systeme automatises de production

Systèmes Automatisés de Production

Pr. Omar MOUHIBLaboratoire Génie électrique et Système énergétique

email: [email protected]

Université Ibn Tofail Faculté des Sciences de Kénitra

Département de Physique

Master Microélectronique

L’Organigramme

1Systèmes automatisés de production

O. Mouhib

On utilise cet outil graphique pour décrire rapidement le fonctionnement du système automatisé

L ’ovale indique le début ou la fin de l ’organigramme

Le rectangle représente l ’action conduisant à un état

Le losange représente sous forme de question le test permettant de

détecter un état

EXEMPLE: éclairage public

oui

oui

non

non

Début

La lumièreest éteinte

La lumièreest allumée

Il faitnuit

Il faitjour

GRAFCET: Les concepts de base


O. Mouhib

Les deux niveaux de représentation• Niveau 1 : Spécifications fonctionnelles –Utilisation du langage courant –Technologie des capteurs et actionneurs non définie. • Niveau 2 : Spécifications technologiques –Utilisation de symboles –Prise en compte de la technologie des capteurs et actionneurs



O. Mouhib

Pour comprendre la syntaxe du GRAFCET, il faut connaître les éléments suivants:– Étapes– Transitions– Réceptivités– Actions– Liaisons

2. Les actions• Action continue :• Action conditionnelle • Action temporisée• Action impulsionnelle• Action mémorisée• Action « opération mathématique »



O. Mouhib

Le GRAFCET comprend : des étapes associées à des actions ; des transitions associées à des réceptivités ; des arcs ou liaisons reliant soit une étape à une transition, soit une transition à une étape. ils sont implicitement orientés du haut vers le bas. Si un arc est orienté du bas vers le haut il doit porter une flèche qui l’indique.



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Etape Une étape symbolise un état ou une partie de l’état du système automatisé. L’étape possède deux états possibles : active représentée par un jeton dans l’étape ou inactive. L’étape i, représentée par un carré repéré numériquement, possède ainsi une variable d’état, appelée variable d’étape Xi. Cette variable est une variable booléenne valant 1 si l’étape est active, 0 sinon.La situation initiale d'un système automatisé est indiquée par une étape dite étape initiale et représentée par un carré double.

Actions associées aux étapes A chaque étape est associée une action ou plusieurs, c’est à dire un ordre vers la partie opérative ou vers d’autres grafcets. Mais on peut rencontrer aussi une même action associée à plusieurs étapes ou une étape vide (sans action).



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Transition Une transition indique la possibilité d’évolution qui existe entre deux étapes 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 condition logique appelée réceptivité qui exprime la condition nécessaire pour passer d’une étape à une autre.La réceptivité qui est une information d'entrée qui est fournie par : l'opérateur : pupitre de commande, la partie opérative : états des capteurs, du temps, d'un comptage ou tout opération logique, arithmétique... du grafcets : d'autres grafcet pour la liaison entre grafcets ou de l’état courant des étapes du grafcet (les Xi), d'autres systèmes : dialogue entre systèmes, .....Remarque: Si la réceptivité n’est pas précisée, alors cela signifie qu’elle est toujours vraie. (=1)



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Liaisons orientées

Elles sont de simples traits verticaux qui relient les étapes aux transitions et les transitions aux étapes. Elles sont normalement orientées de haut vers le bas. Une flèche est nécessaire dans le cas contraire.


O. Mouhib

Le Grafcet: Notion de base


O. Mouhib

Une Liaison est un arc orienté: A une extrémité d'une liaison il y a une (et une seule) étape, à l'autre une transition. On la représente par un trait plein rectiligne, vertical ou horizontal.

Une Etape correspond à une phase durant laquelle on effectue une Action pendant une certaine durée. On numérote chaque étape par un entier positif, mais pas nécessairement croissant par pas de 1, il faut simplement que jamais deux étapes différentes n'aient le même numéro. Une étape est dite active lorsqu'elle correspond à une phase "en fonctionnement", c'est à dire qu'elle effectue l'action qui lui est associée. On représente quelquefois une étape active à un instant donné en dessinant un point à l'intérieur.

