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1. INTRODUCTION

Le grafcet est un outil de description normalisé qui permet de représenter graphiquement le fonctionnement d’un système automatisé. Cet un outil simple mais extrêmement puissant permet les représentations fonctionnelles, opérationnelles et technologiques de la plupart des automatismes industriels. Remarque : les appellations Sequential Function Chart (SFC) ou Chart utilisées par certains logiciels (PL7-2, Orphée, S5, etc.) correspondent au Grafcet. 2. DEFINITION ET NOTIONS FONDAMENTALES

L'acronyme grafcet signifie : GRAphe Fonctionnel de Commande Etape Transition. Le grafcet est un outil graphique de description du comportement attendu de la Partie Commande. Il décrit les relations à travers la frontière d'isolement de la Partie Commande et de la Partie Opérative d'un système automatisé. L'établissement d'un grafcet suppose la définition préalable :

– du système ; – de la frontière PO-PC, spécifiant la Partie Commande ; – des Entrées et des Sorties de la Partie Commande.

2.1. DESCRIPTION

Les systèmes peuvent être composés de trois parties : – partie opérative : P.O. (moteur, lampes, capteurs…) ; – partie commande : P.C. (traite les informations pour gérer la partie opérative) ; – partie dialogue : P.D. (pupitre de commande…).

2.2. UNITE DE DIALOGUE

Système physique permettant un dialogue (échange d'informations) entre l'homme et la machine. Elle est constituée de boutons poussoirs, interrupteurs, commutateurs, claviers, voyants lumineux, écrans de visualisation, imprimantes, etc. 2.3. UNITE DE TRAITEMENT

Système qui, à partir de variables d'entrée (informations provenant du système ou du pupitre de commande) élabore des fonctions de sortie (ordres pour les actionneurs), en fonction du cahier des charges déterminé pour le processus à automatiser. Plusieurs technologies sont utilisées :

– Technologie câblée : électronique ou pneumatique ; – Technologie programmée : microprocesseur ou automate programmable.

2.4. CAPTEURS

Systèmes physiques chargés de détecter l'évolution du système et d'en informer l'unité de traitement de la partie commande.

2.5. PREACTIONNEURS

Systèmes physiques chargés de constituer des éléments d'interface entre les actionneurs et la partie commande. (ex : relais, contacteurs, distributeurs, etc.) 2.6. ACTIONNEURS

Systèmes physiques qui effectuent les actions (ex : moteurs, vérins, électrovannes, etc.) 3. CONSTITUTION D’UN GRAFCET

La description du fonctionnement d'un automatisme logique peut être représentée graphiquement par un ensemble :

– d'étapes auxquelles sont associées des actions ; – de transitions auxquelles sont associées des réceptivités ; – de liaisons (ou arcs) orientées.

Un tel ensemble (GRAPHE ou DIAGRAMME) est appelé grafcet.

4. REGLES D'ETABLISSEMENT DU GRAFCET

Chaque liaison orientée relie une étape à une transition ou une transition à une étape. Un grafcet se lit de haut en bas. Si cette syntaxe n'est pas scrupuleusement respectée, il y aura obligatoirement une erreur dans l'application. Une flèche peut compléter la liaison en indiquant le sens de lecture s’il y a un risque de confusion.

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20 S DESCENDRE

d(a+e)

10 MONTER

d+e

10 R MONTER

4.1. ETAPES

Sur un grafcet on peut rencontrer différents types d’étapes :

Etape Etape active Etape initiale

L'étape correspond à une situation élémentaire ayant un comportement généralement stable. En principe, pendant une étape, les organes de commande ne changent pas d'état. Une étape est soit active soit inactive. L'étape se représente par un carré repéré par une variable alphanumérique placée au centre du carré. Lorsqu'une étape est active, on peut le préciser par un point. Certaines étapes sont actives en début de fonctionnement du système automatisé. Ce sont les étapes initiales. Elles se représentent par un double carré. Il peut y avoir plusieurs étapes initiales sur un grafcet. Ces étapes peuvent alors être placées n’importe où sur le grafcet. Sur un grafcet à une seule étape initiale, on privilégiera la position haute pour en faciliter la lecture. 4.2. ACTIONS ASSOCIEES A L'ETAPE

4.2.1. ACTIONS SIMPLES

On précise pour chaque étape, à l'intérieur d'un rectangle l’action ou les actions à effectuer lorsque l'étape est active.

