Cours Grafcet

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Automatisme - Grafcet
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1 – Le GRAFCET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2 – Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 – Eléments de base du GRAFCET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4 – Règles de syntaxe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5 – Règles d’évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6 – Structures de base du Grafcet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
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1 – Le GRAFCET
☞ Outil de modélisation du comportement des SAPs
☞ permet de spécifier et concevoir un automatisme séquentiel
☞ directement exploitable par des automates programmables industriels (API)
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2 – Historique
☞ 1975 : AFCET (Association Française pour la Cybernétique Economique et
Technique) qui regroupe des industriels, utilisateurs et constructeurs
d’automatismes, et des universitaires a crée la commission de normalisation ayant
pour but de définir des moyens capables de décrire les automatismes séquentiels.
☞ 1977 : proposition de l’outil de représentation GRAFCET.
☞ 1982 : ADEPA (Agence nationale pour le Développement de la Production
Automatisée) donne au GRAFCET une forme normalisée → norme française
AFNOR C03190.
☞ 1987 : norme internationale IEC 848 (Function Chart for Control Systems - FCCS).
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3 – Eléments de base du GRAFCET
☞ Généralités :
➠ Sa représentation est faite à partir d’éléments graphiques de base qui
comprend :
➛ des étapes,
➛ des transitions,
➛ des liaisons orientées.
➠ Ses évolutions sont définies par 5 règles d’évolution.
➠ Sont interprétation se traduit par :
➛ des actions associées aux étapes,
➛ des réceptivités associées aux transitions.
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=⇒ Le GRAFCET est un graphe (diagramme) constitué par une alternance
d’étapes et de transitions reliées par des arcs orientés.
Entrées
E1
Sorties
i
Ai
S1
Le GRAFCET décrit le comportement
Tj
i+1
des sorties booléennes Sn à partir
des entrées En et de l’état interne
Ai+1
du système.
Tj+1
En
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i+2
Ai+2
Sn
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☞ Etapes :
Définition : les étapes caractérisent le comportement invariant d’une partie ou de la
totalité du système / ses entrées et ses sorties.
➠ à chaque étape est associée une (ou plusieurs) action(s) = ordre vers PO ou
communications vers d’autres graphes
➠ états possibles d’une étape :
➛ active → action associée peut être exécutée,
➛ inactive.
On peut associer un point à une étape pour symboliser qu’elle est active.
➠ représentation
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étape initiale
étape normale
1
2
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➠ chaque étape i possède une variable d’état d’étape notée Xi qui est une
variable booléenne qui vaut 1 si l’étape est active et 0 sinon.
Remarque : l’ensemble des étapes actives d’un GRAFCET à un instant donné définit
la situation du GRAFCET à l’instant considéré.
Exemple :
i
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action
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☞ Transitions :
➠ une transition indique la possibilité d’évolution entre étapes, et donc, la
succession des activités dans la PO.
➠ à chaque transition, on associe une condition logique, appelée réceptivité
(condition de transition), qui exprime la condition pour passer d’une étape à une
autre.
Exemple :
f: fonction combinatoire
= 1 réceptivité
toujours vraie
réceptivité particulière : le temps
t/X10/8s durée
l’origine (l’instant de la dernière activation)
t/X8/5s = 5 secondes écoulées depuis la dernière activation de l’étape 8.
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➠ 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.
Exemple :
➛ transition validée par une seule étape
12
10
R2
R1
11
13
23
Symbole de
synchronisation
33
Etapes reliées à une transition
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33
➛ transition validée par plusieurs étapes
10
11
12
10
11
R3
12
R4
13
13
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14
15
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☞ Liaisons orientées :
➠ Les liaisons orientées, ou arcs orientées, relient les étapes aux transitions et les
transitions aux étapes → elles indiquent les voies d’évolution (par convention, le
sens d’évolution est du haut vers le bas).
➠ Formalisme lors des alternances particulières :
R11
R13
R12
10
11
12
10
13
R 21
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R 22
R 23
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☞ Réceptivités (conditions de transition)
➠ associée à chaque transition,
➠ fonction logique (booléenne) calculée à partir :
➛ des variables d’entrée booléennes traduisant l’état des capteurs, boutons,
poussoirs,...etc,
➛ de l’état courant des étapes du graphe (Xi ),
➛ du temps (temporisations).
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➠ Entrées booléennes :
1
Capteur C
0
temps
1
Variable C
0
temps
réceptivité → fonction logique utilisant des opérateurs ET, OU, NON et front
(↑
C , ↓ C ).
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↑ C , ↓ C → sont à 1 pendant un délai qui correspond au temps de prise en
compte de l’événement c.à.d le temps de franchissement d’une transition
1
Capteur C
0
temps
1
C
0
temps
1
C
0
temps
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➠ Variables d’état des étapes :

 1
Xi =
 0
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si l’étape i est active
si l’étape i n’est pas active
Exemple : comportement d’un système / défaut
10
20
Comportement
normal
Défaut
11
Démarrage
X11
X11
Maintenance
21
22
Attend
Stop
Maintenance
Acquittement
Grafcets partiels composant le grafcet global.
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➠ Temporisations :
➛ variables booléennes permettant de prendre en compte le temps
En
t1
t2
Sn
opérateur
à retard
Sn = t1 /En /t2 avec
En la variable d’entrée (ou la variable d’état),
t1 retard par rapport à En lors du changement d’état de 0 à 1,
t2 retard par rapport à En lors du changement d’état de 1 à 0.
