EEA602 - Automatismes industriels Cours I+II.pdf

Université Abdou Moumouni FAST EEA

AAUUTTOOMM AATTII SSMM EESS

II NNDDUUSSTTRRII EELL SS

Alkassoum Nabil # Novembre 2009# [email protected]

EEA602 - Automatismes industriels

Alkassoum Nabil - UAM – FAST - EEA602 - Automatismes industriels v0.0 © 11/2009 (NOTES DE COURS) 2

PROGRAMME • EEA602 : Automatismes industriels (50 heures, 5 crédits)

Description du contenu (compétences et savoirs), des pré-requis et du mode d'évaluation de l'unité : Contenus :

• Structure d'un système automatisé

• Spécification par Grafcet et graphe des états

• Synthèse par minimisation ou non des variables internes

• Les modes de marches et d'arrêt

• Hiérarchisation de Grafcets et application aux modes de marche et d'arrêt

• Typologie des réseaux de terrain : ASI, MPI, Profibus, Fipway, Ethernet

• Communication entre automates par un réseau

• Réalisation câblée : pneumatique, électronique

• Réalisation programmée : programmation des automates SCHNEIDER et SIEMENS

• Programmation des outils de supervision sur PC : TOPKAPI, …

• Simulation avec AUTOMGEN-IRIS, MATLAB- SIMULINK, MATLAB-STATEFLOW, Didacticiel

GRAFCET

Compétences acquises

• Connaître les différents constituants d'un système automatisé

• Etre capable d'analyser et synthétiser la commande séquentielle d'un système automatisé

• Etre capable de programmer un automate SIEMENS et SCHNEIDER

• Connaître les outils de simulation des systèmes séquentiels

Pré-réquis

Systèmes combinatoires et séquentiels

Mode d'évaluation

Contrôle continu et examen terminal



I. Structure d'un système automatisé

Introduction L’automatisation d’un processus industriel concerne tous les aspects de l’activité industrielle : production, assemblage, montage, stockage, contrôle, conditionnement, manutention, stockage, … Un système automatise de production à pour but de traiter une matière d’œuvre pour lui apporter une valeur ajoutée de façon reproductible et rentable.

Définition d’un Système Automatisé de Production (S.A.P.) Un Système Automatisé de Production est un moyen d’assurer l’objectif primordial d’une entreprise, la compétitivité de ses produits. Un Système Automatisé de Production (S.A.P.) est plongé dans un environnement avec lequel un certain nombre de flux s’établissent :

� flux de produit(s) traité(s) � flux d’énergie, � flux d’informations, � flux de nuisances, � flux de déchets.

Flux d’un système automatisé de production

Ces flux lient le S.A.P. au sein d’un ensemble hiérarchisé à d’autres S.A.P. afin de former un ensemble productif industriel (îlot, cellule ou ligne de fabrication).

Flux de plusieurs S.A.P



Typologie des systèmes de production

a) Processus continu ou semi-continus Un processus est dit continu ou semi-continu lorsque les produits traités y sont introduits et extraits continûment en fonction du temps (raffinerie, aciéries, cimenteries...). Un processus de nature continu qui doit être arrêté périodiquement est dit semi-continu.

b) Processus discontinu ou manufacturiers Un processus est dit discontinu lorsque les produits traités, y sont introduits à l’unité ou par lots dissociables en unités (Usinage, assemblage).

c) Processus mixtes ou par lots Ces processus associent un ou plusieurs processus de production continue avec des étapes de transformations discontinues.

d) Principales évolutions des systèmes de production � Système non mécanisé : premiers systèmes apparus avec l’utilisation par l’homme d’un outil. L’homme

apporte l’énergie nécessaire au fonctionnement. Il assure aussi la commande. � Système mécanisé : un système se mécanise lorsque l’on réduit la part d’énergie fournie par l’homme.

L’énergie est fournie par d’autres sources et est dirigée vers des dispositifs appelés actionneurs. Entre la source d’énergie et l’actionneur doit se trouver un élément destiné à canaliser le flux d’énergie et commandé par l’homme. L’homme conserve la commande du système. Energies principales : électrique, hydraulique, pneumatique.

Actionneurs principaux : moteurs, vérins. Pré-actionneurs principaux : boutons poussoirs, interrupteurs, contacteurs, distributeurs, relais...

� Système automatisé : on remplace le savoir faire humain par des dispositifs dont l’ensemble forme la partie commande. Les sens de l’homme sont remplacés par des détecteurs et des capteurs. L’homme n’a plus qu’un rôle de surveillance. Certaines tâches restent manuelles et l’automatisation doit prendre en compte la spécificité du travail humain : assurer la dialogue homme machine, assurer la sécurité.

e) Objectifs d’un système de production L’automatisation apparaît comme un des moyens d’assurer la compétitivité. L’automatisation doit répondre à une grande variété d’objectifs.

� Gain en compétitivité : diminuer le coût de fabrication, réduire les stocks, � Gain en qualité : réduire les délais, améliorer les performances, réduire les rebuts, � Gain en flexibilité : améliorer l’opérabilité, convivialité, � Gain en sûreté : augmenter la sécurité et le disponibilité, réduire la pénibilité, � Gain technique : impossibilité ou difficulté de conduite humaine.

Frontière d’un S.A.P. La notion de système automatisé de production peut s’appliquer aussi bien à une machine isolée qu’à une unité de production, voire même à une usine ou un groupe d’usine. Il est indispensable, avant toute analyse, de définir la frontière permettant d’isoler le système de production étudié de son milieu extérieur. Cette démarche préliminaire permettra au concepteur d’identifier clairement les interactions du S.A.P. avec son environnement et donc de faciliter la spécification de ses fonctionnalités internes.



Structure d’un S.A.P. D’une façon tout à fait générale, on peut décomposer fonctionnellement un S.A.P. en deux parties.

Décomposition fonctionnelle Partie Opérative/Partie Commande

a) La partie opérative (partie commandée) C’est l’ensemble des dispositifs permettant d’apporter la valeur ajoutée. Elle met en œuvre un ensemble de processus physiques qui permettent la transformation des produits. Ces processus physiques nécessitent obligatoirement un apport d’énergie.

b) La partie commande (équipement de commande) Automatiser la production consiste à transférer tout ou partie des tâches de coordination et des commandes auparavant exécutées par des opérateurs humains, dans un ensemble d’objets techniques appelé PARTIE COMMANDE. La partie commande reproduit le savoir faire des concepteurs pour obtenir la suite des actions à effectuer sur les produits afin d’assurer la valeur ajoutée désirée. Pour ce faire, elle émet des ordres vers la Partie Opérative et en reçoit, en compte rendu, un ensemble d’informations. Par ailleurs la Partie Commande est en interaction avec son milieu extérieur par des liaisons informationnelles avec l’environnement humain tout au long du cycle de vie du S.A.P. (première mise en œuvre, exploitation maintenance) et/ou avec d’autres Parties Commandes (via des réseaux de communication)

c) Fonctionnalité de la Partie Commande La partie commande d’un système automatisé de production est destinée à traiter des informations afin de répondre aux fonctionnalités suivantes :

� gestion des entrées/sorties, � traitement des équations combinatoires, � traitement des fonctions de sécurité, � traitement du séquentiel, � fonction de régulation, � commande d’axe(s) et asservissement, � fonction de calculs, � gestion d’outillage (usinages, montage, ...), � contrôle de la qualité liée à la production, � participation à la maintenance, � suivi de la production, � ...



d) Hiérarchie des communications On distingue au sein d’une entreprise de production, 5 niveaux hiérarchisés (0 à 4), qui représente chacun des besoins bien spécifiques, tant en volume de données à transmettre qu’en temps de réponse nécessaire.

Le niveau 4 représente la gestion globale de l’usine avec planification générale et fait appel à l’informatique traditionnelle et concerne les services commerciaux et financiers.