Etape avec une action

Etape avec plusieurs actions

Les actions peuvent être de natures diverses, le rectangle peut avoir des dimensions quelconques et comporter plusieurs actions.

4.2.2. ACTIONS CONDITIONNELLES

Certaines actions associées à des étapes peuvent être conditionnées par des contraintes externes ou internes. L'ordre émis peut être :

– soumis à un retard, noté D (Delay ) ; – d'une durée limitée, noté L (Limited) ; – fugitif, noté P (Ponctual) ; – maintenu actif, noté S (Set) ; – désactivé, noté R (Reset).

Action mémorisée

Action remise à zéro

Action conditionnelle : MONTER=1 si X10 est active et si d.(a+e)=1

4.3. TRANSITIONS

Une transition indique la possibilité d'évolution d'une étape à l'étape suivante. A chaque transition on associe une ou des conditions logiques (booléennes) qui traduisent la notion de réceptivité. La réceptivité est une fonction combinatoire d'informations booléennes telles que :

– états de capteurs ; – impulsion sur un bouton poussoir ; – action d'un temporisateur, d'un compteur ; – état actif ou inactif d'autres étapes, etc.

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La réceptivité est vraie lorsque le capteur pp1 est actif.

Il existe deux cas particuliers :

• Temporisation : Pour faire intervenir le temps dans une réceptivité, il suffit d'indiquer après le repère "t" son origine et sa durée. L'origine sera l'instant de début de l'activation de l'étape déclenchante.

La notation T1/X5/2s signifie que la réceptivité sera vraie 2 secondes après l'activation de l'étape repérée 5. La base de temps par défaut est la seconde. Les autres bases de temps sont des multiples ou des sous multiples de la seconde (1/100 s, 1/10 s, minute, heure, jour, année).

• Réceptivité toujours vraie : une telle réceptivité s'écrit "= 1". Le franchissement de cette transition se fera dès que la ou les étapes immédiatement antérieures seront actives sans autre condition.

4.4. LIAISONS ORIENTEES

Les liaisons indiquent les voies d'évolution du grafcet. Dans le cas général, les liaisons qui se font du haut vers le bas ne comportent pas de flèche. Dans les autres cas, on peut utiliser des flèches pour préciser l'évolution du grafcet en cas de risque de confusion.

5. REGLES D'EVOLUTION

Le Grafcet fonctionne en suivant cinq règles d'évolution. Règle N°1 : L'initialisation précise l'étape ou les étapes actives au début du fonctionnement. On la repère en doublant les côtés des symboles correspondants. Il peut y avoir plusieurs étapes initiales dans un grafcet. Remarque : Les étapes initiales sont activées inconditionnellement en début de cycle. Règle N°2 : 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. Règle N°3 : Le franchissement d'une transition entraîne l'activation simultanée de toutes les étapes immédiatement suivantes et la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.

Règle N°4 : Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies. (Hors programme) Règle N°5 : Si au cours du fonctionnement, une même étape doit être activée et désactivée simultanément, elle reste active. (Hors programme) Remarque : la durée de franchissement d'une transition ne peut jamais être rigoureusement nulle, même si d'après les règles 3 et 4, elle peut être rendue aussi petite que possible. Il en est de même de la durée d'activation d'une étape. La durée d'activation minimale d'une étape est équivalente à un temps de cycle d'automate (tc), soit tc = 10 ms. La règle 5 se rencontre très rarement.

=1

La réceptivité est vraie lorsque la valeur du compteur C = 10.

La réceptivité est vraie lorsque l'étape numéro 1 du grafcet G1C est active

T1/X5/2s

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6. STRUCTURE D’UN COMPTEUR/DECOMPTEUR

Pour réaliser certaines actions plusieurs fois, on utilise un compteur (c0) : – on passe par une première étape de mise à zéro du compteur c0 ; – on effectue les différentes actions – on procède ensuite à l’incrémentation (c0 = c0+1); – on teste si le compteur a atteint sa valeur finale.

