automatique séquentielle - pagesperso
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Cours auto1, CFI INSA de Rouen, Samia Ainouz-Zemouche
Automatique séquentielle
Cours auto1, CFI INSA de Rouen, Samia Ainouz-Zemouche
Samia.ainouz@insa-rouen.fr
Cours auto1, CFI INSA de Rouen, Samia Ainouz-Zemouche
Introduction
Système de production
Objectif : Apporter une valeur ajoutée à un ensemble de produits brut pour obtenir des produits de valeur supérieure
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Introduction
Exemple
MAL
CH
th
n1
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Introduction
F Décrire automatiquement les systèmes de production dont le fonctionnement est séquentiel.
F Chaque intervenant de la chaîne de production doit connaître son fonctionnement avec précision
F Utiliser un langage de description d’un système de production compréhensible de tous : Ingénieur, concepteur, fabricant, opérateur de maintenance, régleur, technicien, ....
Objectif
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Introduction
Exemple
Voyant V m a
MAL
CH
th
n1
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Introduction
F Réduction des frais de main d’œuvre
F Économie de matière et d’énergie F Suppression de travaux dangereux ou pénibles
F Meilleur qualité de produits
F Améliorer les performances réaliser des opérations impossible à contrôler manuellement ou intellectuellement
Objectif de l’automatisation des systèmes de production
Systèmes Automatisés de Production (SAP)
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Plan général du cours
Systèmes automatisés de production Les différents langages Le GRAFCET Niveaux de spécification d’un automatisme Le SFC Conclusion générale
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II- Système Automatisé de Production
L’automatisation d’un processus industriel concerne tous les aspects de l’activité industrielle : production, assemblage, montage, control, conditionnement, stockage,....
Un SAP :
➠ Une machine isolée ou une unité de production voir une usine ou un groupe d’usines
➠ est un moyen d’assurer l’objectif primordial d’une entreprise, la compétitivité et la qualité de ces produits
➠ Il doit être organisé autour de différents aspects
Définition d’un SAP
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II- Système Automatisé de Production
Aspect système
Système Automatisé
de Production Produit(s) entrant(s)
Produit(s) sortant(s)
+ valeur ajoutée
objectifs informations énergie(s)
déchets nuisances
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II- Système Automatisé de Production
Aspect système
Fixer, avant toute analyse, la frontière d’un SAP permet au concepteur de :
➠ Clarifier les interactions du SAP avec son environnement
➠ Une étude précise des fonctionnalités interne au système
S.A.P. 1
S.A.P. 2 S.A.P. 3 produits entrants
produits sortants et valeur ajoutée
informations 1
informations informations 3
déchets
déchets nuisances
informations, produits intermédiaires, etc.
énergie
produits sortants
S.A.P. étudié
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II- Système Automatisé de Production
Aspect système
F Partie Commande (PC)
F Partie Opérative (PO)
Constituants d’un SAP
Partie Commande Partie Opérative Comptes
rendus
Ordres
Informations entrantes
Informations sortantes
Consignes
Visualisations
Produits entrants
Produits sortants et v.a.
Énergies
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II- Système Automatisé de Production
Aspect système
F Partie Opérative (PO) ➠ Opère sur le produit brut afin d’obtenir un produit fini
➠ Composée de l’ensemble d’organes physiques qui interagissent sur le produit pour lui conférer une VA :
➠ Actionneurs : Transformation d’énergie produisant un mouvement (rotation, translation,…) ➠ Actionneurs pneumatiques : air comprimé ➠ Actionneurs hydrauliques : huile
➠ Pré-actionneurs : relais de puissance entre la commande et les actionneurs ➠ Distributeurs : distribuer l’énergie pneumatique aux actionneur ➠ Auxiliaires : régler la vitesse de distribution
➠ Capteurs : recueillent les informations traduisant un changement d’état
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II- Système Automatisé de Production
Aspect système F Partie commande (PC) ➠ Reproduit le savoir-faire des concepteurs ➠ Émet des ordres vers la partie opérative et reçoit des comptes rendus
➠ Composée de l’ensemble les moyens logiciels et d’informations
➠ Elle coordonne :
➠ Le dialogue avec la machine : commande des actionneurs via les pré-actionneurs et l’acquisition des signaux des capteurs
➠ Le dialogue homme machine : le personnel émet des consignes pour exploiter, régler et dépanner la machine.
➠ Le dialogue avec d’autres machines : afin de coordonner les machines pouvant coopérer dans une même production.
