Chapitre 3 Le Grafcet

[Chapitre 2] [LE GRAFCET]

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CHAPITRE 3 : LE GRAFCET

Dans cette partie, on tudiera un outil de modlisation graphique : le GRAFCET

(GRAphe Fonctionnel de Commande Etape/Transition). Cest un outil graphique de

description des comportements dun systme logique. Il est frquemment utilis pour

la mise en uvre des automates programmables industriels (API).

I- conventions et rgles :

Le GRAFCET est un outil de reprsentation graphique permettant de reprsenter le

cahier des charges d'un automatisme. Cette reprsentation est normalise : Norme

Franaise NF C 03-190.

Le fonctionnement d'un systme automatis peut tre reprsent graphiquement

par un ensemble :

D'tapes auxquelles sont associes des actions.

De transitions auxquelles sont associes des rceptivits.

Des liaisons orientes entre les tapes et les transitions.

I-1 Principe de base

Des ETAPES

Auxquelles sont associes des

actions

Des TRANSITIONS

Auxquelles sont associes des rceptivits

(conditions dvolutions)

Des LIAISONS ORIENTEES

Qui relient les tapes aux transitions et les

transitions aux tapes

2

3

Rceptivit


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I-2 Actions associes ltape :

On prcise pour chaque tape, l'intrieur d'un rectangle, les actions

effectuer lorsque l'tape est active.

SPECIFICATIONS FONCTIONNELLES SPECIFICATIONS TECHNOLOGIQUES

Le GRAFCET de 1er niveau permet une description qui prsume ni des choix

technologiques de la partie oprative (capteur, pr-actionneurs, actionneurs), ni de

la partie commande. Cest un outil de dialogue entre lutilisateur et le concepteur.

I-3 transition :

Une transition indique la possibilit d'volution d'une tape l'tape suivante.

A chaque transition, on associe une ou plusieurs conditions logiques qui traduisent la

notion de rceptivit.

La rceptivit est une fonction combinatoire d'informations telles que :

Etats de capteurs.

S1.S2 Condition logique de rceptivit

2

3

GRAFCET de 1er niveau

NIVEAU UTILISATEUR

GRAFCET de 2me niveau

NIVEAU CONCEPTEUR

Pousser la pice 2 Y+ 2

3 KM 3 Dplacer le pice


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Action de boutons-poussoirs par l'oprateur.

Action d'un temporisateur, d'un compteur.

Etat actif ou inactif d'autres tapes.

Comparaison dune valeur analogique

I.4 Liaisons orientes

Les liaisons indiquent les voies d'volution du GRAFCET. Dans le cas gnral, les

liaisons qui se font du haut vers le bas ne comportent pas de flches. Dans les autres

cas, il faut utiliser des flches.

I.5 Les rgles dvolution

La normalisation

France NF C03-190 (juin 82)

INTERNATIONAL CEI 848 (Dcembre 88)

Dfinit cinq rgles dvolution

Rgle 1 : (Situation initiale)

La situation initiale caractrise le comportement initial de la partie commande vis--

vis de la partie oprative et correspond aux tapes actives au dbut du

fonctionnement.

10

Temprature < 300C Valeur de la

consigne Dun

compteur =10

Rceptivit vraie au front

montant de la variable d

(Passage de 0 1)

d C=10 T < 300C

5

6

7

8

11

12


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Rgle 2 : (Franchissement dune transition)

Une transition est valide lorsque toutes les tapes immdiatement prcdentes sont

actives. Le franchissement ne peut produire :

Que lorsque cette transition est valide

Et que la rceptivit associe est vraie

Rgle 3 : (Evolution des tapes actives)

Le franchissement dune transition provoque simultanment :

Lactivation de toutes les tapes immdiatement suivantes relies

cette transition.

La dsactivation de toutes les tapes immdiatement prcdentes

relies cette transition.

Rgle 4 : (Evolution simultanes)

Plusieurs transitions simultanment franchissables sont simultanment

franchies.

Cette rgle de franchissement permet notamment de dcomposer un GRAFCET en

plusieurs diagrammes indpendants tout en assurant de faon rigoureuse leur

interconnexion.

r=0 r=0 ou 1

5

6

5

6

Transition non valide Transition valide

r r= 1

5

6

5

6

Franchissable Franchie


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Rgle 5 : (Activation et dsactivation simultanes)

Si au cours du fonctionnement de lautomatisme une mme tape doit tre

simultanment active et dsactive, elle reste active.

