Chapitre 2. Le Grafcet 3f2a3j

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

2.1- Introduction Dans ce deuxième chapitre, nous abordons les points suivants: i) Définition et notions de bases ; ii) Règles d'établissement du GRAFCET (SFC) ; iii) Transitions et liaisons orientées ; iv) Règles d'évolution ; v) Sélection de séquence et séquences simultanéesÆLes structures de base du GRAFCET ; vi) Organisation des niveaux de représentation ; vii) Matérialisation d'un GRAFCET (SFC) Æ choix d’une technologie de réalisation ; viii) Exemples pratiques. 2.2- Définition et notions de bases Cahier des chargesÆ vue du technicien : Le cahier des charges d'un automatisme est un document gérant les rapports entre le fournisseur concepteur d'un matériel de commande et son client futur utilisateur de ce matériel. Un tel document peut donc faire intervenir des considérations judiciaires, commerciales, financières technico-économiques ou purement techniques. Dans ce qui suit nous visons un seul point de vue du technicien : ce qu'on recherche dans un cahier des charges, c’est avant tout une description claire, précise, sans ambiguïtés ni omissions du rôle et des performances de l’équipement à réaliser. Donc, le Grafcet est un outil de communication qui s’attache à la description fonctionnelle des automatismes. Définition : Le GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande par Etapes et Transitions) ou SFC (Sequential Fonction Chart) est un outil graphique qui décrit les différents comportements, suivant un cahier des charges, l'évolution d'un automatisme établit une correspondance à caractère séquentiel et combinatoire entre : - Les ENTREES, c'est-à-dire les transferts d'informations de la Partie Opérative vers la Partie Commande, - Les SORTIES, transferts d'informations de la Partie Commande vers la Partie Opérative. C’est un outil graphique puissant, directement exploitable, car c’est aussi un langage pour la plupart des API (automate programmable industriel) existants sur le marché. Le concept de GRAFCET a été intégré dans la norme européenne sur les langages de programmation des automates (CEI 61131-3) sous la dénomination Sequential Function ChartÆSFC (1988). Le mot GRAFCET pointeÆ un modèle. Le GRAFCET comprend : ƒ des étapes associées à des actions ; ƒ des transitions associées à des réceptivités ; ƒ des liaisons orientées reliant étapes et transitions. 1

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Un tel ensemble (GRAPHE ou DIAGRAMME) est appelé grafcet.

Exemple

2.3- Règles d'établissement (éléments de base) du GRAFCET Chaque liaison orientée relie une étape à une transition ou une transition à une étape. Un GRAFCET se lit de haut en bas. Si cette syntaxe n'est pas textuellement respectée, il y aura obligatoirement une erreur dans l'application. Une flèche peut compléter la liaison en indiquant le sens de lecture s’il y a un risque de confusion. 2.3.1- L’étape L’étape correspond à une situation dans laquelle le comportement du système par rapport à ses entrées et ses sorties est invariant. Une étape est représentée par un carré numéroté.

Le numéro de l’étape est inscrit dans la moitié supérieure du carré, tandisqu’une étiquette ou l’adresse du bit représentant l’état de l’étape dans l’automate est inscrit dans la moitié inférieure si nécessaire (car c’est optionnel). L’étiquette ou l’adresse du bit peuvent être inscrits à coté du carré si l’espace dans le carré est restreint. Une étape initiale est représentée par un carré double.

Une étape est soit active ou inactive. D’un point de vue logique, l’étape i sera représentée par une variable booléenne xi. Donc xi = 1 quand l’étape est active et xi = 0 quand l’étape est inactive

Sur un GRAFCET on peut rencontrer différents types d’étapes :

2

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Etape active

Etape

Etape initiale

Etape encapsulante

Macro-étape

Etape d'entrée (Macro-étape)

Etape initiale encapsulante

Etape de sortie (Macro-étape)

Tâche

2.3.2- Actions Les actions peuvent être classées selon plusieurs types. Exemples : a) Action simple On précise pour chaque étape, à l'intérieur d'un rectangle l’action ou les actions à effectuer lorsque l'étape est active.

