Le Grafcet

LE GRAFCET

Lyce L.RASCOL 10, Rue de la Rpublique BP 218. 81012 ALBI CEDEX GJC

LES AUTOMATISMES

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SOMMAIRE

LE GRAFCET NORMALISATION

I. Introduction II. Ncessit dun outil normalis III. Principes gnraux IV. Rgles V. Reprsentation graphique des lments VI. Application des rgles dvolution

VII. Actions associes

LE GRAFCET CONSTRUCTION

VIII. Structures basiques IX. Structures complexes X. Structures spciales XI. Mthode de construction dun grafcet

XII. Reprsentation dune automatisation

LE GRAFCET COMPLEMENT A LA NORME

XIII. Reprsentation du temps dans un grafcet XIV. Complments sur les rceptivits XV. Le comptage

XVI. Complments sur les transitions et les tapes

LE GRAFCET COORDINATION DES TACHES

XVII. Mthodologie danalyse XVIII. Reprsentation structure du grafcet de coordination XIX. Calcul du temps de cycle

LE GRAFCET LA HIERARCHIE

XX. Fonction dune partie oprative XXI. Structure dune partie commande XXII. Hirarchisation des fonctions XXIII. Forage des situations XXIV. Reprsentation du niveau commande XXV. Reprsentation du niveau conduite XXVI. Reprsentation du niveau surveillance XXVII. Exemple

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LE GRAFCET

NORMALISATION

TS CRSA Automatismes

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I.INTRODUCTION

Au dbut des annes 70, le bilan de la conception des systmes logiques ntait pas brillant. Chez les chercheurs, on constatait encore une importante dissipation d'nergie pour perfectionner les mthodes thoriques de synthse (Huffman, expressions rgulires...) afin de les rendre plus accessibles, plus efficaces et optimales. Dans lindustrie, ces travaux taient ignors ou jugs avec quelque svrit; ils avaient en tous cas peu d'impact sur les mthodes pratiques de synthse qui restaient dans l'ensemble empiriques et rattaches la technologie des automatismes relais. Avec l'arrive des technologies nouvelles et l'accroissement de la complexit des systmes tudis. Les praticiens prirent conscience que lapproche empirique n'tait ni sre, ni adapte leurs besoins. Le premier pas pour sortir de cette impasse fut accompli par P. GIRARD qui trs tt introduisit les notions de rceptivit et d'tape. A la mme poque, aux Etats-Unis des quipes d'informaticiens totalement trangers aux problmes de synthse des automatismes logiques, dcouvraient les rseaux de Ptri que celui-ci avait dfinis en 1962. La voie nouvelle dans laquelle s'engageait la conception des systmes logiques se prcisait alors. Deux mots clefs la dfinissent : cahier des charges et modlisation. C'est en 1975 que fut cre une commission de normalisation de la reprsentation du cahier des charges dun automatisme logique dans le cadre du groupe de travail systmes logiques de lAFCET1. L'objectif de la commission tait clair : homogniser les diffrentes approches afin de dgager un outil unique de reprsentation d'un cahier des charges. En 1977, deux ans aprs sa cration, la commission dans son rapport final, dfinissait le contenu dun cahier des charges et ses diffrents niveaux dlaboration et proposait un outil pour sa reprsentation : le GRAFCET2. Le groupe de travail Automatisation squentielle de ADEPA3 reprit le flambeau pour donner au GRAFCET,sans toucher au fond, une forme normalise tenant compte des normes existantes et des usages gnraux des symboles normaliss. A la demande du GlMEE4 et au sein de lUTE5, un groupe d'tude largi runissant les experts des diverses commissions intresses auxquels se sont joints des experts du CNOMO6, de I'UNM7, de Education Nationale de L'AFNOR8 etc., a tabli partir des travaux effectus par lAFCET et lADEPA un projet aboutissant la norme NF C03-190 de Mai 1982. Le GREPA9, quipe dindustriels et de formateurs, amliora le concept du GRAFCET en proposant la notion de Macro tape et de Forage. Ceci fut lobjet dun projet de norme rfrenc NF C03-191 en 1993. En 1988 le GRAFCET obtint ses galons internationaux avec la publication par la CEI10 de la norme CEI/IEC 848. Ds 1978, lInspection Gnrale des Sciences et Techniques Industrielles, convaincue du rle fondamental de cet outil pour lenseignement des automatismes industriels cre une commission de travail en liaison avec lADEPA et lance paralllement des exprimentations en Lyces techniques. En 1980 le GRAFCET est introduit dans les programmes denseignement. Il est galement enseign dans plusieurs pays comme lAutriche, la Suisse, la Hollande, la Sude...

1 AFCET : Association Franaise pour la Cyberntique Economique et Technique.

2 GRAFCET : Graphe Fonctionnel de Commande Etape-Transition

3 ADEPA : Agence pour le DEveloppement de la Production Automatise

4 GIMEE : Groupement des Industries et Matriels dEquipements Electriques

5 UTE : Union Technique de lElectricit

6 CNOMO : Comit de Normalisation des Outillages et des Machines Outils

7 UNM : Union de la Normalisation de la Mcanique

8 AFNOR : Association Franaise de NORmalisation

9 GREPA : Groupe Equipement de Production Automatis

10 CEI : Commission Electrotechnique Internationale


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En rsum, voici sur quelles bases a t conu le GRAFCET: utilisation d'un procd graphique, choix des symboles graphiques mise en vidence de chacune des situations de l'automatisme squentiel un moment donn,

notion de situation, d'tape et d'action associes slection des seules informations utiles l'volution de l'automatisme partir d'une situation

connue, notion de transition et de rceptivit dfinition des conditions dvolution entre les tapes, tablissement des rgles d'volution description progressive de lautomatisme, notion de niveau emploi d'un langage simple et accessible l'ensemble des intervenants depuis le concepteur