Le niveau 3 concerne la gestion de la production, les commandes, les approvisionnements, la centralisation des résultats de fabrication et provoque :

� l’établissement et le suivi des bilans relatifs à la quantité et la qualité des produits fabriqués. � le suivi et la maintenance des installations.

Ces deux niveaux traitent et échangent des volumes de données très importantes. Les temps de communication sont rarement critiques. Transfert de données en temps différés et parfois en temps réel.

Le niveau 2 concerne la commande centralisée d’un atelier, le contrôle d’une cellule. A ce niveau se fait la supervision et la gestion du changement de programme de fabrication par téléchargement des programmes dans les machines et automates de niveaux inférieurs. A ce niveau les volumes d’informations à échanger restent moindres que pour les niveaux 3 et 4 mais les temps de transferts doivent être très faibles afin de permettre un contrôle de processus en temps réels.

Le niveau 1 est celui de l’atelier, de la partie opérative. Les échanges d’informations s’effectuent entre automates placés en architecture distribuée permettant des fonctions de traitement réparties. Il faut assuré un transfert d’informations entre automates mais également mais également une gestion du temps pour synchroniser les différentes opérations de la partie opérative. Le nombre de station est relativement faible à ce niveau, elles échangent des volumes d’information également faibles mais avec des temps de communication garantis.

Le niveau 0 correspond aux échanges d’informations entre capteurs, pré-actionneurs, actionneurs et les automatismes de niveau 1 (automate, commande numérique). Les échanges de message sont très courts et s’effectuent entre un très petit nombre de stations mais avec des temps de réponse réduits.

Hiérarchie des communications



II. Spécification par Grafcet et graphe des états

2.1 Processus d’étude d’un automatisme Des nécessités économiques exigent un effort de clarification des méthodologies d'étude et de mise en œuvre. Ceci est particulièrement sensible dans le secteur des automatismes séquentiels. Une méthodologie aboutissant à la réalisation technologique peut être définie par:

- l'établissement du cahier des charges aboutissant au tracé du GRAFCET de niveau 1,

- l’analyse opérationnelle et technologique aboutissant au tracé du GRAFCET de niveau 2, l'analyse des modes de marches et d'arrêts,

- le choix de la technologie de commande, - la synthèse de la partie commande (tracé du schéma de principe), - le câblage de l'armoire de commande ou la programmation sur automate.

L'ordre de ces différents travaux n'est pas strictement chronologique. Il peut subir des modifications, en particulier lorsque la partie commande fait appel à la logique programmée (automate programmable ou informatique).

2.2 Cahier des charges Un cahier des charges permet de décrire clairement et sans ambiguïté les fonctions et les performances d'un automatisme à réaliser. Cette description nécessite un langage commun de discussion, entre le concepteur de l'automatisme et l'utilisateur. Le concepteur est tenu de se faire comprendre et de comprendre ce que les autres disent.

2.2.1 Spécifications fonctionnelles Elles caractérisent le comportement de l'automatisme face aux informations issues de la partie opérative, dans le but de faire comprendre au concepteur quel devra être le rôle de la partie commande à construire. Ni la nature, ni les caractéristiques des différents capteurs ou actionneurs utilisés n'ont leur place dans ces spécifications. Par contre, il importe que les sécurités de fonctionnement prévues soient incorporées dans ces spécifications.

2.2.2 Spécifications techniques Ce sont les précisions à apporter en complément des spécifications fonctionnelles pour que l'on puisse concevoir un automatisme pilotant réellement la partie opérative. C'est à ce niveau seulement que doivent intervenir les renseignements sur la nature exacte des capteurs et des actionneurs à employer.

2.2.3 Spécifications opérationnelles Ce sont des considérations concernant l'équipement une fois réalisé et mis en exploitation: fiabilité, absences de pannes dangereuses, possibilité de modification de l'équipement en fonction des transformations de la partie opérative, facilité de maintenance, dialogue homme – machine etc.

2.2.4 Outils de description d'un automatisme Nombreux sont les outils de description d'un cahier des charges. Les outils suivants permettent de décrire toutes les fonctions d'un automatisme :

� Tables de vérité (système très simple, circuit combinatoire simple, bascule, etc.), � Tableaux de Karnaugh (système séquentiels plus complexes: nombre de variables pas très grand), � Méthode d'Huffmann (pratiquement délaissée), � Méthode des phases, � GRAFCET et réseaux de Pétri, � Organigrammes.



1

m

allumer le voyant V

0

mc

e

b

d

a

2.3 Grafcet : Eléments et structure de base 2.3.1 Historique

Le Grafcet : Graphe Fonctionnel de Commande Etape/Transition, est né en 1977 des travaux de l’AFCET (Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique), en tant que synthèse théorique des différents outils existants à cette époque. Mis sous sa forme actuelle par l’ADEPA, en 1979, normalisé en France en 1982, le Grafcet est aujourd’hui normalisé sur le plan international sous l’appellation diagramme fonctionnel. Depuis sa création le Grafcet est en perpétuel évolution, suite à différents travaux de recherche.

2.3.2 Domaine d’application de la norme internationale La norme s’intitule : Etablissement des Diagrammes fonctionnels pour système de commandes. Elle n’utilise pas le mot Grafcet, celui-ci est normalisé sous l’appellation Diagramme Fonctionnel. Cette norme s’applique à l’établissement des descriptions de sa fonction et du comportement des systèmes de commandes, en établissant une représentation graphique indépendante de la réalisation technologique. Le Grafcet est donc un outil indépendant de la technologie. Le Grafcet a été conçu pour d´écrire le fonctionnement de système logique. Mais il se révèle très performant dans l’étude et la conception de systèmes automatisés de production.

2.3.3 Eléments constitutifs d’un Grafcet Un Grafcet est défini par un ensemble de symboles qui sont les étapes, les transitions et les liaisons orientées reliant les étapes aux transitions. Si ces symboles sont combinés suivant la manière prescrite, cet élément constitue la structure du Grafcet. Cette structure constitue une représentation statique qui est interprétée par des actions qui peuvent être associées aux étapes et des réceptivités qui doivent être associées aux transitions. A l’aide de cinq règles d’évolution, et de postulats temporels, le Grafcet prend alors un caractère dynamique correspondant aux évolutions dynamiques du processus.

Eléments constitutifs du Grafcet

a- Structure d'un GRAFCET. Le GRAFCET est constitué :

� d’éléments graphiques de représentation: (a) les étapes (b) les transitions (c) les liaisons orientées qui relient les précédentes (d) les actions associées aux étapes (e) les réceptivités associées aux transitions

� de règles d'évolution définissant le comportement du

système à partir de la représentation graphique.



1

m

0

m

étape initiale

étape

1

(2)

0

(1)transitions

b- Les constituants graphiques du GRAFCET 1) Les étapes

- Une étape correspond à une situation dans laquelle le

comportement de la PC est invariant vis-à-vis des entrées et des sorties.

- Une étape peut être soit active, soit inactive mais pas entre les deux.

- Les étapes qui sont actives quand le système est au repos sont appelées étapes initiales. On les repère en doublant les cotés des symboles d'étapes correspondants.

Au départ l'étape initiale 0 est active et l'étape 1 est inactive. Quand on appuie sur le bouton poussoir m, l'étape initiale devient inactive tandis que la 1 est active.

2) Les transitions

- Une transition entre 2 étapes indique la possibilité de passage de

l'étape précédent la transition à celle qui la suit. - Quand toutes les étapes précédent une transition sont actives,

cette transition est dite validée.

Au repos l'étape initiale 0 est active et l'étape 1 est inactive. La transition (1) est donc validée tandis que la (2) ne l'est pas.

Remarque :

- On a toujours une seule transition entre 2 étapes.

