Système automatisé

Partie commande Partie Opérative

Module sortie

Module entrée

Module dialogue

Module traitement

Actionneur

Effecteur

Produit

Préactionneur

Capteur

Opérateur Matièreœuvre

Matière œuvre +

Valeur ajoutée

– Définition 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.•     La description du fonctionnement d'un automatisme logique peut

alors être représenté graphiquement par un ensemble :• - d'ETAPES auxquelles sont associées des ACTIONS,• - de TRANSITIONS auxquelles sont associées des RECEPTIVITES,• - de LIAISONS (ou ARCS) ORIENTEES,• Un tel ensemble (GRAPHE ou DIAGRAMME) est appelé grafcet.

• Exemple

Présentation

0

1

2

Début du cycle (dcy)

Porte ouverte

Porte fermée

OUVRIR PORTE

FERMER PORTE

Transition

Numéro d’étape

Étape

Liaison orientée

Réceptivité associé à une transition :Capteur : présence, bouton poussoir, etc. …Une réceptivité est une équation logique :Porte fermée ET bouton appuyé….

Action associée à une étape, Préactionneur : contacteur, distributeur…Actionneur : moteur, vérin, lampe…

Étape initiale

L'initialisation précise l'étape ou les étapes actives au début du fonctionnement. On la repère en doublant les côtés des symboles correspondants.

Le franchissement d'une transition entraîne l'activation de toutes les étapes immédiatement suivantes et la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.

Règle N°1

Règle N°2 Une transition 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

Règle N°4

Evolution simultanée Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies

Règle N°5

Activation et désactivation simultanée d'une étapeSi au cours du fonctionnement la même étape est simultanément activée et désactivée elle reste active

Chronogramme d’évolution

Etape active

Etape active

Transition

Etape 2

Etape 1

Transition franchissable

règle 2

Retard au franchissement

Franchissement règle 3

Désactivation règle 3

Divergence, convergence en OU

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

Divergence en OU

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

Convergence en OU

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

18

20

dr ga

30DROITE GAUCHE

21 Tempo

Fc.dr Fc.ga

40

Conflit

Avec conflit Sans conflit

18

20

Droite gauche

30OUVRIR DROITE OUVRIR GAUCHE

18

20

Droite Gauche ET Droite

30OUVRIR DROITE OUVRIR GAUCHE

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

Divergence, convergence en ET

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

5

6 10

av

AV DR

7 AR

=1

40

Fch

dr

11 GA

ar

8

ga

12

Divergence en ET

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

Convergence en ET

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

Action continue ou monostable

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

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

19

fc1

20

21

sp0

KM1

22 KM2

sp1

LAMPE SP

LAMPE

Lampe

Lampe

Lampe

Lampe

Action bistable

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

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

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

19

fc1

20

21

sp0

KM1

22

sp1

SETLAMPE

SP

Lampe

Lampe

Lampe

LampeRESETLAMPE

KM2

Action conditionnelles

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

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

20 CHAUFFER

t°

20 CCHAUFFER

Si : t°

t°

Chauffer

Etape 20X20

Etape 20 active

Front montant, front descendant

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

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

0

↑ BPtel

1

↑ BPtel

2

3

↑ BPtel

↑ BPtel

OUVRIR

FERMER

BPtel

Etape 1X1

Etape 2X2

Etape 3X3

Action temporisée

Enclenche un temporisateur T (ici T4)Exemple :

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

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

18

T4/X18/25s

19

condition

condition

Action

Action

T4

Tempo T4

Etape 19X19

25s

Etape 18X18

Enclenchementtemporisation

Fintemporisation

Très importantsous Automgen

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

16

17Avancer d’un

pas

18 Indexer

19

6 pas

Pas avancé

<6pas

2 é

tap

es m

inim

um

12 ACTION E

13 ACTION G

14 ACTION H

15

f.e f.e

n

k

ACTION J

r

Saut d'étape

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

CompteurUn compteur peut être utilisé pour réaliser un cycle d'un certain nombre de fois. Le compteur peut être incrémenté (+ 1) décrémenté (- 1) mis à zéro ou mis à une valeur donnée.

On peut utiliser les signes = ≠ < ≤ ≥ > dans les réceptivités.