jusqu' l'agent de maintenance, choix d'un vocabulaire

II.NECESSITE DUN OUTIL NORMALISE

Le cahier des charges d'un automatisme est un document rgissant les rapports entre le fournisseur concepteur d'un matriel de commande et son client futur utilisateur de ce matriel. Un tel document peut donc faire intervenir des considrations judiciaires, commerciales, financires technico-conomiques ou purement techniques. Nous nous placerons dans tout ce qui suit du seul point de vue du technicien : ce qu'il recherche dans un cahier des charges, cest avant tout une description claire, prcise, sans ambiguts ni omissions du rle et des performances de lquipement raliser. Force est de constater que dans la plupart des cas cette description reste confuse, vague, ambigu et incomplte dou un risque permanent de mauvaises interprtations qui si elles ne sont pas dtectes temps, peuvent conduire des catastrophes, ne serait-ce qu'au plan financier. A lorigine le Grafcet est donc un outil de communication qui sattache exclusivement a la description fonctionnelle des automatismes. Il a t normalis en juin 1982 (NF C 03-190). En 1985 le GREPA a publi de nouveaux concepts. Une norme europenne est publie en 1988 (CEI 848) Une nouvelle norme franaise (suite la publication internationale) est parue en 1990, complmente. en 1993. Une version complte sera publie en 1995. La dernire version, prenant en compte les concepts de description structure et hirarchise est en vigueur depuis aot 2002. Cest ltude de cette version qui est lobjet de ce document. Le concept de grafcet a t intgr dans la norme europenne sur les langages de programmation des automates (CEI 61131-3) sous la dnomination SFC11.

III.PRINCIPES GENERAUX

III.1. contexte Le grafcet dcrit les interactions entre la partie oprative (PO) et la partie commande (PC) dun systme isol. Cette premire frontire disolement permet de dfinir les limites de ltude.

11 SFC : Squential Fonction Chart (diagramme fonctionnel en squence)


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Dans la partie commande, la partie squentielle du systme est caractrise par ses variables dentres, ses variables de sorties et son comportement.

La description par un grafcet de la partie squentielle dun systme impose que les interactions entre la PO et la PC soient dfinies.

Autrement dit, il est ncessaire de caractriser toutes les entres/sorties avant de pouvoir faire une description par grafcet.

Le GRAFCET est un outil de description du comportement dterministe de la partie commande.

III.2. Prsentation sommaire Le GRAFCET est utilis pour concevoir des grafcets donnant une reprsentation graphique du comportement des systmes. La reprsentation distingue :

La structure qui dcrit les volutions squentielles possibles Linterprtation qui fait la relation entre les E/S et la structure.

III.2.1 la structure La structure est constitue des lments de base suivants

Etape: utilise pour dfinir la situation de la partie squentielle du systme Une tape est soit active soit inactive

Lensemble des tapes actives reprsente la situation du grafcet Transition : indique la possibilit dvolution dactivit entre deux ou plusieurs tapes. Cette

volution se traduit par le franchissement de la transition (voir rgles) Liaison oriente : indique les voies et le sens dvolution.

Auto Dcy

TEST C>6

KM1

KFr

PID

PARTIE COMMANDE

PARTIE SEQUENTIELLE

1

2

(Auto.pv)+(p/p.Dcy)

[C>6] KM1 KFr


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III.2.2 linterprtation

Linterprtation se fait grce aux lments suivants : Rceptivit : associe chaque transition, elle est une condition logique qui est soit vraie soit

fausse. Elle est compose de variables dentres Action : indique le comportement dune variable de sortie, soit par assignation, soit par

affectation.

Partie squentielle du systme Marche

Position Haute

Position Basse

Fin Approche

Descente Rapide

Rotation Broche

Descente Lente

Monte

1

2

3

4

Descente Rapide Rotation Broche

Descente Lente Rotation Broche

Monte

Marche ET Position Haute

Fin Approche

Position Basse

Position Haute


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IV.REGLES

IV.1. rgles de syntaxes Lalternance tape/transition et transition/tape doit toujours tre respecte, quelle que soit la squence parcourue.

Consquences: deux tapes ou deux transitions ne doivent jamais tre relies. une liaison oriente relie obligatoirement une tape une transition ou une transition une tape

IV.2. Rgle dvolution Rgle 1 : rgle de la situation initiale

La situation initiale, choisie par le concepteur, est la situation linstant initial.

Rgle 2 : rgle du franchissement dune transition

Le franchissement dune transition se produit: Lorsque la transition est valide ET que la rceptivit associe est VRAIE

Rgle 3 : rgle dvolution des tapes actives

Le franchissement dune transition entrane simultanment lactivation de toutes les tapes immdiatement suivantes et la dsactivation de toutes les tapes immdiatement prcdentes.

Rgle 4 : rgle du franchissement simultan

Plusieurs transitions simultanment franchissables sont simultanment franchies.

Rgle 5 : activation et dsactivation simultane dune tape

SI, au cours du fonctionnement, un tape active est simultanment active et dsactive, elle RESTE ACTIVE


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REMARQUE

Le temps de franchissement dune transition peut tre admis comme trs faible mais ne pourra jamais tre considr comme nul Consquence : La dure dactivation dune tape ne pourra jamais tre considre comme nulle

V.REPRESENTATION GRAPHIQUE DES ELEMENTS

Les lments du GRAFCET possdent une reprsentation symbolique qui permet en les associant correctement de raliser des diagrammes fonctionnels. V.1. tapes Extrait de la norme NF EN 60848.

2

3

a+b


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V.2. transitions Extrait de la norme NF EN 60848


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V.3. liaisons orientes Extrait de la norme NF EN 60848


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V.4. Rceptivits associes aux transitions Extrait de la norme NF EN 60848


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VI.APPLICATION DES REGLES DEVOLUTION

Linterprtation intuitive de lvolution permet sur occurrence dentre et partir de la situation antrieure, de dterminer, par application successive des rgles dvolutions, la situation postrieure. Dans le cas gnral, lvolution est non fugace, c'est--dire que lvolution ne provoque quun seul pas.

VI.1. Evolution non fugace. Le changement de valeur de a provoque :

VI.2. Evolution fugace Dans certain cas, lapplication des rgles dvolution peut conduire franchir simultanment des transitions. Le changement de valeur de a provoque :

11

12

13

a

b

c

11

12

13

a

b

c

11

12

13

a

b

c

11

12

13

a

b

c


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VII.ACTIONS ASSOCIEES

Les actions permettent dtablir le lien entre lvolution du grafcet et les sorties. Deux modes de sortie, mode continue ou mode mmoris, dcrivent comment les sorties dpendent de lvolution et des entres du systme.

