMATION

1

SOMMAIRE

Titre Page

I/ INTRODUCTION

Le cahier des charges 3

Le GRAFCET 3

II/ ELEMENTS GRAPHIQUES

Etape - étape initiale – étape active 4

Transition - Réceptivité 4

Liaison orientée 4

Action associée à une étape 5

III/ REGLES D’EVOLUTION DU GRAFCET

Règle 1 : Situation initiale 6

Règle 2 : Franchissement d’une transition 6

Règle 3 : Evolution des étapes actives 6

Règle 4 : Franchissement simultané de transitions 7

Règle 5 : Activation et désactivation simultanées 7

Règle de syntaxe d’un GRAFCET 7

IV/ DIFFERENTES STRUCTURES

Structure linéaire 8

Séquence optionnelle (en OU) 8

Séquence simultanée (en ET) 9

LE GRAFCET

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V/ NOTION DE POINT DE VUE

Point de vue Système 10

Point de vue Partie Opérative (PO) 11

Point de vue partie commande (PC) 13

Point de vue automate 14

VI/ LES MACRO-ETAPES 15

VII/ MACRO TACHES 15

VIII/ DIVERS

Evénement 16

Comptage 16

Temporisation 16

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I/ Introduction

- Le cahier des charges :

Le cahier des charges est le descriptif fourni au concepteur de l’automatisme par le client. Il indique au concepteur les différents modes de marche et les sécurités que devra posséder l’automatisme.

Le cahier des charges est la référence qui décrit le fonctionnement de la partie opérative par rapport à la partie commande. L’automaticien doit se référer au cahier des charges pour réaliser l’automatisme.

Le GRAFCET, les logigrammes, les organigrammes, les algorigrammes, les chronogrammes sont des outils utilisés pour décrire le comportement d’un système automatisé.

La description du fonctionnement d’un système automatisé ne doit pas être source de malentendu (mots ambigus, mots techniques, …). Le GRAFCET peut être utilisé pour décrire le cahier des charges.

- Le GRAFCET :

Le GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande Etapes Transitions) a été introduit en 1977 par l’AFCET (Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique).

La dernière norme date de 2002 (norme internationale CEI 60848 seconde édition).

Il s’agit d’un outil graphique permettant de définir le comportement séquentiel d’un système automatisé à partir de la connaissance des actions à entreprendre (associé à des variables de SORTIE) et des événements qui peuvent permettre le passage d’une situation à une autre (associés à des variables d’ENTREE).

A l’origine utilisé pour la description du fonctionnement, maintenant, il est très utilisé pour la programmation des automates programmables.

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II/ ELEMENTS GRAPHIQUES

- Etape - étape initiale – étape active

Définition : l’ensemble des étapes actives correspond à une situation pendant laquelle le GRAFCET est invariant vis-à-vis de ses entrées.

Etat : une étape est soit active, soit inactive. On peut associer à chaque étape une variable binaire exprimant son activité :

1Xi , si l’étape i est active.

0Xi , si l’étape i est inactive.

Représentation graphique :

Etape 5 Etape 5 active Etape 5 = X5=0 X5=1 étape initiale

- Transition - Réceptivité

Définitions : une transition indique la possibilité d’évolution d’une situation à une autre situation. La réceptivité associée à une transition est une fonction logique des entrées, de variables auxiliaires et / ou de l’activité d’étapes (opérateurs : +, ., <, >, =).

Représentation graphique :

Transition Réceptivité

Validation : Une transition est dite validée lorsque toutes les étapes immédiatement précédentes reliées à cette transition sont actives.

Transition 5->6 Transition 6->8

Validée Non Validée

- Liaison orientée

Définition : les liaisons relient les étapes aux transitions, et les transitions aux étapes. Le sens général d’évolution est du haut vers le bas. Dans le cas ou il faut monter, le sens est repéré par une flèche.

Représentation :

Liaison descendante Liaison montante

5

Transition

a . b + X4

5

6

55

6 7

8

Etape activée au démarrage du GRAFCET

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- Action associée à une étape

Définition : L'action indique, dans un rectangle, comment agir sur la variable de sortie lorsque l’étape est active, soit par assignation (action continue), soit par affectation (action mémorisée). En voici les principales.