Etape avec une action

Etape avec plusieurs actions

YVE2-, KMUT- et KMUL- sont les noms (variables) des actions qui peuvent être de natures diverses, le rectangle peut avoir des dimensions quelconques et comporter plusieurs actions. b) Action conditionnelle Certaines actions associées à des étapes peuvent être conditionnées par des contraintes externes ou internes. L'ordre émis peut être : - soumis à un retard, noté D (Delay), - d'une durée limitée, noté L (Limited), - fugitif, noté P (Ponctual) - maintenu actif, noté S (Set) - désactivé, noté R (Reset). exemple :

Ecriture normalisée

Ecriture courante

Où S est ne condition (conditionnelles simples)Æ KMULO = X1 . S. 3

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

2 .4- Transitions et liaisons orientées a) Transitions Une transition indique la possibilité d’évolution entre étapes, et donc, la succession des activités dans la PO. A chaque transition, on associe une condition logique, appelée réceptivité (condition de transition), qui exprime la condition pour er d’une étape à une autre. Exemple :

t/X10/8s durée l’origine (l’instant de la dernière activation) t/X10/5s = 5 secondes écoulées depuis la dernière activation de l’étape 10.

Le changement d’état du GRAFCET se fait par franchissement des transitions à la suite de certains événements dans la PO ou dans la PC. Exemples : i) Transition validée par une seule étape :

ii) Transition validée par plusieurs étapes

4

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

b) Liaisons orientées Les liaisons orientées, ou arcs orientées, relient les étapes aux transitions et les transitions aux étapes Æ elles indiquent les voies d’évolution (par convention, le sens d’évolution est du haut vers le bas). Formalisme lors des alternances particulières :

Réceptivités (conditions de transition) peut être : a) associée à chaque transition, b) fonction logique (booléenne) calculée `a partir : i) des variables d’entrée booléennes traduisant l’état des capteurs, boutons, poussoirs,...etc, ii) de l’état courant des étapes du graphe (Xi), iii) du temps (temporisations).

2.5- Règles d'évolution du GRAFCET Règle 1 : Situation initiale L’étape initiale caractérise le comportement de la partie commande d’un système en début de cycle. Elle correspond généralement à une positon d’attente. L’étape initiale est activée sans condition en début de cycle. Il peut y avoir plusieurs étapes initiales dans un même GRAFCET.

Règle 2 : Franchissement d’une transition Une transition est validée si toutes les étapes immédiatement précédentes sont actives. L’évolution du GRAFCET correspond au franchissement d’une transition qui se produit sous deux conditions : • si cette transition est validée • si la réceptivité associée à cette transition est vraie Si ces deux conditions sont réunies, la transition devient franchissable et est obligatoirement franchie. 5

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Règle 3 : Evolution des étapes actives Le franchissement d’une transition entraîne simultanément l’activation de toutes les étapes immédiatement suivantes et la désactivation de toutes celles immédiatement précédentes.

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

Règle 5 : Activations et désactivations simultanées Si, au cours du fonctionnement, une même étape doit être désactivée et activée simultanément, elle reste active.

2.6- Sélection de séquence et séquences simultanées (Les structures de base du GRAFCET) Définitions : i) Séquence = suite linéaires d’étapes qui sont activées les unes après les autres.

ii)

Une séquence est active si au moins une étape est active.

iii)

Sélection de séquence (choix, aiguillage) = choix d’évolution entre plusieurs séquences `a partir d’une ou de plusieurs étapes.

a) Séquence unique Le GRAFCET le plus simple, c’est la séquence unique qui donne un GRAFCET très linéaire. Æ Séquence uniqueÆ

b) Sélection de séquence Lorsque l’automatisme doit avoir un comportement qui peut changer en fonction de l’état de certains capteurs, on parle alors de sélection de séquences. Il existe trois types de sélection de séquences :

6

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

i) Séquences exclusivesÆ OU Les séquences exclusives permettent de choisir entre deux séries d’étapes celle qui sera exécutée. En fonction de l’état des capteurs « X » et « Y », le GRAFCET montré à droit era de l’étape 2 à l’étape 3 ou à l’étape 6 respectivement. Une seule séquence est donc choisie, ce qui explique le terme de « séquences exclusives Æ OU ».

ii) Saut d’étapes Le saut d’étape sert à permettre l’exécution ou non (on parle alors de saut) d’une série d’étapes. Dans l’exemple montré ci-contre à droit, les étapes 3, 4, 5 et 6 sont exécutées si « Y » est activé. Si « X » est activé, on saute ces quatre étapes en ant de l’étape 2 à l’étape 7.

iii) Reprises d’étape La reprise d’étape permet de reprendre ou non une série d’étapes à plusieurs reprises. Dans l’exemple montré ci-contre à gauche, les étapes 3, 4, 5 et 6 ne seront faites qu’une seule fois si la variable « Y » est active lors de l’étape 6. Si la variable « X » est active à l’étape 6, l’automatisme reprendra les étapes 3, 4, 5 et 6.