VII.1. Mode continu (assignation sur tat)

En mode continu cest lassociation dune action une tape qui permet dindiquer quune variable de sortie a la valeur vraie si ltape est active et si la condition dassignation est vrifie. La condition dassignation est une expression logique de variables dentre et/ou de variable interne

VII.1.1 Rgle dassignation :

Pour une situation donne, les valeurs des sorties relatives aux actions continues sont assignes : A la valeur vraie, pour chacune des sorties relatives aux actions associes aux tapes actives et pour lesquelles les conditions dassignation sont vrifies. A la valeur fausse pour les autres sorties.


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VII.1.2 Actions continues :

Extrait de la norme NF EN 608


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Reprsentation dune action continue avec conditions dassignation qui peut tre vraie ou fausse. Extrait de la norme NF EN 60848.


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VII.2. Mode mmoris (affectation sur vnement) >En mode mmoris cest lassociation dune action a des vnements internes qui permet dindiquer quune variable de sortie prend et garde la valeur impose si lun de ces vnements se produit. La valeur dune variable de sortie relative une action mmorise reste inchange tant quun nouvel vnement ne la modifie pas.

VII.2.1 Rgle daffectation : La valeur dune sortie, relative a une action mmorise et associe un vnement, est affecte la valeur indique si lvnement spcifi se produit, linitialisation la valeur de cette sortie est nulle. Affectation de la valeur # a une variable *

Le libell indique, dans une action mmorise, la mise a la valeur # dune variable *, lorsqun des vnements associs a laction se produit. Ex

VII.2.2 Action mmorise Une action mmorise possde un libell qui dcrit comment la variable de sortie est affecte une valeur dtermine selon la rgle daffectation. Extrait de la norme NF EN 60848.

* := #

A := 1 C := C+1


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LE GRAFCET

CONSTRUCTION

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VIII.STRUCTURES BASIQUES

Les structures de bases les plus utilises dcrites ci-dessous, ne sont pas limitatives et peuvent tre combines entre elles.

VIII.1. Squence unique Une squence unique est compose d'une suite d'tapes pouvant tre actives les unes aprs les autres. Chaque tape n'est suivie que par une transition et chaque transition n'est valide que par une tape. La squence est dite "active" si au moins une tape est active. Elle est dite "inactive" si toutes les tapes sont inactives. Cycle dune seule squence Cas particulier dune squence reboucle sur elle-mme. Pour permettre lvolution, elle doit possder une tape initiale ou faire lobjet dun forage de niveau suprieur

VIII.2. Squences simultanes Lorsque le franchissement d'une transition conduit activer plusieurs squences en mme temps, ces squences sont dites squences simultanes ou paralllisme structural. Aprs l'activation simultane de ces squences, les volutions des tapes actives dans chacune des squences deviennent alors indpendantes

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VIII.3. Slection de squences La slection exprime un choix d'volution entre plusieurs squences, partir d'une ou plusieurs tapes. Cette structure se reprsente par autant de transitions valides qu'il y d'volutions possibles.

La structure de slection de squence ne permet pas un choix exclusif. Le traitement de lexclusivit doit se faire par un traitement logique ou technologique.

Exclusivit Logique Exclusivit Technologique Exclusivit Prioritaire

Cas particuliers

SAUT dtapes REPRISE de squence slection ALTERNATIVE

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IX.STRUCTURES COMPLEXES

IX.1. Paralllisme ouvert Cas dutilisation dune structure mixte, ouverture simultane en association avec un retour en OU. Ce type de structure est utiliser avec beaucoup de prcautions cause des risques reprsents par la possibilit de ractiver une squence sans avoir eu la fin de lautre (FIG_1).

IX.2. Parallisme interprt Lorsque les rceptivits associes aux transitions valides par une ou plusieurs tapes ne sont pas exclusives, des volutions simultanes peuvent se produire conduisant activer plusieurs tapes la fois .Ce deuxime type de paralllisme est appel "paralllisme interprt", car ces volutions simultanes ou non sont uniquement dtermines par les rceptivits associes aux transitions. Ce mode de fonctionnement doit tre utilis avec prudence car il demande une spcification dans la faon dont il se termine (FIG_2)

FIG_1 FIG_2

10

11

12

13

20

21

14

1

10

11

12

20

21

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IX.3. Etude comparative des deux structures Deux vrins pneumatique (logique bistable) peuvent tre commands sparment ou simultanment.

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X. STRUCTURES SPECIALES

X.1. Partage de ressource Une "ressource commune" physique ou logique peut tre partage entre plusieurs squences utilisatrices exclusives, sous la forme d'une tape validant plusieurs transitions. Le franchissement de l'une d'entre-elles conduira n'activer qu'une seule de ces squences. Lorsque cette tape sera active, la ressource sera attribue la premire transition devenant franchissable, et pour ce faire une priorit logique sera donc indispensable dans l'criture des rceptivits afin d'viter tout conflit.

10

11

12

dosageA avancer A

dcyA.gauche a Fin dosage

Position attente A

20

21

22

dosageB avancer B

dcyB.gauche b Fin dosage

Position attente B 1

13

14

15

AiguillageA avancer A

dchargement

Cot A

10s/X14

1

arrire A

Position attente A

23

24

25

AiguillageB avancer B

dchargement

Cot B

10s/X24

/X12

arrire B

Position attente B

15 arrire A

Gauche a

15 arrire B

Gauche b

Chargement wagonnet A

Chargement wagonnet B

Position attente A

Position attente B

aiguillage A

aiguillage B

Gauche a

Gauche b

Dchargement

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X.2. Couplage de squences Une ou plusieurs tapes peuvent permettre les synchronisations logiques successives ou alternatives de plusieurs squences en mmorisant au moment voulu les autorisations ncessaire.

10

11

12

USINAGE

marche

Pice usine

20

21

marche

1

13 DEPOSE

Pice dpose

1

22

24

30

PRISE

Pice prise

1

ASSEMBLAGE

Asem termin

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XI. METHODE DE CONSTRUCTION DUN GRAFCET

Etapes de la mthode :

1) dessiner linstallation sous forme dun schma global 2) tablir une liste dtaille de description du cycle envisag 3) faire la distinction entre les actions (sorties) et les vnements de contrle ou de commande (entres). 4) utiliser les lments graphiques du grafcet pour traduire cette liste.

Exemple : Systme de trempe.

1) dessiner linstallation sous forme dun schma global

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2) tablir une liste dtaille de description du cycle envisag

3) faire la distinction entre les actions (sorties) et les vnements de contrle ou de commande (entres).

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4) utiliser les lments graphiques du grafcet pour traduire cette liste.

