Modélisation par l’outil Grafcet

Chapitre 3

1- Introduction

Le GRAFCET est un langage graphique qui sert à décrire, étudier, réaliser et exploiter les automatismes(Industriels). Il est représenté par un ensembles d’élément graphique suivant

Des étapes auxquelles sont associés des actions De transition entre étapes auxquelles sont associées des réceptivités Des liaisons orientées entre les étapes et les transitions• GRAFCET:

• GRAphe Fonctionnel de Commande Etape Transition

• Le domaine des automatismes industriels

• Les automates programmables

• Le besoin de définir les spécifications.

• Une solution simple: Le GrafCet• Normalisation

• Pésenté par l'AFCET (Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique) en 1977 : IEC 1131.3 (mars 1987)

• Internatinal Electrotechnical Commitee

Exemple d’introduction 1: Commande d’une perceuse

0

1

2

3

Dcy.h

b1

b2

h

RB

RB

RB

DE.GV

DE.PV

MO.GV

RB

MO

DE

h

b1

b2

Cycle de fonctionnement :1- La broche tourne en permanence.2- L’operateur ayant fixé la pièce donne alors l’information de départ du cycle:3- Après une approche en grande vitesse le perçage s’effectue en petite vitesse.4- Dès aue le perçage terminé, la broche remonte en grande vitesse jusqu’à la position haute.

Exemple d’introduction:

Fonctionnement:1- Repos: position haute (et h à 1)2- Action sur g et d;3- Descente poinçon jusqu’à b4- Remontée poinçon jusqu’à h5- Repos

Commande: deux boutons simultanés c’est la sécurité pour l’operateur;Sécurité: - repos position haute,- Arrêt d’urgence - Arrêt si relâchement des deux boutons poussoir de commande Manuel: entretien

Exemple suite:

Attention: Ce grafcet n’est pas complet, il manque l’arrêt d’urgence et la commende manuelle. Il faut noter que:- Suivant les capteur, les conditions de transition change (ouvert ou fermé au repos);- Suivant les actionneurs, les actions sont différentes;- La sécurité opérateur est effectuée par une action, si la condition g et d à 1.

Description du GRAFCET

• Définition:

– Situation dans laquelle le comportement du système par rapport à ses entrées et ses sorties est invariant.

Représentée par un carré numéroté

I- L’étape

10M1.4

Numéro de l'étape

Étiquette ou adresse

: L’étape initiale Représente le système à l’état initial.

Elle est activée au début du cycle1

: Etape A chaque étape est associée une action ou plusieurs, c’est-à-dire ordre vers la partie opérative ouvers d’autres grafcets.

• L’étape est représentée par une variable Booléenne Xi

– (i = numéro de l’étape) Si Xi = 0, étape inactive Si Xi = 1, étape active

2 2

II- Les transitions Indique la possibilité d’évolution qui existe entre deux étape et donc la succession de deux activités dans la partie opérative. Lors de son franchissement , elle va permettre l’évolution du système. A chaque transition est associée une réceptivité qui exprime la condition nécessaire pour passer d’une étape à une autre.

Si l’étape i est active, Xi =1, la transition a est validée, alors: Si a=0, alors attente Si a=1, alors l’étape désactivée (dévalidée) Xi= 0 et l’étape suivante i+1 est activée, Xi+1 = 1

Règle : si l’étape i est inactive, Xi = 0, la trasition Tri est sans effet. Cependant, attention, valider sans raison une transition peut avoir des conséquence graves , perturbant le cycle dans certains cas

III- Notation des entrée / sorties

• Le GRAFCET est représenté selon deux niveau de représentation:

– Niveau #1: Spécifications fonctionnelles : on utilise des noms explicites pour les entrées du système modélisé ainsi que pour les sorties.

– Niveau #2: Spécifications technologiques: Lors du pessage au grafcet de réalisation, on utilise plûtot des noms logique: Ei pour les entrées et Si pour les sorties

Descendre le palan2

2 DP (Q124.3)Descendre le palan

NM1.4

Type d'action

Exemple 2: commande d’une perceuse

VI- Les actions

L’action associées à l’étape peut être de types: continue, conditionnelle ou mémorisée.

Action continue

Action conditionnelle simple :Type C

Action retardée : type D (Delay)

Action limitée dans le temps : Type L (limited)

Actions mémorisées

N.B: On peut aussi donner l’équation d’un ordre A en fonction des états des étapes, des conditions éventuelles et du temps.