NB : Dans les trois cas, Il faut que les variables logiques « X » et « Y » soient mutuellement exclusives. Il est important de noter que les réceptivités mutuellement exclusives ne doivent jamais être vraies en même temps. Cela peut être en modifiant les réceptivités en les forçant à être mutuellement exclusives (par exemple en modifiant dans les exemples hauts X et Y par : X Æ Y Æ 7

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

c) Séquences simultanéesÆ ET Lorsque l’automatisme est en mesure de faire certaines opérations simultanément (par exemple, remplir une bouteille et en boucher une autre), il est possible d’utiliser le parallélisme structural pour faire des séquences simultanées. Dans l’exemple montré ci-contre à droit, lorsque l’étape 2 est active et que la réceptivité « z » est vraie, les deux séquences démarrent en même temps. Donc les étapes 3, et 7 s’activent en même temps. Ensuite, chaque séquence évolue de façon indépendante à sont propre rythme. Pour er à l’étape qui suit les séquences simultanées, il faut que les dernières étapes de toutes les séquences soient actives et que la réceptivité commune soit vraie. Donc on era à l’étape 10, si les étapes 6 et 9 sont actives et que la réceptivité v20 , v30 est vraie. NB : Dans certaines applications, il est très fortement recommandé de terminer chaque séquence avec une étape d’attente. C’est particulièrement vrai avec les actionneurs électriques. Supposer qu’à l’étape 6, l’action V2- représente le déplacement d’un pont roulant. Si le pont roulant arrive vis-à-vis le capteur v20, mais que l’autre séquence n’est pas à l’étape 10, alors on ne e pas à l’étape 12 et l’étape 6 reste active. Donc le pont roulant poursuit son mouvement et s’il devait s’arrêter lorsque v20 devient vrai, c’est raté. Si en plus v20 était un capteur indiquant que l’on arrive à la fin du rail, le problème est grave (quoique l’on doive toujours revoir un interrupteur de surcourse). L’ajout d’une étape d’attente évite ce problème, puisque lors de l’étape d’attente il ne se produit pas d’action. Ainsi, dans la section de GRAFCET de droite, lorsque l’étape 6 est active, dès que v20 devient vrai on e à l’étape 7 et l’action V2- n’a plus lieu. Ainsi, si on reprend l’exemple du pont roulant, celui-ci s’arrêtera maintenant au bon endroit. Comme les réceptivités indiquant que les séquences sont terminées se font avant les étapes d’attente, alors il suffit pour er à l’étape suivante de vérifier que toutes les séquences sont complétées. La réceptivité qui suit les séquences simultanées se terminant par une étape d’attente sur chaque branche est identifiée par « =1 » qui signifie qu’elle est toujours vraie. Ce qui est normal, car toutes les séquences sont en attente. 2.7- Organisation des niveaux de représentation La description du fonctionnement attendu d'un système automatisé (SA) se fait par succession de trois points de vue : i) Le point de vue système Le GRAFCET selon le point de vue système est une description du fonctionnement du poste automatique indépendamment de la connaissance des capteurs et des actionneurs. Il met en œuvre 8

