❖Le GRAFCET fut donc créé pour représenter de ..... 51. Conversion du
GRAFCET au. LADDER. ❖La majorité des automates se programment en.
LADDER.
Introduction au GRAFCET
Le GRAFCET
Inventé en 1977 en France par l’AFCET: ¤ Association Française pour la Cybernétique Économique et Technique
Cours #5: GPA-140 Hiver 2006
Acronyme de GRAphe Fonctionnel de Commande, Étapes, Transitions
X
5
M3
6
C
M4 D
7
M5 E
2
GRAFCET
Introduction au GRAFCET (2)
Pourquoi le GRAFCET ?
Diffusé par l’ADEPA
Lorsque certaines spécifications sont exprimées en langage courant, il y a un risque permanent d'incompréhension.
¤ Agence Nationale pour le Développement de la Productique Appliquée à l'industrie
¤ Certains mots sont peu précis, mal définis ou possèdent plusieurs sens. ¤ Le langage courant est mal adapté pour décrire précisément les systèmes séquentiels.
Normalisation ¤ France : NFC 03-190 (juin 1982) ¤ CÉI : IEC 848 (1988) ¤ CÉI : IEC 1131.3 (mars 1993) ¾
Internatinal Electrotechnical Commitee
3
4
Pourquoi le GRAFCET ? (2)
Pourquoi le GRAFCET ? (3)
Le GRAFCET fut donc créé pour représenter de façon symbolique et graphique le fonctionnement d'un automatisme.
Un GRAFCET est établi pour chaque machine lors de sa conception, puis utilisé tout au long de sa vie : réalisation, mise au point, maintenance, modifications, réglages.
Cela permet une meilleure compréhension de l’automatisme par tous les intervenants.
5
Le langage GRAFCET doit donc être connu de toutes les personnes concernées par les automatismes, depuis leur conception jusqu’à leur exploitation.
6
1
Les avantages du GRAFCET
Synoptique d’un système à automatiser
il est indépendant de la matérialisation technologique ; il traduit de façon cohérente le cahier des charges ; il est bien adapté aux systèmes automatisés.
7
8
Niveau 1: Spécifications fonctionnelles
Les niveaux de représentation Le GRAFCET est représenté selon deux niveaux de représentation:
Représentation de la séquence de fonctionnement de l'automatisme sans se soucier de la technologie des actionneurs et des capteurs.
¤ Niveau #1 : Spécifications fonctionnelles
Description littérale des actions et de la séquence de l'automatisme.
¤ Niveau #2 : Spécifications technologiques
9
10
Niveau 2: Spécifications technologiques
GRAFCET de niveau 1
Prise en compte de la technologie des actionneurs et des capteurs de l'automatisme. Description symbolique des actions et de la séquence de l'automatisme.
11
12
2
Les choix technologiques
GRAFCET de niveau 2
Poussoir de départ de cycle.
Distributeur doubleaction commandant le poinçon.
Signalisation « Prêt ».
Distributeur simpleaction commandant l’évacuation.
Détecteurs poinçon en position haute ou basse. Détecteurs matrice en position haute ou basse.
Distributeur doubleaction commandant la matrice.
13
14
Note importante
Les éléments de base
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.
Pour comprendre la syntaxe du GRAFCET, il faut connaître les éléments suivants:
Le GEMMA nous introduira à ces modes ultérieurement.
¤ ¤ ¤ ¤ ¤
Étapes Transitions Réceptivités Actions Liaisons
15
16
L’étape
L’étape
Définition:
L’étape initiale est représentée par un carré double
¤ Situation dans laquelle le comportement du système par rapport à ses entrées et ses sorties est invariant.
1
Représentée par un carré numéroté
10 M1.4
L’étape initialisable est représenté par un carré double avec le carré intérieur en pointillé
Numéro de l'étape Étiquette ou adresse
13 17
18
3
L’étape
L’action
Chaque étape est représentée par une variable Booléenne Xi
Définition: ¤ Description des tâches à effectuer lorsqu’une étape est active.
