Grafcet Et Automatismes Industriels [PDF]

Zitiervorschau

Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Kébili Département

:

Maintenance Industrielle.

Laboratoire

:

Automatique.

Matière

:

Automatique et Informatique Industrielle.

Enseignant

:

Ben Mekki Houcine.

A. U.

:

09 / 10

Classe

:

GE 21

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels 1. Introduction : Un système automatisé se compose de deux parties principales. ◊ Une Partie Commande : C’est la partie qui traite les informations et élabore les ordres de fonctionnement aux différents éléments d’un système automatisé. ◊ Une Partie Opérative : C’est la partie qui reçoit les ordres de la partie

Program mation

commande et exécute les modifications sur les matières d’œuvres.

Ordres Microordinateur

Robot

PartieCommande: P.C Pour

étudier

un

tel

système

on

Informations PartieOpérative: P.O fait

appel

à

des

outils

de

description

de

fonctionnement. Parmi ces outils, on trouve : ◊ Le chronogramme. ◊ L’organigramme. ◊ Le Grafcet.

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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2. Le Grafcet : 2.1. Définition : Graphe Fonctionnel de Commande par Étapes et Transitions. Le Grafcet est un outil de description graphique du fonctionnement d’un automatisme séquentiel à partir d’un cahier des charges littéral (textuel). 2.2. Eléments de base d’un Grafcet : Le Grafcet est une représentation graphique alternée d’étapes et de transitions, Une étape  Une transition  Une étape, etc.

Etape Initiale 0

Transition : t0-1

Actions associées à l’étape 0 R 0 : Réceptivité associée à t

1

Actions associées à l’étape 1 R 1 : Réceptivité associée à t

Etape 2 2

Transition : t2-3

0- 1

1- 2

Actions associées à l’étape 2 R 2 : Réceptivité associée à t

2- 3

Liaison orientée Transition : t (n)-(n+1)

n

Actions associées à l’étape n Rn : Réceptivité associée à t (n)-(n+1)

2.2.1. Conditions de représentation et d’utilisation d’un Grafcet : Dans un Grafcet : ◊

Il doit y avoir une étape initiale qui indique la situation initiale du système automatisé avant de démarrer le cycle de fonctionnement.

◊

A chaque étape on associe une ou plusieurs actions, mais on peut rencontrer une même action associée à plusieurs étapes d’un même Grafcet.

◊

A chaque transition on associe une réceptivité, qui est une information provenant soit : 

D’une intervention de l’opérateur : Pupitre de commande.



De la partie Opérative : Etats des capteurs.



D’un autre système : Dialogue entre systèmes.

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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◊

Pour faire intervenir le temps dans un Grafcet, il suffit d’associer à une réceptivité la variable booléenne (t / i / T), qui prend la valeur logique 1 à la fin de la durée de temporisation. Avec :



i : Le repère de l’étape d’activation du temporisateur.



t : Détection de la fin de temporisation démarrée à l’étape i.



T : La durée de temporisation. ◊

Les liaisons sont normalement orientées de haut vers le bas, dans le cas contraire elle est obligatoire de placer une flèche sur la liaison.

2.2.2. Exemple d’un Grafcet : Etap e 10 Etape Initiale

Initialisations

10

KM 1

11 CH

T = 100s

T / 12 / 100s KM 2

13 CB

Actionner un contacteur KM1

Passer à l’étape 12 si CH est vraie 12

L

12

Actions d’initialisations.

Action sur m démarre le système. 11

m

Actions Associées

Allumer L, 100 secondes

Passer à l’étape 13 après 100 s 13

Actionner un contacteur KM2

Passer à l’étape 10 si CB est vraie

2.3. Règles d’évolution d’un Grafcet : Dans cette partie on étudie les conditions d’évolution d’un Grafcet, ce sont les Conditions de passage d’une étape vers une autre.

◊ Règle 1 : Initialisation. Une étape initiale est obligatoirement active au démarrage du fonctionnement : C’est la situation initiale de l’automatisme pour qu’il puisse démarre.

◊ Règle 2 : Franchissement d’une transition. Une transition ne peut être franchie que, lorsqu’elle est validée et sa réceptivité associée devient vraie.

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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La transition est dite validée lorsque toutes les étapes immédiatement précédentes sont actives.

◊ Règle 3 : Le franchissement d’une transition entraîne simultanément : 

L’activation de toutes les étapes immédiatement suivantes.



La désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.