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XII.REPRESENTATION DUNE AUTOMATISATION

XII.1. Structure dune chane fonctionnelle

Liens physiques et informationnels qui mettent en relation la PO et la PC pour la ralisation dune fonction du systme.

XII.1.1 Chane dacquisition Le type et le niveau dnergie des capteurs sont directement compatibles avec les cartes dentres API. La liaison entre ces deux composants ne ncessite pas dinterface particulire.

XII.1.2 Chane daction Les actionneurs utilisent des nergies diffrentes de celle des cartes de sorties API. La conversion du type et/ou du niveau doit tre pris en charge par un composant supplmentaire, le PREACTIONNEUR

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XII.2. Etude dune chane daction Exemple : fonction de dplacer une caisse dans un cycle de palettisation.

Des phnomnes lis la fonction se produisent plusieurs endroits de la chane daction. A chaque endroit, on peur se placer a diffrents niveaux pour dcrire ces phnomnes.

XII.2.1 niveau de la fonction raliser Du point de vue de lobservateur extrieur, la proposition la caisse se dplace est une action ralise par le systme.

XII.2.2 niveau actionneur de la PO A ce niveau de reprsentation, cest la technologie de lactionneur qui est dfinie. Dans lexemple, un vrin pneumatique double effet.

XII.2.3 niveau ralisation PC Pour ce niveau, la technologie du pr actionneur est prendre en compte. Dans lexemple il sagit dun distributeur simple pilotage. La commande est directement associe une sortie automate qui est reprsente par un numro qui correspond ladresse de la mmoire associe.

Les ateliers logiciels de programmation automate permettent de dfinir un symbole pour chaque adresse, ce qui facilite la maintenance, condition que ces symboles soient explicites.

Avancer poussoir AVP %Q2.6

Dplacer la caisse

Faire sortir la tige du vrin

% Q2.6

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LE GRAFCET

COMPLEMENT

A LA NORME

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XIII.REPRESENTATION DU TEMPS DANS LE GRAFCET.

Le temps est souvent utilis dans des application et fait appel aux oprateurs retards . La forme littrale dun oprateur retards est t1 / En / t2 XIII.1. Loprateur retard normalis

Oprateur retards : (Delay lment : symbole 12-40-01 de la norme CEI/IEC 617-12). Oprateur retards avec indication des valeurs des retards.

t1 est le retard apport au changement de ltat logique [0] vers ltat logique [1] de la variable dentre En.

t2 est le retard apport au changement de ltat logique [1] vers ltat logique [0] de la variable dentre En.

t1 et t2 doivent tre remplacs par leur valeur relle exprime dans lunit de temps choisie. La variable En doit tre prsente pendant un temps (t) gal ou suprieur au retard t1 indiqu pour que la variable de sortie Sn prenne ltat logique [1]. Reprsentation

XIII.2. Utilisation dans le Grafcet Dans le cas dune reprsentation normalise du GRAFCET, la locution t1/En/t2 prend la valeur logique [1] ds que t1 secondes se sont coules depuis le dbut dactivit de ltape Xn . Elle ne reprend la valeur [0] que t2 secondes aprs la dsactivation de ltape Xn . Lutilisation la plus courante de la locution est la partie t1 /Xn reprsentant la variable temporise lie lactivation de ltape n

t1 t2 En Sn

En

Sn

t1 t2

Xn

t1/Xn

t1

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t1/X*

*

Xn

1

2

t1/Xn:=0

t emps t1

3 t1/Xn:=1

/Xn

/Xn

XIII.3. Rceptivit dpendante du temps

Ltape temporise doit rester active pendant un temps suprieur ou gal t1 pour que la rceptivit puisse tre vraie. Il est possible dutiliser cette notation lorsque ltape temporise nest pas ltape amont de la transition. XIII.4. Les actions temporises Laction temporise est une action continue dont la condition dassignation utilise la variable temporis t1/*/t2 .

Lastrisque doit tre remplac par la variable que lon dsire temporiser (entre, tape,).

XIII.4.1 action retarde Laction retarde est une action continue dont la condition dassignation nest vraie quaprs une dure de t1 seconde depuis lactivation de ltape associe *, dans le but de retarder lassignation la valeur vraie de la sortie correspondante. Exemple :

Reprsentation par un Grafcet

t1/Xn

n : repre de ltape origine du temps t1 : valeur relle exprime dans lunit de temps choisie

t1/*/t2

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t1/X*

*

Equation: Action R = X27. (3s/X27)

XIII.4.2 action limite. Laction limite dans le temps est une action continue dont la condition dassignation nest vraie quaprs une dure de t1 seconde depuis lactivation de ltape associe *, dans le but de limiter lassignation la valeur vraie de la sortie correspondante. Exemple :

Reprsentation quivalente :

Si lvolution du systme ne demande pas un contrle de rceptivit spcifique, laction limite peut tre reprsent de faon simplifie en utilisant Une action de type continue Et loprateur retard dans la rceptivit associ ltape amont.

3s/X27

27 Action R

b

a

3s/X28

28 Action L

Equation : Action L = X28./(3s/X28)

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* := #

XIII.5. Actions mmorises

Pour quune action reste maintenue pendant la dure de plusieurs tapes, il est possible dutiliser la mmorisation daction par la reprsentation daction mmorise. Le libell indique :

Laction mmorise doit obligatoirement tre associe un vnement interne.

XIII.5.1 action a lACTIVATION

la variable B est affect a la valeur 0 a lactivation de ltape 37, et gardera cette valeur jusqua une signification contraire.

XIII.5.2 action a la DESACTIVATION

la variable B est affect a la valeur 0 a lactivation de ltape 37, et gardera cette valeur jusqua une signification contraire.

XIII.5.3 action sur vnement

La variable B est affecte la valeur 0 lorsque ltape 37 est active et que lvnement a se produit. Elle gardera cette valeur jusqua une signification contraire.

Exemple :

* : le nom de la variable mmorise # : la valeur (0 ou 1) que prend la variable

37 B := 0

37 B := 0

37 B := 0

a

11 A := 1

22 A := 0

X11

X21

A

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*

XIV.COMPLEMENT SUR LES RECEPTIVITES

Une rceptivit est une proposition logique pouvant comporter une ou deux parties. Une partie dite active, ou vnement, dont la vrification provoque le franchissement de la transition valide. Les informations associes aux vnements expriment de manire gnrale l'volution de la Partie Oprative. Une partie dite passive , ou condition, dont la satisfaction autorise le franchissement de la transition valide. Les informations associes aux conditions prcisent plutt le contexte du systme automatis et notamment les conditions relatives la scurit, aux modes de marche et d'arrt, ...