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

les conventions et les règles de représentation du GRAFCET (étapes, transitions, liaisons orientées, etc.). Cette représentation est utilisée lors de la conception du système dans sa structure fonctionnelle, afin de décrire l’évolution du procédé. Ce point de vue est aussi parfois appelé « point de vue procédé ». ii) Le point de vue partie opérative Le GRAFCET selon le point de vue de la partie opérative (P0), est une représentation qui prend en compte les actionneurs (moteurs, vérins), et les capteurs (capteurs de position, déplacement, débit, pression, température...). Cette représentation utilise toutes les règles et conventions définies précédemment, et elle tient compte de la technologie des composants utilisés. L’observateur de ce point de vue étant un spécialiste de la partie opérative (Actionneurs et effecteurs), la partie commande ne l’intéresse que par ses effets. iii) Le point de vue partie commande Le GRAFCET du point de vue partie commande (PC) est la représentation des différentes séquences du fonctionnement du système, qui prend en compte les capteurs, le traitement logique et numérique, jusqu’aux préactionneurs (relais, eurs, distributeurs). Ce type de GRAFCET est surtout utilisé pour l’élaboration des schémas câblés, et la programmation des automates (par exemple avec le logiciel Automgen). Ce GRAFCET établi par un spécialiste, c’est la version qui lui permet d’établir les équations et éventuellement les schémas de réalisation (électrique, pneumatique…). Les trois dimensions, peuvent être organisées en trois plans : i) chaque plan est caractéristique d'un point de vue ii) le niveau à l'intérieur de chaque point de vue étant précisé, d'une part par la nature des spécifications prises en compte, d'autre part par la finesse de description du comportement de la Partie Commande.

GRAFCET du point de vue système

GRAFCET du point de vue partie opérative 9

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

GRAFCET du point de vue partie commande Cette organisation correspond en fait à une méthodologie classique par affinements successifs permettant de er " du problème posé" (les objectifs de l'automatisation), au choix des procédés opératifs, à la définition de la Partie Opérative et à la conception et au choix des équipements de la partie Commande. 2.8- Matérialisation d'un GRAFCET (SFC)Æ choix d’une technologie de réalisation 2.8.1- Introduction

La matérialisation d'un GRAFCET peut être réalisée de deux façons : i) Logique câblée à base de séquenceur : elle est simple et adaptée à des petits systèmes figés.

NB : Les séquenceurs sont à technologie pneumatique, électromagnétique ou électrique et électronique. ii)

Logique programmée à base d'ordinateur, de microcontrôleur ou d'automate programmable industriel : cette solution a l'avantage d'être flexible et évolutive puisqu'elle s'adapte facilement à tout changement du système par un simple changement de programme.

Comme on a déjà vue, la structure générale d’une installation automatisée est la suivante

10

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Dans ce qui suit, on s’intéresse aux automates programmables industriels (API). 2.8.2- Automate programmable industriel (API). 2.8.2.1- Architecture interne d’un API Un Automate Programmable Industriel est une machine électronique programmable destinée à piloter en environnement industriel et en temps réel des systèmes automatisés. Il existe de nombreuses marques d'automates programmables (API). Parmi les plus courantes on cite : - Siemens, Allen Bradley, - Modicon, - Schneider Electric (ex. Télémécanique), - Omron, - Cegelec, - etc. La structure interne d'un API est représentée par la figure suivante :

11

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Mémoire Elle permet De : i) Recevoir les informations issues des entrées. ii) Recevoir les informations générées par l’unité centrale de traitement (processeur) et destinées à la commande des sorties (valeurs des sorties, des temporisations, etc). iii) Recevoir et conserver le programme d’automatisation du processus.

Unité centrale de traitement (microprocesseur) Elle réalise toutes les fonctions logiques et arithmétiques à partir d'un programme contenu dans sa mémoire. Elle lit et écrit dans la mémoire et actualise les sorties. Elle est connectée aux autres éléments (mémoire et interfaces d’entrées/sorties) par un Bus parallèle qui véhicule les informations entre ces éléments. Interfaces d’entrées/sorties Les entrées reçoivent des informations en provenance des capteurs et du pupitre opérateur. Les sorties transmettent des informations aux préactionneurs et aux éléments de signalisation du pupitre. Ces interfaces d'entrées/sorties (E/S) se présentent généralement sous forme d’interfaces modulaires qu’on ajoute selon le besoin. L’interface de sortie a pour fonction de : i) Commander les préactionneurs et les éléments de signalisation du système. ii) Adapter les niveaux de tension de l'unité de commande à celle de la partie opérative du système en garantissant une isolation galvanique entre ces dernières.