Les règles 2 et 3 sont expliquées sur les figures suivantes : Transition non validée

(Transition Validée) et (Réceptivité fausse)

2

2 T

2 -3

:R

T 2 -3 : R

2 -3

R

3



2

2 -3

: Vraie ou Fausse

2 T 2 -3 : R

2 -3

T

2-3

R

3

3

2 -3

: Fausse

Lorsque l’étape 2 n’est pas active  la transition T

2-3

:R

2-3

3

2-3

est non

validée, elle ne sera pas franchie, quelque soit sa réceptivité R 

2-3

vraie ou fausse.

Lorsque l’étape 2 est active  la transition T elle sera franchie lorsque sa réceptivité R

2-3

2-3

est validée,

devienne vraie.

(Tran s itionValid ée ) et (Récep t ivit é vraie )

2 2

3

2

3

2 T 2 -3 : R 2 -3

T 2 -3 : R 2 -3 T 2 -3 : V alidée R 2 -3 : V raie

3

T 2 3-4 5 : R 2 3-4 5 T 2 3-4 5 : V alidée R 2 3-4 5 : V raie

3 4



La transition T

2-3

La transition T

4

5

5

est franchie, car elle est validée (étape 2

est active) et sa réceptivité R 

T 2 3-4 5 : R 2 3-4 5

23-45

2-3

est vraie.

est franchie, car elle est validée (étapes 2

et 3 sont actives) et sa réceptivité R

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

23-45

est vraie.

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◊ Règle 4 : Plusieurs transitions simultanément franchissables doivent êtres simultanément franchies. Grafcet ( 1 )

Grafcet ( 2)

Grafcet Simultané

7 7

A7

10

a 10 A8

8



A 10 a

11

A7

A 10

11

A 11

=1

7

A 11

10

8

A8

L’évolution du Grafcet (1) nécessite que l’étape 10 du Grafcet (2) soit active (a10 capteur associé à l’action A10 : a10 = A10).



L’évolution du Grafcet (2) nécessite que l’étape 7 du Grafcet (1) soit active (a7 capteur associé à l’action A7 : a7 = A7).

◊ Règle 5 : Au cours du fonctionnement d’un automatisme, il arrive q’une même étape doit être désactivée et activée à la fois,

2

3

elle reste activée. T

23- 24

4

2.4. Différents structures d’un Grafcet : Une séquence d’un Grafcet est une suite d’étapes à exécuter l’une après l’autre. 2.4.1. Grafcet à séquence unique :

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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C’est un Grafcet ayant un seul chemin 0

d’évolution (le système suit un seul chemin de 1

son départ à son arrêt)

2

2.4.2. Grafcet à séquences multiples : Il existe deux types de Grafcet à séquences multiples : 

Grafcet avec divergence de séquences.



Grafcet avec convergence de séquences.

2.4.2.1.

Divergence en « OU » et en « ET » : Divergence en « OU » : (Sélection)



C’est un Grafcet à sélection de séquence: Lorsque l’étape 6 est active : 

L’étape 7 devient active si t6-7

6

devient vraie. 

L’étape 8 devient active si t6-8

t 6-7

t 6 -8

7

8

devient vraie.



Divergence en « ET » : (Distribution)

C’est un Grafcet à activation simultanée de séquences. 10

Les étapes 11 et 12 deviennent

t 10

simultanément actives si l’étape 10 étant active et la réceptivité

11

12

associée à t10 devient vraie.

2.4.2.2. 

Convergence en « OU » et en « ET » : Convergence en « OU » : (Attribution)

L’étape 4 sera activée :

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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

Si l’étape 2 est active et t2-4 devienne vraie.

2

3 t 2-4

OU 

t 3-4

4

Si l’étape 3 est active et t3-4 devienne vraie.



Convergence en « ET » : (Jonction)

L’étape 7 sera activée lorsque les

5

6

étapes 5 et 6 sont tous les deux actives et la réceptivité associée à t7 devient vraie.

t7

7

Saut d’étapes et reprise de séquence :

2.4.2.3.

Le saut d’étapes et la reprise de séquence sont deux cas particuliers de convergence et de divergence en « Ou » ou bien en « ET ». 