- On a toujours une seule étape entre 2 transitions.

3) Les liaisons orientées

- Ce sont elles qui en reliant les étapes et

les transitions structurent le GRAFCET.

- Une liaison orientée ne comportant pas

de flèche va toujours vers le bas. - Si on veut qu'une liaison orientée

'remonte' un GRAFCET, il faut lui adjoindre une flèche vers le haut.

1

0liaison orientéevers le haut liaison orientée

vers le bas



4) Les actions associées à une étape

Ce sont les actions que doit effectuer le système quand l'étape associée est active.

Quand l'étape 1 est active, le voyant V est allumé.

5) Réceptivité associée à une transition C'est une équation logique qui définit la possibilité du passage d'une étape à la suivante quand la transition associée est

validée.

1

m

0

m

réceptivités

c- Les règles d'évolution d'un GRAFCET Pour établir un GRAFCET correct, il est nécessaire d'appliquer un certain nombre de règles fondamentales, exposées ci-dessous : Règle "de syntaxe" : Alternance étape - transition L'alternance entre étapes et transitions doit être respectée quelle que soit la séquence en cours : deux étape ne doivent jamais être reliées directement, deux transitions ne doivent jamais non plus être reliées directement. Règles d'évolution: 1) Règle 1: situation initiale

La situation initiale d'un GRAFCET caractérise le comportement initial de la Partie Commande (PC) vis-à-vis de la Partie Opérative (PO) et correspond aux étapes actives au début du fonctionnement de la PC.

En situation initiale, l'étape 0 est active. Le système effectue les actions

correspondant à cette étape. Dans ce cas il ne fait rien. Remarque :

- Les étapes initiales sont repérées sur un GRAFCET en doublant les côtés des symboles d'étapes correspondants.

- Souvent les étapes initiales sont des étapes d'attente (elles n'ont pas d'action associée) car sinon les commandes qui seraient dans ces étapes resteraient activent tout le temps que le système serait au repos.

1 allumer le voyant V

0action associée à l'étape 1

1

m

allumer le voyant V

0

m



1

m

allumer le voyant V

0

m

(2)

(1)

2) Règle 2: franchissement d'une transition

L'évolution de la situation d'un GRAFCET, qui correspond au franchissement d'une transition, ne peut se produire : - que lorsque cette transition est validée - et que lorsque la réceptivité associée à cette transition est vraie. Lorsque ces deux conditions d'évolution sont réunies, la transition devient franchissable et est alors obligatoirement franchie.

Au départ on a seulement l'étape initiale 0 qui est active donc la

transition (1) est validée et la (2) ne l'est pas.

Si on n'appuie pas sur le bouton poussoir m : - la transition (1) n'est pas franchissable car la réceptivité m est

fausse. - la transition (2) n'est pas franchissable car la transition (2) n'est

pas validée. Si on appuie sur le bouton poussoir m :

- la transition (1) est franchissable car elle est validée et la réceptivité m est vraie. Elle est donc franchie.

Franchissement d’une transition

3) Règle 3: évolution des étapes actives

Le franchissement d'une transition provoque simultanément : - la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes reliées à cette transition

- et l'activation de toutes les étapes immédiatement suivantes reliées à cette transition. En position initiale, si on appuie sur le bouton poussoir m, la transition (1) est franchissable donc on a simultanément, l'activation de l'étape 1 et la désactivation de l'étape 0.

1

m

allumer le voyant V

0

m

(2)

(1)



4) Règle n° 4 : Evolutions simultanées Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies.

Cette règle est surtout utile lorsqu'on veut décomposé un GRAFCET en plusieurs "sous-GRAFCET" interdépendants.

Règle n° 5 : Activation et désactivation simultanées Si au cours du fonctionnement, une même étape doit être à la fois activée et désactivée, elle reste active.

d- ETAPES ET ACTIONS Une étape (et les ordres qui lui sont associés) caractérise un comportement invariant du système, elle est identifiée par un carré et un repère alphanumérique. Une étape est soit « active », soit « inactive » ; l’ensemble des étapes actives définit la situation du GRAFCET et, par suite, celle du système spécifié. Les étapes qui sont actives au début du processus de commande (à l’instant initial) correspondent à la situation initiale, ce sont les étapes initiales. Pour indiquer qu’une étape est active à un instant donné, on dessine un point au-

dessous du numéro dans le carré (par exemple, l’étape 12 de la figure ci-dessus est active). A chaque étape peut être associée une (ou plusieurs) action(s) représentée(s) sous une forme littérale ou symbolique suffisamment explicite pour éviter toute confusion. Une étape ne comportant pas d’action associée correspond généralement à un comportement d’attente d’événements non commandés qui peuvent être annotés sous forme de commentaires

1 A

2

B

3 C

a ( a= 1)

1 A

2

B

3 C

a ( a=0 ou 1)

Transition franchissable Transition franchie

1 A

2

B

3 C

a ( a=0 ou 1)

1 A

2

B

3 C

a ( a=0 )

Transition non validée Transition validée



Si plusieurs actions sont associées à une même étape, il est possible de disposer ces dernières de plusieurs façons.

L’analyse des actions associées à une étape nécessite de bien faire la distinction entre la durée d'une action et la durée d'activité de l’étape correspondante. On convient habituellement de désigner par "Xi" l’état actif de l'étape "i". Exemples:

X3 = 1 si l'étape 3 est active

X3 = 0 si l'étape 3 est inactives.

e- TRANSITIONS ET RECEPTIVITES La transition permet de décrire la possibilité d’évolution de l’état actif d’une étape à une autre ; la transition est identifiée (voir figure) par un tiret situé entre les étapes concernées par l’évolution : Description d’une transition La condition de transition (ou réceptivité) peut être décrite par un texte, une expression booléenne, ou par des symboles graphiques normalisés. Les changements d’état des variables (front montant et front descendant) sont admis au même titre que l’état des variables. La norme ne précise pas la façon dont il faut prendre en compte les changements d’états.

Description littérale d’une réceptivité Description booléenne d’une réceptivité

Description d’une réceptivité par schéma électrique Description d’une réceptivité par logigramme

2.3.4 Les différents points de vue du GRAFCET. Il existe 3 représentations du fonctionnement d'un système par le GRAFCET :

- le GRAFCET point de vue système qui représente le fonctionnement du système tel que le voit quelqu'un d'extérieur à celui-ci. - le GRAFCET point de vue Partie Opérative qui représente le fonctionnement du système tel que le voit quelqu'un connaissant

la PO de celui-ci. - le GRAFCET point de vue Partie Commande qui représente le fonctionnement du système tel que le voit quelqu'un connaissant

tout le système. 1) Présentation d'un cycle de perçage :

P-

P+

pièce

S- S+

Mcapteurs :- p0 et s0 pour P et S rentrés.- p1 et s1 pour P et S sortis.

commandes :- M pour le fonctionnement monostable du moteur.- M+ et M- pour la commande bistable du moteur.



Cycle de perçage

- Quand le moteur est arrêté, que les vérins P et S sont rentrés et que l'on appuie sur le bouton poussoir m, le système serre la pièce. - Quand la pièce est serrée, on effectue le perçage. - Quand le perçage est terminé, on desserre la pièce.

Remarque : - Les vérins sont bistables. - Le moteur doit tourner tout au long du perçage. - Le moteur est monostable et sa commande sera bistable. - On ne contrôlera pas le fonctionnement du moteur.

2) Le GRAFCET point de vue système.

C'est la description du fonctionnement du système tel

que le voit un observateur extérieur à celui-ci. Cette description reste très générale et se limite au procédé.

Sur l'exemple cela donne :

3) Le GRAFCET point de vue Partie Opérative.

Cette fois l'observateur connaît la Partie Opérative ( PO ) du

système. Il fait donc une description du fonctionnement en tenant compte des caractéristiques de celle-ci.