¤ (i = numéro de l’étape)
Si Xi = 0, étape inactive
Si Xi = 1, étape active
2
Niveau #1:
2
Niveau #2:
10
Descendre le palan
M1.4
10
DP
M1.4
Q124.3
Symbole logique Adresse de sortie
19
20
Action continue 9
Action conditionnelle 9
X9 X10
10
A
10
X11
Condition logique
X9 p
X10
A
X11
A
p
11
11
A
Définition:
Définition:
¤ Action qui dure tant que l’étape est active et que la condition logique est vraie
¤ Action qui dure tant que l’étape est active. ¤ A = X10
¤ A = P*X10 21
22
Action temporisée 9
X9 T /X10/5 s
10
A
T=5 sec
Condition de temporisation 9
X 10
X9 T /X10/5 s
X 11 T
11
Action impulsionnelle
Condition de temporisation
10 5 sec.
A
T=5 sec
X 10 X 11 T
A
11
Action de temporisation
5 sec.
A
Action de temporisation
23
24
4
Action impulsionnelle "obligatoire" Condition de temporisation 9
Action maintenue 9
X9 X10
10
A
10
T=5 sec X11
11
X9 X 10
5 sec.
T
T/X10/5 s
A
11
A
A
X 11 X 12
12
Action de temporisation
A
X 13 A
A = X10+X11+X12
13 25
Action maintenue mémorisée
26
Les liaisons
9
Relient les étapes entre-elles.
Notation de la mise à 1
10
A=1
X9
11
X 10
Transition
X 11
11
X 12
12
X 13
12
Toujours de haut en bas
A Notation de la mise à 0
13
Liaison
A=0
¤ Sinon, mettre une flèche...
SET (A) = X10 RESET (A) = X13 27
28
Les transitions
Les réceptivités
Ce sont des barrières entre les étapes qui peuvent être franchies selon certaines conditions. Trait horizontal.
Ce sont les conditions qui doivent être remplies pour franchir la transition. La réceptivité est inscrite à la droite de la transition.
11
Liaison Transition
( a ⋅ b + c) d
12 29
30
5
Les réceptivités à niveau
Les réceptivités toujours vraies
Réceptivité faisant intervenir une condition logique
Réceptivité dont la valeur logique est toujours 1
=1
( a ⋅ b + c) d
31
32
Les réceptivités temporisées
Les réceptivités impulsionnelles
Réceptivité faisant intervenir le temps comme condition
Réceptivité faisant intervenir soit un front montant ou un front descendant. La notation d'un front montant est : et celle d’un front descendant est :
11
A
11
T=5 sec
Réceptivité
T/X10/5 s 12
12 33
34
Remarques
Les 5 règles d’évolution
Une réceptivité est une proposition logique qui peut renfermer diverses variables booléennes qui peuvent être:
Pour comprendre comment un GRAFCET fonctionne, il faut connaître les règles suivantes: ¤ Règle #1 - L’initialisation
¤ des informations extérieures (capteurs, directives); ¤ des variables auxiliaires (compteurs, temporisations, ...) ¤ l'état d'autres étapes (attentes, interdictions); ¤ changement d'état d'autres variables (fronts montants ou descendants)
¤ ¤ ¤ ¤
35
Règle Règle Règle Règle
#2 #3 #4 #5
- La validation - Le franchissement - Le franchissement (2) - La cohérence
36
6
Règle #1 - L’initialisation
Règle #2 - La validation
Il existe toujours au moins une étape active lors du lancement de l'automatisme. Ces étapes activées lors du lancement sont nommées “ÉTAPES INITIALES”
Une transition est soit validée ou non validée. Elle est valide lorsque TOUTES les étapes immédiatement précédentes sont actives. Elle ne pourra être franchie que lorsqu'elle est validée ET que la réceptivité associée est vraie.
1 37
38
Règle #2 - La validation
Règle #2 - La validation
GRAFCET #1:
GRAFCET #2: Étape active
Étape active
T ransition validée
10
a
Étape active
10
21
Étape active
33
Étape inactive Transition non validée
11
a e
Transition validée
34
12
39
Règle #3 - Le franchissement
Règle #3 - Le franchissement
Le franchissement d'une transition entraîne l'activation de TOUTES les étapes immédiatement suivantes, et la désactivation de TOUTES les étapes précédentes. Réceptivité vraie
Étape active
10
21
a Franchissement
34
Étape active
AVANT
e
e
AVANT
Étape active
10
21
33
12
a
Franchissement Réceptivité vraie
Étape active
34
T ransition validée
11
11
33
T ransition non validée
10
a a
12
Étape active
Étape inactive
Étape active
10
40
APRÈS
APRÈS 41
42
7
Règle #4 - Le franchissement
Règle #5
Plusieurs transitions simultanément franchissables sont franchies simultanément
Si au cours du fonctionnement une même étape doit être désactivée ou activée simultanément, elle reste activée. Cohérence théorique interne au GRAFCET.