XIV.1. Rceptivit toujours vraie La notation 1 indique que la rceptivit est toujours vraie

XIV.2. Front dune variable Un front caractrise l'vnement associ au changement d'tat d'une variable logique. Lorsqu'un front est utilis comme rceptivit, son apparition provoque : soit une volution si la transition est valide soit n'est pas prise en compte. C'est vnement ne peut tre dtect, c'est dire provoquer une volution, que s'il survient lorsque la transition est valid.

XIV.2.1 front montant La notation indique que la rceptivit nest vraie quau changement dtat de la variable * (passage de 0 1)

Exemple :

XIV.2.2 front descendant La notation indique que la rceptivit nest vraie quau changement dtat de la variable * (passage de 1 0)

Exemple :

Lutilisation dun front dans une rceptivit, exprime la volont du

1

*

5

6

a+b

5

6

(a.b)

a.c

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spcificateur de ne prendre en compte lapparition ou la disparition de la variable concerne que lorsque la transition est valide.

XIV.2.3 succession de fronts

X8 = 1 La dtection du front montant de b provoque le franchissement de la transition, donc X9 = 1 & X8 = 0 La transition t9 ntant pralablement pas valide, elle ne peut tre franchie. X10 ne sera active qu une nouvelle apparition de

2

3

4

b

b

a

X2

X3

X4

2

3

4

a

b

a

B

X2

X3

X4

La variable a est prsente avant b La variable b est prsente avant a

a

b

X2

X3

X4

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XIV.2.4 reprsentation du front

A la conception, l'objectif du concepteur est de spcifier la sensibilit du GRAFCET. Lors du passage une description PC, les informations fronts pourront tre remplaces par des entres issues de constituants opratifs spcifiques intgrs :

soit aux capteurs soit aux composants d'acquisition de la PC.

Dans le cas contraire cela ncessite une nouvelle reprsentation interprtant technologiquement cette spcification pour obtenir le comportement spcifi. Le grafcet pourra prendre une forme dveloppe permettant la traduction.

La traduction au niveau ralisation, en logique programme type API, peut se faire suivant les capacits de la machine : Par la traduction direct en utilisant linstruction front du constructeur Par la programmation du GRAFCET dvelopp Par lutilisation des spcificits de fonctionnement de lAPI (cycle)

XIV.2.5 valeur boolenne dun prdicat.

La notation [*] signifie que la valeur boolenne du prdicat constitue la variable de rceptivit. Exemple Prdicat : Expression qui contient une ou plusieurs variables et qui est vraie ou fausse selon la valeur que lon attribue a celles-ci, ou selon les quantificateurs qui les lient.

3

4

a

Action A

Action B

3

4

/a

Action A

Action B

3bi Action A

a

Aucune liaison ne peut se relier ce bloc rajout

Contrle de labsence de a

Contrle de lapparition de a

a B0 B1

B0

B1

B1 : bit reprsentant le f ront montant de a un tour de cy cle

[*]

5

6

[t>8]

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XV.LE COMPTAGE

Le comptage assur par une fonction externe par rapport la frontire de description du modle grafcet, se traduit par un dialogue entres/sorties avec le modle GRAFCET Un compteur est un registre particulier dont la valeur N passe N+1(comptage) ou N-1(dcomptage) aprs application dune impulsion sur une entre spciale. Linitialisation consiste: soit une RAZ soit une prslection une valeur N Les actions : INITIALISER ou CPT 0 ou CPT N COMPTER ou INC ou DEC ou CPT CPT+1 ou CPT CPT-1 seront associes une ou plusieurs tapes du GRAFCET et sont donc reprsents par des ordres internes. La sortie du compteur Cpt pourra tre associe une transition. Dans ce cas la rceptivit est exprime sous forme dun prdicat. Reprsentation :

5

6

[CPT = 3] . a

CPT CPT + 1

10 CPT 0

7

[CPT < 3] . a

5

6

[CPT = 3]

CPT CPT + 1

h

10 CPT 0

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XVI.COMPLEMENT SUR LES TRANSITIONS ET LES ETAPES

XVI.1. Etape source Une tape source est une tape qui ne possde aucune transition amont. Pour que cette tape soit active, il faut quelle soit :

- Etape initiale - Force depuis un grafcet hirarchiquement suprieur

XVI.2. Etape puits Une tape puits est une tape qui ne possde aucune transition aval. Sa dsactivation ne peut se faire que par un ordre de forage.

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XVI.3. transition source Une transition source est une transition qui ne possde aucune tape amont. Par convention, la transition source est toujours valide et est franchie ds que sa rceptivit associe est vraie.

XVI.4. transition puits Une transition puits est une transition qui ne possde aucune tape aval.

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LE GRAFCET

COORDINATION

DES TACHES

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XVII.METHODOLOGIE DANALYSE

Lidentification et la caractrisation des tches opratives dans la technique de coordination sont un point dlicat de la mthode. Le concept de tche intgre la fois des notions de fonction, de structure et de procdure. XVII.1. Partition des tches Lensemble des tches correspond une partition logique de lensemble des oprations associes au fonctionnement de tout ou partie du systme. Pour optimiser lanalyse et reprsenter la complexit du fonctionnement sans alourdir la reprsentation, la partition doit tre: Cohrente vis--vis du processus (respecter les fonctions) Fidle et complte Minimale La partition en tches doit sappuyer sur la structure fonctionnelle et topographique du processus. A partir de ces critres, on la reprsente sous forme dun tableau (tableau de partition).

Nom de tche T(i) PO associe a la tche Remarques Dosage produit A T3 Trmie A avec la vanne A

Bascule B1 Bascule commune avec la tche T1

XVII.2. Proposition logique dantriorit Le choix des autorisations, cest dire des antriorits entre tches: tableau de proposition logique dantriorits.

T(i) Dbut de T(i) SI Fin de la tche T(i) Fin T(i) autorise : T3 Fin T2 et Fin T4 Produit stock en B Autorise T8

Le critre usuel pris en compte pour tablir les antriorits est le temps. Loptimisation est obtenue par lmission au plus tt des autorisations entre tches.

