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FEI, 3ème année Automatique Auto601 1 GRAFCET 1. Définitions 1.1 Le GRAFCET Le

FEI, 3ème année Automatique Auto601 1 GRAFCET 1. Définitions 1.1 Le GRAFCET Le GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande Etape/Transition) est un outil et un langage graphique pour la modélisation et la description du fonctionnement des systèmes séquentiels, c’est-à- dire des systèmes dont l’évolution est décomposée en plusieurs étapes. Le GRAFCET emploie un nombre restreint de symboles et d’outils graphiques qui facilitent grandement la compréhension et la réalisation d’un automatisme. Il possède certaines règles spécifiques d’utilisation définies dans la norme européenne EN 60848. Ce langage a été développé par l’Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique (AFCET). 1.2 Sequential Function Chart (SFC) Le langage SFC (Sequential Function Chart) est semblable au GRAFCET sauf qu’il destiné à être implanté dans une architecture à base de microcontrôleur ou microprocesseur, telles que les automates programmables industriels. Le SFC est défini dans la norme CEI 61131-3. 2. Construction d’un grafcet Un grafcet est un diagramme fonctionnel qui est établit en utilisant le langage GRAFCET. L’élaboration d’un tel diagramme pour un automatisme quelconque passe par plusieurs étapes. L’enchaînement de ces étapes fournit une description de plus en plus détaillée des différentes caractéristiques fonctionnelles et techniques du système. Cahier des charges : c’est une description fournie par l’utilisateur au concepteur de l’automatisme des différentes fonctions, valeurs et grandeurs physiques, et de tous les modes d’utilisation et de sécurité du produit final à mettre en œuvre. Spécifications fonctionnelles (Grafcet de niveau 1) : elles décrivent la réaction de l’automatisme face aux informations issues de la partie opérative qui sont reliées directement à la matière d’œuvre utilisée. Ces spécifications sont établies indépendamment des solutions techniques qui peuvent être utilisées pour la réalisation de l’automatisme. Spécifications technologiques (Grafcet de niveau 2) : ces spécifications apportent les solutions en matière de technologie, nécessaires pour le fonctionnement de la partie commande vis-à-vis de la partie opérative. C’est à ce niveau que le choix des actionneurs et des capteurs est effectué. 3. Mise en œuvre d’un grafcet L’un des avantages que présentes le GRAFCET est sa facilité de mise en œuvre. En effet, la réalisation d’un automatisme à partir d’un grafcet devient facile et rapide, et permet en plus de faciliter les opérations de maintenance. La mise en œuvre d’un grafcet peut se faire par deux façons : FEI, 3ème année Automatique Auto601 2 Mise en œuvre par logique câblée : en utilisant un circuit électronique (portes logiques, bascules, etc), électrique (contacts électriques, relais, etc), pneumatique ou hydraulique (portes logiques, distributeurs, etc). Cette approche est utilisée dans le cas des systèmes relativement simples et avec un fonctionnement prédéfini et figé. Mise en œuvre par programmation : cette solution est très économique dans le cas des systèmes complexes et mieux adaptée aux systèmes qui nécessitent des modifications de temps à autre. Cette approche est réalisable au moyen des cartes microprogrammée, des PCs, ou par automates programmables industriels (API). 4. Exemple : Système de marquage Le système de marquage illustré par la Figure 1 sert à marquer des pièces par gravure. Ce système est composé des éléments suivants : Figure 1 : Système de marquage.  Un vérin pneumatique A actionnant un poussoir pour le déplacement et le serrage des pièces ;  Un vérin pneumatique B actionnant un poinçon pour le marquage des pièces ;  Des détecteurs magnétiques a0, a1, b0 et b1 pour la détection des positions des vérins (positions reculées ou avancées ;  Un pupitre de commande composé d’un bouton-poussoir Départ-cycle Dcy et d’un voyant lumineux V. Le fonctionnement de ce système est résumé comme suit :  Le vérin A étant dans sa position de repos et le voyant V allumé, un opérateur place la pièce à marquer devant le poussoir ;  L’opérateur appuie sur le bouton Dcy pour démarrer un cycle de marquage ;  Le vérin A est actionné pour faire déplacer et serrer la pièce au dessous du vérin B ;  Le vérin B fait descendre le poinçon qui réalise le marquage de la pièce ;  Le vérin B remonte jusqu’à sa position haute ;  Le vérin A revient à sa position de repos ;  L’opérateur retire la pièce ;  Le voyant V n’est allumé que si le vérin A est dans sa position de repos. Pièce Vérin A Vérin B a0 a1 b0 b1 Poinçon Poussoir V Dcy FEI, 3ème année Automatique Auto601 3 Grafcet de niveau 1 Figure 2 : Grafcet de niveau 1 du