V- Les réceptivité

Qui permet de distinguer parmi toutes les informations d’entrée possible, uniquement celles qui sont susceptible de faire évoluer la partie commande.Suivant les applications, les réceptivité sont inscrites:- Soit par une expression booléenne;- Soit symboliquement.-Notation particulièrea front montant de la variable ab front descendant de la variable b1: réceptivité toujours vraies ;3s/X11: temporisation de 3s après activation de l’étape 11.[C=4]: valeur booléenne du prédicat « C=4 ».

Les règles d’évolution du GRAFCETRègle n°1 :

L'INITIALISATION précise les étapes actives au début du fonctionnement. Elles sont activées inconditionnellement et repérées sur le GRAFCET en doublant les côtés des symboles correspondants.

Une transition est soit validée soit non validée. Elle est validée lorsque TOUTES les étapes immédiatement précédentes sont actives. Elle ne peut être franchie :

- que lorsqu'elle est validée.- ET que la réceptivité associée à la transition est vraie.

La transition dans ce cas est alors obligatoirement franchie.

Règle n°1 :

10

11

a = 0 ou 1

b

10

11

a = 0

b

10

11

a = 1

b

Transition non validée

La transition 10-11 est non validée

L'étape 10 étant inactive

Transition validée

La transition 10-11 est validée

L'étape 10 est active, mais ne peut

être franchie car la réceptivité a = 0

Transition franchie

La transition 10-11 est franchie

car la réceptivité a = 1

L'étape 11 devient alors active.

Règle n°3 : Le franchissement d'une TRANSITION entraîne l'activation de toutes les étapes immédiatement suivantes et la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.Lorsque plusieurs étapes sont reliées à une même transition on convient pour des raisons pratiques de représenter le regroupement de liaisons par deux traits parallèles.

13

a = 0 ou 1

Transition non validée Etape 9 inactive

9 22

15 16

13

a = 0

Transition validée Etape 9,13 et 22 actives

9 22

15 16

13

a = 1

Transition franchie Etape 9, 13 et 22 inactives

9 12

15 16

Etape 15 et 16 actives

Règle n°4 :

Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies.

Règle n°5 :

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

Nota : La durée de franchissement d'une transition ne peut jamais être rigoureusement nulle, même si, théoriquement ( règles 3 et 4 ), elle peut être rendue aussi petite que l'on veut. Il en est de même de la durée d'activation d'une étape. En outre, la règle 5 se rencontre très rarement dans la pratique.

Chronogramme d’évolution

Etape active

Etape active

Transition

Etape 2

Etape 1

Transition franchissable

règle 2

Retard au franchissement

Franchissement règle 3

Désactivation règle 3

Divergence, convergence en OU

Une voie OU une autre voie : Solution ALTERNATIVE Un simple trait Une réceptivité par branche

Divergence en OU

Franchissement des transitions :Lorsque l’étape 18 est active, on se dirige soit :Vers 20 si réceptivité dr est vraieVers 30 si réceptivité ga est vraie

Convergence en OU

Franchissement des transitions :L’étape 40 sera active soit : Par la transition 21/40 si fc.dr vraie et l’étape 21 activePar la transition 30/40 si fc.ga vraie et l’étape 30 active

18

20

dr ga

30DROITE GAUCHE

21 Tempo

Fc.dr Fc.ga

40

Divergence, convergence en ET

Une voie ET une autre voie. Cela permet de réaliser plusieurs tâches en même temps Un double trait Une SEULE réceptivité

5

6 10

av

AV DR

7 AR

=1

40

Fch

dr

11 GA

ar

8

ga

12

Divergence en ET

Franchissement des transitions :Lorsque l’étape 5 est active, et fch vraie, on se dirige Vers 6 et 10 simultanément.Les étapes 6 et 10 sont actives et le cycle se poursuit indépendamment dans chaque branche.

Convergence en ET

Franchissement des transitions :Lorsque 8 et 12 sont actives, la transition =1 est validée et franchie.Les deux étapes d’attentes 8 et 12 ne sont pas obligatoires, sans elles, il aurait fallu noter une transition ar . ga

Action continue ou monostable

L’action sera effective pendant tout le temps où l’étape sera active.

Dans l’exemple ci-contre la lampe s’allume quand l’étape 20 est active et reste allumée à l’étape 21. Elle s’éteint à l’activation de l’étape 22 car elle n’est plus commandée.

