GRAFCET outil universel dautomatisme plan du module 1re

GRAFCET, outil universel d'automatisme ? plan du module 1ère partie GRAFCET, un outil d'automatisme parmi d'autres 2ème partie Conversion de problèmes simples (logique aléatoire) en grafcet pdf 2_A Allumer et éteindre des lampes 2_B Hôtelier économe 3ème partie Voie unique : croisement de 2 trains en toute sécurité 4ème partie Premières conclusions @_e_l – mode d'emploi @_e_l - page d’accueil

GRAFCET, un outil parmi d'autres Pour automatiser, on peut utiliser des "démarches" très diverses • • • La "logique à relais" Les équations booléennes Le logigramme Les blocs fonctionnels Le GRAFCET (et les séquenceurs pneumatiques qui s'en rapprochent) Voire la combinaison de ces outils Pour programmer les Automates Programmables Industriels (API), on trouve, entre autres, • • • Le ladder diagram : 5 TI de Texas Instruments et la plupart des automates de bas de gamme, américains et japonais en particulier. Les équations booléennes : API haut de gamme, souvent Le logigramme : le LOGO! de Siemens par exemple Les blocs fonctionnels : on en retrouve la démarche dans le PB 15 Le GRAFCET : dans pratiquement tous les API français et allemands À remarquer : le logiciel Automgen propose GRAFCET ou grafcet ? @_e_l • • • Le ladder diagram Les équations booléennes Le logigramme Les blocs fonctionnels Le GRAFCET 1 1

Le GRAFCET, outil de description et de programmation des cycles De l'ouvrage, 7 facettes du GRAFCET (éd. Cépaduès), on retiendra les informations suivantes Le Grafcet, outil de spécification et de conception servant à décrire le comportement dynamique d'un système … … uniquement adapté aux systèmes de nature séquentielle Quel outil choisir ? Souvent celui qu'impose le maître d'ouvrage : l'entreprise désire souvent une homogénéité de matériels et d'outils de programmation afin de faciliter la maintenance, la conduite des machines. La technologie oriente souvent le choix du concepteur : il y a 20 ans, il était évident que les séquenceurs pneumatiques représentaient la solution idéale pour les machines "tout pneumatique". Actuellement, l'industriel est souvent contraint de réformer son matériel pour l'adapter à la communication : l'automate intégré dans une gestion de production informatisée devient incontournable … Ne pas employer un outil contre nature ! "le concepteur prendra garde de ne pas rendre séquentiel, par l'emploi du GRAFCET, un problème qui ne le serait pas au départ !" @_e_l 1 2

1 Contre proposition : 3 mettre la simplicité du GRAFCET au service de tous les problèmes d'automatisme !!! Intérêt de la démarche : premier temps : contrôler l'hérésie qui consiste à vouloir mettre le GRAFCET là où il ne doit pas être, c'est à dire dans la résolution des problèmes élémentaires deuxième temps : passer outre l'injonction des spécialistes en tentant d'étudier avec l'outil GRAFCET les problèmes qui n'avaient pas trouvé de solution simple en logique élémentaire troisième temps : devant le succès de la méthode, arriver à prouver -sur un thème précis, la gestion du croisement de mobiles sur une voie unique, problème non séquentiel- que l'utilisation de l'outil GRAFCET apporte des simplifications exceptionnelles Une évidence s'impose d'entrée : la divergence en OU est par nature même une réponse à un événement aléatoire. Le travail engagé ici va souvent nous conduire à des grafcet utilisant quasi exclusivement la divergence en OU ! Les fondements du Grafcet ont déjà été présentés ; si vous souhaitez les retrouver, cliquer ci-dessous Grafcet _1_ @_e_l _2_ les divergences

2 0 Convertir des exercices très élémentaires en schémas grafcet @_e_l

2 Allumer une lampe avec un interrupteur État repos : l'interrupteur et la lampe sont inactifs. Inter = L = 0 inter L 1 grafcet : étape d'attente. 00 inter L 01 L / inter grafcet : étape 1 État travail : inter = L = 1 Commentaires : 2 états du système étudié induisent naturellement un grafcet à deux étapes ; les transitions sont provoquées par les valeurs 0 et 1 de l'interrupteur L'utilisation du Grafcet est ici manifestement abusive ! @_e_l