XVII.3. Le graphe de synchronisation Le graphe de synchronisation permet une vrification simple de la coordination des tches, sans les contraintes de reprsentation du GRAFCET. Inspir des rseaux de Ptri, ce graphe nest pas obligatoire. (La traduction en Grafcet de coordination peut se faire directement).

Reprsentation de la tche : Les tches peuvent sassocier en squence linaire unique, mais utiliser aussi des structures de squence simultanes ou de choix.

Tche Ti

T(i+1)

T(i-1)

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XVIII.REPRESENTATION STRUCTURE DU GRAFCET DE COORDINATION

La reprsentation dune partition comporte deux niveaux. Le niveau tche oprative et le niveau hirarchiquement suprieur de coordination reprsent par le grafcet de coordination. Lensemble forme le grafcet partiel de production normale (GPN) du systme. Plusieurs formes de reprsentation du GPN peuvent tre utilises. Par conception le grafcet de coordination des tches nexploite que les trois premires rgles du grafcet. Lactivation ou la clture dune tche peuvent tre conditionnes par des donnes issues de tous les niveaux de traitements. Les transitions du Grafcet de coordination des tches seront associes aux conditions contextuelles de lancement des tches. Les rceptivits associes peuvent donc comporter: des variables de situation du niveau suprieur (Xns) des variables de situation du grafcet de coordination (/Xc) des tats dentres.

XVIII.1. Grafcet synchronis Cette forme de reprsentation utilise le principe de synchronisation entre grafcet par la mthode appel/rponse avec acquittement.

XVIII.2. Macro reprsentation Pour amliorer la comprhension, les spcifications, sous forme de grafcet, peuvent tre reprsentes plusieurs niveaux par macro reprsentation. La notion de macro reprsentation utilise le concept de macro tape. Le concept de macro tape permet des descriptions par affinements successifs tout en restant dans lesprit du Grafcet. La fonction est exprime sans souci du dtail, ceci permet une description progressive. Une macro-tape M* est l'unique reprsentation d'un ensemble unique d'tapes et de transitions nomm " Expansion de M* " (voir page 3).

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XVIII.3. Structuration par encapsulation Il y a encapsulation dun ensemble dtapes, dites encapsules, par une tape, dite encapsulante, si et seulement si, lorsque cette tape encapsulante est active, lune, au moins, des tapes encapsules est active. Le spcificateur peut utiliser lencapsulation pour structurer de manire hirarchique un grafcet. (voir pages 4 et 5).

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XIX.CALCUL DU TEMPS DE CYCLE

Le temps de cycle peut tre calcul partir de la structure du Grafcet de coordination des tches, deux mthodes peuvent tre utilises : Le trac du diagramme de Gantt par rapport aux tapes de lancement des tches opratives. Rsolution de lquation des suprieurs lie aux tches opratives Exemple : soit le grafcet de coordination ci-dessous.

Diagramme du Gantt

Equation au maximum

M1

M2

1

marche

1

2

1

1

M3 M4

3

1 1

TcheT4

TcheT1

TcheT2

TcheT3

2

20

1

marche

Xfin T1

3

1

XFin T2

4 11

10

Xfin T3 XFin T4

TcheT4

TcheT1

TcheT2

TcheT3

T4

T3

T2

T1

0

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LE GRAFCET

LA

HIERARCHIE

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XX.FONCTION DUNE PARTIE COMMANDE

D'une manire gnrale il est possible d'effectuer une partition de la Partie Commande en trois fonctions principales (prsentes rgulirement dans les PC) et des fonctions complmentaires lies la complexit du systme. XX.1. Fonction de commande C'est la fonction essentielle, celle pour laquelle est construite la Partie Commande. Elle consiste laborer les ordres de commande des practionneurs pour obtenir le comportement dsir de la Partie Oprative, partir des informations issues de cette PO et des consignes de l'oprateur. Cette fonction de Commande intgre les modes de production normale, mais aussi les modes de marches, dfaillance, etc. XX.2. Fonction de conduite Sous cette fonction l'on regroupe trois niveaux de besoins pour la conduite du systme automatis. Un besoin de Flexibilit Un besoin de complexit Un besoin de coordination ou synchronisation des SPO. XX.3. Fonction de surveillance La surveillance est lie l'apparition ventuelle de dfauts ou de dfaillance tant sur la Partie Oprative que sur la Partie Commande, que sur leurs alimentations et interfaces. Elle correspond aux fonctions d'Alarme et de Scurit. La fonction alarme implique l'observation des grandeurs significatives du systme, puis un traitement pour aboutir sur des moyens de visualisation pour faciliter la communication avec l'oprateur. La fonction scurit consiste mettre des consignes ou des commandes vers des actionneurs spcifiques, ou vers d'autres niveaux de commandes. XX.4. Fonction doptimisation Cette fonction permet l'introduction de donnes et de contraintes conomiques dans la commande. Il s'agit, partie d'objectif de productions et de donnes techniques, d'laborer le modle de fonctionnement le mieux adapt l'tat actuel du systme. XX.5. Fonction de gestion Il s'agit , partir des rsultats du modle optimis, des informations issues du systme , d'laborer l'ensemble des documents techniques, administratifs, comptables et financiers,ect ncessaires la bonne intgration du systme dans le fonctionnement global de l'entreprise. XX.6. Fonction de communication Cette fonction permet de prendre en compte l'intervention de l'homme dans la conduite du systme automatis mais aussi dans l'ensemble des fonctions de commande, de surveillance ,de gestion et doptimisation.

XXI.STRUCTURE DUNE PARTIE COMMANDE

Le GRAFCET permet de modliser des commandes dont toutes les entres sont des variables d'tats de type binaire (0 ou 1). Si toute la partie commande d'une application n'est pas modlisable par un GRAFCET, il importe de formaliser les limites et la communication avec les autres modles de la commande.

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XXI.1. La PC fait appel des fonctions Grafcet La structure et les diffrents modules sont dcrits dans un ou plusieurs langages, d'autres modules sont en GRAFCET. Le GRAFCET de niveau module est appel par la structure de commande par changes d'E/S boolennes.

XXI.2. Un grafcet structure la partie commande La structure est dcrite en GRAFCET et les diffrents modules sont dcrits soit en GRAFCET soit dans un autre langage. Dans ce cas la partie principale de la commande est modlise par un GRAFCET global structur qui communique par change d'E/S avec d'autres sous parties commandes modlise avec d'autres formalismes.