19

fc1

20

21

sp0

KM1

22 KM2

sp1

LAMPE SP

LAMPE

Lampe

Lampe

Lampe

Lampe

Action bistable

L’action sera mise en route sur une action SET et arrêtée sur une action RESET

Dans l’exemple ci-contre la lampe s’allume quand l’étape 20 s’active. Il faudra l’action RESET de l’étape 22 pour l’éteindre.

Attention : Les actions bistables posent des problèmes de sécurités. Il faut préférer les actions monostables

19

fc1

20

21

sp0

KM1

22

sp1

SETLAMPE

SP

Lampe

Lampe

Lampe

LampeRESETLAMPE

KM2

VII- Les structures de base

a/ Saut d’étape et reprise de séquence

b/ Aiguillage entre deux ou plusieurs séquence

Soit X1 active et a=0, d=0 → attente que a ou d passe à 1

Branche 1:Si a=1 → X2

Si b=1 →X3

SI c=1 →X5

Branche 2:Si d=1 → X4

Si e=1 →X5

a et d sont exclusives

c/ Parallélisme

Au contraire de l’aiguillage où ne peut se dérouler qu’une seule activité à la fois, il peut y avoir plusieurs activités indépendantes pouvant se dérouler en parallèle. On parle alors de parallélisme structurel .

Conflit

Avec conflit Sans conflit

18

20

Droite gauche

30OUVRIR DROITE OUVRIR GAUCHE

18

20

Droite Gauche ET Droite

30OUVRIR DROITE OUVRIR GAUCHE

Si les réceptivités Droite et gauche sont à «1» avant l'activation de l'étape 18, il y a conflit, les deux transitions vont être franchies et les étapes 20 et 30 seront actives. On peut éviter le conflit en inhibant une réceptivité par le complément de l'autre

Action conditionnelles

L’action sera effective si l’étape est active et si la condition associée à l’étape est vérifiée.

Le chauffage sera activé pendant la durée de l’étape 20 tant que t° sera égale à 1

20 CHAUFFER

t°

20 CCHAUFFER

Si : t°

t°

Chauffer

Etape 20X20

Etape 20 active

Front montant, front descendant

L'utilisation d'un front montant ou descendant permet d'utiliser la même variable pour activer en séquence les différentes tâches d'un grafcet.

Ici le bouton BPtel permet l'évolution d'une étape à l'autre sur la transition de l'état bas vers l'état haut.

0

↑ BPtel

1

↑ BPtel

2

3

↑ BPtel

↑ BPtel

OUVRIR

FERMER

BPtel

Etape 1X1

Etape 2X2

Etape 3X3

Action temporisée

Enclenche un temporisateur T (ici T4)Exemple :

Syntaxe d'une réceptivité : t4 / X18 /25s

t4 repère du temporisateur, ici n° 4 X18 numéro de l'étape qui lance la temporisation25s durée de la temporisation

18

T4/X18/25s

19

condition

condition

Action

Action

T4

Tempo T4

Etape 19X19

25s

Etape 18X18

Enclenchementtemporisation

Fintemporisation

Très importantsous Automgen

Reprise de séquenceC’est une divergence en OU qui renvoie l’action vers des étapes précédentes.Cette action permet de refaire une séquence jusqu’à ce que la réceptivité soit satisfaite.Il faut remonter au minimum deux étapes.

16

17Avancer d’un

pas

18 Indexer

19

6 pas

Pas avancé

<6pas

2 é

tap

es m

inim

um

12 ACTION E

13 ACTION G

14 ACTION H

15

f.e f.e

n

k

ACTION J

r

Saut d'étape

Saut de l'étape 12 à l'étape 15 si la réceptivité (f.e) est vraie.

CompteurUn compteur peut être utilisé pour réaliser un cycle d'un certain nombre de fois. Le compteur peut être incrémenté (+ 1) décrémenté (- 1) mis à zéro ou mis à une valeur donnée.On peut utiliser les signes = ≠ < ≤ ≥ > dans les réceptivités.

1 Compteur = 0

Début du cycle

2

3

a=1

T1/X3/1s

4

B=1 ET compteur =10 B=1 ET compteur <10

Sortir A

Incrémenter compteurT1=1s

Sortir B

Commentaire

On peut indiquer le rôle d'une étape sans action associée à l'aide d'un crochet.

5

X15

condition

6

condition

Action

Attente synchronisationGrafcet secondaire

Commentaire intéressant sinon rien

Synchronisation

On peut rendre l'évolution de deux grafcets interdépendante en utilisant par exemple les mémoires d'étapes.Les mémoires d'étapes d'un grafcet servent dans les réceptivités d'autres grafcets.Dans l'exemple: l'étape 6 (X6) est utilisée comme réceptivité pour la transition 14 vers 15.De même l'étape 15 (X15) est utilisée comme réceptivité pour la transition 7 vers 8.