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II- Système Automatisé de Production
Aspect système
F Partie commande (PC)
Tout ce qui entre dans la partie commande sera considéré par celle ci comme un compte-rendu et tout ce qui sort comme un ordre.
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II- Système Automatisé de Production
Aspect système
F Lien entre la PC et la PO
Partie Opérative
Comptes-rendus
Pré-actionneurs
Capteurs Partie Commande
Ordres
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II- Système Automatisé de Production
Aspect système
➠ Exemple : ascenseur
PO : ensembles électro-mécanique (cabine, moteur, porte)
PC : Boutons d’appel, la logique
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II- Système Automatisé de Production
Aspect évolutif
➠ Le cycle de vie d’un SAP comprend plusieurs phases
ü Constitution d’un cahier des charges ü Définition des besoins de la PC et de la PO ü Etude et conception des dispositif ü Réalisation matérielle ü Test, exploitation, maintenance, modification….
➠ Intervention de plusieurs compétences
➠ Nécessité impérative d’un dialogue : un langage compréhensible par tous
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II- Système Automatisé de Production
Conclusion F L’étude d’un SAP doit être menée dans un cadre d’évolution de
l’entreprise
F Elle vise une rentabilité accrue incluant la prise en compte du coût global
du SAP :
– L’étude – La réalisation – La mise au point – L’exploitation
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III- Les différents langages
F Deux langages nous intéressent dans ce cours : Le GRAFCET, le SFC
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Sigle Désignation Norme Utilisation Commentaires
GRAFCET GRAphe
Fonctionnel de Commande Etape
et Transition CEI/IEC 60848 Très adapté à l'étude et au
développement Langage strict-Très utilisé-
Manque de souplesse
SFC Sequential Function Charts
CEI/IEC 61131-3
Programmation des API (Automate Programmable
Industriel) Issu du GRAFCET-Permet l'utilisation d'autre langage-Plus souple-Moins précis
IL Instruction List
(langage proche de l'assembleur)
CEI/IEC 1131-3 Programmation des API Utilisé tel quel ou en
association avec SFC
ST Structural Text (langage textuel
proche du Pascal, ADA ou C)
CEI/IEC 1131-3 Programmation des API Utilisé tel quel ou en
association avec SFC
LD Ladder Diagrams
(schémas à relais = logique à contact)
CEI/IEC 1131-3
Programmation des API-Schéma de réalisation-Architecture
Issu des schémas électriques-Langage encore très utilisé dans l'industrie-Manque de
lisibilité
FDB Functional Block Diagram
CEI/IEC 1131-3
Schéma de réalisation-Architecture
GEMMA Guide d'Étude ces Modes de Marches
et d'Arrêts Pas exactement un langage mais un guide-Basé sur le
GRAFCET
A B C
IL ST LD FBD
LD A ANDN B ST C
C := A AND NOT B A B C ├─┤├─┤/├────( )─┤
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IV- Le GRAFCET
Définition et objectif
F GRAphe Fonctionnel de Commande Etape et Transition
F Décrit le fonctionnement d’un SAP
F Permet la réalisation ou la programmation de la partie commande
F Exprime le comportement attendu des systèmes logiques (TOR, and, or,….)
F C’est un langage graphique qui comprend 5 règles d’évolution
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IV- Le GRAFCET
Définition et objectif
2
3
4
1
marche OUVRIR LA VANNE n°10
niveau 1 atteint OUVRIR LA VANNE n°5
niveau 2 atteint
CHAUFFER
MALAXER
température atteinte
STRUCTURE INTERPRÉTATION
(1)
(2)
(3)
(4)
Réceptivités associées aux transitions 1 et 2
Actions associées aux étapes 3 et 4
Étapes
Transitions
Liaisons orientées
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IV- Le GRAFCET
Définition et objectif
Structure : 3 éléments graphiques
Les liaisons
Les étapes
Les transitions
Evolution 5 règles d’évolution
Interprétation
Les actions associées aux étapes
Les réceptivités aux transitions
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IV- Le GRAFCET
Relation entre GRAFCET, PC et PO
La relation entre la PC et la PO se font par l’intermédiaire des entrées/sorties
➠ Les comptes rendus comme étant des entrées
➠ Les actions comme étant des sorties
P.C.