Sur 1 'exemple cela donne :

Remarques :

- Généralement dans les GRAFCET point de vue PO, les actions sont représentées par des verbes à l'infinitif.

- Comme le moteur est monostable on le retrouve dans

les étapes 2 et 3.

1

pièce serrée

serrage de la pièce et démarrage du moteur

0

système en position initiale et appui sur le bouton m

2

perçage terminé

perçage

3

pièce desserrée

desserrage de la pièce et arrêt du moteur

1

pièce serrée

serrer la pièce

0

pièce desserrée et broche en positionhaute et appui sur le bouton m

2

broche descendue

descendre la broche

3

broche remontée

faire tourner le moteur

remonter la broche

desserrer la pièce

faire tourner le moteur

4

pièce desserrée



4) Le GRAFCET point de vue Partie Commande.

Cette fois l'observateur connaît tout le système. Il fait une description du fonctionnement de celui-ci où il définit les ordres que devra donner la partie commande PC à la PO.

Sur 1 'exemple cela donne :

Remarque :

Comme on a une commande bistable pour le moteur, on le met en route dans l'étape 2 et on l'arrête en 4.

2.3.5. Compléments A- Description détaillée des actions La norme CEI/IEC 848 spécifie une représentation générale des ordres ou des actions qui doivent s’exécuter

Description des actions

La section « a » contient une (ou une combinaison de) lettre symbole décrivant les caractéristiques logiques d’association de la sortie à l’activité de l’étape.

� C : Action conditionnelle, � D : Action retardée, � L : Action limitée dans le temps, � P : Action pulsionnelle, � S : Action mémorisée.

La section « b » contient la déclaration symbolique ou littérale décrivant l’action. La section « c » indique le repère de référence du signal de fin d’exécution correspondant. Les sections « a » et « c » ne sont spécifiées que si nécessaire. Si elles ne sont pas spécifiées, l’action correspondante est dite continue. 1. L’action continue L’action continue est associée nécessairement à une étape. Une action associée à une étape est dite continue lorsque sa durée d’exécution est identique à la durée d’activité de l’étape. Dans ce cas les sections « a » et « c » sont omises. Plusieurs actions continues peuvent être associées à une même étape. Le symbole d’action continue contient le libellé d’assignation

Action continue

2 Actions conditionnelles Elles ne sont exécutées que si l'étape est active ET la condition est vraie. L'étape est active même si la condition est fausse.

Condition d’assignation condition d’assignation liée au temps

1

s1

S+

0

s0 . p0 . m

2

p1

P+

3

p0

P-

M+

4

s0

S- M-



3 Actions temporisées « Action retardé ou limitée dans le temps » Les actions retardées ou limitées dans le temps sont des cas particuliers d’actions conditionnelles (le temps intervenant comme condition logique). Elles ne durent qu'un certain temps, lorsque l'étape est activée. L'étape reste active une fois l'action terminée. Action retardée

Action limitée dans le temps Dans les deux cas l’unité de temps retenue doit être spécifiée. 4. Action impulsionnelle Les actions impulsionnelles sont des actions temporisées de très courtes durées dont la valeur est sans importance mais suffisante pour obtenir l’effet souhaité.

Action impulsionnelle

5. Action mémorisée Pour qu’une action reste maintenue lorsque l’étape qui l’a commandée vient d’être désactivée il faut utiliser une action mémorisée.

Action mémorisée

B- Description détaillée des réceptivités A chaque transition est associée une réceptivité qui est une condition logique qui regroupe des informations logiques issues de la P.O., de la P.C. ou d’organes extérieurs. La réceptivité est une fonction booléenne inscrite, de manière symbolique ou littérale, à droite de la transition.

Réceptivités

La notation « = 1 » associée à une transition indique une réceptivité toujours vrai. Une réceptivité = 0 n’a pas de sens car elle empêche toute évolution du Grafcet.

La lettre « D » (Delayed action) décrit une action retardée par rapport à l’activation de l’étape à laquelle elle est associée.

La lettre « L » (Time Limited action) indique une action dont la durée est limitée dans le temps



1. Réceptivités temporelles Norme NFE : Les réceptivités temporelles provoquent des attentes. Elles sont notées t/i/d

– i étape dont l'activité déclenche l'attente. – d durée de l'attente après le DÉBUT de l'activité de l'étape i. Exemple : La transition sera passante: • 5 secondes après le début de l'activité de l'étape 2 • ET si m est vraie

Cette norme étant antérieure à la norme CEI, cette représentation ne devrait plus être utilisée. Norme CEI/IEC : Comme les symboles graphiques sont permis, la dépendance du temps peut être mise en évidence par le symbole d’un opérateur binaire à retard. Dans le langage littéral et les expressions booléennes, la notation t1/a/t2 est recommandée. La condition de transition de t1/a/t2 devient vrai après un retard t1 référé au passage de l’état logique 0 à l’état logique 1 de la variable booléenne a, elle redevient fausse après un retard t2 référé au passage de l’état logique 1 à l’état logique 0 de la variable booléenne a. Si t1 ou t2 est égal à 0, les notations a/t2 ou t1/a sont à utiliser. t1 et t2 doivent être remplacés par leurs valeurs réelles.

Réceptivités et temps

2. Prise en compte des changements d’états d’informations La notation « ↑ a », front montant de la variable a, indique que la réceptivité est vrai (= 1) qu’à l’instant du passage de la variable a de 0 à 1. De même la notation « ↓a », front descendant de la variable a, indique que la réceptivité est vrai (= 1) qu’à l’instant du passage de la variable a de 1 à 0

Réceptivités et fronts



2.4 Structures de base 2.4.1 Séquence unique

Une séquence unique est composée d’une suite d’étapes qui seront activées les unes après les autres. Dans cette structure, chaque étape est suivie par une seule transition, et chaque transition est validée par une seule étape.

Séquence unique

2.4.2 Sélection de séquence 1- Début de sélection de séquence (divergence de sélection de séquence) Une sélection de séquence est un choix d’évolution entre plusieurs séquences à partir d’une ou plusieurs étapes. Elle se représente graphiquement par autant de transitions validées en même temps qu’il peut y avoir d’évolutions possibles.

D’après la structure proposée et les règles d’évolutions du Grafcet, deux cas peuvent se présenter : � dans tous les cas les séquences sont exclusives : on parle alors d’aiguillage (on ne peut évoluer

que vers une seule séquence, comme un train ne va que vers une voie). Cette structure correspond à un OU exclusif, à partir de l’étape 2, on évolue vers 3 ou (exclusivement) vers 12 ou (exclusivement) vers 16.

Sélection de séquences

� l’on peut partir de l’étape 2 évoluer vers deux (ou plus) séquences : on parle alors de parallélisme interprète (on évolue vers deux séquences en parallèle et ceci du aux réceptivités (deux ou plus réceptivités vraies) les réceptivités faisant parties de l’interprétation du Grafcet, on utilise le terme parallélisme interprète). Cette structure correspond à un OU inclusif, à partir de l’étape 2 on évolue vers 2 ou 12, ou 16, c’est à dire que l’on peut évoluer vers (3; 12) ou (3; 16) ou (3; 12; 16) par exemple suivant la valeur des réceptivités A; B; C.

La norme CEI, sans exclure le parallélisme interprète, ne le présente pas. Sous l’appellation sélection de séquence, elle sous entend sélection de séquences exclusives. 1.1 Séquences exclusives : aiguillage Il s’agit d’un cas particulier de sélection de séquence, où une seule séquence est sélectionnée. Dans ce cas, il est indispensable que toutes les réceptivités associées aux transitions validées en même temps soient exclusives, c’est à dire ne pouvant être vraies simultanément. Cette exclusion peut être : � d’ordre physique (incompatibilité mécanique ou temporelle), � d’ordre logique (dans l’écriture des réceptivités). Le terme « aiguillage », souvent employé, illustre correctement cette structure.