Action continue :

L’action sera exécutée pendant tout le temps ou l’étape sera active. Exemple : Le moteur M1 sera alimenté pendant tout le temps ou l’étape 31 sera active Action conditionnelle :

L’action sera exécutée si l’étape est active et seulement si la condition associée à l’étape est vérifiée. Exemple : Le moteur M2, entraînant un ventilateur, sera alimenté pendant

la durée de l’étape 25 seulement si le capteur indique une surchauffe. Nota :

En utilisant ce type d’action et des temporisations, on peut réaliser des actions à durée limitée ou retardées.

Action mémorisée :

L’action sera lancée à l’étape de l’affectation et arrêté à l’étape de la désaffectation. Exemple : On met en route le moteur du malaxeur MR au début de l’étape 3 et on l’arrête à la fin de l’étape 25. Nota : Bien qu’intéressante car elle évite de mettre l’action dans toutes les étapes ou elle doit se dérouler, il n’est pas conseillé de l’utiliser. En effet, lors d’un débogage de programme, il est très difficile de savoir pourquoi l’action est réalisée et quand elle démarre et s’arrête.

X31

M1 M1 31

X25

M2

M2 25

X3

X25

MR

MR :=1 3

MR :=0 25

Affectation

Sur front montant de X3

Sur front descendant de X25

Assignation

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III/ Règles d’évolution du GRAFCET

- Règle 1 : Situation initiale

L'initialisation précise l'étape ou les étapes actives au début du fonctionnement (au démarrage de l’automate).

On la repère en doublant les côtés des symboles correspondants.

Nota : Il peut y avoir plusieurs étapes initiales dans un GRAFCET.

- Règle 2 : Franchissement d’une transition

Le franchissement d’une transition ne peut se produire que :

lorsque cette transition est validée ;

et

lorsque la réceptivité associée à cette transition est vraie.

Transition non validée donc non franchie

Transition validée mais réceptivité fausse donc non franchissable

Transition validée et réceptivité vraie donc franchie

- Règle 3 : Evolution des étapes actives

Le franchissement d’une transition provoque simultanément :

La désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes reliées à cette transition.

et

l’activation de toutes les étapes immédiatement suivantes reliées à cette transition.

Equation d’activation/désactivation :

SX6 = X5.a1.c2

RX5 = X5.a1.c2 ou RX5 = X6

a1 . c2 = *

6

5

a1 . c2 = 1

5

6

a1 . c2 = 0

6

5a1 . c2 = 1

5

6

a1 . c2 = 1

5

6

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- Règle 4 : Franchissement simultané de transitions

Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies.

- Règle 5 : Activation et désactivation simultanées

Si au cours du fonctionnement, une même étape doit être désactivée et activée, elle reste active.

- Règle de syntaxe d’un GRAFCET :

L'alternance étape-transition et transition-étape doit toujours être respectée quelle que soit la séquence parcourue.

Conséquences :

La liaison orientée relie obligatoirement une étape à une transition ou une transition à une étape.

Deux étapes ou deux transitions ne doivent jamais être reliées par une liaison orientée.

10

9 d.X13

14

13 d.X9

X9

X13

d

X10

X14

9 a a

X9

a

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IV/ DIFFERENTES STRUCTURES - Structure linéaire :

Dans cette structure, il n’y a pas de : - possibilité d’alternative, - possibilité de parallélisme. Les étapes se suivent en une séquence unique 0 ; 1 ; 2 ; ;3 ; 4 ; 0. La dernière étape boucle avec la première.

- Séquence optionnelle (en OU) :

Une transition représente une et une seule possibilité d’évolution. Les transitions de la divergence ne peuvent être franchies en même temps 2 séquences possibles

0 ; 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 0

0 ; 5 ; 6 ; 3 ; 4 ; 0

Saut de séquence

On sauta la séquence 1 ; 2 2 séquences :

0 ; 1 ; 2 ; 3 ; 0 0 ; 3 ; 0 (on saute la séquence 1 ; 2)

Reprise de séquence

On peut reprendre la séquence 1 ; 2

en boucle sans passer par l’étape 0

Divergence en OU (Choix)

Transitions en dessous

Réceptivités exclusives

Convergence en OU

Transitions au dessus

0

1

2

3

4

.

0

1 5

2 6

3

4

.