2 Allumer une lampe par un simple bouton poussoir (bp) 2 On utilise un télérupteur : commande par impulsion 00 bp té Té L Une deuxième première Fin d'impulsion : : éteint la lampe la reste lampe s'allume allumée bp 01 L bp Le grafcet correspondant semble s'imposer : 2 étapes ! Le grafcet proposé ne peut fonctionner ! En effet, la transition de l'étape d'attente (le bouton poussoir bp =1) induit la mise UN de l'étape suivante qui, trouvant la même transition, disparaît au profit de l'étape d'attente qui, elle même, … Encore une preuve, peut-être, de l'hérésie de la conversion. Mais ne peut-on dépasser cet échec ? @_e_l

Allumer une lampe par un simple bouton poussoir (suite) 00 bp bp té Tél L 01 L /bp 02 L bp 03 /bp Commentaires : Étape 1 : elle est mise à UN par une première impulsion sur bp ; L = 1 Étape 2 : relâcher l'appui sur bp provoque le passage à l'étape 2 ; on maintient L = 1 Étape 3 : une deuxième impulsion sur bp éteint la lampe L = 0 Retour à l'étape d'attente : il est obtenu par l'état repos du bp La conversion de ce problème en GRAFCET est loin d'être convaincante ! @_e_l 2 3

2 L = bp suite : utilisation de fronts montants 4 00 bp té Tél bp 01 L bp L Rappel sur le fonctionnement du front montant d'une variable bp temps "plus" sur les fronts @_e_l

Éclairage d'une pièce ; commande : plusieurs boutons poussoirs a 1 a 2 Tél Proposer 2 solutions : a 3 le premier grafcet s'appuiera sur les bp a 1, a 2, a 3 té 2 5 @_e_l L le second grafcet utilisera les fronts montants de ces variables 2 5

2 Éclairage d'un escalier par minuterie 6 La minuterie : une temporisation commandée par impulsion Une impulsion sur l'un quelconque des bp allume la lampe, lance une temporisation T 1 … t 1 secondes plus tard, le dispositif revient en attente d'une autre sollicitation a 1 a 2 Mi a 1+ a 2+ a 3 01 L, T 1 a 3 mi 00 Li t 1 a 1+ a 2+ a 3 02 L, T 2(=T 1 ) Mais il faut imaginer qu'un nouvel appel puisse intervenir pendant le déroulement de la temporisation T 1 ; l'étape 2 permet de relancer une nouvelle temporisation d'une durée égale à la précédente. 2 6 Terminer ce grafcet … @_e_l

"L'hôtelier économe", ou ne pas allumer 2 lampes simultanément Pour éviter tout gaspillage (=ne pas allumer le plafonnier L 1 en même temps que la lampe de chevet L 2), on propose le montage suivant … i 1=0 i 3=0 L 1 plafonnier L 2 chevet i 2=0 i 1, près de la porte, permet d'allumer ou d'éteindre une lampe i 2, près du lit, permet d'allumer ou d'éteindre une lampe i 3, pour choisir entre L 1 et L 2 VA et VIENT 2 7 En logique électrique, ce montage très élémentaire ne pose pas de problème particulier. Sa traduction en GRAFCET se révèle relativement lourde : là encore, on peut souligner l'hérésie d'une conversion inutile. Toutefois, l'exercice est indispensable poursuivre cette étude de validité du traitement des phénomènes aléatoires en GRAFCET. @_e_l 2 7

2 "hôtelier économe", conversion en grafcet 8 Un premier problème à résoudre : définir très précisément l'étape d'attente. En effet, comme nous sommes en situation aléatoire, tout état du système pourrait être qualifié d'état "repos" ! Très souvent, le bon sens permet de sélectionner une situation qui sera accepté par tous comme état repos. Ici, "aucune lampe allumée" correspond à l'étape d'attente. On choisit : i 1=i 2=i 3=0. Aucune lampe allumée 00 Deuxième problème : rendre explicite la description des transitions. Ci-dessous, en indiquant (i 1+i 2) à la suite de l'étape 00, on comprend que l'étape d'attente est à l'écoute d'un signal venu de i 1 ou i 2. (i 1+i 2) i 1 i 2 i 3 /i 3 L 1 11 i 3 /i 3 L 2 13 21 L 1 23 L 2 Toutefois, pour séparer les hypothèses (i 1 OU i 2), on répète, sur chacune des branches de la divergence en OU, la cause précise de la divergence : i 1 à gauche et i 2 à droite. Enfin, il faut ajouter, par une deuxième cascade de divergence en OU, le rôle joué par l'interrupteur i 3. Sur ce premier schéma, seule la partie gauche est décrite. ATTENTION ! Ce type d'écriture n'est pas acceptée officiellement pour le GRAFCET. Ce n'est qu'un artifice. Cliquez pour faire apparaître la version officielle ! 00 i 1. /i 3 i 1. i 3 11 @_e_l Aucune lampe allumée L 1 i 2. /i 3 13 L 2 i 2. i 3 21 L 1 23 L 2