Aiguillage



1.2 Parallélisme interprète (non normalise) Le parallélisme interprète est un cas particulier des sélections de séquences dans lequel deux ou plusieurs séquences sont sélectionnées. Les évolutions au sein de chaque séquence sélectionnée sont indépendantes. Ce mode de fonctionnement doit être utilisé avec prudence car la plus grande difficulté réside dans la spécification correcte de la façon dont il se termine. Les transitions susceptibles d’être simultanément franchies peuvent être repérées par des astérisques.

Parallélisme interprété 2.2 Fin de sélection de séquence (convergence de sélection de séquence)

Fin de sélection de séquence

2.3 Reprise de séquence (non normalise) La reprise de séquence est un cas particulier des séquences exclusives dans lequel une séquence peut être recommencée une ou plusieurs fois tant qu’une condition fixée n’est pas obtenue.



Reprise de séquence 2.4 Saut de séquence (non normalise) Le saut d’étape est un cas particulier des séquences exclusives dans lequel une séquence ne comporte pas d’étape. Cette séquence permet de sauter une ou plusieurs étapes

Saut de séquence

2.4.3 Séquences simultanees (mode paralléle) 3.1 Début de séquences simultanées (divergence de séquences simultanées) On parle également de parallélisme structural, car cette fois, le parallélisme est donné par la structure même du Grafcet. De même que dans le parallélisme interprété, les évolutions au sein de chaque séquence sont indépendantes.

Séquences simultanées

3.2 Fin de séquences simultanées (convergence de séquences simultanées) Lorsque le franchissement d’une transition conduit à activer simultanément plusieurs séquences (parallélisme structural), ces séquences évoluent de manière indépendante. Dans la plupart des cas il est nécessaire de les regrouper ensuite, en une ou plusieurs fois, vers une seule étape, pour en assurer la re-synchronisation. Pour réaliser cette condition il est prudent d’utiliser des étapes dites d’attente (suivant la, les technologies utilisées ces étapes peuvent être supprimées ou non).



Séquences simultanées

2.4.4 Réutilisation d’une meme séquence (sous-programme) Cette structure très souvent employée, n’est pas présentée dans la norme CEI. Lorsqu’une séquence est utilisée plusieurs fois, cette séquence peut être organisée sous une forme identique à celle d’un sous programme. L’utilisation de la représentation en sous-programme demande une attention particulière pour le lancement et l’arrêt du sous-programme.

Réutilisation d’une même séquence

2.5. Passage du GRAFCET au schéma à contacts 1. Mémoire détape Afin de respecter les règles d’évolution du GRAFCET, chaque étape peut être matérialisée par une mémoire du type marche prioritaire possédant une structure de la forme :

x.RAZEnclX +=

Les termes d’enclenchement et de remise à zéro sont définis de la manière suivant :

Etape X

• éRéceptivit(s)sprécédente(s)Etape:Encl

(s)suivantes(s)Etape:RAZ

2. Exemple : Equations des étapes A partir du GRAFCET de 2ème niveau, les équations des étapes se déduisent immédiatement. Ainsi, pour le GRAFCET ci-contre, nous avons :

X1

fh.4x:Encl

2x:RAZ 1241 x.x.fhxX +=

X2

ro.fh.dcy.1x:Encl

3x:RAZ 2312 x.x.ro.fh.dcyxX +=

1

2

3

4

DE

RO

MO

r0.fh.dcy

r1

fb

fh



X3

lr.2x:Encl

4x:RAZ 34l23 x.x.rxX +=

X4

fb.3x:Encl

1x:RAZ 4134 x.x.fbxX +=

Schéma de l’automatisme Pour établir la commande chaque sortie. Il suffit de considérer la ou les étapes durant lesquelles la sortie doit être enclenchée. Ainsi : - la ROTATION à lieu durant l’ETAPE 2 d’où RO = x2 - la DESCENTE à lieu durant l’ETAPE 3 d’où DE = x3 - la MONTEE à lieu durant l’ETAPE 4 d’où MO = x4 L’équation des mémoires d’étape déterminée précédemment nous donne le schéma suivant (à faire): • Initialisation de la séquence : Nous remarquerons sur le schéma précédent qu’à la mise sous tension, toutes mémoires se trouvant ici à l’état repos, aucune évolution

n’est possible. Il est donc impératif d’initialiser la séquence en venant enclencher la mémoire X1 matérialisant l’étape initiale de notre Grafcet. Ceci est obtenu : - soit en utilisant un contact d’initialisation ou un contact de

passage commandé lors de la mise sous tension de l’automatisme, comme le montre le schéma suivant :

- soit en testant l’état repos de toutes les mémoires d’étape

suivantes, pour venir alors systématiquement enclencher la mémoire X1, comme le montre le schéma suivant :

2.6 Cas génériques

Nous traitons ici des exemples génériques, c'est à dire que les problèmes évoqués ici se posent assez souvent, et la méthode utilisée pour les résoudre pourra être réutilisée.

1 - priorité

Soit un chariot se déplaçant sur deux rails (action D vers la droite, G vers la gauche). Il comporte une pince pouvant prendre une pièce (PP, fin quand fpp) s'il se trouve sur le tapis A (capteur y) et qu'une pièce est présente (capteur a) (idem en z si b). Puis il retourne en x, pose la pièce (action DP, fin quand fdp) sur le plateaux supposé en position haute (fv+). Celui-ci descend (V-, jusqu'à fv-), un second vérin pousse la pièce (P+, fin quand fp+), puis le pousseur recule en fp-, le plateau remonte en fv+ Le tapis de sortie C est supposé toujours en mouvement. Les tapis A et B sont commandés par des systèmes non traités ici.

Init

X4

X1

fh

2X X1

X4

X1

fh

2X X1

2X 4X

3X



Effectuer d'abord un Grafcet linéaire comprenant une seule voie d'arrivée A. Puis l'améliorer en prévoyant les retours des actionneurs en temps masqué (attention toutefois de ne pas endommager le pousseur). Puis prévoir deux tapis d'alimentation A et B (en cas de pièces en a ET b, prendre celle en a). Puis prévoir une priorité tournante (en cas de conflit, prendre la voie qui n'a pas été servie la fois précédente) attention, si plusieurs pièces arrivent sur la même voie et aucune sur l'autre, ne pas bloquer le système. Puis modifier la règle de priorité en donnant en cas de conflit la priorité à celui qui n'en a pas profité lors du dernier conflit.

priorité voie A, retour V masqué

Pour gérer la priorité tournante, remplacer la réceptivité de la deuxième transition (notée *) par :

qui signifie : arrivé en y avec une pièce en a et soit pas de pièce en b, soit priorité. sinon on continue et quoi qu'il arrive on s'arrête en z (le chariot n'a pas de parachute), en rajoutant un second Grafcet définissant quelle voie est prioritaire :

Chaque fois qu'une condition séquentielle (dépendant de ce qui s'est passé auparavant) intervient dans une réceptivité, il vaut mieux ne pas compliquer le Grafcet, mais "calculer" cette condition par un petit Grafcet annexe.

Améliorations : a) permettre au chariot de rechercher une pièce dès qu'il a posé la précédente : séparer le problème en deux : chariot et partie basse.Prévoir deux Grafcet différents, pouvant évoluer simultanément, mais synchronisés pour le dépose de la pièce (par des Xi ou une ressource) b) faire attendre le chariot en y plutôt qu'en x (pour améliorer le temps de réponse). Pour la partie basse, l'attente se fait plateau en haut, mais ce ne peut pas être l'état initial (il risque de descendre pendant la nuit). Prendre celà en compte :



Les deux étapes initiales ne testent que leurs conditions initiales respectives (partie haute ou partie basse).