Le saut des étapes sera nécessaire lorsque les actions associées à ces étapes sont inutiles à réaliser. {Grafcet (1)}



La reprise de séquence (ou boucle) permet de reprendre une ou plusieurs fois, une séquence s’il est nécessaire. {Grafcet (2)}

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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Grafcet (1)

R

Actions 5

5

R Actions 6

Actions 03

03 R

6- 7

Actions 7

7 R

0 2- 0 3

5- 6

6 R

Actions 02

02

5- 8

R

0 3- 0 4

Actions 04

04

7- 8

R

R

0 4-0 3

Actions 8

8



Grafcet (2)

0 4- 0 5

Actions 05

05

Grafcet (1) :

Lorsque l’étape 5 est active le Grafcet (1) évolue vers :



o

L’étape 6 si R

5-6

devient vraie.

o

L’étape 8 si R

5-8

devient vraie.

Grafcet (2) :

Lorsque l’étape 04 est active le Grafcet (2) évolue vers :

2.4.2.4. 

o

L’étape 05 si R

04-05

devient vraie.

o

L’étape 03 si R

04-03

devient vraie.

Liaison de deux Grafcet : Principe : Lier deux Grafcet revient à rendre l’évolution de l’un dépend de l’évolution de l’autre.



Méthode : Chaque étape d’un Grafcet possède une mémoire lui permettant de fournir à la sortie un signal (X)



qui peut être utilisé comme réceptivité (x) pour un autre Grafcet. Gr afc et(1)

7

X 7 : M é m o ire a sso cié e à l’é7ta p e

Gr afc et(2) 20

x 20 8

2.4.2.5.

X 2 0 : M é m o ire a sso cié e à l’é2ta0 p x

X 8 : M é m o ire a sso cié e à l’é8ta p e

30

8

X 3 0 : M é m o ire a sso cié e à l’é3ta0 p

Synchronisation de deux Grafcet :

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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La synchronisation deux Grafcets est un cas particulier de la liaison des Grafcets. C’est à dire rendre simultanée l’évolution des deux Grafcets à partir d’un point bien déterminé. 30

5 x

x5

30

30 a=x

5

.x

30

40

6

30

5 x 6

5

6

40

5

30

x5

30

=1

40 6

40

Quelque soit l’évolution de chacun des deux Grafcets les étapes 6 et 40 ne peuvent êtres activées qu’en même temps, comme s’il s’agit d’une convergence et divergence en « ET ». Car les étapes 6 et 40 ne seront pas activées que si les étapes 5 et 30 sont actives. (La réceptivité a=x5.x30=1 si les étapes 5 ; 30 sont actives) 2.4.3. Grafcet avec macroétape : Une macroétape est représentée par un carré partagé en 3 parties par deux traits horizontaux.

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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4 a E 30

32 33 34 35

4 a 5 M 30 b

6

Expansion de Macroétape

31

Grafcet avec Macroétape

Grafcet sans Macroétape

30

31 32 33 34 35

S 30

30' b 6

M30 : Référence de l’expansion de la macroétape. E30 : Repère de l’étape d’entrée de la macroétape. S30 : Repère de l’étape de sortie de la macroétape. Une macroétape et son expansion répondent aux règles suivantes : 

Une expansion de macroétape n’a qu’une étape d’entrée (notée E) et qu’une étape de sortie (notée S).



Tout franchissement d’une transition en amont (avant) de la macroétape, active l’étape d’entrée de son expansion.



L’étape de sortie de l’expansion de la macroétape participe à la validation des transitions en aval (après), conformément à la structure du Grafcet contenant cette macroétape.

 Il n’existe aucune liaison orientée qui arrive sur l’expansion de la macroétape ou qui en parte.

2.5. Différents points de vue d’un Grafcet :

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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La description du fonctionnement d’un système automatisé par un Grafcet prend en compte le « point de vue » selon lequel l’observateur s’implique au fonctionnement de ce système, On distingue trois points de vue : 

Grafcet d’un point de vue Système.



Grafcet d’un point de vue Partie Opérative (PO).



Grafcet d’un point de vue Partie Commande (PC).

2.5.1. Grafcet d’un point de vue système : C’est un Grafcet qui décrit le fonctionnement global du système. Il traduit le cahier de charge sans préciser la technologie utilisée dans le système. (Décrit l’évolution de la matière d’œuvre de l’entrée vers la sortie). Le Grafcet de ce point de vue permet de dialoguer avec des personnes non spécialistes :(Fournisseurs, Utilisateurs...). 2.5.2. Grafcet d’un point de vue Partie Opérative (PO) : Dans ce type de Grafcet on spécifie la technologie des éléments de la Partie Opérative ainsi que le type des informations reçues (ordres) et envoyées (compte – rendus où bien informations sur l’état des éléments de la Partie Opérative). L’observateur de ce point de vue étant spécialiste de la Partie Opérative, la Partie Commande ne l’intéresse que par ses effets. 2.5.3. Grafcet d’un point de vue Partie Commande (PC) : Ce Grafcet est établi en spécifiant les technologies des éléments de la Partie Commande ainsi les éléments de dialogue : 

Entre P.C et P.O



Entre P.C et Opérateur.