Une Transition est une condition de passage d'une étape à une autre. Elle n'est que logique (dans son sens Vrai ou Faux), sans notion de durée. La condition est définie par une Receptivité qui est généralement une expression booléenne (c.à.d avec des ET et des OU) de l'état des capteurs.

Le Grafcet: Notion de base

Les règles d’évolution

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Systèmes automatisés de production

O. Mouhib

Règle 1 : Situation initiale L’étape initiale caractérise le comportement de la partie commande d’un système en début de cycle. Elle correspond généralement à une positon d’attente. L’étape initiale est activée sans condition en début de cycle. Il peut y avoir plusieurs étapes initiales dans un même grafcet. Règle 2 : Franchissement d’une transition Une transition est validée si toutes les étapes immédiatement précédentes sont actives. L’évolution du grafcet correspond au franchissement d’une transition qui se produit sous deux conditions : • si cette transition est validée • si la réceptivité associée à cette transition est vraie Si ces deux conditions sont réunies, la transition devient franchissable et est obligatoirement franchie. Règle 3 : Evolution des étapes actives Le franchissement d’une transition entraîne simultanément l’activation de toutes les étapes immédiatement suivantes et la désactivation de toutes celles immédiatement précédentes. Règle 4 : Evolutions simultanées Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies. Règle 5 : Activations et désactivations simultanées Si, au cours du fonctionnement, une même étape doit être désactivée et activée simultanément, elle reste active.

Les structures de base

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Séquence unique :

C’est une suite d’étapes pouvant être activées les unes après les autres

Séquences simultanées et alternatives:

Plusieurs séquences sont actives en même temps, après le franchissement d’une transition

Franchissement d’une transition

15

16

Action A

Action B

a

L’étape 15 n’est pas active

L’action associée à l’étape 15 n’est pas effective

La transition 15-16 n ’est pas validée

12


O. Mouhib

15

16

Action A

Action B

a

L’étape 15 est active

L’action associée à l’étape 15 est effective

La transition 15-16 est validée


13


O. Mouhib

15

16

Action A

Action B

a

Pour franchir

la transition 15 - 16...

…il faut que :

1. La transition soit validée

2. la réceptivité « a » soit VRAIE


14


O. Mouhib

15

16

Action A

Action B

a

La réceptivité « a » devient VRAIE

&

la transition 15 -16 est validée

La transition est FRANCHISSABLE


15


O. Mouhib

15

16

Action A

Action B

a

Franchissement de la transition

Activation de l’étape 16:

L ’action B devient effective

Désactivation de l’étape 15:

L ’action A n’est plus effective


16


O. Mouhib

15

16

Action A

Action B

a

Étape 16 active

L’action B est effective

Remarque : la réceptivité « a », quelle soit VRAIE ou FAUSSE à ce moment n’a plus d’effet sur le déroulement du Grafcet


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Action conditionnelle

15

16

E

Action B

e . f

Actions conditionnelles :

• Si (e = 0 e = 1) alors

action E effective*

• Si (f = 0 f = 1) alors

action F effective*

• Si ( e . f = 1 ) alors

aucune action effective

F

e f

* : L’étape 15 doit être active !

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O. Mouhib

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O. Mouhib

Le système est en attente -> Un train arrive -> Signal lumineux et signal sonore ->

Temporisation de 10 secondes -> Baisser la barrière et laisser les signaux ->

Barrière baissée Signal lumineux et signal sonore -> Le train est passé -> Lever la

barrière -> Barrière levée

Exemple d’un Passage à niveau

Grafcet fonctionnel (Niveau 1)

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Arrivée du train

Système en attente0

Signal lumineux et signal sonore1

Baisser la barrière et laisser le signal lumineux2

Signal lumineux3

Lever la barrière4

Temporisation de 10 secondes

Barrière baissée

Le train est passé

Barrière levée

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ArTr

0

SignL1

Ba+2

SignL3

Ba-4

X1/10s

Bb

Bl

Grafcet Technologique (Niveau 2)

SignS

SignS

ArTr

Exemple: Commande de perceuse

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Cycle de fonctionnement:-La broche tourne en permanence -L’opérateur ayant fixé la pièce donne alors l’ordre de départ de cycle -Après une descente en grande vitesse le perçage s’effectue en petite vitesse-Dès le perçage terminé, la broche remonte en grande vitesse jusqu’à la position haute

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O. Mouhib

Bétonnière automatiséeDeux sous-ensembles identiques composes d'un moteur, d'un réducteur et d'une vis d'Archimède permettent d'alimenter la bétonnière en sable et en ciment.