2 - travail à la chaîne Soit une chaîne de remplissage de bidons d'huile. Un tapis roulant se déplaçant par saccades (cadencé par un système supposé externe à notre Grafcet, s'arrêtant à chaque nouvel appui de la came sur le capteur av) est alimenté manuellement (de temps en temps il manque des bidons). Trois postes sont prévus : remplissage (R), bouchage (B) et enfoncement (E).

Un seul capteur détecte la présence d'un bidon en début de chaîne : pp. On désire faire les 3 opérations simultanément, sauf s'il n'y a pas de bidon sous le poste. S'il vous semble obligatoire de rajouter des capteurs, vous n'avez RIEN compris au Grafcet puisqu'il vous faut un système combinatoire (il vaut mieux alors câbler en combinatoire chaque poste : avance tapis ET présence bidon => effectuer l'action). On suppose que le tapis est vide lors de l'initialisation.

L'étape 1 est constamment active. La dernière transition est appelée "transition puits", mais il était possible de la relier à l'étape 1. En fonctionnement normal, toutes les étapes du Grafcet sont actives. Du point de vue commande, chaque opération comportera plusieurs étapes (R = descendre l'entonnoir, ouvrir le robinet,...) dont une seule sera active à la fois). Chaque activation représente un bidon dans le circuit.

Cette méthode utilise au mieux le séquencement du Grafcet, on peut maintenant rajouter des capteurs, mais qui n'auront pour fonction que de vérifier le bon fonctionnement du système. Dans tous les cas similaires, on utilisera cette démarche : faire le Grafcet pour une pièce seule, puis le modifier pour gérer l'ensemble des pièces, en vérifiant bien que jamais une même étape ne corresponde à 2 pièces, on décompose donc le système en tronçons et on ne laisse entrer dans un tronçon que s'il est libre. Exemples : atelier flexible (on suit la pièce pour chaque opération jusqu'au produit fini), montage (monter 2 pièces ensemble correspond à une convergence en ET : de 2 étapes actives on arrive à 1), chariots filo-guidés (si un tronçon est occupé, essayer de le contourner par une voie libre)...



3 - ressource (ou sémaphore)

Au fond du puits de mine n°i, un mineur remplit un chariot Xi. Quand il est plein (le chariot), il (le mineur) appuie sur un bouton di. Immédiatement, le chariot se déplace dans la direction Bi jusqu'au poste de déchargement, composé d'un tapis roulant en mouvement continu, et d'un vérin V qui retourne la benne. Si le poste de déchargement est libre, le chariot avance jusqu'au capteur c, est déchargé puis s'en retourne en ai. Si le poste est occupé, il attend son tour en bi. Le poste de déchargement, commun à plusieurs voies, n'est utilisable que par une voie à la fois. On l'appelle une "ressource physique". Traiter le cas de 2 voies (pas nécessairement de la même longueur).

Supposer que la ressource est occupée en utilisant le capteur c est IDIOT : et s'il est entre bi et c ? Et si le temps de freinage l'a arrêté juste à côté de c ? Il faut utiliser les facilités séquentielles du Grafcet autant que possible (ne tester un capteur que quand c'est nécessaire). Un capteur ne doit servir que comme condition de passage d'une étape à une autre, mais pas pour vérifier un état du système qui découle du séquencement effectué (par exemple, une transition vérifie la présence d'une pièce, aucune action ne déplace la pièce puis on re-vérifie la présence : Ce n'est sensé que si l'on prévoit dans le Grafcet ce qu'il faut faire si la pièce a disparu). Ici, on utilise donc une étape (la ressource), qui est active quand la ressource physique est disponible. Dès utilisation, on la désactive, pour la réactiver quand on libère la ressource physique.

On pouvait également résoudre le problème par des Grafcets séparés (un pour chaque chariot, un pour le déchargement) synchronisés par des Xi. La seule différence est que n'ayant plus de divergence sous l'étape 3, on risque d'oublier de traiter le cas d'arrivée simultanée en b1 et b2, cas arrivant assez rarement pour que l'on ne détecte pas le problème en phase d'essais, mais se produira de temps en temps en fonctionnement réel sans que l'on puisse reproduire le problème lorsqu'un spécialiste sera présent (seule solution : graphe des états accessibles).



III. Extension, Notions avancés en Grafcet et GEMMA –GMMA –

Note importante Le GRAFCET ne s'attarde qu'au fonctionnement normal de l'automatisme et ne prend pas en compte les divers modes de marche et d'arrêt, de même que les défaillances. Le GEMMA nous introduira à ces modes ultérieurement. Étape source / Étape puits Étape source - Exige un forçage pour être activé. Étape puits - Exige un forçage pour être désactivé.

Transition source / Transition puits Transition source - Toujours validée. Transition puits - Lorsque franchie, désactive l’étape précédente.

Structuration et hiérarchisation Les Systèmes Automatisés de production sont de plus en plus complexes, afin de simplifier l'étude, la mise en œuvre et la maintenance du système, il est nécessaire de structurer la partie commande et la partie opérative. L'objectif essentiel de la structuration est de permettre une approche progressive du fonctionnement d'un système automatisé, tant au niveau de l'analyse qu'au niveau de la représentation. Dans l’analyse structurée, le GRAFCET global est décomposé en module, chacun de ces modules correspond à une fonction du système (Sécurité, modes de marche, etc.) ou à une sous partie de la P.O (Poste 1, Poste 2, Poste 3). La structuration est soit Hiérarchique (GRAFCET Maître, GRAFCET Esclave) soit sans hiérarchie (communication entre 2 postes). L'analyse structurée d'un système permet de décrire celui-ci depuis le niveau le plus général vers des niveaux de plus en plus détaillés. Cette structuration utilise les notions de Taches et de Macro-étape. Le système est décomposé:

• soit suivant sa topologie (les taches correspondent à des parties opératives indépendantes) • soit fonctionnellement (les taches correspondent à des fonctions du système) , • soit plus généralement en combinant ces deux formes.

Les commandes de forçage et figeage de GRAFCET, sont des moyens supplémentaires qui permettent de préciser la hiérarchie des différents GRAFCETS. La hiérarchie des différents GRAFCETS issue de cette structuration est celle qui vient de la description du fonctionnement (succession séquentielle des taches définie par le processus). En fait, il est souvent nécessaire de placer à un niveau hiérarchiquement supérieur des GRAFCETS de gestions. Les principaux GRAFCETS que l’on peut trouver sont : GRAFCET de surveillance : (de sécurité) ce GRAFCET décrit l’ensemble des procédures de sécurité du système, c’est le GRAFCET hiérarchiquement le plus important. L’arrêt d’urgence et les procédures de mise en route sont décrits dans ce GRAFCET. GRAFCET de conduite : (ou GRAFCET des Modes de Marches) ce GRAFCET décrit l’ensemble des procédures de Marches (auto, Cycle/Cycle, Manuel,…) et des arrêts normaux. GRAFCET de maintenance : précise les procédures d’intervention de l’opérateur et de réglage de la partie opérative. GRAFCET de Production : ce GRAFCET est le niveau de description du fonctionnement normal de l’automatisme. Ce GRAFCET est en général décomposé en plusieurs taches représentant les différentes fonctions de l’automatisme.