Entre P.C et Autres Systèmes.

C’est un Grafcet établi par un spécialiste, c’est la version qui permet d’établir les équations du fonctionnement et éventuellement les schémas de réalisation (Pneumatique, électrique et électronique, ...).

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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3. Exemple d’application : Unité de Perçage Automatique. MB

S0

m

Cycle sans débourrage

Cycle avec débourrage MA

S1

S1

S2

S2

S1

S2

S3 S4

S3

S4

S4

Pièce

V

M 

S5 14 M

S6

S7

12 M

Constitution du système : P

V : Vérin double effet assurant le serrage et le desserrage de la pièce. M : Distributeur pneumatique assurant la commande du vérin V. MB : Moteur pour la rotation de la broche, commandé par un contacteur (KMB). MA : Moteur, à deux sens et à deux vitesses de rotation, pour entraîner la descente et la montée du support porte broche ; Ce moteur est commandé par trois contacteurs : 

KMDR : Rotation Rapide du MA sens Descente (A_R_B).



KMDL : Rotation Lente du MA sens Descente (A_L_B).



KMMR : Rotation Rapide du MA sens Montée (M_R_B).

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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m : Bouton poussoir du départ de cycle. S1, S2, S3 et S4 : Sont des capteurs de position contrôlant la position de la forêt. (S2, S3 : sont réglables) S5, S6 : Sont deux capteurs de position de la tige d’un vérin double effet, assurant le serrage et le desserrage de la pièce. S7 : Capteur contrôlant la présence d’une pièce. S0 : Un sélecteur permettant le choix du cycle.  S0 = 0 (Position Gauche) : Cycle avec débourrage.  S0 = 1 (Position Droite) : Cycle sans débourrage 

Cycles du fonctionnement : La pièce doit être serrée au démarrage et desserrée à la fin, du cycle de fonctionnement.  Cycle sans débourrage : ◊

Approche rapide de la forêt jusqu’à S2.

◊

Approche lente pour perçage jusqu’à S4.

◊

Montée rapide jusqu’à S1.

 Cycle avec débourrage : ◊

Approche rapide de la forêt jusqu’à S2.

◊

Descente lente jusqu’à S3.

◊

Montée rapide jusqu’à S2.

◊

Descente rapide jusqu’à S3.

◊

Descente lente jusqu’à S4.

◊

Montée rapide jusqu’à S1.

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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

Grafcets des différents points de vue :

Pi èce serrée et Cycl e sans débourrage

 Grafcet d’un point de vue Système :

Initialisation

0

Départ du Cycle Serrer

1

Pièce serrée et Cycle avec débourrage 2

Pré - percer Pièce pré - percée

3

Débourrer Pièce totalement percée

4

Percer Pièce percée

5

Desserrer

 Grafcets des points de Pièce vuedesserrée PO et PC : Grafcet d’un point de vue PO

Sans Débourrage et Broche approchée

0

Initialisations D cy. S 1. S 5 . S

1

Grafcet d’un point de vue PC

S_T_V

0

M . S 1. S 5 . S

7

1

T_MB

Pièce Serrée et Broche en rotation

2

A_R_B

T_MB

S

S 2 .S 0

A_L_B

T_MB

M_R_B

3 S

T_MB

A_R_B

S T_MB

A_L_B

7

T_MB

6 S

T_MB

R_T_V Pièce Desserrée

Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

KMDL

KMB

KMMR

KMB

KMDR

KMB

KMDL

KMB

KMMR

KMB

4

7

Broche remontée

8

KMB

S3

Pièce Percée M_R_B

KMDR

2

5

Broche approché

6

KMB

3

4

Broche remontée

5

14 M

S 2 .S0

Pièce Pré Perçée

4

7

6

2

Avec Débourrage et Broche approchée

3

Initialisations

S

1

8

12 M S

5

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4. Mise en équation d’un Grafcet : 4.1. Règle générale : Pour qu’une étape soit activée il faut que : ◊ Les étapes immédiatement précédentes soient actives. ◊ La réceptivité immédiatement précédente soit vraie. ◊ Les étapes immédiatement suivantes soient non actives. Après activation l’étape mémorise son état. 4.2. Cas général : Considérons l’étape n et X

n

la mémoire à marche

prioritaire, associée. t n -1

◊ L’équation d’activation est :

n -1

An=X n-1. t n

Actions ( n-1) t

◊ L’équation de désactivation est :

n

n

Dn = X n+1

Actions ( n ) t

◊ L’équation de la mémoire de l’étape est :

n+1

n +1

X n = An + x n . Dn

Actions ( n+1)