système de marquage. Le grafcet de niveau 1 décrit le fonctionnement du système d’un point de vue fonctionnel sans aucune spécification technologique. Ainsi, les manières par lesquelles les mouvements du poussoir et du poinçon s’effectuent ne sont pas expliquées. Le grafcet fonctionnel de l’exemple précédent est donné par la Figure 2. Ce dernier montre : - Les différentes étapes du fonctionnement de l’automatisme ainsi que les actions (ordres) qui leur sont associées. - Les transitions et leurs réceptivités (informations) associées. - Les liaisons d’étape à transition et de transition à étape (les liaisons non fléchées sont implicitement orientées du haut vers le bas). Grafcet de niveau 2 Dans le grafcet de niveau 2, on spécifie les choix technologiques des différents actionneurs, des préactionneurs et des capteurs utilisés pour la réalisation de l’automatisme, ainsi que le choix des appareils utilisés pour l’interface homme-machine. Dans le cas de l’exemple étudié, on donne les spécifications suivantes : Poussoir avancé Poinçon descendu Poinçon remonté Poussoir reculé Avance du poussoir Descente du poinçon Remonté du poinçon Recul du poussoir 0 1 2 3 4 Réceptivité Etape Etape initiale Action Transition Liaison orientée Pièce en place et départ cycle Mise en place d’une pièce FEI, 3ème année Automatique Auto601 4 - La procédure d’arrêt d’urgence, les modes de marche et d’arrêt ainsi que les sécurités ne sont pas traités. - Mise en place manuelle de la matière par un opérateur. Un voyant vert est allumé pendant ce temps là. Ensuite, l’opérateur autorise le départ d’un cycle d’opérations en appuyant sur un bouton poussoir Dcy (départ cycle). - Les mouvements du poussoir (A+ et A-) et du poinçon (B+ et B-) sont réalisés par des vérins pneumatiques à double effet. Les positions de sortie et de recul sont détectées par des capteurs de magnétiques a0, a1, b1, b0. - La récupération de la pièce est manuelle. Figure 3 : Grafcet de niveau 2 du système de marquage. 5. Eléments de construction Le GRAFCET est un outil graphique qui se base sur l’utilisation d’un nombre limité d’éléments de construction, qui lui permettent de fournir une description simple et concrète de l’évolution d’un système séquentiel. Ces éléments sont décrits dans ce qui suit. 5.1 Les étapes Une étape correspond à une phase, qui peut être d’une durée quelconque mais jamais nulle, durant laquelle le système ou une partie de lui est caractérisée par une situation invariante. Elle est représentée par un carré avec un repère numérique ou alphanumérique (généralement en utilisant la lettre X suivie du numéro de l’étape). a1 b1 b0 a0 A+ B+ B- A- 0 1 2 3 4 Dcy V FEI, 3ème année Automatique Auto601 5 L’entrée d’une étape est figurée à la partie supérieure de celle-ci, la sortie à la partie inférieure. Une étape peut avoir plusieurs entrées et plusieurs sorties, la représentation globale d’une étape sera donc une association des symboles précédents. A un instant donné et suivant l’évolution du système, une étape est soit active soit inactive. L’ensemble des étapes actives du grafcet définit l’état de la partie commande du système. On peut repérer toutes les étapes actives à cet instant en plaçant un point au dessous des repères numériques de ces étapes. Les étapes qui sont actives au début du processus de commande correspondent à la situation initiale du système, ce sont les étapes initiales. Elles sont représentées sur le grafcet par des carrées doublés, cela permet de repérer le point de départ pour l’évolution du grafcet. Ces étapes correspondent généralement à la position de repos du système (état de repos voulant dire prêt à produire). Notons toutefois qu’un grafcet peut contenir plusieurs étapes initiales. Figure 4 : Représentation des étapes. 5.2 Les actions Une ou plusieurs actions élémentaires ou complexes peuvent être associées à une étape. Elles traduisent « ce que doit être fait » chaque fois que cette étape est activée. Les actions peuvent être de nature externe (sorties vers la partie opérative) ou interne à la partie commande (temporisation, comptage, etc). Une étape peut ne pas avoir aucune action. Elle peut correspondre dans ce cas à une situation d’attente d’un événement externe (changement d’état d’une entrée) ou interne (activation d’une autre étape, fin d’une temporisation, etc). Les étapes sans actions sont souvent accompagnées de commentaires afin d’expliquer l’intérêt de leur utilisation. 1 1 1 1 « Etape initiale » Etape simple Etape à plusieurs entrées Etape à plusieurs sorties Etape à plusieurs entrées et plusieurs sorties Etape active Etape initiale avec commentaire 1 1 FEI, 3ème année Automatique Auto601 6 Les actions sont décrites de façon littérale ou symbolique à uploads/Finance/ 06-grafcet.pdf