1 2

r12

1 3

r13

1 4

r14

1 5

r12

13

r13

14

r14

15

r15



10

r10

M11

=1

12

a

b

E30 MVa

31 B+

S50

Structuration et hiérarchisation

Les Macro-étapes Une macro-étape (ME) est la représentation unique d'un ensemble d'étapes et de transitions nommées "Expansion d'étapes", la macroétape se substitue à une étape du GRAFCET : - L'expansion de ME comporte une étape d'entrée repérée E et une étape de sortie repérée S. - Tout franchissement de la transition amont de la macro-étape active l'étape E d'entrée de son Expansion. Expansion d’étape

- L’étape de sortie participe à la validation des transitions aval de la macro-étape ; - La transition suivant la macro-étape n’est validée que lorsque la dernière étape de l’expansion de macro-étape est active ;

Lorsque l'étape 10 est active et que la réceptivité r10 est vraie, alors la macro-étape est activée, l'étape d'entrée de l'expansion est activée simultanément et le cycle décrit dans l'expansion se déroule jusqu’à l'étape de sortie S50. Dès que l'étape S50 est active, si la réceptivité qui suit la macro-étape est vraie alors l'étape suivante est activée.

Il est préférable de ne pas associer d’actions aux étapes d’entrées et de sortie de la macro-étape. Le concept de macro-étape est à différencier de celui de sous-programme, une macro-étape est une extension du concept d'étape. A chaque macro-étape correspond une expansion et réciproquement, si plusieurs cycles identiques sont à représenter, autant de macro et d'extension seront nécessaires. Le concept de macro-étape se prête aisément à l’analyse descendante du système.



Taches : Sous–programme Un sous programme est un grafcet indépendant dont l’exécution et le déroulement sont synchronisés à un grafcet principal. Les tâches Lorsqu’une tache doit être réalisée plusieurs fois dans un cycle, la description de cette tache sous la forme d’un grafcet indépendant permet de simplifier l'analyse et de simplifier la programmation. Ce grafcet indépendant est un sous programme lancé par le programme (le grafcet) principal Dans l’exemple, la tache « dosage » est exécutée 2 fois dans le cycle. Le grafcet dosage décrit cette tache. Le lancement de cette tache est réalisé par l’activation des étapes X15 et X25. Lorsque la tache est terminée, une information d’état (fin de tache) est retournée au grafcet principal qui peut alors évoluer. Il est souhaitable de terminer le grafcet de la tache par la vérification que l’étape de lancement du grafcet principal est bien désactivée avant de le boucler. Coordination horizontale

Une seule tâche à la fois

10

m

19

10

X39

10

X19

29

20

X10

10

X29

39

30

X10

TâcheT10

TâcheT20

TâcheT30



Coordination verticale GRAFCET de conduite GRAFCET esclaves

Structuration par encapsulation 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. L'étape encapsulante 23 possède 3 encapsulations représentées par les GRAFCETS partiels 1,2 et 3. Le GRAFCET partiel 24 est encapsulé dans l'étape 88 du GRAFCET partiel 1. Lorsque l'étape encapsulante 23 est activée, les étapes 1 et 85 de G1 sont également activées (de même pour les autres encapsulations de 23, G2 et G3). Lorsque l'étape encapsulante 88 est activée, l'étape 100 de G24 est également activée. La désactivation de l'étape 88 provoque celle de toutes les étapes de G24. La désactivation de l'étape 23 provoque celle de toutes les étapes de G1,G2,G3, et de toutes celles de G24 (si l'étape 88 était active).

Grafcet partiel Constitué d'un ou plusieurs grafcets connexes, un grafcet partiel résulte d'une partition, selon des critères méthodologiques, du grafcet global décrivant le comportement de la partie séquentielle d'un système.

110

X19

10

X110

10

X110

10

X112

20

X112

TâcheT10

TâcheT20

111

r111

112

Appeltâche T10

Appeltâche T20

19

X29

29GRAFCETde conduite



a

5

6

x

y

20

21

22GRAFCET de

niveau supérieur G1

GRAFCET forcé G2

F/G2:(21)

21

a

5

6

x

y

20

21

22GRAFCET de

niveau supérieur G1

GRAFCET forcé G2

F/G2:(*)

B+

A+

Le forçage Lorsqu’un Grafcet est forcé aucune transition ne peut être franchise. De plus, il est forcé de rester à une l’étape déterminée. L’ordre de forçage doit obligatoirement venir d’un Grafcet de niveau supérieur. Un Grafcet ne peut se forcer lui même. Si le Grafcet est une sous routine, il ne peut forcer le Grafcet qui l’a appelé. EXEMPLE: Lorsque l’étape X5 de G1 est active le Grafcet G2 est forcé à X21 (peu importe l’étape active) tant et aussi longtemps que X5 est active.

Le figeage Lorsqu’un Grafcet est figé aucune transition ne peut être franchise. Il reste donc à l’étape où l’ordre a été donné. L’ordre de figeage doit obligatoirement venir d’un Grafcet de niveau supérieur. Un Grafcet ne peut se figer lui même. Si le Grafcet est une sous routine, il ne peut figer le Grafcet qui l’a appelé. EXEMPLE: Si lorsque G2 est à l’étape X21 et que l’étape X5 de G1 est active alors G2 est figé à X21 tant et aussi longtemps que X5 est active.

IV. Les Modes de Marches et d’Arrêts

Il est nécessaire d’étudier les procédures de : • Mise en route • Mise au point • Défaillances

Ces procédures sont définies par les : Modes de Marches et d’Arrêts (MMA)

Définir les MMA d’un SAP, c’est définir : 1°) Les modes de production d’un système.

• Fonctionnement automatique continu • Cycle à cycle • Les marches préparatoires et de clôtures • Fonctionnement semi-auto….

2°) L’exploitation du système par un opérateur (Fct dialogue) • Conception du pupitre de commande de l’opérateur. • Informations relatives à la PO à signaler….

3°) Les procédures d’arrêts et de mise en sécurité • Arrêt normal. • Arrêt dans un état déterminé • Traitement de l’arrêt d’urgence….



SAP opérationnel?

Le GEMMA Acronyme de : Guide d’Étude des Modes de Marche-Arrêt



Outil graphique de choix de MMA et de description du fonctionnement opérationnel des systèmes automatisés. ll constitue une méthode d’approche des modes de marches et d’arrêts des systèmes, fondées sur quelques concepts de base matérialisés par un guide graphique.

Description du guide GEMMA La démarche proposée comporte deux temps : - le recensement des différents modes envisagés, et la mise en évidence des enchaînements qui les relient ; - la détermination des conditions de passage d’un mode à l’autre.



Le GEMMA regroupe trois grandes familles:

Ces trois grandes familles peuvent se répartir comme suit:



Le GEMMA: il est constitué de 16 rectangles état



Les différents rectangles ETAT

Les Rectangles Etat FONCTIONNEMENT Fl - Production normale: Dans cet état, la machine produit normalement c’est l’état pour lequel elle a été conçue. C’est à ce titre que le “rectangle-état” a un cadre particulièrement renforcé. On peut souvent faire correspondre à cet état un GRAFCET que l’on appelle GRAFCET de base. F2 - Marche de préparation: Cet état est utilisé pour les machines nécessitant une préparation préalable à la production normale: préchauffage de l’outillage, remplissage de la machine, mises en route diverses, etc. F3 - Marche de clôture: C’est l’état nécessaire pour certaines machines devant être vidées, nettoyées, etc ..., en fin de journée ou en fin de série. F4 - Marche de vérification dans le désordre: C’est état permet de vérifier certaines fonctions ou certains mouvements sur la machine, sans respecter l’ordre du cycle. F5 - Marche de vérification dans l’ordre: Dans cet état, le cycle de production peut être exploré au rythme voulu par la personne effectuant la vérification, la machine pouvant produire ou ne pas produire. F6 - Marche de test: Les machines de contrôle, de mesure, de tri, ..., comportent des capteurs qui doivent être réglés ou étalonnés périodiquement : la marche de test permet ces opérations de réglage ou d’étalonnage.