43
44
Les séquences exclusives
GRAFCET - Les branchements
2
Appelés aussi « aiguillages »
M1
X
Y
3
V2+
6
v21
4
V3+
7
v31
5
X et Y sont mutuellement exclusifs.
V1+ v11
V4+ v41
V2-
8
v20
V1v10
9
V3-
V4-
45
Le saut d’étapes 2
46
La reprise de séquence
Variante d’un « aiguillage »
M1
2
Variante d’un « aiguillage »
M1 z
X
Y
3
V1+ v11
4
X et Y sont mutuellement exclusifs.
3
4
V4+
6
V4-
M1
V1v10
v40
7
V4+
5
V1v10
6
v40.X et v40.Y sont mutuellement exclusifs.
v41
v41
5
V1+ v11
v40.X
47
V4v40.Y
7
M1
48
8
Les séquences simultanées 2
M1
Une seule condition de démarrage.
z
3
V1+
7
v11
4
Les séquences simultanées 5
V3+
8
10
V2-
11 att
v10
v31
V2+
V1-
6
V3-
Cas avec actionneurs électriques
v30
V4+
Ajout d’étapes d’attente
v20 v21
5
v41
V1-
9
7 att
V3-
v10
6
Transition toujours vraie
=1
V2-
12
V4-
v20.v30
10
V449
50
Conversion du GRAFCET au LADDER
Conversion du GRAFCET au LADDER
La majorité des automates se programment en LADDER.
La mise en équation sera introduite avec la séquence suivante:
¤ Les électriciens connaissent très bien ce langage.
n-1 R1
Rares sont les automates se programmant en GRAFCET.
n
¤ Automates européens. ¤ Norme IEC 1131.3
R2 n+1 51
52
Conversion du GRAFCET au LADDER
Bascule avec priorité à la désactivation
La bascule (set/reset)
Chaque étape du GRAFCET peut être représenté par l’équation suivante:
¤ Si « SET » = 1, Q = 1 ¤ Si « RESET » = 1, Q = 0
SET RESET
Bascule
n-1
Q
Xn = (Xn-1 R1 + Xn) Xn+1 R1
¤ Si les deux = 1, Q = ? ¤ Priorité à l’activation -> Q = 1 ¤ Priorité à la désactivation -> Q = 0
Diagramme en échelle (Ladder) X n-1
R1
n
X n+1
R2
Xn
n+1 53
Xn
Priorité à la désactivation Verrouillage
54
9
Bascule avec priorité à la désactivation
Bascule avec priorité à l’activation
Chaque étape du GRAFCET peut être représenté par l’équation suivante:
Chaque étape du GRAFCET peut être représenté par l’équation suivante:
n-1
n-1
Xn = (Xn-1 R1 + Xn) Xn+1 R1
¾ ¾
n
Viole la règle 5 du GRAFCET !!! « Si au cours du fonctionnement une même étape doit être désactivée ou activée simultanément, elle reste activée »
Xn = Xn-1 R1 + Xn Xn+1 R1
n
R2
R2
n+1
n+1 55
56
Bascule avec priorité à l’activation
Bascule avec priorité à l’activation
Bug majeur de cette approche
Bug majeur de ces approches Un automate est une machine séquentielle.
=1 X 2 = X 1 ∗ R + X 2 ∗ X 3 =0
Xn = Xn-1 R1 + Xn Xn+1
X 2 = X 1∗ R + X 2 ∗ X 3 X 3 = X 2 ∗ S + X 3∗ X 4
=1 X 3 = X 2 ∗ S + X 3 ∗ X 4 =0 DEUX ÉTAPES SUCCESSIVES À 1 EN MÊME TEMPS !!!
57
58
Solution très simple
Solution très simple
Programmation des transitions séparément
Programmation des transitions séparément
¤ L’équation logique du franchissement de la transition Yn-1
n-1 R1
Y1 = X 1∗ R =0 Y 2 = X 2 ∗ S =1
Yn −1 = X n −1 ⋅ R1 ¤ L’équation logique de l’étape Xn
n R2
X n = Yn −1 + X n ⋅ Yn
n+1 59
( (
...