2 "hôtelier économe", conversion en grafcet -2 - 9 Étude de la partie gauche Trois hypothèses de transitions sont à envisager pour l'étape 11 : i 1 qui est égal à 1 repasse à 0 i 2 qui est à 0 passe à 1 i 3 qui est à 0 passe à 1 00 (i 1+i 2) i 1 i 3 /i 3 L 1 11 /i 1 13 i 2 L 2 ? ? i 3 ? ? Cliquez puis observez attentivement les propositions ? ? 12 i 1=1 00 /i 1 ? ? 2 9 @_e_l /i 2 ? ? i 3 14 i 3=0 L 1 Terminer le grafcet en tenant compte des facilités qu'offre la L 2 symétrie. i 2=1

Conversion en grafcet de problèmes simples Quelles conclusions tirer ? À l'évidence, la conversion en grafcet de problèmes élémentaires n'apporte aucun intérêt et, comme on pouvait s'y attendre, les solutions avancées apparaissent bien complexes comparées à celles que donnait la logique électrique. Mais comme on souhaite poursuivre plus avant cette démarche, on retient qu'il convient de bien définir l'état qui doit correspondre à l'étape d'attente. Bien repérer l'étape d'attente Dans la plupart des cas, l'état repos du système étudié s'impose. Face à des fonctionnements aléatoires, on peut souvent s'entendre sur un état bien significatif auquel on associera l'étape d'attente. Ainsi, pour l'hôtelier économe, il était assez évident d'associer l'inactivité des deux lampes (L 1=L 2=0) à un véritable état repos du dispositif. Il n'en sera peut-être pas toujours ainsi ! Prenons un autre exemple, l'étude d'un ascenseur : si l'on peut s'accorder sur le fait que l'étape d'attente correspond à la cabine arrêtée, on peut s'interroger pour désigner le palier qui se verra attribuer l'étape d'attente : faut-il retenir Ø le rez-de-chaussée (le lieu d'entrée des usagers le plus fréquenté) ? Ø ou encore le dernier sous-sol (là où l'on dépose la cabine pour être fixée sur la câblerie) ? @_e_l 2 10

Conversion en grafcet de problèmes simples Un dernier problème (simple ? ) : commande d'une vitre de porte de voiture Description du fonctionnement : pour piloter le déplacement de la vitre on dispose de 2 bp : un bp "m" pour demander la montée M, un bp "d" pour la descente D. Par un appui court (<à 1/10ème de s), on obtient un mouvement d'ouverture ou de fermeture arrêté par un fin de course (fdc_hauth pour la Montée, fdc_basb pour la Descente) ou par deuxième appui. Un appui long engage un mouvement de durée égale à celle de l'appui sauf s'il est limité par un fin de course. Apparemment, la solution classique est loin d'être évidente ! C'est peut être le moment de la trouver … … et de vérifier que le traitement de ce problème par le GRAFCET est une hypothèse à retenir ! Dans la solution recherchée, on veillera tout particulièrement à ne pas partir d'une étape d'attente mal choisie. Pour vous aider à démarrer : associer l'étape d'attente à la vitre au repos, à moitié ouverte … 2 11 @_e_l 2 11

3 0 voie unique ou comment organiser le croisement de trains en toute sécurité @_e_l

3 Voie unique, position du problème 1 La circulation des trains sur les voies ferrées bénéficie généralement d'une voie montante et d'une voie descendante ; rappelons qu'on circule à gauche ! Toutefois, la voie peut être réduite à une seule voie pour des raisons géographiques– traversée d'une zone montagneuse- ou économiques. Il convient alors d'organiser en toute sécurité le croisement éventuel de 2 convois. R 2 V 2 R 1 V 1 s 2 A 2 e 2 A 1 e 1 s 1 Description du matériel Les capteurs d'entrée : à bonne distance de la zone d'entrée ils détectent l'arrivée d'un convoi qui pourra –si nécessaire- s'arrêter avant l'aiguillage (travail sur front montant). Les capteurs de sortie : à bonne distance de la zone de sortie pour que le dernier wagon soit sorti de l'aiguillage, ils détectent la fin d'un convoi (travail sur front montant). Les ACTIONNEURS : les aiguillages, A 1 et A 2 ; fonctionnent sur impulsion (revoir BTV) les feux de signalisation R 1, R 2, V 1 et V 2. 3 1 @_e_l