Console de programmation C'est généralement un ordinateur où est installé le logiciel de programmation spécifique à l'API. 12

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Ce logiciel permet d'éditer le programme, de le compiler et de le transférer à l'automate. L’ordinateur peut également servir de poste opérateur pour assurer la conduite de l'unité. Un autre logiciel est alors nécessaire pour établir le dialogue avec l'automate. 2.8.2.2- Cycle d’exécution d’un automate Durant son fonctionnement, un API exécute le même cycle de fonctionnement qu'on appelle cycle automate. La durée de ce cycle est typiquement de 1 à 50 ms : i) Avant chaque traitement, l'API lit les entrées et les mémorise durant le cycle automate. ii) Il calcule les équations logiques de fonctionnement du système en fonction des entrées et d'autres variables internes puis il les mémorise. iii) Les résultats sont recopiés dans les sorties. 2.8.2.3- Programmation de l’automate La programmation d'un API consiste à traduire dans le langage spécifique de l'automate, les équations de fonctionnement du système à automatiser. Parmi les langages normalisés, on cite : a) IL ÆInstruction List ou liste d’instructions Ce langage textuel de bas niveau est un langage à une instruction par ligne. Il ressemble, dans certains aspects, au langage assembleur employé pour la programmation des microprocesseurs. b) ST : Structured Text ou texte structuré Ce langage textuel de haut niveau est un langage évolué. Il permet la programmation de tout type d'algorithme plus ou moins complexe. c) LD : Ladder Diagram ou schéma à s Ce langage graphique est essentiellement dédié à la programmation d'équations booléennes (true ou false). d) SFC : Sequential Function Chart Issu du langage GRAFCET, ce langage de haut niveau permet la programmation aisée de tous les procédés séquentiels. e) FBD : Function Block Diagram Ce langage permet de programmer graphiquement à l'aide de blocs, représentant des variables, des opérateurs ou des fonctions. IL permet de manipuler tous les types de variables.

NB : Généralement, les constructeurs d'API proposent des environnements logiciels graphiques pour la programmation (exemple : logiciel Zelio Soft). 2.8.2.4- Module logique Zelio a) Présentation C’est un API commercialisé par le constructeur Schneider Electric. IL est programmable à l'aide du logiciel Zelio Soft soit en langage FBD ou en langage à s (Ladder). Cette programmation nécessite la connexion de l’API à un ordinateur via le port série. 13

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Les modules logiques Zelio sont variés. On adoptera, comme exemple, le module SR2 B121BD. IL est destiné à la réalisation de petits équipements d'automatisme (petites machines de finition, de confection, d’assemblage ou d’emballage, etc). Le modèle utilisé a pour caractéristiques principales : i) 4 entrées TOR : I1 à I4 ii) 4 entrées mixtes (TOR/Analogique) IB à IE iii) 4 sorties à relais Q1 à Q4 iv) Interface Homme/machine avec boutons et affichage LCD v) Langages de programmation Ladder et FBD. NB :

Au labo, on dispose le module logique Zelio API sr3b261bd dont les pour caractéristiques principales sont : i) Nombre d'entrées analogiques: 6 ii) Nombre d'entrées numériques: 16 iii) Nombre de sorties numériques: 10 iv) Tension d’entrée min.: 100V v) Interface Homme/machine avec boutons et affichage LCD. vi) Langages de programmation Ladder et FBD.

2.9- Exemples pratiques Exemple 1 (séquence unique) Ouverture et fermeture d’un portail : Tracer les GRAFCET de cette application selon les 3 points de vue : Partie Système Partie opérative (PO) Partie commande (SR2 B121BD) Solution : Le GRAFCET de l’ouvre/fermeture d’un portail selon les 3 points de vue, on constate que : i) Dans le Grafcet du point de vue « système » les actions (associées aux étapes) et les conditions (associées aux transitions) sont écrites en clair, en français. De plus, les actions sont toujours formulées par un verbe à l’infinitif décrivant l’action que doit réaliser le système. ii) Dans le Grafcet du point de vue « partie opérative », les actions sont formulées en indiquant le nom et l’état des actionneurs. Quant aux conditions, elles sont formulées à l’aide d’expressions logiques utilisant le nom des capteurs : dans ces expressions logiques, le symbole point indique un ET, le symbole plus indique un OU, et la barre supérieure indique une complémentation. iii) Dans le Grafcet du point de vue « partie commande », les actions sont formulées en indiquant le nom des préactionneurs (relais, distributeurs, etc.). Les conditions sont formulées comme précédemment, à l’aide d’expressions logiques utilisant les capteurs. 14

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Pour résumer, on peut dire que : a) le Grafcet du point de vue « système » indique le fonctionnement du système b) le Grafcet du point de vue « partie opérative » indique le fonctionnement des actionneurs c) le Grafcet du point de vue « partie commande » indique le fonctionnement des préactionneurs

NB : Le terme fonctionnement signifie ici « décrire les conditions de mise en marche, d’arrêt et d’évolution ». Entrées (capteurs, boutons poussoirs)

SortiesÆactionneurs (moteur, vérins, etc..)