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En
temps
Sn
temps
t1
Remarque : Sn devient 1 si En
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t2
= 1 pendant un temps ≥ t1
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➛ Cas particuliers :
En /t2 ↔ t1 = 0
t1 /En ↔ t2 = 0
Le plus souvent : En = variable d’état Xm et t2
=0
⇒ Sn = t/Xm /t1 avec t1 durée de la temporisation = le retard mis par Sn
pour passer à 1 après que Xm soit passé à 1.
Exemple : Sn
= t/X10 /3s
X10
Sn
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1
0
temps
1
0
temps
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☞ Actions (ordres) :
➠ Actions continues
Symbole
1
Xn
n
0
Action A
temps
1
A
0
temps
Equation logique : A
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= Xn
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➠ Actions conditionnelles
➛ conditionnelles simples
Symbole
1
cond
n
C
Xn
0
Action A
temps
"conditionnel"
1
Cond
0
temps
1
A
0
temps
Equation logique : A
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= Xn .Cond
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➛ actions retardées
Symbole
1
2s
n
D
Xn
0
Action A
temps
"delayed action"
1
2s
2s
A
0
temps
Equation logique : A
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= t/Xn /2s.Xn
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➛ actions limitées dans le temps
Symbole
1
2s
n
L
Xn
0
Action A
temps
"time−limited action"
1
2s
2s
A
0
temps
Equation logique : A
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= t/Xn /2s.Xn
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➠ Actions mémorisées
−→ l’action reste maintenue lorsque l’étape qui l’a commandée vient à être
désactivée
a
n−1
1
Xn
0
b
n
S
temps
Début
Action A
1
"set"
Xm
0
temps
1
m
Fin
R Action A
A
0
temps
"reset"
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➠ Actions impulsionnelles
➠ Exemple : équation logique générale d’une action A
3s
10
Action A
30
D
10s
a
20
C
Action A
Action A
40
L
Action A
A = X10 + X20 .a + X30 .t/X30 /3s + X40 .t/X40 /10s
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4 – Règles de syntaxe
☞ L’alternance étape-transition et transition-étape doit toujours être respectée
☞ 2 étapes ou 2 transitions ne peuvent jamais être reliées par une liaison orientée
☞ Une liaison orientée relie obligatoirement une étape à une transition et une transition
à une étape
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5 – Règles d’évolution
=⇒ précisent les causes et les effets du franchissement des transitions
☞ Règle 1 : Situation initiale
➠ Elle caractérise le comportement initial de la partie PC / PO
➠ Elle correspond aux étapes actives en debut de fonctionnement
➠ Elle traduit généralement un comportement de repos
☞ Règle 2 : Condition de validation
➠ Une transition est valide lorsque toutes les étapes immédiatement précédentes
(dites étapes d’entrée de la transition) sont actives
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☞ Règle 3 : Condition de franchissement
➠ Le franchissement d’une transition se produit si
➛ la transition est validée
➛ et la réceptivité associé à cette transition est vraie
➠ Si la transition devient franchissable alors elle est obligatoirement franchie
➠ Le franchissement d’une transition entraı̂ne l’activation de toutes les étapes
immédiatement suivantes (dites étapes de sortie de la transition) et la
désactivation des étapes d’entrée de la transition
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➠ Exemple :
2
3
3
2
a.b
4
transition non validée
3
2
a.b
avec a.b = 0
4
transition validée
3
2
a.b
avec a.b = 1
a.b
4
4
transition franchissable
transition franchie
☞ Règle 4 : Franchissement simultané
➠ Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies
=⇒ permet de décomposer un grafcet en plusieurs diagrammes tout en
assurant leur synchronisation
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☞ Règle 5 :
➠ Si une étape est simultanément désactivé par le franchissement d’une transition
aval et activée par le franchissement d’une transition amont alors elle reste active
➛ Remarque : La durée de franchissement d’une transition ou d’activité d’une
étape n’est jamais rigoureusement nulle même si, théoriquement, elle peut être
rendue aussi petite que l’on veut
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6 – Structures de base du Grafcet
☞ Séquence = suite linéaires d’étapes qui sont activées les unes après les autres
2
Action 1
fin action 1
3
Action 2
a.b
4
Action 3
➠ une séquence est active si au moins une étape est active
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☞ Sélection de séquence (choix, aiguillage) = choix d’évolution entre plusieurs
séquences à partir d’une ou de plusieurs étapes
2
a
b
3
c
4
5
➠ les réceptivités associées aux transitions validées doivent être exclusives
2
a.b
a.b
3
2
exclusion logique
4
a
3
3
a.b
4
4
priorité à la transition 3
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55
☞ Saut d’étape(s) = permet de sauter une ou plusieurs étapes
12
f.e
f.e
13
a
14
b
15
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56
☞ Reprise de séquence = permet de recommencer plusieurs fois la même séquence
12
a
13
m.n
b
14
m.n
15
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☞ Convergence = si plusieurs séquences doivent se terminer de la même manière
alors elles sont réunies (dual du choix)
11
12
13
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58
☞ Parallélisme interprété
➠ Lorsque les réceptivités associées aux transitions validées ne sont pas
exclusives
1
1
*
h
2
*
h
3
*
2
h.X2 *
3
h.X1
4
franchissement simultané
(règle 4)
➠ Remarque : il est utile de mettre en évidence les transitions qui doivent être
simultanément franchies en les repérant par de ’*’
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☞ Parallélisme structural
1
1
2
h
2
A
3
transition
commune
B
3
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A
4
B
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☞ Synchronisation
➠ permet d’attendre la fin de plusieurs activités se déroulant en parallèle pour
continuer par une seule
1
A1
A2
2
3
A3
c+d
5
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