XXI.3. Le grafcet convient pour modliser toute la partie commande La structure et les diffrents modules sont dcrits en GRAFCET. Dans ce cas, l'ensemble de la commande est modlis par un GRAFCET global structur en GRAFCET partiels

Soit hirarchiquement, par des ordres de forage et des variables d'tapes Soit sans hirarchie formelle, uniquement par change de variable d'tapes.

La commande directe de la Partie Oprative est assure par un certain nombre d'automatismes locaux, formant ainsi une partition du systme en un certain nombre de sous-sytmes, constitu chacun d'une sous-partie oprative et d'une Partie commande locale. Cette partition en sous-sytme rsulte de contraintes:

de localisation physique des sous parties opratives de fractionnement des investissements

Gestion des scurits

Modes de marches

Grafcet Mode auto

Control Commande

NUM

BOOL

Variables boolennes

BOOL

NUM

Fonction de Control commande

Grafcet de scurit

Grafcet de conduite

Grafcet de Production

GPN

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technologiques, Pour effectuer une partition fonctionnelle de la Partie Commande, il faut respecter l'architecture de la Partie Oprative, architecture fonctionnelle vis vis de l'laboration de la valeur ajoute. Larchitecture reste fonctionnelle si :

Tout lment de la PO est commande Tout lments de la PO possdent quun seul antcdent de la PC.

XXII.HIERARCHISATION DES FONCTIONS

Les fonctions d'une Partie Commande peuvent tre classes par niveaux d'interventions de la PC sur la PO. Les trois fonctions principales, commande, conduite, scurit, peuvent tre organises, au niveau de la structure interne de la PC, en niveau hirarchises. Ce type de structure conduit gnralement un GRAFCET GLOBAL trois niveaux, et donc compos dau moins trois grafcets partiels. XXII.1. Niveau de scurit Regroupe les conditions darrt de scurit ainsi que la surveillance des point dlicats du procd. XXII.2. Niveau de conduite Gre les modes de marches et darrts, hors scurit. XXII.3. Niveau de commande Gre le cycle de production du systme dans les conditions de marches normales. Chaque niveau hirarchique pouvant tre structur en coordination horizontale.

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XXIII.FORAGE DE SITUATIONS

Pour reprsenter une structure hirarchise laide du modle Grafcet, il a fallu lui ajouter des fonctions le permettant. La notion de forage de situation dun grafcet permet de rpondre cette organisation. Les ordres de forage permettent de modifier de manire interne, la situation d'un grafcet partiel partir d'un autre grafcet partiel.

Cette relation de dpendance implique une hirarchie totale entre les deux GRAFCET. Une cohrence d'ensemble pour l'application de cette hirarchie est ncessaire pour assurer le dterminisme du systme dcrit. XXIII.1. Situation dun grafcet partiel La situation dun grafcet partiel est reprsente par lensemble de ses tapes actives linstant considr. Notation : G#{.}, # est remplac par le nom du grafcet partiel

IV.1.1 situation courante Reprsente la situation dans laquelle se trouve le grafcet # linstant considr : G#{}

IV.1.2 situation vide Dsigne la situation du grafcet partiel # lorsque aucune de ses tapes nest active : G#{}

IV.1.3 situation initiale Dsigne la situation du grafcet partiel a linstant initial : G#{INIT}

XXIII.2. Ordres de forages Si un GRAFCET force un autre GRAFCET la rciproque est impossible. tout instant du fonctionnement, un GRAFCET ne peut tre forc que par un et un seul autre GRAFCET.

La notion de hirarchie associe au forage lui confre un caractre prioritaire par rapport l'application des rgles d'volutions. La cohrence de la hirarchie impose que:

L'ordre interne de forage s'applique d'un GRAFCET partiel vers un autre GRAFCET partiel. La runion de tous les GRAFCET de niveau hirarchique diffrents constitue le GRAFCET GLOBAL de l'installation.

L'ordre de forage est associ une tape de GRAFCET (voir tableau de norme). Il dfini la situation atteindre par un ou plusieurs GRAFCET partiels appartenants au mme GRAFCET global.

Proprits: Il ne s'excute que si l'tape laquelle il est associ est active. Il peut tre impulsionnel, conditionnel, temporis, Le GRAFCET partiel forc ne peut voluer tant qu'il est soumis l'ordre de forage. Ds que l'ordre cesse, le GRAFCET volue partir de la dernire situation force en

suivant les rgles d'volution normales.

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GRAFCET de

SECURITE G_SEC

GRAFCET de CONDUITE MACHINE

G_CM GRAFCET de PRODUCTION NORMALE

G_PN

G_SEC Grafcet de scurit

Gnralement initialis la mise sous

tension

G_SURV(n)

Grafcet de surveillance de zone ou de sous:systme

G_REP

Grafcet de reprise aprs

coupure

Gnralement : ordres de forages

Informations de situations

G_CM Grafcet de conduite

Grafcet de conduite machine (GEMMA)

G_Auto

Grafcet de la marche automatique

G_Init

Grafcet de mise en rfrence de

la PO

Gnralement : ordres de forages

Informations de situations

G_COT Grafcet de

coordination

Grafcet de coordination des tches,

G_TA.1

Grafcet de la tche oprative 1

G_TA.n

Grafcet tche n

Lancement des tches

Fin de tche

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XXIV.REPRESENTATION DU NIVEAU COMMANDE

Le niveau commande est la mise en place dun grafcet partiel nomm GRAFCET DE PRODUCTION NORMALE (G_PN). Ce niveau peut tre dcompos en deux sous niveaux hirarchiques.

un niveau LOCAL, ou niveau TACHES dcrivant par les GRAFCET DE TACHES (G_TA.n) ou expansion de macro toutes les tches opratives dfinies par l'analyse.

un niveau de COORDINATION des tches reprsent par un grafcet nomm GRAFCET de COORDINATION des TACHES (G_COT).

La construction du grafcet de coordination des tches comporte trois phases (cf chapitre E) 1PHASE: L'expression des rgles de dbut et de fin de tches (tableau dantriorits) 2 PHASE: L'laboration du grafcet ou de lexpansion de macro associ chaque tche. 3 PHASE: L'association de tous les grafcet de tches pour construire le grafcet de coordination

des tches.

Le forage du GPN en situation vide suppose la situation vide du G_COT ainsi que de tous les G_TA.n, de mme le forage linitialisation concerne tous les grafcet appartenant au G_PN.