1 Compteur = 0

Début du cycle

2

3

a=1

T1/X3/1s

4

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

Sortir A

Incrémenter compteurT1=1s

Sortir B

Avec Automgen Si le compteur est bloqué par unetransition, il continue à compter….

1 Compteur = 0

Début du cycle

2

3

a=1

T1/X3/1s

4

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

Sortir A

Incrémenter compteurT1=1s

Sortir B

2 solutions …

1 RC5

Début du cycle

2

3

a=1

T1/X3/1s

4

C5 =10.b=1 C5 <10.b=1

Sortir A

T1=1s

Sortir B

+C5

X3

1 RC5

Début du cycle

2

3

a=1

T1/X3/1s

4

C5 =10 C5 <10

Sortir A

+C5

T1=1s

Sortir B

5

b = 1

Avec Automgen

+C53

Numéro d’étape

Si l’incrémentation du compteur doit rester bloquée un certain temps sur une étape (ici une temporisation).

On peut utiliser le front montant de l’activation d’étape pour incrémenter le compteur.

Commentaire

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

5

X15

condition

6

condition

Action

Attente synchronisationGrafcet secondaire

Commentaire intéressant sinon rien

Synchronisation

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

6

a

KM22

v1

5

b . X15

7

V+

KM1

condition

15

a2

VB-

c . X6

14

b0

16

KM32

VA2

condition

Branche A Branche B

6 15

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

1

dcy

2

X23

3

T1/X3/5s

4

X23

PKM1

T1

PKM2

20

X2 + X4

21

b1

22

T1/X3/5s

23

X5 + X3

KM3

Attente synchronisationGrafcet maître

B-MB

B+

5 KM3

Fc3. fc2

Grafcet maître ou principal

Grafcet esclave ou sous programme

Nom tâche

Macro-étape

    Une macro-étape n’est pas à proprement parler une étape. C’est une représentation unique d’une succession d’étapes et de transitions. On parlera alors d’expansion de macro-étape. Une macro-étape est assimilable, par son fonctionnement, à un déroutement de programme sur interruption. Dans un grafcet, une macro-étape est unique. On ne pourra l'appeler qu'une seule fois. Il peut y avoir plusieurs macro-étapes dans un grafcet.

Structure du déroutement :

Etapes encapsulantes

• 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.

• Exemple de fonctionnement :

L'étape encapsulante 67 possède 2 encapsulations. Ces deux encapsulations sont les grafcets partiels G1 et G2. L'activation de l'étape 67 provoque l'activation des étapes X3:G1 et X4:G2. La désactivation de l'étape 67 provoque la désactivation de toutes les étapes des grafcets partiels G1 et G2. On repère une encapsulation par un grafcet partiel entouré d'un cadre où on place en haut, le nom de l'étape encapsulante (dans notre exemple : 67), en bas le nom du grafcet partiel (dans notre exemple : G1 et G2). Dans notre exemple on constate qu'il n'y a pas d'étape initiale pour les grafcets partiels.

Exemple de résolution d'un problème (accès à un parking)

Expression du cahier des chargesUne barrière automatique contrôle l'accès d'un parking.Seuls certains conducteurs munis d'une clé ou d'une carte magnétique sont autorisés à en commander l'ouverture. Après la commande de l'ouverture, l'accès est possible durant 15 secondes.

Fonction globaleElle se traduit par l'actigramme de niveau A-0 de l'analyse fonctionnelle descendante.

Contrôler l’accès du

parking

Entrée de parking

contrôlée

Entrée de parking

Barrière automatique

Energie électrique

Ordre de commande

Les différentes situations du cycle de fonctionnement peuvent être observées par toute personne, utilisatrice ou non du parking.

Le GRAFCET du point de vue systèmeLe GRAFCET traduit, sans présager les moyens techniques qui seront mis en oeuvre pour le réaliser, le fonctionnement du système.

Ce GRAFCET, établi selon un point de vue système, indique la coordination des tâches principales nécessaires pour satisfaire la fonction globale spécifiée ci-dessus et pour donner la valeur ajoutée à l'entrée de parking.

Le GRAFCET du point de vue partie opérative (PO)

Le GRAFCET décrit :Le fonctionnement des effecteurs en fonction des informations d'évolution de la PO (partie opérative);

Action = mise en oeuvre des actionneurs réceptivités = information des capteursExemple: Actionneurs + capteurs fin de course + consigne pupitre

La partie opérative est assurée par des effecteurs mis en oeuvre par des actionneurs et contrôlés par des capteurs.