6

a

KM22

v1

5

b . X15

7

V+

KM1

condition

15

a2

VB-

c . X6

14

b0

16

KM32

VA2

condition

Branche A Branche B

6 15

Sous-programmeLe sous-programme est représenté dans la case action par un rectangle dont les côtés verticaux sont doublés.Le sous-programme peut être appelé à différents endroits du grafcet principal. Dans l'exemple, l'étape 2 OU 4 (X2 + X4) permet l'évolution du sous-programme P. L'étape 23 permet au grafcet principal de passer à l'étape suivante.L'étape 5 OU 3 permet au sous-programme de revenir à son étape initiale.

1

dcy

2

X23

3

T1/X3/5s

4

X23

PKM1

T1

PKM2

20

X2 + X4

21

b1

22

T1/X3/5s

23

X5 + X3

KM3

Attente synchronisationGrafcet maître

B-MB

B+

5 KM3

Fc3. fc2

Grafcet maître ou principal

Grafcet esclave ou sous programme

Nom tâche

Principe de macro-étape

Tapis 1

Petite caisse

Grande caisse

Vérin A

A+

A-a0

a2

Caisseà trier

a1

Vérin double effet

B+

Tapis 2

C+

Tapis 3

b0 b1

c0 c1

Remarque : les vérins B et C sont à simple effet.

0

petite caisse

2 A+

3 A-

a1

4 B+

a0

5

b1

b0

grande caisse

6 A+

7 A-

a1

8 C+

a0

9

c1

c0

Dcy.a0.b0.c0

1 Tapis 1

A partir de l'étape 1, 2 séquences sont possibles.- Si une petite caisse se présente, alors la séquence 2,3,4,5 sera exécutée.- Si une grande caisse arrive, ce sera la séquence 6,7,8,9.

Exemple d’Aiguillage TRI DE CAISSES

III- Notation des entrée / sorties

• Le GRAFCET est représenté selon deux niveau de représentation:

– Niveau #1: Spécifications fonctionnelles : on utilise des noms explicites pour les entrées du système modélisé ainsi que pour les sorties.

– Niveau #2: Spécifications technologiques: Lors du pessage au grafcet de réalisation, on utilise plûtot des noms logique: Ei pour les entrées et Si pour les sorties

Descendre le palan2

2 DP (Q124.3)Descendre le palan

NM1.4

Type d'action

Les choix technologiques

Distributeur double-action commandant

le poinçon.

Distributeur simple-action commandant

l’évacuation.

Distributeur double-action commandant

la matrice.

Poussoir de départde cycle.

Détecteurs poinçonen position haute

ou basse.

Détecteurs matriceen position haute

ou basse.

Signalisation« Prêt ».

GRAFCET de niveau 1

GRAFCET de Niveau 2:

Spécifications technologiques

• Prise en compte de la technologie des actionneurs et des capteurs de l'automatisme.

• Description symbolique des actions et de la séquence de l'automatisme.

GRAFCET NIVEAU 2

(c) Guy Gauthier ing. (août 2001) 41

Mise en équation du Grafcet

• Chaque étape du GRAFCET peut être représenté par l’équation suivante:

Xn = (Xn-1 R1 + Xn) Xn+1

X

Diagramme en échelle (Ladder)

X

R 1

X

n-1

n

X nn+1

Priorité à la désactivation

Verrouillage

n-1

R 1

n

R 2

n+1

2. Cycle par cycle ou continu

IL existe deux solution pour réaliser ce type de grafcet. Ces deux solutions font appel aux deux variables associées au cycle: dcy pour le départ du cycle, et acy pour l’arrêt du cycle.

C’est la fin de ce cycle qui permet le lancement de celui de droite

Solution N° 2: un interrupteur permet de choisir entre le mode automatique ou celui cycle par cycle.

3. Intervention réglages et dégagement

- Marche manuelle

- Marche séquence par séquence ou étape par étape

On ajoute, si possible, une transition permettent soit de sectionner une séquence, soit de s’arrêter sur une étape donnée. Ceci est très difficile a mettre en œuvre.ATTENTION: tous ces modes présentent de grand danger matériel et opérateur!

4. Arrêts

- Arrêt momentané

- Arrêt d’urgence

- Arrêt d’urgence + défauts + dégagement