Une électrovanne commande l'arrivée d'eau. Un vérin permet le basculement de la bétonnière. Le dosage simultané des trois produits est réalisé en réglant les durées d'alimentation des actionneurs M1, M2 et EV :

1min30 pour le sable 45 secondes pour le ciment 1min10 pour l’eauLa bétonnière tourne pendant le dosage, et

pendant le basculement.

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O. Mouhib

Désignation VariableDépart Cycle Dcy

Mise en Rotation de la vis pour l'alimentation en sable M1

Mise en Rotation de la vis pour l'alimentation en ciment M2

Électrovanne pour l’alimentation en eau EV

Rotation de la bétonnière (mélange) Rot

Basculement pour le versement de mélange Ver

Retour de la bétonnière en position horizontale Ret

Fin de course haut fch

Fin de course bas fcb

Etablir le grafcet décrivant le fonctionnement ci-dessus, en utilisant une structure en ET à trois branches parallèles.

Bétonnière automatisée

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Temporisation La variable "temporisation" se note "t/Xn/d" avec : - t : identifie une temporisation- Xn: est l'étape dont l'activation démarre la tempo- d est le délai

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Comptage

La transition 20 - 21 est franchie lorsque le contenu du compteur C1 est égal à 4.Le compteur est incrémenté sur front montant du signal b.Il est mis à zéro à l'étape 21.

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Action mémorisée

L'action M1 est active aux étapes 22, 23 et 24.

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O. Mouhib

Action maintenue et action mémorisée

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O. Mouhib

Sélection d’une séquence (aiguillage)Un automatisme est représenté par un Grafcet à sélection d’une séquence (aiguillage) lorsque cet automatisme possède plusieurs cycles de fonctionnement. Ces cycles sont sélectionnés par des informations fournies, soit par l’opérateur (clavier), soit par la machine elle-même (capteurs). La sélection de séquence est aussi appelée divergent OU et La convergence de plusieurs séquences est appelée convergent OU

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O. Mouhib

Sélection d’une séquence (aiguillage)Il est toujours nécessaire pour obtenir un aiguillage entre plusieurs séquences que les réceptivités soient exclusives au niveau de la divergence en OU.

En pratique cette exclusion peut se présenter de plusieurs façons:

- Soit en exclusion physique (impossibilité de simultanéité mécanique ou temporelle)

- Soit en exclusion logique (sélection prioritaire ou verrouillage réciproque)

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O. Mouhib

Exemple : Tri de piècesTapis 1

Tapis 3 Tapis 2

Poussoirs3 2

Poussoir 1

Un dispositif automatique destiné à trier des caisses de deux tailles différentes, se compose d'un tapis amenant les caisses, de trois poussoirs et de deux tapis d'évacuation suivant la figure ci-contre

Cycle de fonctionnement :Le poussoir 1 pousse les petites caisses devant le poussoir 2 qui, à son tour, les transfère sur le tapis d'évacuation 2, alors que les grandes caisses sont poussées devant le poussoir 3, ce dernier les évacuant sur le tapis 3.Pour effectuer la sélection des caisses, un dispositif de détection placé devant le poussoir 1 permet de reconnaître sans ambiguïté le type de caisse qui se présente.

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O. Mouhib

Exemple : Tri de pièces

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O. Mouhib

Sélection d’une séquence (aiguillage)

c’est un aiguillage en OU dans lequel une des branches ne comporte pas d’étape

Cas particulier : Saut de séquence

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O. Mouhib

Sélection d’une séquence (aiguillage)

Elle permet de reprendre une ou plusieurs fois la même séquence tant qu’une condition n’a pas été obtenue.