1

accès

2

fc1

3

Fin temporisation

4

fc2

Moteur sens lever

Moteur sens baisser

Temporiser 15s

Les capteurs fins de courses sont ceux définis précédemment (fcl,fc2) ainsi que le capteur du lecteur de carte « accès ». La temporisation est assurée par l'automate.

Le GRAFCET du point de vue partie commande (PC)

Les actionneurs étant définis dans la partie opérative (PO), le choix technologique des préactionneurs permet d'établir le grafcet de la partie commande (PC). II correspond à ce qui est réellement commandé par l'automate.

C'est ainsi que, pour le système barrière de parking, il est choisi :

un contacteur KM1 pour le moteur sens Lever,un contacteur KM2 pour le moteur sens Baisser.

1

accès

2

fc1

3

X3/t1/15s

4

fc2

KM1

T1

KM2

Définition de la partie opérative

Fc1

Fc2

Accès

Moteur réducteurÀ deux sens de marche

Schéma de puissance :

KM1 commande 1 sens de marche

KM2 l’autre sens de marche

M1~

230V~

-KM2

-KM1

Définition de la partie commande

TSX17

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 8 97654321 10 2118 20191716151413121124V0V

Entrées 24VCC

Run/stop

IO

mem

bat

230V50Hz

Sorties relais

C0 0 C3 3 C2 2 C1 1 C 4 5 6 747

811 C 8 9 10 11 24 25

CartoucheEPROM

PL72

CartoucheEPROM

programme

Run/stop

Accès Fc1 Fc2

KM1 KM2

24V DC

M1~

230V~

-KM2

-KM1

Manutention de tôlesDescriptif du fonctionnement

Dans une usine automobile, un dispositif de manutention vise à déplacer des tôles de dimension 2m×2m d'une palette de stockage vers un tapis roulant amenant les tôles vers la plieuse. Le dispositif comporte un rail sur lequel se déplace un chariot comportant 4 ventouses de saisie. Le chariot est déplacé par un moteur électrique à 2 sens de marches. Un vérin double effet assure le déplacement vertical des ventouses. La rotation du tapis roulant est assurée par un moteur électrique unidirectionnel

Manutention de tôles Cycle 1 Grafcet point de vue système

Cycle de fonctionnement n°1

Après action sur le bouton DCY, les action sont :

descente des ventouses jusqu'à la position basse tempo 5s aspiration pendant 2s remontée (temporisation 5s) déplacement vers la gauche jusqu'à S1 dépose de la plaque sur le tapis évacuation sur tapis roulant pendant 10s

Manutention de tôles Cycle 1 Grafcet point de vue opérative

Manutention de tôles Cycle 1 Grafcet point de vue commande

Préactionneurs

KM11 Contacteur moteur M vers la gaucheKM12 Contacteur moteur M vers la droiteKM2 Contacteur moteur tapis roulantASP Distributeur videV+ Distributeur monté vérin VV- Distributeur descente vérin V

Capteurs

DCY Départ du cycleR/S Run / StopS0 Table à droiteS1 Table à gauche

Synthèse du grafcet partie entrée

TSX17

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 8 97654321 10 2118 20191716151413121124V0V

Entrées 24VCC

Run/stop

IO

mem

bat

230V50Hz

Sorties relais

C0 0 C3 3 C2 2 C1 1 C 4 5 6 747

811 C 8 9 10 11 24 25

CartoucheEPROM

PL72

CartoucheEPROM

programme

Bouton run/stop i0Fin de course S1 S2 i1, i2Capteur présence tôles i3

L1

N

L3

L2

Synthèse du grafcetPartie puissance

M13~

M23~

KM12

TSX17

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 8 97654321 10 2118 20191716151413121124V0V

Entrées 24VCC

Run/stop

IO

mem

bat

230V50Hz

Sorties relais

C0 0 C3 3 C2 2 C1 1 C 4 5 6 747

811 C 8 9 10 11 24 25

CartoucheEPROM

PL72

CartoucheEPROM

programme

Alimentationbasse tension 24V

AlimentationTriphasé 400V

Chariot2 sens

KM11 KM2

tapis1 sens