2
3
4
1
m
V10 n1
10s/X3
MAL
CH
th
V10
MAL
CH
s1
s8
sm
e10
e7
en
m
n1
th
Variable temporelle interne
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IV- Le GRAFCET
Eléments graphiques de base d’un GRAFCET
F Etapes: ➠ Les étapes caractérisent le comportement invariant d’une partie ou de la totalité du
SAP sur ses entrées et ses sorties
➠ A un instant donnée une étape est soit active, soit inactive
➠ L’activité : exécution de l’ensemble des actions associée à cette étape
1
2 10
● 5
L'activité de l'étape peut être repérée par un point
situé à l'intérieur de celle ci
L'entrée se fait par le haut de l'étape et sa sortie par
le bas
Une étape est représentée par un carré muni d'un repère alpha-numérique
Les étapes initiales représentées par un double carré sont actives au début du fonctionnement et définissent le comportement initial du S.A.P.
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IV- Le GRAFCET
Eléments graphiques de base d’un GRAFCET
F Etapes: Les actions associées à une étape: Ø Une étape peut contenir une ou plusieurs actions ou aucune
Ø La ou Les actions sont effectuées simultanément lorsque l’étape est active
Ø Une action peut être :
Ø Un ordre donné à la PO
Ø Une émission d’information vers l’extérieur (signalisation,….)
Ø La mise à jour de variables internes(condition, temporisation, mémoire,..)
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IV- Le GRAFCET
Eléments graphiques de base d’un GRAFCET
F Etapes: correspondance entre symbole et action
2 V10 "Ouvrir la vanne n°10" 2 OUVRIR LA VANNE n°10
9 CHAUFFER MALAXER
VOYANT VERT
9 CHAUFFER MALAXER
VOYANT VERT
4 CHAUFFER MALAXER 4 CHAUFFER MALAXER
Toutes les actions associées à une même étape sont effectuées simultanément quel que soit l'ordre dans lequel elles sont indiquées
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IV- Le GRAFCET
Eléments graphiques de base d’un GRAFCET
F Transitions: Ø Elle indique la possibilité d’évolution du GRAFCET
Ø L’évolution s’accomplie par le franchissement d’une transition
Ø Il ne peut y avoir qu'une seule transition entre deux étapes
une transition a que deux états. Elle est soit validée, soit non validée
f, fonction combinatoire
=1, réceptivité toujours vraie
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IV- Le GRAFCET
Eléments graphiques de base d’un GRAFCET
F Transitions:
Une transition est validée lorsque toutes les étapes immédiatement précédentes auxquelles cette transition est reliée sont actives
Lorsque plusieurs étapes sont reliées à une même transition les liaisons orientées sont regroupés en amont ou en aval par le symbole de synchronisation
A chaque transition est associée une condition logique appelée condition de transition ou réceptivité qui est soit vraie soit fausse.
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IV- Le GRAFCET
Eléments graphiques de base d’un GRAFCET
F Transitions:
(18a) (18)
18
19 102
(24)
24
25 101 204 (36) (15)
15
16
36
(22)
22
23
Transitions validées par une seule étape
Lors du franchissement de la transition 15, l'étape 15 se désactivera et
simultanément l'étape 16 deviendra active et lors du franchissement de la
transition 36 l'étape 16 deviendra active simultanément à la désactivation de
l'étape 15.
Lors du franchissement de la transition 24, l'étape 24 se désactivera et
simultanément les étapes 25, 101 et 204 deviendront actives.
Lors du franchissement de la transition 18, l'étape 18 se
désactivera et simultanément l'étape 19 deviendra active et lors du franchissement de la
transition 18a l'étape 102 deviendra active simultanément à la désactivation de l'étape 18.
Lors du franchissement de la transition 22, l'étape 22 se désactivera et simultanément l'étape 23 deviendra active.
La transition 15 sera validée lorsque l'étape 15 sera active et la 36 lorsque
l'étape 36 sera active
La transition 24 sera validée lorsque l'étape 24 sera active
Les transitions 18 et 18a seront validées lorsque l'étape 18 sera
active
La transition 22 sera validée lorsque l'étape
22 sera active
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IV- Le GRAFCET
Eléments graphiques de base d’un GRAFCET
F Transitions:
(21)
21
23
112
(24)
25 113 204
24 115
Transitions validées par plusieurs étapes
Lors du franchissement de la transition 24, les étapes 24 et 115 se désactiveront et simultanément les
étapes 25, 113 et 204 seront activées.
Lors du franchissement de la transition 21, les étapes 21 et 112 se désactiveront et simultanément l'étape 23sera activée.