X 2 = Y1 + X 2 ∗Y 2 X 3 = Y 2 + X 3∗Y 3
) =0 =1 =1 ) =0
60
10
Exemple d’applications du GRAFCET
Plateau tournant Fonctionnement souhaité: ¤ poussée sur bouton m; ¤ déverrouillage de W; ¤ avance du vérin V, avec rotation du plateau; ¤ verrouillage de W; ¤ retrait de V, le plateau restant immobile.
62
Plateau tournant
Plateau tournant
GRAFCET de niveau #1 : 1
Choix technologiques : ¤ Capteurs:
Machine en référence
Bouton départ :m; Détecteur déverrouillage : a ; ¾ Détecteur rotation complétée : b ;
Départ de cycle
2
¾
Déverrouiller le plateau
¾
Plateau déverrouillé
3
¤ Actionneurs:
Tourner le plateau d'un huitième de tour
Vérin déverrouillage : W ; Vérin de rotation : V ; ¾ Voyant machine prête : Ready.
Rotation complétée
4
¾
Reverrouiller le plateau
¾
Plateau verrouillé
5
Réarmer le système de rotation Réarmement complété 63
64
Plateau tournant
Plateau tournant
GRAFCET niveau #2 :
Transitions:
1
Y 1 = X 1⋅ m ⋅ a ⋅ b Y 2 = X 2⋅a Y 3 = X 3⋅ b Y 4 = X 4⋅a Y 5 = X 5⋅b
Ready m./a./b
2
W a
3
W
V
b
4
V
1
Ready m./a./b
2
W a
3
W
V
b
4
V /a
/a
5 5 /b /b
65
66
11
Plateau tournant
Plateau tournant
Étapes:
Actions:
X 1 = Y 5 + X 1 ∗ Y 1 + Init
1
X 2 = Y1 + X 2 ∗ Y 2
2
X 3 = Y 2 + X 3∗Y 3 X 4 = Y 3 + X 4 ∗Y 4
3
1
Ready
Ready = X 1
m./a./b W
W = X2+ X3
a W
V
V = X3+ X 4
b
4
3
W
V
b V /a
5
5 /b
Plateau tournant
W a
4
V
/b
67
1
68
Machine à remplir et à boucher
Ready m./a./b
Transitions
Y 1 = X 1⋅ m ⋅ a ⋅ b a Y 2 = X 2⋅a W 3 b Y 3 = X 3⋅ b V 4 Y 4 = X 4⋅a Étapes /a Y 5 = X 5⋅b 5 X 1 = Y 5 + X 1 ∗ Y 1 + Init /b X 2 = Y1 + X 2 ∗ Y 2 Actions X 3 = Y 2 + X 3∗Y 3 Ready = X 1 X 4 = Y 3 + X 4 ∗Y 4 W = X2+ X3 X 5 = Y 4 + X 5 ∗Y 5 V = X3+ X 4 2
W
V
69
70
Extension du GRAFCET
GRAFCET de niveau 1 1
2
/a
X 5 = Y 4 + X 5 ∗Y 5
Ready m./a./b
Machine en référence départ
2
Transférer les bouteilles Transfert complété
3
Charger une bouteille
5
Bouteille chargée
4
Remplir une bouteille
7
Bouteille remplie
Attente
6
Poser un bouchon sur une bouteille Bouteille bouchée
Attente
8
Attente
=1
Chaque poste travaille en parallèle avec les autres 71
12
Les tâches
Coordination horizontale Une seule tâche à la fois
10 10
20 10 m
19
X19
Coordination verticale
X29
29 X39
73
30 10
Tâche T10
39 X10
Tâche T20
X10
Tâche T30
74
Les macro-étapes 10 10
GRAFCET de conduite GRAFCET esclaves
Expansion d’étape
X110
Appel tâche T10
110
Entrée
MVa
E30
10
19
X19 X110 111
Appel tâche T20
112
X112
Appel de tâche
=1 b
29
GRAFCET de conduite
Macro-étape
12
X112
Tâche T20
S50
Sortie
75
76
Transition source / Transition puit
Étape source / Étape puit Étape source
B+
31
M11
20 10
X29
a
r10
Tâche T10 r111
r12
Transition source
12
¤ Exige un forçage pour être activé.
¤ Toujours validée.
13
r12
Étape puit:
Transition puit:
13
¤ Exige un forçage pour être désactivé.
¤ Lorsque franchie, désactive l’étape précédente.
r13
r13
14
14
r14
15
r14
15 77
r15
78
13