X n = X n-1 . t n + x n . X n+1 Les équations des actions associées aux étapes sont : ◊ Actions (n-1) = X

.

n-1

◊ Actions (n) = X n. ◊ Actions (n+1) = X

.

n+1

4.3. Différents cas de mise en équation : 4.3.1. Grafcet avec convergence en « OU » : 10

20 R 10

11

R

30

31 R

21

R 31

A11 = X 10 .R10 D11 = X 4 X 11 = A11 + x 11 .D11 = X 10 .R 10 + x 11.X 4 Etape 4 :

A4 = X 11 .R11 + X21 .R22 + X31 .R32

4 R5 5

R

20

21 R 11

Etape 11 :

30

D4 = X 5 X 4 = A4 + x4 .D4 = X11 .R11 + X21 .R22 + X31 .R32 + x4 .X5

4.3.2. Grafcet avec divergence en « OU » : Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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Etape 2 :

1

A2 = X 1 .R2

R

2

D2 = X 41 + X 42 + X 43

2 R

X 2 = A2 + x 2 .D2 = X 1 .R2 + x 2 .X 41 + X 42 + X 43 R 42

41

41

R 43

42 R 51

51

A41 = X 2 .R41

43

R 52

R 53

52

Etape 41 :

D41 = X 51 X 41 = A41 + x 41.D41 = X 2.R41 + x 41.X 51

53

4.3.3. Grafcet avec convergence en « ET » : Etape 31 : 10

20 R

R

1

11

30

A31 = X 30 .R3 R

2

21

3

31 R

D31 = X 4 X 31 = A31 + x 31 .D31 = X 30 .R3 + x31 .X 4 Etape 4 :

4

A4 = (X 11 .X 21 .X 31 .R ) 41

4 R

D4 = X 5

5

X 4 = A4 + x4 .D4 = X( 11 .X 21 .X 31 .R41) + x4 .X5

5

4.3.4. Grafcet avec divergence en « ET » : Etape 2 : 1 R

A2 = X 1 .R2 D2 = X 10 .X 20 .X 30

2

X 2 = A2 + x2 .D2 = X1 .R2 + x2 . X10( .X20 .X30

2 R

10 R 11

20 R

11

21

3

Etape 30 :

A30 = X 2 .R3

30 21

)

R 31

31

D30 = X 31 X 30 = A30 + x 30 .D30 = X 2.R3 + x 30.X 31

4.4. Exemple : Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

Page 16 sur 17

Reprenons l’exemple du paragraphe : 3. Exemple d’application : Unité de perçage automatique. 4.4.1. Mise en équation des étapes : Déterminer la transformation du Grafcet PC en un ensemble d’équations : D’activation : An ; De désactivation : Dn ; D’étape : Xn Etape 0 :

Etape 5 :

◊ A

0

= .....................................

◊ A

5

= .....................................

◊ D

0

= .....................................

◊ D

5

= .....................................

◊ X

0

= .....................................

◊ X

5

= .....................................

Etape 1 :

Etape 6 :

◊ A

1

= .....................................

◊ A

6

= .....................................

◊ D

1

= .....................................

◊ D

6

= .....................................

◊ X

1

= .....................................

◊ X

6

= .....................................

Etape 2 :

Etape 7 :

◊ A

2

= .....................................

◊ A

7

= .....................................

◊ D

2

= .....................................

◊ D

7

= .....................................

◊ X

2

=......................................

◊ X

7

= .....................................

Etape 3 :

Etape 8 :

◊ A

3

= .....................................

◊ A

8

= .....................................

◊ D

3

= .....................................

◊ D

8

= .....................................

◊ X

3

= .....................................

◊ X

8

= .....................................

Etape 4 : ◊ A

4

= .....................................

◊ D

4

= .....................................

◊ X

4

= .....................................

4.4.2. Mise en équation des sorties : Déterminer les équations des sorties du système : 14 M = .......................................

KMDR =.....................................

12 M

KMDL = ....................................

= .......................................

KMMR =....................................

KMB = ....................................... Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels.

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