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- Séquence simultanée (en ET) : Cette structure permet un parallélisme entre plusieurs séquences. On fait les 2 séquences simultanément (en même temps) 0 -> 1 ;2 ;3 -> 6 ; 5 Les étapes 3 et 5 sont des étapes d’attente La dernière transition est souvent =1

V/ NOTION DE POINT DE VUE Pour la suite de ce chapitre, imaginons une perceuse automatisée : La représentation sous forme de GRAFCET sera différente selon le point de

vue de l’étude de la machine.

Div

erg

ence

en E

T (

sim

ult

ané)

Tra

nsi

tio

n a

u-d

essu

s (p

as

de

cho

ix)

Co

nv

erg

ence

en

ET

Tra

nsi

tio

ns

au-d

esso

us

Réc

epti

vit

é :

1

Etapes d’attente

de fin séquence

opposée

Parallélépipède métallique Machine à automatiser Parallélépipède troué avec

ou sans débourrage

?

0

1 4

2 5

3

6

.

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- Point de vue Système :

C’est le point de vue d’un observateur extérieur au système. Le système ne peut pas avoir d’existence physique.

La représentation selon le point de vue système consiste à donner une interprétation de la solution fonctionnelle retenue en précisant la coordination des taches (Sans tenir compte des solutions techniques retenues)

Les actions sont souvent écrites à l’infinitif et les réceptivités au participe passé GRAFCET point de vue système :

0

10

20

30

.

0 Attente

départ cycle

10 Brider pièce

pièce bridée

20 Perçer pièce

pièce percée

30 Débrider pièce

pièce débridée

.

Partie

Commande

Partie

opérative

Frontière

du système Observateur

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- Point de vue Partie Opérative (PO) :

Le GRAFCET point de vue PO suppose que le choix des actionneurs et des effecteurs a été fait.

Pour construire le GRAFCET point de vue PO, il faut connaître en détail la liste des mouvements et des capteurs que l’on désire faire réaliser à la PO de la machine. Architecture mécanique de la machine :

Choix technologiques L’ordre de marche sera donné par un bouton poussoir (M). Commutateur rotatif permet la sélection entre poinçonnage demandé (p) et pas de poinçonnage (/p). Le tableau ci dessous résume les choix aux niveaux de la PO.

Actionneurs Préactionneurs Capteurs

Bridage de la pièce

S (vérin simple effet pneu)

distributeur 3/2 bistable s0, s1

Déplacement broche

D (Vérin double effet) distributeur 5/2 monostable

h, b1, b2

Rotation broche R (moteur asynchrone triphasé)

contacteur Sans objet

Partie

Commande

partie

opérative

Observateur

Zone inconnue Zone connue

Effets

Evén

emen

ts

S- S+

D-

D+

R+

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GRAFCET point de vue PO :

niveau 1 niveau2

dcy

M3~

deb

L1

L2

L3

Q

KMB

F2b0

b1

b2

0

10

20

30

40

50

60

.

0

départ cycle . position haute

10 Sortir S Tourner

vérin S sorti

20 Sortir S Tourner Sortir D

débourage et position 1 pas débourage et position 2

30 Sortir S Tourner Rentrer D

position haute

40 Sortir S Tourner Sortir D

position basse

50 Sortir S Tourner Rentrer D

position haute

60 Rentrer S

vérin S rentré

.

Position 1 pas atteinte

0

10

20

30

40

50

60

.

0

dcy.h

10 S+ R+

s1

20 S+ R+ D+

deb.b1 deb.b2

30 S+ R+ D-

h

40 S+ R+ D+

b2

50 S+ R+ D-

h

60 S-

s0

.

Position 1 pas atteinte

YD+

YS-

S- S+

YS+

KMR

D-

D+

s0 s1

dcy

s1

deb

s1

h

b1

b2

s1

Circuit de puissance des actionneurs

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Point de vue partie commande (PC) Le GRAFCET point de vue PC correspond à celui du réalisateur de la commande. Pour construire le GRAFCET point de vue PC, il faut connaître en détail les signaux envoyés par les capteurs (comptes rendus d’acquisition et consignes) et les signaux à envoyer aux préactionneurs (ordre) ou voyants pour faire faire les mouvements à la PO Classification des entrées sorties : GRAFCET point de vue PC : 0

10

20

30

40

50

60

.

0

dcy . h

10 YS+ KMR

s1

20 YS+ KMR YD+

deb . b1 deb . b2

30 YS+ KMR

h

40 YS+ KMR YD+

b2

50 YS+ KMR

h

60 YS-

s0

.