XXV.REPRESENTATION DU NIVEAU CONDUITE

Ce niveau conduite correspond en pratique l'ensemble des modes de fonctionnement permettant l'exploitation du systme automatis. La difficult essentielle consiste associer plusieurs outils de description pour dcrire le comportement de la PC ce niveau hirarchique. En effet , la description de la conduite machine comportera un ou plusieurs grafcet (G_CM), mais aussi des relations de logique combinatoire, le tout exploitant les fonctions de pilotage mis en uvre dans le GEMMA. La partie "squentielle" du GEMMA est traduite en grafcet par : Association chaque mode GEMMA d'une tape du grafcet principal de conduite Traduction par une squence grafcet des boucles de marches du GEMMA. Dans le cas dun systme avec des modes de marche simplifis ou limits, lenrichissement du Grafcet de base G_PN peut tre envisag (voir exemple page 10).

XXVI.REPRESENTATION DU NIVEAU DE SURVEILLANCE

La fonction surveillance doit garantir la scurit des personnes et des biens et assurer la disponibilit maximale de l'installation. Les vnements associs ce niveau sont du type alatoire (dfaut, coupure nergie, AU, ) et peuvent survenir dans n'importe quel mode de fonctionnement.

Le niveau surveillance est hirarchiquement suprieur aux deux autres, il mettra donc des ordres de forage vers les niveaux infrieurs mais aussi des ordres directs vers la PO.

Les scurits de premire urgence seront assures par une logique cble Les scurits d'urgence infrieure seront traites par la logique programme (API)

Dans la majorit des cas d'arrt de scurit, la difficult principale est le traitement de la reprise aprs arrt, ceci pouvant amener le concepteur la mise en uvre de grafcet spciaux de reprise aprs un arrt. La norme EN 1131-1 dfini trois types de reprise. XXVI.1. Reprise a froid

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Reprise de la configuration d'API et de son programme d'application aprs que toutes les donnes dynamiques (variables telles qu'image E/S, mmoires internes, temporisateurs, compteurs, etc. et contextes du programme) aient t ramenes un tat prdtermin. Une reprise froid peut tre automatique (par exemple aprs une coupure de courant, une perte d'information dans la ou les parties dynamiques de la ou des mmoires, etc.) ou manuelle (par exemple bouton de rinitialisation, etc.). XXVI.2. Reprise immdiate Reprise aprs une coupure d'alimentation intervenant pendant le laps de temps maximal fonction du processus allou la configuration d'API pour rtablir son fonctionnement comme s'il n'y avait pas eu de coupure d'alimentation. Toutes les informations d'E/S et toutes les autres donnes dynamiques ainsi que le contexte du programme d'application sont restaure ou demeurent inchangs. L'aptitude la reprise immdiate ncessite une horloge temps rel ou un temporisateur aliment sparment pour dterminer le temps coul depuis la dtection de la coupure d'alimentation et un moyen accessible l'utilisateur pour programmer la dure maximale alloue en fonction du processus. XXVI.3. Reprise chaud Reprise aprs une coupure d'alimentation, avec un ensemble de donnes dynamiques prdtermin et programm par l'utilisateur et un contexte programme d'application prdtermin par le systme. Une reprise chaud se caractrise par une signalisation d'tat ou tout autre moyen apparent mis la disposition du programme d'application indiquant que l'interruption d'alimentation de la configuration d'API t dtecte en mode run.

La scurit est une composante de la sret d'un systme automatis L'obtention d'un niveau de disponibilit lev peut tre incompatible avec la scurit, c'est pourquoi la sret doit tre analyse globalement pour aboutir au meilleur compromis. La scurit doit tre envisage sous le double aspect de l'analyse des risques (gravit et probabilit d'apparition) et de la rglementation en vigueur.

SURETE de FONCTIONNEMENT = SECURITE + DISPONIBILITE

Nous nous intresserons aux contraintes de scurit que doit satisfaire la partie commande, comprenant tant la surveillance d'ventuelles dfaillances que les actions faire pour y remdier. XXVI.4. Surveillance du systme De l'tude de scurit on dgage les tches de surveillance (dtection des dfauts) que l'on souhaite confier la partie commande et ayant pour objet le Processus, la PO ou la PC elle mme (autodiagnostic). Acquisition d'entres de scurit: c'est la tche de surveillance la plus lmentaire confie la PC. Calcul de dfauts: a l'acquisition simple d'entres peut s'ajouter un calcul plus ou moins complexe dont le rsultat constitue la dtection de dfaut. XXVI.5. Actions de scurit Aprs la dtection de dfaillance la PC peut tre charge d'actions de scurit de diffrents types. Alarme et signalisation: commande de voyants, gyrophares, sirne, ditions de messages ou/et d'historique de dfaits. Commande directe d'actionneurs: gnralement des interdictions absolues et directe de mouvements (quation des sorties). Evolution du systme: la PC provoque des changements d'tats du systme vers un arrt, une marche dgrade ou une marche de scurit. Si les conditions de scurit assurer par la PC sont logiques et ne comportent que des E/S TOR elles peuvent alors tre spcifies en grafcet.

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La reprsentation du niveau de surveillance comportera au minimum un grafcet de SECURITE (G_SEC) mais souvent associ un ou plusieurs grafcet de surveillance (G_SURV.n) de SPO. Le grafcet de scurit est le seul tre initialis la mise sous tension.

XXVII.EXEMPLE

Machine former des cadres aluminium pour valisette. Schma :

Gemma de base : 1 cas

Dans le cas dun systme avec des modes de marches simplifis, lenrichissement de grafcet de base peut tre envisag.

A1 tat initial de la PO Initialisation de la PC

A2

Arrt en fin de cycle

F1 Production des cadres

C

D E

B

A

d1 d0

e1 e0

a1 a0

b1 b0

c0 c1 pb

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Grafcet de base : 1cas 2 cas

2cas Modification des conditions de marches et darrts du systme. Gemma modifi :

200

201 C+

c1

202 B+

b1

203 D-

d0.e0

204 C-

c0.b0

205 A+

a1

206 D+

d1.e1

207 A-

a0

E-

B-

208

pb /pb

E+

200

201 C+

c1

202 B+

b1

203 D-

d0.e0

204 C-

c0.b0

205 A+

a1

206 D+

d1.e1

207 A-

a0

E-

B-

208

pb /pb

E+

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Le Grafcet

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