Les Rectangles Etat ARRETS A1 - Arrêt dans l’état initial: C’est l’état “repos ” de la machine. Il correspond en général à la situation initiale du GRAFCET : c’est pourquoi, comme une étape initiale, ce “rectangle-état” est entouré d’un double cadre. Pour une étude plus facile de l’automatisme, il est recommandé de représenter la machine dans cet état initial. A2 - Arrêt demandé en fin de cycle: Lorsque l’arrêt est demandé, la machine continue de produire jusqu’à la fin du cycle. A2 est donc un état transitoire vers l’état Ai, le cycle qui se déroule normalement dans Fl se termine sans modification dans A2.. A3 - Arrêt demandé dans état déterminé: La machine continue de produire jusqu a un arrêt en une position autre que la fin de cycle : c’est un état transitoire vers A4. A4 - Arrêt obtenu: La machine est alors arrêtée en une autre position que la fin de cycle. A5 - Préparation pour remise en route après défaillance: C’est dans cet état que l’on procède à toutes les opérations (dégagements, nettoyages, ...) nécessaires à une remise en route après défaillance. A6 - Mise P.O. dans état initial: La machine étant en A6, on remet manuellement ou automatiquement la Partie Opérative en position pour un redémarrage dans l’état initial. A7 - Mise P.O. dans un état déterminé: La machine étant en A7, on remet la P.O. en position pour un redémarrage dans une position autre que l’état initial.



Les Rectangles Etat DEFAUTS Dl - Arrêt d’urgence: C’est l’état pris lors d’un arrêt d’urgence: on y prévoit non seulement les arrêts, mais aussi les cycles de dégagement, les procédures et précautions nécessaires pour éviter ou limiter les conséquences dues à la défaillance. D2 - Diagnostic et/ou traitement de défaillance: C’est dans cet état que la machine peut être examinée après défaillance et qu’il peut être apporté un traitement permettant le redémarrage. D3 - Production tout de même : Il est parfois nécessaire de continuer la production même après défaillance de la machine. On aura alors une “ production dégradée” ou une “ production forcée ”, ou une production aidée par des opérateurs non prévus en production normale.

Utilisation du GEMMA: Principe.



Modes de marche et arrêt les plus usité Les marches de production Marche de production à cycles répétés: Après l’information de départ donnée par l’opérateur, les cycles se succèdent sans nouvelle intervention de celui ci. L’arrêt doit être demandé par l’opérateur. Marche de production cycle par cycle : L’information départ doit être réalisée à la fin de chaque cycle Les marches de vérification Marche de vérification dans l’ordre de cycle: Cette marche étape par étape à pour but de vérifier la conformité du déroulement du cycle en prenant en compte toutes les conditions réelles d’une marche de production, le déroulement s’effectuant sous le contrôle permanent de l’opérateur. Marche de vérification dans le désordre : Cette marche permet de vérifier le réglage et le bon fonctionnement de chacun des actionneurs. Celle-ci peut être au choix :

- asservie à un minimum de sécurité fonctionnelles ; - sauvage sans qu’aucune condition n’entrave la

commande directe de l’actionneur. Les arrêts normaux Arrêt normal en fin de cycle : Quel que soit le moment d’émission de la demande d’arrêt, la machine s’arrête en fin de cycle. Arrêt normal en cours de cycle : L’étape en cours termine son action et la machine s’arrête avant l’enclenchement de l’étape suivante.



Les arrêts d’urgence Cet arrêt doit être efficace dans tous les modes de fonctionnement et à chaque étape du cycle, il est nécessaire de préciser les effets sur la partie opérative et les effets sur la partie commande.

Les redémarrages En fonction de la cinématique de la machine et des conséquences physiques des choix faits précédemment, le redémarrage peut être au choix: Redémarrage à l’étape d’arrêt : Redémarrage à l’étape initiale :

Traduction des MMA en grafcet Le GEMMA conduit à l’élaboration d’une STRUCTURE MULTI-GRAFCETS HIERARCHISES.

Grafcets hiérarchisés

Le GRAFCET DE SURETE est hiérarchiquement supérieur F/GPN: se lit « Forçage sur GPN »



Élaboration du Grafcet de Conduite

Le GMMA Graphe des Modes de Marches et d’Arrêts

1. Établi après validation GEMMA 2. Comporte uniquement les cheminements utilisés. 3. Conduite du système par les intervenants Régleur, Opérateur, Maintenance

Sûreté de fonctionnement des systèmes automatisés (1) Principe: Prise en compte de la sécurité des personnes et des biens sur défaillances des systèmes. Un système est dit de sécurité totale si l’apparition d’une défaillance ne conduit jamais à une situation dangereuse Un défaut passif (s’il se traduit par un circuit ouvert) est dangereux si la commande est de type alarme. Un défaut actif (s’il se traduit par un circuit fermé) est dangereux s’il maintient une commande non désirée.



Sûreté de fonctionnement des systèmes automatisés (2) 2 idées de bases:

1. Sur défaillance, la distribution d’énergie à la PO doit être coupée et les automatismes de sécurité doivent être des automatismes câblés.

2. Sur retour de défaillance, la mise en énergie de la PO doit s’effectuer sur acquittement manuel d’un opérateur. Structure du circuit de commande imposée par la sûreté de fonctionnement.

Sécurité générale: Tout défaut ( contact NF) se traduit par une coupure d’énergie.



Exemple: Machine de formage

La machine dessinée est destinée à former des armatures de valises. Les 5 vérins pneumatiques A, B, C, D et E permettent de former successivement les angles 1, 2, 3 et 4 de l’armature. Pour cela, la séquence qui suit est décrite 4 fois: Sortie de la butée C/ Avance de la table B/ Fermeture de la pince fixe E/ fermeture de la pince mobile D et Rentrée de la butée C/ Formage A/ Ouvertures des pinces D et E/ Recul de la table et Retour du vérin de formage. Cahier des charges de l ’automatisme La production démarre avec présence pièce: p et m bouton marche. Not(p) implique que la pièce a relâché le capteur, donc qu ’on forme le dernier angle. Des réglages pourront être réalisés avant production par appui sur le bouton Réglage. On sort du réglage par appui sur Auto et Init. GEMMA ELEMENTAIRE

ARRET D ’URGENCE ET REDEMARRAGE REGLAGE ET VERIFICATION



GEMMA TOTAL: SOMME DE TOUS LES GEMMA

Exercice d’application GEMMA (1)


Alkassoum Nabil UAM – FS - EEA602 - Automatismes industriels v0.1 © 11/2009 1

F2 <Marche de préparation> F3 <Marche de

clôture>

F1 <Production normale>

F4 <Marche de vérification dans le désordre >

F5 <Marche de vérifi- cation dans l'ordre >

F6 <Marche de test>

A1 <Arrêt dans l'état initial>

A4 <Arrêt obtenu>

A2 <Arrêt demandé en fin de cycle>

A3 <Arrêt demandé dans un état déterminé>

A5 <Préparation pour remise en route après défaillance >

A7 <Mise PO dans un état déterminé>

PZ

<Mise PO dans état initial>

D1 < Marche ou arrêt en vue d'assurer la sécurité>

D2 < Diagnostique et/ ou traitement de défaillance>

D3 <Production tout de même>

D PROCEDURES EN DEFAILLANCE DE LA PARTIE OPERATIVE (P O)

A PROCEDURES D'ARRET DE LA PARTIE OPERATIVE (PO) F PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT

F PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT

GEMMA Guide d'Etude des Modes de Marches et d'Arrêts

ADEPA

Références de l'équipement :

PC. HORS ENERGIE

Mise en énergie de PC

Mise en énergie de PC

Mise hors énergie de

PC

Mise hors énergie de

PC

PC. HORS ENERGIE

remise en route

arrêt mise en ou hors service fonctionnement

essais et vérifications

essais et vérifications fonctionnement normal

PRODUCTION PRODUCTION

PRODUCTION

A6

Documents

EEA602 - Automatismes industriels Cours I+II.pdf