0 Rc0

PC.Fdch.Dcy.Auto.Atu

4 MONTER

7 GAUCHE

PC

8 +c0

c0=3 c0<>3

On procède de la même manière pour décompter

7. STRUCTURE DU GRAFCET

7.1. SEQUENCE UNIQUE OU BRANCHE

Structure composée d'une suite d'étapes et de transitions pouvant être activées ou désactivées les unes après les autres. (Voir exercice 1 : Usine de produits agro-alimentaire et exercice 2 : Installation de dosage.) 7.2. SELECTION DE SEQUENCE (OU AIGUILLAGE)

A l’issue d’une étape, on a le choix entre plusieurs séquences possibles. Ce choix est fonction des différentes transitions correspondant aux réceptivités des étapes. Une transition ne peut représenter qu'une et une seule possibilité d'évolution. A chaque possibilité d'évolution correspond une transition. C’est une structure de type OU.

7.2.1. DEBUT DE SELECTION DE SEQUENCE

7.2.2. FIN DE SELECTION DE SEQUENCE

(Voir exercice 3 : Mélange de produits.)

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7.3. SEQUENCES SIMULTANEES : PARALLELISME STRUCTUREL

Les séquences simultanées sont utilisées lorsque plusieurs séquences s’exécutent en même temps, avec des actions indépendantes. C’est une structure de type ET. L'activation ou la désactivation simultanée de plusieurs séquences en parallèle nécessitera l'utilisation d'étapes de synchronisation appelées "étapes d'attente". (Voir exercice 4 : Système de manutention dans un magasin).

7.3.1. DEBUT DE SEQUENCES SIMULTANEES

7.3.2. FIN DE SEQUENCES SIMULTANEES

7.4. SAUT DE PHASE

On distingue le saut avant : si (condition) alors sinon (Voir exercice 5 : Mobile).

Reprise de cycle La reprise de cycle correspond à la structure : répéter ... jusqu'à (condition). (Voir exercice 7 : Cycle avec mobile). 7.5. MEMOIRE D’ATTENTE, MEMOIRE DE FIN DE CYCLE :

(Voir exercice 6 : Cycle avec mobile). 8. CONCLUSIONS

Pour franchir une transition, il faut que : ———————————————————————————————————————— ————————————————————————————————————————

Le franchissement d'une transition entraîne simultanément : ———————————————————————————————————————— ————————————————————————————————————————

Un grafcet n'est que le reflet de la pensée de l'automaticien : ———————————————————————————————————————— ————————————————————————————————————————

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9. EXERCICES

Pour chaque exercice, dessiner le grafcet qui décrit le fonctionnement attendu.

9.1. EXERCICE 1 : USINE DE PRODUITS AGRO-ALIMENTAIRES

Dans une usine de produits agroalimentaires une partie du processus de traitement d’un produit consiste à doser une certaine quantité d’un liquide visqueux pour la porter à une température prédéterminée à θ°C. L’électrovanne EV1 autorise le remplissage du bac doseur A jusqu’à une valeur pré affichée P1 du système de pesée. Lorsque P1 est atteint, EV1 interrompt le remplissage et EV2 autorise le transvasement du liquide du bac vers le ballon de chauffe B. A la fin du transvasement, information P0, le circuit de chauffe RC et le moteur de brassage MB sont alimentés. La température de chauffage est contrôlée par B1 préréglée à la valeur θ°C. Lorsque la température est atteinte le chauffage et le brasage sont arrêtés et EV3 autorise la circulation du liquide vers la suite du processus Au bout de 20 secondes EV3 est désactivée. Le mode de marche est cycle par cycle après action sur le bouton poussoir Dcy

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10. EXERCICE 2 : INSTALLATION DE DOSAGE

Le dessin ci-dessous représente une installation de mélange et de dosage de produits liquides. Cette installation comprend :

– un réservoir doseur M avec pompe et électrovanne de remplissage. Une électrovanne A en assure la vidange ;

– une cuve T avec un circuit de réchauffage commandé par une électrovanne C ; – un circuit de refroidissement avec son électrovanne D.

Le contenu de la cuve est évacué par l’électrovanne F. Un agitateur Ag assure le mélange et la température homogène du liquide. Lorsque le réservoir M est plein (capteur c), le liquide est vidé (ouverture de A) dans la cuve. Dès que le réservoir est vide (capteur d) l’électrovanne B s’ouvre, la cuve se remplit. Lorsque la cuve est pleine (capteur e) l’électrovanne B se ferme, C s’ouvre, l’agitateur se met en route. Lorsque la température atteint 60°C (capteur θ) l’électrovanne C se ferme. Soixante secondes après, l’électrovanne D s’ouvre jusqu’à ce que la température soit redescendue à 20°C. Lorsque cette température est atteinte, D se ferme, l’agitateur s’arrête l’électrovanne F s’ouvre jusqu’à ce que le niveau dans la cuve atteigne f. L’installation est alors revenue au repos. Le départ du cycle est obtenu par une action sur un bouton poussoir MA.