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IV- Le GRAFCET
Eléments graphiques de base d’un GRAFCET
F Transitions:
Les réceptivités associées aux transitions
(10) niveau_n1 + niveau_n2 (10) n1 + n2 (10) I 0,6 + I 0,10
(8) ↑n1 (9) ↑n1 + ↓n2 (12) = 1
tenant compte des entrées automate forme symbolique
forme littérale
Réceptivité toujours vraie. synchronisations
du GRAFCET. Dès que la transition à laquelle elle est associée sera validée,
elle sera franchie
↑n1 + ↓n2 signifie front montant de n1 ou front
descendant de n2
↑n1 la réceptivité devient vrai lors du passage de l'état bas (faux) à l'état haut
(vrai) de n1 et durant ce passage.
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IV- Le GRAFCET
Eléments graphiques de base d’un GRAFCET
F Transitions:
(45)
45
Étape 46
Page 12
46
Étape 45
Page 5
(46)
GRAFCET trop important Ø Décomposition du GRAFCET en plusieurs parties (meilleure compréhension),
Ø Notation des repères indiquant la destination prochaine, la destination de départ ainsi que les numéros de page.
Attention : la liaison étape-transition ne devra pas être coupée.
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IV- Le GRAFCET
Les règles
F 1 règle de syntaxe
F 5 règles dévolution
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IV- Le GRAFCET
Les règles
F Règle de syntaxe
L'alternance étape-transition, transition-étape doit toujours être respectée quelle que soit la séquence parcourue.
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IV- Le GRAFCET
Les règles
F Règles d’évolution
Règle 1: situation initiale
➠ Elle correspond aux étapes actives au début du fonctionnement.
➠ Elle traduit généralement un comportement de repos.
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IV- Le GRAFCET
Les règles
F Règles d’évolution
Règle 2: franchissement d’une transition
➠ Le franchissement d'une transition se produit:
- lorsque la transition est VALIDÉE
- ET QUE la réceptivité associée à cette transition est VRAIE
➠ Lorsque une transition est franchissable, elle est obligatoirement franchie
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IV- Le GRAFCET
Les règles
F Règles d’évolution
Règle 3: évolution des étapes actives
Le franchissement d'une transition entraîne simultanément l'activation de toutes les étapes immédiatement suivantes et la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.
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IV- Le GRAFCET
Les règles
F Règles d’évolution
Règle 4: évolution simultanée
➠ Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies
➠ Il est recommandé de repérer par une astérisque les franchissement qui doivent être simultanés
1 2
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IV- Le GRAFCET
Les règles
F Règles d’évolution
Règle 5: activation et désactivation simultanée
➠ Si au cours du fonctionnement une étape est simultanément activée et désactivée, elle reste active
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IV- Le GRAFCET
Représentation graphique normalisée des actions
Section ‘a’ : contient une ou une combinaison de lettre symbole décrivant les caractéristiques logiques relatives à l’exécution de l’action selon le tableau :
a
b
c 22
23
…
Lettre symbole Caractéristique
C Action conditionnelle D Action retardée "Delayed" L Action limitée dans le temps P Action impulsionnelle "Pulse" S Début d'action mémorisée "Set" R Fin d'action mémorisée "Reset"
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IV- Le GRAFCET
Représentation graphique normalisée des actions
La section "b" : contient la déclaration symbolique ou littérale de l'action.
La section "c" : indique le repère de référence du signal de fin d'exécution correspondant.
a
b
c 22
23
…
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IV- Le GRAFCET
Représentation graphique normalisée des actions
F Action conditionnelle
➠ Action soumise à une condition logique
➠ Variable d’entrée, variable interne ( temporelle), combinaison booléenne de plusieurs variables
L’action CH sera effectuée si :
fc est faux (fc=0) ET que th sera faux (th=0)
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IV- Le GRAFCET
Prise en compte du temps dans le GRAFCET
F Utilisation dans le grafcet
La représentation littérale est t1/Xi/t2
➠ Utilisation comme réceptivité
X22=1 transition 22 validée
1h après I22 =1, X22=0 et X23=1
I22 =0
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IV- Le GRAFCET
Structure de base d’un GRAFCET
F Séquence : suite linéaire d’étapes activées les une après les autres
Une séquence est active si au moins une étape est active
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IV- Le GRAFCET
Structure de base d’un GRAFCET
F Sélection de séquence (aiguillage, divergence en ou)
Choix d’évolution à partir d’une ou plusieurs étapes
Attention : Choix exclusif
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IV- Le GRAFCET
Structure de base d’un GRAFCET
F Saut d’étapes
Permet de sauter une ou plusieurs étapes
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IV- Le GRAFCET
Structure de base d’un GRAFCET
F Reprise de séquence
Permet de recommencer plusieurs fois la même séquence
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IV- Le GRAFCET
Structure de base d’un GRAFCET
F Convergence en ou
Si plusieurs séquences doivent se terminer de la même manière alors elles sont réunies
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IV- Le GRAFCET
Structure de base d’un GRAFCET
F Parallélisme structural (divergence en et)
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IV- Le GRAFCET
Structure de base d’un GRAFCET
F Synchronisation (convergence en et)
Permet d’attendre la fin de plusieurs activités pour continuer par une seule
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IV- Le GRAFCET
Exercice 1
F Cahier des charges
Un poste a trois voyants vert (VV), orange (VO) et rouge (VR).