Condition d'ouverture (capteur ou bouton poussoir S1) Condition portail ouvert (Capteur du portail ouvert : S2) Condition de fermeture (bouton poussoir S3) Condition portail fermé (capteur S4)

Système en attente (moteur :arrêt) Ouvrir portail (Moteur : ouverture, KM1) Attendre (moteur : arrêt) Fermer portail (moteur : fermeture, KM2)

Exemple 2 (séquence unique) Considérons l'exemple de la poinçonneuse : i) Description générale La découpe d'une tôle d'acier peut être réalisée à l'aide d'une machine "poinçonneuse". La forme à enlever est définie dans le poinçon coupant. Une forte pression de ce poinçon sur la tôle permet d'enlever la matière. La machine à poinçonner nécessite donc la descente à grande vitesse du porte-poinçon, puis sa remontée. 15

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

ii) Description fonctionnelle A l'état initial (Etape 0), le poinçon P est en position haute. Lorsqu'une pièce est présente et que l'opérateur appuie sur le bouton marche, le poinçon P descend à grande vitesse. Lorsque le poinçon arrive en position basse (matière enlevée), il remonte automatiquement à sa position haute initiale. Tracer les GRAFCET de cette application selon les 3 points de vue : Partie Système Partie opérative (PO) Partie commande (PC).

Solution : i) Grafcet point de vue système Il représente la description du procédé définit par le cahier des charges fonctionnel. Son écriture en langage clair permet sa compréhension par tous : du client demandeur de la machine à son utilisateur.

Grafcet point de vue système

16

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

ii) Grafcet point de vue partie opérative (PO) Il tient compte de la structure de la PO pour décrire le processus. Il reprend la structure du Grafcet point de vue système en mettant en jeu les constituants de la PO.

. Grafcet point de vue PO

iii) Grafcet point de vue partie commande (PC) L'observation du système se fait à partir de la fonction partie commande en tenant compte des éléments technologiques, interfaces entre PC et PO.

. Grafcet point de vue PC. 17

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

NB : Grafcet codé automate ou point de vue automate Le Grafcet a toujours la même structure. Les codes du Grafcet précédent, point de vue PC sont traduits en langage automate précisant les adresses des entrées et sorties, références qui permettront les liaisons entre les bornes de l'automate et les autres éléments du système (boutonpoussoir, capteurs, pré-actionneurs, etc.).

Exemple 3 (OU) Un distributeur automatique de boissons fonctionne de la manière suivante : Trois boutons commandent trois électrovannes branchées à trois cuves contenant des liquides différents : de l’eau, du sirop de cassis (raisins sauvage), et du sirop de menthe. Le distributeur permet d'obtenir trois boissons différentes : -

De l’eau seule Un cassis à l’eau Une menthe à l’eau

Sur son pupitre de commande, le distributeur dispose de 3 boutons appelés : -

EAU CASSIS MENTHE

Si on veut un mélange, on appuie sur deux boutons simultanément : EAU et CASSIS, ou EAU et MENTHE ; tous les autres mélanges sont interdits. L'eau est gratuite ; pour obtenir l'un des deux mélanges autorisés, il faut introduire une pièce qui est restituée à chaque fausse manœuvre (mélanges interdits) ou en cas de fourniture d'eau seule. Pour les boissons payantes, il faut faire l’appoint : l’appareil ne rend pas la monnaie. On donne la liste des 6 capteurs présents dans le distributeur automatique de boissons : Dans une transition on peut utiliser un ou plusieurs capteurs, en les séparant par les

opérateurs logiques ET, OU, et NON. Exemple : E signifie « bouton EAU enfoncé » ; E.C signifie « bouton EAU enfoncé et bouton CASSIS enfoncé (simultanément) » ; C + « M barre » signifie « bouton CASSIS enfoncé ou bouton MENTHE non enfoncé » ; etc. 18

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

On donne la liste des actionneurs présents dans le distributeur automatique de boissons :

Chacune des 3 électrovannes distribuant une boisson peut être soit « ouverte » soit

«fermée», le monnayeur rend toute la monnaie introduite lorsqu’il est actionné, et l’attente sans action du système sera indiqué par le mot Attente. Compléter ci-dessous le GRAFCET du distributeur automatique de boissons d’un point de vue partie opérative, en utilisant les noms des capteurs et des actionneurs donnés précédemment.