3 Voie unique, création du grafcet, partie gauche -1 - 2 grafcet R 2 R 1 V 2 V 1 A 2 3 e 2 00 s 2 e 1 11 2 1 A 1 1 ? ? ? 1 e 1 s 1 00 s 1 R 1, R 2 12 e 2 ? ? ? 14 ? ? ? commentaires Étape 00 : aucun train, les feux sont au rouge Étape 11 : un train est capté par e 1. La voie est libre il faut organiser son passage : V 1=A 1 D=A 2 G=1. Mais il faut interdire l'entrée d'un convoi à gauche : on conserve R 2=1. Étape 11 et transition s 1 : le train 1 sort. Les voies sont libres retour à l'étape d'attente Étape 11 et transition e 1 : le 1 er train n'est pas encore sorti ; il est suivi par un autre convoi qui peut entrer Étape 11 et transition e 2 : le 1 er train est encore sur la voie unique ; on ne peut laisser entrer un train venu de gauche R 2=1. Mais il convient d'arrêter tout nouveau train venant de droite car celui de gauche est prioritaire R 1=1. @_e_l

3 Voie unique, création du grafcet, partie gauche -2 - 3 grafcet R 2 R 1 V 2 V 1 00 s 2 e 1 A 2 3 e 2 1 1 R 1, R 2 11 ? ? ? ? 2 A 1 e 1 s 1 00 s 1 12 commentaires Étape 12 et transition s 1 : 2 trains venant de droite se suivaient ; le premier vient de sortir de la voie unique ; on est revenu au pb de la présence d'un seul train venu de droite étape 11. Étape 12 et transition e 2 : les 2 trains venant de droite sont encore entre e 1 et s 1 ; un 3ème, venu de gauche, doit attendre. Étape 13 et transition s 1 : le 1 er train venu de droite sort ; il reste 1 train (D) qui va sortir et un train (G) en attente étape 14. e 2 ? ? s 1 11 14 ? ? ? e 2 13 ? ? ? s 1 ? ? Terminer le grafcet, partie gauche, en imaginant les hypothèses de transition(s) en sortie d'étape 14. Puis dessiner l'ensemble du grafcet "voie unique" en tenant compte des facilités qu'offre la symétrie. 3 3 @_e_l

Voie unique, rédaction du programme (grafcet niveau 2) R 2 V 2 R 1 V 1 s 2 A 2 e 2 A 1 e 1 s 1 bilan Les diapositives précédentes ont permis de dessiner le grafcet de niveau 1 du problème voie unique. On peut donc aborder la transcription du niveau 1 vers le niveau 2 ! Choix du pilote : un automate programmable. On donnera préalablement les tableaux des adressages • des entrées/capteurs • des sorties/actionneurs • éventuellement des variables internes. 3 4 @_e_l 3 4

4 0 le GRAFCET, outil universel ? premières conclusions @_e_l

Un peu d'histoire des sciences industrielles Avant le XX ème siècle, seule la "mécanisation" des machines pouvait soulager l'homme dans ses tâches fastidieuses de fabrication ; le métier à tisser en est une assez bonne illustration. L'apparition du relais, en fin de XIX ème siècle, permet le développement de la logique électrique. Il faudra attendre quelques décennies pour voir les modules logiques pneumatiques piloter les vérins. Au lendemain de la 2 ème guerre mondiale, on assiste à l'explosion simultanée d'une électronique "basse tension" et de l'informatique. Dès 1970, des outils sont en place qui vont permettre l'éclosion de l'automatique industrielle moderne. • La logique électrique dispose de relais miniaturisés faible consommation, mais l'électronique à transistors offre des modules logiques qui, avec un encombrement encore plus réduit, cohabitent avec des séquenceurs et des fonctions intelligentes (comptage, comparaison, … ). • La logique pneumatique commence à proposer ses propres séquenceurs dont les modules de base sont l'intégration intelligente d'une mémoire et de cellules logiques : la facilité de mise en œuvre balayera très rapidement les démarches de type Climax mais l'encombrement n'y gagnera guère. Quant à la communication dans l'atelier elle est pratiquement nulle : on a rêvé d'un calculateur "pneumatique" mais il est resté au stade du prototype (Schrader USA). Un point commun entre ces développements technologiques parallèles : la recherche d'une gestion des cycles performante ! @_e_l 4 1