Faire clignoter les trois voyants un après l’autre en prévoyant un arrêt à n’importe quel moment
a m
Établir les spécification de la partie commande
Établir le grafcet lié à la partie commande
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IV- Le GRAFCET Exercice 4 : détection de la présence d’un véhicule à l’entrée
d’un parking
F Cahier des charges
Le commutateur en position jour (COMJ) autorise de fonctionnement
F Le feu rouge (RA) est allumé, la barrière est fermée
F Lorsque le détecteur bas de voie A (DETBAS) détecte un véhicule :
F Le feu rouge (RA) s’éteint,
F le feu vert (VA) s’allume
F Lorsque le détecteur haut de voie A (DETHAUT) détecte le franchissement :
F Le feu vert s’éteint
F Le feu rouge s’allume
Établir les spécification de la PC
Établir le grafcet lié au cahier des charges
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IV- Le GRAFCET Exercice 4 : détection de la présence d’un véhicule à l’entrée
d’un parking
F Cahier des charges
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IV- Le GRAFCET
Exercice 5 : Étude de la voie A en fonctionnement
F Cahier des charges
F L’ensemble est à l’arrêt
F La mise en position jour (COMJR) provoque :
F L’allumage du feu vert (VA)de la voie A,
F 5s après, l’extinction du feu vert, l’allumage du feu orange (OA)
F 1s après, l’extinction du feu orange puis l’allumage du feu rouge (RA)
F 8s après, l’extinction du feu rouge
F Si COMJR est toujours en position jour, le cycle recommence
F Si COMJR n’est pas en position jour, soit en position nuit l’ensemble passe à l’arrêt
Établir les spécification de PC
Établir le grafcet lié au cahier des charges
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IV- Le GRAFCET
Exercice 6 : Système de remplissage bouchage
F Cahier des charges
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IV- Le GRAFCET
Exercice 6 : Système de remplissage bouchage
F Cahier des charges
Établir les spécification de PC
Établir le grafcet lié au cahier des charges (en 1 seul bloc)
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V- Niveaux de spécification d’un automatisme
F Niveau 1 : spécifications fonctionnelles
➠ Le GRAFCET décrit le comportement de la PC vis-à-vis de la PO et du monde extérieur.
➠ On décrit uniquement les actions à effectuer et leur enchaînement
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V- Niveaux de spécification d’un automatisme
F Niveau 2 : spécifications technologiques et opérationnelles
➠ Les spécifications technologiques complètent les spécifications fonctionnelles
➠ Indication de la réalisation pratique des action : échanges entre l’automatisme et le processus
➠ Spécification de l’interface entre l’automatisme et le monde extérieur (nature, caractéristiques et contraintes des capteurs et des actionneurs, sécurité liée au choix technologique)
➠ Les spécification opérationnelles ont trait à l’exploitation de l’automatisme (fiabilité, maintenance, facilité de modification, modes d’exploitation)
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IV- Le SFC
F Définition :
➠ Sequential Function Charts ➠ Langage de programmation des API (automates programmables industriels) ➠ Il fait partie de la norme IEC/CEI 61131-3
F Différences entre GRAFCET et SFC
➠ Norme
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IV- Le SFC
➠ Les étapes
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IV- Le SFC
➠ Les transitions
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IV- Le SFC
➠ Les étapes
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IV- Le SFC
➠ La sélection de séquences
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IV- Le SFC
➠ Les règles d’évolution
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IV- Le SFC
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IV- Conclusion générale
➠ Le GRAFCET est un outil de développement qui sert à décrire le fonctionnement d’un système discret (pas pour être exécuté)
➠ Le SFC est un langage de programmation conçu comme tel.
➠ Le SFC décrit la PC avec une plus grande précision et souplesse que le GR
➠ Le SFC est plus contraignant mais permet de mieux définir certaines actions
➠ Le SFC fait partie d’un POU, donc il permet une organisation structurelle plus aisée et plus précise que le GRAFCET.
➠ Il fournit une diversité d’ordres de forçage et d’hiérarchie
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