Cas particulier : Reprise de séquence

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O. Mouhib

Exemple de GRAFCET avec saut d’étapes

dcy

hb1

b2b3

c

PIECE EPAISSEPIECE

FINE

Cahier des charges:

Après l’ordre de départ cycle « dcy », la perceuse effectue, selon l’épaisseur de la pièce un cycle avec ou sans débourrage.

Capteurs:• h, b1, b2, b3 : capteurs de position• c : capteur de contactActionneurs:• Descendre en grande vitesse• Descendre en petite vitesse• Remontée en grande vitesse

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O. Mouhib

Exemple de GRAFCET avec saut d’étapes

dcy

hb1

b2b3

c

PIECE EPAISSEPIECE

FINE

Cycle sans débourrage:

-Descente en grande vitesse jusque b1,

-Descente en petite vitesse jusque b3,

-Remontée en grande vitesse jusqu’à h.

Cycle avec débourrage:

-Descente en grande vitesse jusque b1,

-Cycle activé lorsque le capteur c entre en contact avant l’enclenchement du contact b2.

-Remontée en grande vitesse de la broche à une position intermédiaire b1,

-Descente en petite vitesse jusque b3,

-Remontée en grande vitesse jusqu’à h.

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1

2dcy . h

3b1

4b2.c

Descente grande vitesse

Remontée grande vitesse

Descente petite vitesse

5b1

h6

b3Descente petite vitesse

Remontée grande vitesse

b3

dcy

hb1

b2b3

c

PIECE EPAISSEPIECE

FINE

Perceuse avec ou sans débourrage

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O. Mouhib

Exemple de GRAFCET avec reprise de séquence

Cahier des charges:

Après l’ordre de départ cycle « dcy », le chariot part jusque « b », charge une pièce et continue pour la décharger en « c ». Il retourne en « b » pour charger une nouvelle pièce qu’il décharge de nouveau en « c ». Enfin, il rentre en « a ».

a c

dcy

Capteurs:• a, b, c : capteurs de positionActionneurs:• D : aller à droite• G : aller à gauche• Chargement, déchargement

bG D

31

Exemple de GRAFCET avec

reprise de séquence

a

dcy

1

2dcy . a

3b

4Fin chargement

b

D

D

chargement

5 déchargementc

b.(n=2)

G D

6 GFin déchargement

7 Gb.(n2)

a

Init n=0

n n+1

Étapeactive

Transition validée

Réceptivitéassociée

Compteurn? - - -

c

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O. Mouhib

Séquences simultanées (Parallélisme)Un automatisme est représenté par un Grafcet à séquences simultanées lorsque cet

automatisme possède plusieurs séquences qui se déroulent en même temps.Une transition qui possède plusieurs étapes de sortie représente l’exécution en parallèle de plusieurs séquences. On appelle cette structure divergent ET Une transition qui possède plusieurs étapes d’entrée représente la synchronisation de plusieurs séquences. On appelle cette structure convergent ET

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O. Mouhib

Séquences simultanées (Parallélisme)

En pratique, les étapes de fin de parallélisme ne comporte pas d’actions. De plus la transition de fin de parallélisme est souvent imposée à 1. Les étapes sans actions permettent alors de synchroniser la fin des différents cycles en amont, et lorsqu’elles sont actives le franchissement de la transition est automatique

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O. Mouhib

Exemple: Chaîne de remplissage de bidon d’huile

Un tapis avance pas à pas et transporte des bidons vides qui seront d’abord remplis et ensuite bouchés à un poste de travail différent.L’approvisionnement en bidon n’est pas régulier et certains bidon peuvent manquer de temps à l’autre. Un dispositif permet, à chacun des deux postes décrits, de détecter la présence ou l’absence d’un bidon

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O. Mouhib

Solution: Chaîne de remplissage de bidon d’huile

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O. Mouhib

Macro-étapeUne macroétape Mi est une partie de Grafcet détaillée ailleurs.La partie détaillée est appelé expansion de Mi. L’expansion commence par une seule étape d’entrée, notée Ei, et se termine par une seule étape de sortie, notée Si.