/b1

Partie

Commande

partie

opérative

Observateur

Informations

Ordres

Zone inconnueZone connue

PC

Depuis

la PO

Depuis

le

pupitre

Vers la

PO

Vers le

pupitre

YS+

YS-

YD+

KM

R

h

b1

b2

s0

s1

dcy

deb

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Point de vue automate : C’est le GRAFCET qui permet de programmer l’automate. Pour cela, les noms des signaux sont remplacés par les numéros des entrées et sorties automates.

Signal s0 s1 h b1 b2 dcy deb

Adresse automate

I0,0 I0,1 I0,2 I0,3 I0,4 I1,0 I1,1

Signal YS+ YS- YD+ KMR

Adresse automate

O0,0 O0,1 O0,2 O0,3

Mettre en rouge les adresses automate sur le GRAFCET point de vue PC. Ecrire les équations d’activation et de désactivation des étapes SX0 = init + X60 . s0 SX10 = X0 . (dcy . h) SX20 = X10 . s1 SX30 = X20 . (deb . b1) SX40 = X30 . h SX50 = X40 . b2 + X20 . (/deb . b2) SX60 = X50 . h RX0 = X0 . dcy.h RX10 = init + X10 . s1 RX20 = init + X20 . (deb . b1) RX30 = init + X30 . h RX40 = init + X40 . b2 RX50 = init + X50. h RX60 = init + X60 . s0

Ecrire les équations des sorties YS+ = X10 + X20 + X30 + X40 + X50 YS- = X60 YD+ = X20 + X40 KMR = X10 + X20 + X30 + X40 + X50 . /b1

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VI/ LES MACRO-ETAPES Utilité : Afin de ne pas surcharger le GRAFCET principal par des détails de fonctionnement, on utilise des étapes de synthèse appelées macro-étapes. Les détails de la macro-étape sont décrits et définis par un autre diagramme appelé expansion de la macro-étape. Représentation graphique :

VII/ MACRO TACHES Utilité : Afin de créer un GRAFCET plus facile à débugger, on préfère créer plusieurs petits GRAFCETs, quand cela est possible, plutôt qu’un seul gros (décomposition en tâches). Un GRAFCET général va coordonner le déroulement est autres GRAFCETs. On appelle ce GRAFCET principal : « GRAFCET de coordination des tâches » et les autres GRAFCETs « GRAFCETs de tâche ». Dans le GRAFCET de coordination des tâches, les étapes qui gèrent les tâches sont représentées par des macro-tâches. Représentation graphique :

10

M20

21

22

E

M20

M20

S

Etape d'entrée

Etape de sortie

Grafcet principal

Expansion de M20

10

11

101

102

100

103 GRAFCET principal

Tache N°1

Macro étape 20

Macro tâche

Remarque : les 2 GRAFCETs

doivent être synchronisés.

En effet, l’étape 11 du GRAFCET

principal doit lancer le GRAFCET de tâche.

La fin de la tâche doit informer le

GRAFCET principal que la tâche est finie.

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VIII/ DIVERS Evénement : Le changement d’état d’une variable x, passage de 0 à 1 (front montant) ou de 1 à 0 (front descendant) est appelé événement. Ils se représentent respectivement par x ou x (sous Automgen, on peut obtenir ces symboles par action sur la touche de montée ou de descente du curseur). Comptage : Le comptage d’événements est très souvent utilisé dans les machines. Voici une représentation possible d’un comptage : Temporisation : Dans certains cas, il est nécessaire de maintenir une action pendant une certaine durée. Dans ce cas, il faut utiliser une temporisation dont la durée peut être réglable. .

Sous Automgen : Nouvelle norme non

garantie avec Automgen7 (sinon on écrit t1/X9/5s)

Si on précise l’unité, pas de problème sinon, l’unité sera le 10ème

de seconde

Remise à 0 du compteur (RC0)

Incrémentation du compteur à l’activation de l’étape 10 (pour éviter un comptage multiple si

on stagne à l’étape 10)

Test de la variable de comptage (entre crochet)

9 C0:=0

i0

10 C0:=C0+1

i1

[c0=10] [c0<10]

.

Actions à réaliser plusieurs fois

9 Action 1

5s/X9

10

.

Bit t1

Action 1

X9

d X10

Ecoulement de t1

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