Solution

19

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Exemple 4 ( séquence unique) Poste automatique de sciage de barre en acier

i) Fonctionnement L’appui sur le bouton (m) de mise en marche provoque le départ du cycle de la façon suivante : - Déplacement de la barre en Acier assuré par le tapis roulant (T) entraîné par le moteur (Mt1) jusqu’au capteur de proximité « S ». - Serrage de la barre au moyen de l’étau de serrage (E) actionné par le vérin « C1 ». - Descente lente du sous-système de découpage (moteur « Mt2 » + Scie « SC »). - L’action du capteur L20 active l’opération de la remontée rapide du sous-système de découpage. - Le desserrage de l’étau (E). NB : Le moteur Mt2 est toujours en rotation et ne fait pas l’objet de notre étude.

20

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Après lecture du système technique compléter les trois GRAFCET :

Exemple 5 (ET , OU) Distributeur automatique de boisson (2) i) Pour 1.5 euros on obtient une boisson. ii) Il y a un magasin à boisson qui se charge automatiquement (i.e. pas de gestion du stock) iii) 2 types de boissons fraîches (B1 et B2) et du café(B3). iv) Pour le café: l'eau est chaude à60°C.

21

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Exemple 6Æ Le pont roulant

i) Position initiale : l'aimant est en BG, NH ii) Quand l'ordre "début" est donné: iii) l'aimant va en BG, NB; a) il prend la charge (durée=5ms); b) puis va en BD, NM en ant par le point BM,NH pour éviter la zone interdite; c) là, il lâche la charge; d) puis revient en BG, NH. v) C'est un aimant : a) Actionner la commande Prend en permanence pour garder la charge b) Lâche consiste en arrêt de Prend

22

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Annexe A1) Relais intelligent Zelio Logic ÆDétail produit : Relais intelligent Zelio Logic - modulaire 23

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Les relais intelligents Zelio Logic sont conçus pour une utilisation dans les petits systèmes automatisés et sont utilisés dans les applications industrielles et commerciales. Les relais sont fournis avec 10 ou 26 E/S selon le modèle et peuvent être étendus jusqu'à 40 E/S. Î Programmation et logiciel La programmation est facile et réalisée de manière indépendante à l'aide des boutons situés sur l'avant du relais ou avec un PC par le biais du logiciel "Zelio Soft". Lors de la programmation par un PC, les langages LADDER ou de boîtes fonctionnelles (FBDÆ SFC et …) sont utilisés. Æ Mémoire Les relais intelligents Zelio Logic sont dotés d'une mémoire de sauvegarde qui permet de copier les programmes dans d'autres relais intelligents. La mémoire permet d'enregistrer une copie de sauvegarde du programme avant d'échanger le produit et pour les relais sans affichage ou boutons, la copie du programme est automatiquement transférée à la mise sous tension. • Ecran LCD rétroéclairé • Montage sur rail DIN ou sur panneau • Incorpore une horloge en temps réel • 4 canaux de sortie analogiques • Cycle de 10 ms • 10 ans de sauvegarde (mémoire EEPROM) • Bornier à vis

Î Relais intelligent Zelio Logic 2 de Schneider Electric Schneider Electric propose une nouvelle génération de relais intelligents extensibles, présentant des avantages substantiels en matière de flexibilité et de fonctionnalité. Le relais intelligent Zelio Logic 2 est une solution optimale pour contrôler des tâches telles qu'automatisation de petites machines industrielles, éclairage, HVAC ainsi que contrôle d'accès dans les bâtiments. Avec son encombrement réduit, sa programmation simple, ses fonctions de commande puissantes et la possibilité de changer ou de modifier le programme en cas de modification des exigences de l'application, il permet de réaliser de grandes économies, aussi bien de place que d'argent, par rapport aux autres produits.