II- Notions de squence:

II-1 actions aux ETAPES :

II-1-1 actions continues

Une action est dite continue lorsque la dure de cette action correspond la

dure dactivation de ltape. Plusieurs actions continues peuvent tre associes

une mme tape.

II-1-2 actions conditionnelles

Lexcution de laction est soumise une condition logique note cot

dun trait vertical au-dessus de laction.

h.X11

4

5

11

12

h.X4

ROTATION DGV 10

MONTEE 10

fh

A ltape 10, la monte est

effectue tant que lon na

pas atteint le fin de course fh


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II-1-3 actions mmorises

Lorsquune action doit tre maintenue pendant plusieurs tapes, il suffit

dutiliser les symboles S (Set) et R (Reset) ou de la rpter dans toutes les tapes

concernes.

II-1-4 dure dactivit dtape

Pour maintenir une tape active et ses actions associes pendant un certain

temps (t= 15S), il suffit dutiliser le signal binaire de sortie de loprateur retard

comme rceptivit.

II-1-5 actions retardes ou limites

15

16

17

a

b

c

MOTEUR S

MOTEUR R

15

16

17

a

b

c

MOTEUR

MOTEUR

15

16

15 S / X10

d

MALAXAGE

VIDANGE


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Laction peut tre retarde, cest dire que la condition dassignation nest

vraie quaprs une dure D depuis lactivation de ltape. Comme elle peut tre

limite dans le temps, Cest dire que la condition dassignation nest vraie que

pendant une dure L depuis lactivation de ltape.

Laction VERIN A est retarde de 5 secondes et laction REMPLISSAGE est

limite 8 secondes partir de lactivation de ltape 12.

Exemple :

On se propose de d crire un GRAFCET dune machine de poinonnage des

tles commande automatis par un API

Comme le montre la figure suivante :

15

16

VERIN A D=5s

REMPLISSAGE

L=8s

D

L

Vrin poinon

Vrin Rotation plateau

Plateau

Capteur C1

Capteur C2

C3 C4

Emplacement

des tles

P

RO

DE

MO


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Cette machine permet uniquement de poinonner des tles de forme

circulaire le chargement et le dchargement seffectue manuellement. Le

dmarrage de la machine se fait par un bouton poussoir DCY.

Le vrin rotation plateau VR est de type simple effet permet de tourner le

plateau dun quart de rotation par la sortie de son tige. Le recule de la tige n

aucun effet de rotation. Le vrin poinon VP permet de poinonner la pice se

trouvant lemplacement P par la sortie de son tige.

Cahier de charge de la machine :

Le systme se trouvant en position initiale, lappui sur le bouton de dpart

cycle ordonne la rotation du plateau

Une fois la rotation acheve, descente du poinon.

Une fois le poinon en position basse, remonte du poinon

Une fois le poinon revenu en position haute, attente dun nouveau dpart

cycle .

Les GRAFCET respectivement de niveau 1 et niveau 2 conformment au

cahier de charge sont reprsents la figure suivante


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II-2 slection de squences :

Une slection de squence est un choix dvolution entre une ou plusieurs

squences possibles partir dune ou plusieurs tapes.

Il est imprative de ne slectionner quune seule volution et ceci en utilisant

des conditions logiques exclusives.

Cette exclusivit peut tre

Soit dordre physique (incompatibilit mcanique ou temporelle)

Soit dordre logique dans lcriture des rceptivits.

II-2-1 Dbut de slection (divergence en OU):

GRAFCET 1er NIVEAU

1

2

Conditions initiales et

dpart cycle

Rotation termine

Poinon en bas

3

4

ATTENTE

RTATION PLATEAU

DESCENTE POINCON

MONTEE POINCON

Poinon en haut

GRAFCET 2me NIVEAU

1

2

C1.C4.DCY

C3

C2

3

4

C1

RO

DE

MO


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II-2-2 Fin de slection (convergence en OU):

II-2-3 Saut dtape et reprise de squence

Un saut dtape permet de sauter une ou plusieurs tapes lorsque les actions

associes ces tapes deviennent inutiles (ex: perage avec ou sans dbourrage).