Apparition de l'automate programmable industriel En 1968, l'informatique industrielle est réservée aux seules applications très délicates comme celles de la chimie de synthèses et du génie atomique. Mais un outil informatique très élémentaire, l'API –automate programmable industriel- est inventé pratiquement simultanément chez Allen-Bradley et Gould-Modicon (USA) ; dans l'année qui suivra Texas-Instruments (USA) lance le 5 TI qui sera, de par sa simplicité d'exploitation, à l'origine de l'explosion de l'automatisation de la production. En France aussi apparaissent très rapidement ces drôles de machines qui s'apprêtent à remplacer les encombrantes armoires d'automatisme à relais (le T 1600 de Télémécanique était utilisé dans les années 70 par l'INRA/Dijon pour piloter ses fermenteurs de recherche). Dès son apparition, la logique des automates permet tous les développements : la logique de base, les temporisations, les compteurs, les séquenceurs sont au service de l'utilisateur ! L'automate, un outil peu coûteux, simple d'utilisation, performant ! @_e_l 4 2

Le GRAFCET, une approche indispensable La concurrence entre les différentes technologies proposant la gestion automatisée des cycles génère la confusion dans l'analyse du problème. Un ingénieur français, Blanchard, propose une approche indépendante du choix technologique : son GRAFCET de niveau 1 est une description simple et claire des cycle. Une fois cette base précisée, libre à l'utilisateur de choisir les moyens de la mise en œuvre : c'est le GRAFCET de niveau 2 qui est une transcription en logique électrique (le grafcet à relais !!!!), en séquenceurs pneumatiques, en modules électroniques, en logique programmée voire en informatique industrielle. Bien sûr, dès l'apparition du GRAFCET, il fut élémentaire de trouver dans chacun des API la possibilité de créer le système "étape/transition". Certains constructeurs, (français et allemands tout particulièrement) proposèrent même dès le début des années 80 le langage GRAFCET intégré dans leur proposition logicielle. La suite montra l'incontestable suprématie de l'automate programmable industriel sur ses concurrents. La baisse des coûts, l'évolution prodigieuses des performances en sont la première justification ; sa capacité de communiquer avec les outils de gestion informatisée de la production est aujourd'hui incontournable. @_e_l 4 3

Le GRAFCET, "uniquement adapté aux systèmes de nature séquentielle" peut-il devenir un outil d'analyse universel ? La pratique industrielle confirme bien la puissance de l'outil GRAFCET ; du concepteur de la machine à l'utilisateur final, le grafcet de niveau 1 donne à chacun un langage commun qui facilite la première mise en œuvre, l'exploitation au jour le jour et la maintenance. L'évolution des langages de programmation apporte aux spécialistes du "niveau 2" des outils très conviviaux qui simplifient leur travail. Faut-il pour autant généraliser inconsidérément le GRAFCET à l'ensemble de l'automatisation. Non, mais les quelques exemples qui viennent d'être traités nous apportent deux informations : - le grafcet de pilotage d'une lampe est ridicule car il revient tout simplement à remplacer l'égalité "Lampe = interrupteur" par une cascade de 2 étapes ! - quand l'approche logique se fait plus complexe que ne le laissait prévoir l'énoncé du problème (croisement de 2 mobiles sur une voie unique est un bon exemple), l'avantage du GRAFCET réapparaît : il réside dans la possibilité d'écrire pas à pas la description des évènements. Pour s'en convaincre, il suffit de mettre en regard la solution GRAFCET et l'analyse en logique classique ! Premières conclusions : quand un problème de type combinatoire résiste à la démarche logique, tenter une approche par le GRAFCET ! 4 fin @_e_l GR 7+1_ FIN 4 fin

4 fin @_e_l GR 7+1_ FIN

GRAFCET ou Grafcet ou encore grafcet ? GRAFCET, un outil parmi d'autres Rappel : GRAFCET signifie graph de commande étape transition Quelles règles orthographiques adopter ? On écrira GRAFCET ou Grafcet lorsqu'il s'agira de l'outil en général exemple : on utilise le GRAFCET pour gérer cet automatisme. Lorsque l'on évoquera la solution obtenue par l'outil GRAFCET d'un système précis automatisé, on notera alors grafcet Exemple : grafcet de l'alimentation en caisses de la palettisation des bouteilles. À noter : grafcet est invariable (des grafcet). @_e_l i 1, 1