Deux nouvelles séries au choix - Compacte et Modulaire. La série Compacte n'est pas extensible et elle est disponible avec les dimensions de bloc E/S suivantes : 10 E/S, 12 E/S et 20 E/S. La série Modulaire est disponible avec des unités de base à 10 et 26 E/S et elle est extensible jusqu'à 40 E/S avec cette dernière. Outre cette flexibilité, les deux nouvelles séries sont programmables en utilisant les langages de programmation FBD, Ladder et Grafcet SFC. Conception conviviale pour une programmation et une utilisation faciles, directement à partir du module en utilisant les boutons de navigation ou via un logiciel Windows.

24

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

A2) Les différents points de vue du Grafcet La description du comportement attendu d'une partie commande du système automatisé peut se représenter par des Grafcet de différents niveaux . Il s'agit du : - Grafcet point de vue système ; - Grafcet point de vue partie opérative ; - Grafcet point de vue partie commande.

Schéma général de communication entre la partie commande et la partie opérative d'un système automatisé.

Considérons l'exemple de la poinçonneuse pour suivre l'évolution du Grafcet quand on prend en compte sa structure au point de vue Partie opérative (PO) et Partie Commande (PC). 25

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Exemples d'application Exemple 1 : Fonctionnement: Le dispositif donc le schéma est représenté ci-dessous représente le système d'ouverture et de fermeture automatique du portail coulissant d'un garage. LDR2 détecte la présence d'une voiture aux phares allumés, BP1 et BP2 sont des capteurs de position d'ouverture et de fermeture du portail, M est un moteur à courant continu à deux sens de marche par inversion de polarité. Travail à faire: Concevoir le grafcet de niveau 1 du système:

L'entrance: nombre de sortie qu'une entrée peut accepter La sortance: Le nombre max d'entrée qu'une sortie peut piloter.

26

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

Exemple 2 (exercice)Æ Lave linge Un cycle complet d’un lave-linge est composé de 4 états : - Lavage ; - Rinçage ; - Essorage ; - Arrêt. NB : il est possible d’ajouter au début une étape de « Prélavage »

Système << Machine à laver le linge >>

Il est demandé de compléter le GRAFCET précédent avec : - MM : Mise en marche avec bouton poussoir « Marche » ; - PS : « Prélavage » sélectionné ; - LP : Linge prélavé ; - LS : « Lavage » sélectionné ; - LL : Linge lavé ; - RL : Rincer le linge ; - LR : Le linge Rincer ; - EL : essorer le linge ; - LE : Linge essorer ; Où Les durées des différentes étapes de lavage sont fixées par le constructeur : - prélavage : 10 minutes ; - lavage : 30 minutes ; 27

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

- rinçage : 10 minutes ; - essorage : 5 minutes. À partir de ces informations, compléter les conditions logiques associées à chaque transition. Exemple 3Æ L'arroseur automatique On veut construire un arroseur automatique : -

-

Un capteur d'humidité le déclenche dés que le sol dée un certain seuil de sécheresse (Sec). Sinon, au bout de 3 jours (t /X1/72h), on arrose. Le réseau est constitué de n = 3 rampes, chacune étant commandée par une électrovanne. Les rampes sont déclenchées l'une après l'autre à cause de la limitation du débit d'eau. Sur chaque rampe, l'arrosage doit durer 2 heuresÆ h (heure). Chaque électrovanne a deux signaux de commande. i) "Start" est une impulsion d'ouverture. Elle doit durer 20 ms (milliseconde). ii) "Stop" est l'impulsion de fermeture. Elle doit durer 15 ms (milliseconde).

NB : 1- Dée un seuil de sécheresse (Sec) OU au bout de 3 jours (t /X1/72h)Î Sec + t /X1/72h, on arrose (Action). 2- DoncÆ Secy + t/X1/72h ou y = A, B ou C ou A, B et C les pompes des zones.

28

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

GRAFCET de l’arrosage automatique G1 ou son équivalent G2, pour une seule pompe NB : La norme AUTOMGENÆ La durée d’une temporisation peut être exprimée en jours, heures, minutes, secondes et millisecondes en utilisant respectivement les suffixes d, h, m, s et ms.

29

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

30

Chapitre 2.                                                                                                                                            Le GrafcetÆSequential function chart (SFC)

31