Un renvoi de squence permet deffectuer plusieurs fois une mme squence

tant quune condition nest pas ralise (ex : remplissage dun produit).

Lexemple suivant rsume les principes de saut dtapes et de renvoi de squence.

14

15.1

r=0 f=1

15.2

14

15.1

r f

15.2

Sur lexemple, ltape 14

se trouvant active et la

rceptivit f tant

vrais, lvolution

seffectue vers ltape

15.2

AVANT APRES

Lorsque ltape 20.2 est

active et la rceptivit

c est vrais c=1 ,

lvolution seffectue vers

ltape 21.

APRES

20.2

21

AVANT

20.1

c=1 h=0

20.2

21

20.1

c h


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II-3 squences simultanes :

Les squences simultanes permettent partir dune ou plusieurs tapes

dvoluer vers plusieurs squences simultanment.

II-3-1 divergence en ET :

15

16

a

c

17

20

i

18

d

19

b

f

e

g

h

Saut dtape

Renvoi de

squence

13.2

Deux ou plusieurs

squences peuvent tre

simultanment actives

partir de la mme

transition.

Les deux traits parallles

mettent en vidence

lactivation simultane

des tapes 13.1 et 13.2

partir de la rceptivit

a=1, lorsque ltape 12

est active.

APRES

12

AVANT

13.1

a=1

13.2

12

13.1

a


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II-3-2 convergence en ET :

II-4 extension des reprsentations (Macro-tapes) :

Une macro-tape est une reprsentation unique dun ensemble dtapes et

de transitions.

Le concept de macro-tape permet :

Lors de lanalyse, de ne pas surcharger la reprsentation de dlais

(reprsentation structure)

Lors de lexploitation, une meilleure comprhension du

fonctionnement.

(1)

(2)

15

M1

a

b

16

c

1.1

1.2

x

y

Z

1.3

1.4

La convergence (ou

jonction) entre plusieurs

branches parallles ne

pourra seffectuer que

lorsque toutes les

squences seront

termines (tapes 10.1 et

10.2 actives) et la

rceptivit commune

vraie (e=1).

11

AVANT

10.1

e=1

10.2

11

APRET

10.1

e=1

10.2


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Lexpansion de la macro-tape commence par une seule tape dentre et

finit par une seule tape de sortie. Le franchissement de la transition amont (1) de la

macro-tape active ltape dentre (1.1). Ltape de sortie (1.4) valide la transition

aval de la macro-tape (2) et dsactive lorsque cette transition est franchie.

Exemple :

On considre une machine de production des pices plies et poinonnes

dcrite ci-dessous avec chargement et dchargement automatique :

Le systme est command par deux boutons poussoirs respectivement le

dpart cycle (DCY) et arrt (RAZ) compos par deux postes:

Poste de pliage par descente et mont de la tige vrin 1

Poste de poinonnage par descente et mont de la tige vrin 2

Poste dvacuation puis remplissage de pices assures par deux vrins (vrin 3

et vrin 4).

Cahier de charge de la machine :

Le systme se trouvant en position initiale, lappui sur le bouton de dpart

cycle ordonne simultanment lvacuation puis remplissage ; le pliage et le

poinonnage des pices se trouvant sur le plateau.

Vrin 1

Vrin 2

Vrin 3 Vrin 4


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Une fois les trois actions termines. Le systme ordonne la rotation du plateau

et le systme recommence le mme cycle jusqu larrt.

Une fois le poinon revenu en position haute, attente dun nouveau dpart

cycle .

Les GRAFCET globale et des macros tapes de niveau 1 conformment au cahier

de charge sont reprsents aux figures suivantes.

GRAFCET globale de fonctionnement :

0 Repos

1

2 Poste 1 3 Poste 2 4 vacuation

5

7 6 8

Alim

Rotation.plt

DCY. Condition initiale

Rotation termine

Poste vide

Plateau charg

Arrt Arrt

Pice plie Pice poinonne


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GRAFCET relatif la macro tape Poste 1 :

GRAFCET relatif la macro tape Poste 2 :

2 Poste 1 Presse en bas

2.1

2.2

DESCENTE TIGE V1

MONTEE TIGE V1

3 Poste 2 Poinon en bas

3.1

3.2

DESCENTE TIGE V2

MONTEE TIGE V2

Chapitre 3 Le Grafcet

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