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10.1. EXERCICE 3 : MELANGE DE PRODUITS

Dans une industrie de produits verriers, la fabrication de la gamme des produits impose deux types de mélanges M1 et M2 à partir de trois produits de base A, B et C. Trois trémies contenant chacune un des produits de base A, B ou C déversent successivement sur un tapis roulant T, la quantité de produit correspondant au mélange demandé. Cette quantité est réglée par le temps d’ouverture de la trappe de vidange de chaque trémie qui est commandé respectivement par les dispositifs CTA, CTB et CTC. Mélange M1 : il est composé des produits A et C avec des quantités correspondant à une ouverture des trappes durant 10 secondes pour A et 15 secondes pour C. Mélange M2 : il est composé des produits A et B avec des quantités correspondant à une ouverture des trappes durant 10 secondes pour A et 15 secondes pour B. Le tapis T transporte vers la gauche les produits A et C pour les déverser dans la benne BE1, et vers la droite les produits A et B pour les déverser dans la benne BE2. Après la sélection d’un mélange (appui sur bouton SM1 ou SM2) et le contrôle de la présence de la benne concernée (SBE1 ou SBE2), le tapis démarre vers la gauche (MTG) ou vers la droite (MTD). Au bout de 15 secondes chaque trémie déverse, successivement, le produit contenu pendant le temps prédéterminé. Après la fermeture de la trappe de la dernière trémie concernée par le mélange, le tapis fonctionne encore durant 10 secondes, temps nécessaire pour terminer l’évacuation des produits.

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10.2. EXERCICE 4 : SYSTEME DE MANUTENTION

Les manutentions dans un magasin sont assurées par deux chariots automatisés. Des contraintes de déchargement imposent le contrôle de leurs déplacements. Les deux chariots automatisés CM1 et CM2 assurent les manutentions entre :

– un quai A et un quai B pour le chariot CM1 ; – le quai A et un quai C pour le chariot CM2.

La présence du chariot CM1 est contrôlée en A par le capteur SA1, en B par le capteur SB1. La présence du chariot CM2 est contrôlée en A par le capteur SA2, en C par le capteur SC2. Les chariots partent en même temps du quai A, mais CM2 ne peut repartir du quai C que lorsque CM1 est revenu en A. Le départ simultané est autorisé par une action sur Dcy, si les chariots sont présents en A. Pour simplifier l’étude, seuls les mouvements des chariots sont pris en compte :

– ALLER1 et RETOUR1 pour le chariot 1 ; – ALLER2 et RETOUR2 pour le chariot 2.

Les opérations de chargement et de déchargement des chariots sont négligées.

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10.3. EXERCICE 5 : MOBILE

Un mobile peut décrire suivant l’information qu’il aura reçue soit le cycle en L complet ci-dessous, soit seulement l’aller retour DR-GA. Cycle 1 : A→B → C →B → A Cycle 2 : A→B → A Un commutateur C permet de sélectionner le cycle choisi. Un bouton poussoir MA assure le départ du cycle. Les contacts de fin de course g, d, h, b, contrôlent respectivement les mouvements, gauche (GA), droite (DR), avant (AV), arrière (AR).

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10.4. CYCLE AVEC MOBILE

Un mobile décrit le cycle suivant : Première impulsion sur MA, marche avant en grande vitesse jusqu’en b. De b à c, marche avant en petite vitesse, puis retour en a en grande vitesse, la première séquence est terminée. Deuxième impulsion sur MA, marche avant en grande vitesse jusqu’au contact de fin de course c, puis retour en petite vitesse jusqu’en b. De b à a marche arrière en grande vitesse. Cette séquence termine le cycle.

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10.5. EXERCICE 7 : CYCLE AVEC MOBILE

Le diagramme fonctionnel définit la marche de l’installation. Lorsque le commutateur C est en position CU et qu’il a une impulsion sur le bouton poussoir de mise en marche MA, le mobile décrit un cycle complet et s’arrête .Si le commutateur est en position CR, le mobile après avoir décrit les quatre première phases, repart en déplacement droite (DR) grande vitesse (GV) et décrit un cycle alternatif entre les contacts de fin de course c et d et cela jusqu’à le commutateur soit de nouveau en position CU.