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O. Mouhib

Macro-étape

- Le franchissement de la transition (11), entraîne l'activation de l'étape E3.- La transition (12) ne sera validée que lorsque l'étape de sortie S3 sera active.- Le franchissement de la transition (12), entraîne la désactivation de l'étape S3.

Exemple :

L'utilisation de macro-étapes permet d'améliorer la lisibilité des grafcets complexes en regroupant les étapes correspondant à une même opération

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O. Mouhib

Structuration par encapsulation

L'étape encapsulante peut donner lieu à une ou plusieurs encapsulations possédants chacune au moins une étape active lorsque l'étape encapsulante est active, et aucune lorsque l'étape encapsulante ne l'est plus.

Cette étape active est désignée par une étoile : *

# Représentation d'une étape encapsulante :

Il y a encapsulation d’un ensemble d’étapes, dites encapsulées, par une étape, dite encapsulante, si et seulement si, lorsque cette étape encapsulante est active, l’une, au moins, des étapes encapsulées est active.Le spécificateur peut utiliser l’encapsulation pour structurer de manière hiérarchique un Grafcet.

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O. Mouhib

Structuration par encapsulation

11

L’étape 11 est une étape encapsulante

1

2

3

4

5

G1

11L’encapsulation G1 de l’étape encapsulante 11 contient les étapes :1,2,3,4,5

Le lien d’activation (signe * ) indique quelles sont les étapes encapsulées actives à l’activation de l’étape encapsulante**

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O. Mouhib

Exemple de structuration par encapsulation :

Exemple

41


O. Mouhib


42


O. Mouhib


L'étape encapsulante 22 possède trois encapsulations représentées par les grafcets partiels G1, G2 et G3. Lorsque l'étape encapsulante 22 est activée, les étapes 1 et 85 de G1 sont activées, ainsi que les étapes 1 de G2 et 2 de G3. Lorsque l'étape encapsulante 88 est activée, l'étape 100 de G24 est activée. La désactivation de l'étape encapsulante 88 provoque celle de toutes les étapes de G24. La désactivation de l'étape encapsulante 22 provoque celle de toutes les étapes de G1, G2, G3 et de toutes celles de G24 (si l'étape 88 était active).

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O. Mouhib

Appel de Tâchela notion de tâche peut être considérée comme la transformation de l’expansion d’une macro-étape en un grafcet indépendant. Dans la situation initiale, l’opération attend d’être déclenchée. Ce déclenchement est contrôlé par un autre grafcet indépendant appelé superviseur. Les échanges entre les tâches et le superviseur s’effectuent à l’aide des variables d’étape.

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O. Mouhib

Synchronisation de Grafcets

10

m

19

10

X39

10

X19

29

20

X10

10

X29

39

30

X10

T‰cheT10

T‰cheT20

T‰cheT30

Coordination horizontale

1 seule tâche à la fois

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O. Mouhib

Synchronisation de Grafcets

110

X19

10

X110

10

X110

10

X112

20

X112

TâcheT10

TâcheT20

111

r111

112

Appeltâche T10

Appeltâche T20

19

X29

29GRAFCETde conduite

Coordination verticale asynchrone

GRAFCET de conduiteGRAFCET esclaves

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Structuration par forçage d’un GRAFCET partielOrdres de forçage d'un grafcet

Les ordres de forçage permettent de modifier de manière interne, la situation d’un grafcet, à partir d’un autre grafcet (hiérarchiquement supérieur). Ils sont prioritaires par rapport à l’application des règles d’évolution.

L’ordre de forçage est représenté dans un double rectangle associé à l’étape pour le différencier d’une action.

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O. Mouhib

Structuration par forçage d’un GRAFCET partiel

Propriétés : Le forçage s’exécute à l'activation de l'étape qui le commande ; Lors du forçage, toutes les étapes du grafcet forcé qui ne sont pas incluses dans la situation définie par le forçage, se désactivent ; Le grafcet forcé ne peut pas évoluer tant qu’il est soumis à l’ordre de forçage. Dès que l’ordre de forçage cesse, le grafcet précédemment forcé évolue à partir de la dernière situation forcée, en respectant les règles d’évolution normales.

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O. Mouhib


34 G4{INIT}

Forçage en situation initiale {INIT}

Lorsque l’étape 34 est active, le GRAFCET nommé G4 est forcé dans la situation dans laquelle seules les étapes initiales sont actives.

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O. Mouhib


34 G4{INIT}

Exemple:A l'activation de l'étape 5, l'étape initiale 20 du grafcet 2 est activée et toutes les autres étapes sont désactivées.A la désactivation de 5, il reprend son évolution normale.

Forçage en situation initiale {INIT}

Lorsque l’étape 34 est active, le GRAFCET nommé G4 est forcé dans la situation dans laquelle seules les étapes initiales sont actives.

5 GRAFCET2{INIT}

a

b

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O. Mouhib

Structuration par forçage d’un GRAFCET partielForçage en situation vide { }

22 GPN{}Lorsque l’étape 22 est active, le GRAFCET nommé GPN est forcé dans la situation vide. Dans ce cas aucune de ses étapes n’est active.

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O. Mouhib

Structuration par forçage d’un GRAFCET partielForçage en situation vide { }

5 GRAFCET2 { }

a

b

A l'activation de l'étape 5, toutes les étapes du grafcet 2 sont désactivées.

Le grafcet n’aura pas de possibilité d’évolution après la disparition de l’ordre de forçage, hormis s'il est à nouveau forcé, dans une situation donnée.

22 GPN{}Lorsque l’étape 22 est active, le GRAFCET nommé GPN est forcé dans la situation vide. Dans ce cas aucune de ses étapes n’est active.

Exemple:

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O. Mouhib

Structuration par forçage d’un GRAFCET partielForçage dans une situation donnée {I, J, … }

20 GC{30,35}Lorsque l’étape 20 est active, le GRAFCET nommé GC est forcé dans la situation caractérisée par l’activité des étapes 30 et 35 (les étapes 30 et 35 sont activées et les autres étapes sont désactivées).

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O. Mouhib

Structuration par forçage d’un GRAFCET partielForçage dans une situation donnée {I, J, … }

5 GRAFCET2 { 21, 22}

a

b

l'activation de l'étape 5, toutes les étapes 20, 23, 24, du grafcet 2 sont désactivées et les étapes 21, 22 sont activées. A la désactivation de 5, il reprend son évolution normale.

20 GC{30,35}Lorsque l’étape 20 est active, le GRAFCET nommé GC est forcé dans la situation caractérisée par l’activité des étapes 30 et 35 (les étapes 30 et 35 sont activées et les autres étapes sont désactivées).

Exemple:

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O. Mouhib

Structuration par forçage d’un GRAFCET partielForçage dans une situation courante { * }

25 GPN{*}

Lorsque l’étape 25 est active, le GRAFCET nommé GPN est forcé dans la situation où il se trouve à l’instant du forçage. On appelle également cet ordre « figeage ».

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O. Mouhib

Structuration par forçage d’un GRAFCET partielForçage dans une situation courante { * }

5 GRAFCET2 { *}

a

b

A l'activation de l'étape 5, le Grafcet est figé dans la situation de cet instant : si 22 et 23 étaient actives au moment du forçage, elles le restent, jusqu'à désactivation de l'étape 5. Le Grafcet reprend alors son évolution normale.

25 GPN{*}

Lorsque l’étape 25 est active, le GRAFCET nommé GPN est forcé dans la situation où il se trouve à l’instant du forçage. On appelle également cet ordre « figeage ».

Exemple:

56


O. Mouhib


Intérêts du forçage :Cela permet d’imposer à un grafcet une situation qu’il aurait été impossible ou difficile d’atteindre directement ; par exemple :

mise en situation initiale ou activation de grafcets ; traitement d’un arrêt d’urgence ; gel d’un grafcet après dysfonctionnement du système ; déblocage d’une situation après analyse des défauts.

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