grafcet et automatismes industriels
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Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Kébili A. U. : 09 / 10
Département : Maintenance Industrielle. Classe : GE 21
Laboratoire : Automatique.
Matière : Automatique et Informatique Industrielle.
Enseignant : Ben Mekki Houcine.
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
commande et exécute les modifications sur les matières d’œuvres.
Pour étudier un tel système on fait appel à des outils de description de fonctionnement.
Parmi ces outils, on trouve :
◊ Le chronogramme.
◊ L’organigramme.
◊ Le Grafcet.
2. Le Grafcet :
Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels. Page 1 sur 17
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.
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. Page 2 sur 17
◊ 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 :
Etape Actions Associées
10 Actions d’initialisations.
Action sur m démarre le système.
11 Actionner un contacteur KM1
Passer à l’étape 12 si CH est vraie
12 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. Page 3 sur 17
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 :
Lorsque l’étape 2 n’est pas active la transition T 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 2-3 est validée,
elle sera franchie lorsque sa réceptivité R 2-3 devienne vraie.
La transition T 2-3 est franchie, car elle est validée (étape 2
est active) et sa réceptivité R 2-3 est vraie.
La transition T 23-45 est franchie, car elle est validée (étapes 2
et 3 sont actives) et sa réceptivité R 23-45 est vraie.
Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels. Page 4 sur 17
◊ Règle 4 :
Plusieurs transitions simultanément franchissables doivent êtres
simultanément franchies.
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,
elle reste activée.
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. Page 5 sur 17
C’est un Grafcet ayant un seul chemin
d’évolution (le système suit un seul chemin de
son départ à son arrêt)
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
devient vraie.
L’étape 8 devient active si t6-8
devient vraie.
Divergence en « ET » : (Distribution)
C’est un Grafcet à activation simultanée de séquences.
Les étapes 11 et 12 deviennent
simultanément actives si l’étape
10 étant active et la réceptivité
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. Page 6 sur 17
Si l’étape 2 est active et t2-4
devienne vraie.
OU
Si l’étape 3 est active et t3-4
devienne vraie.
Convergence en « ET » : (Jonction)
L’étape 7 sera activée lorsque les
étapes 5 et 6 sont tous les deux
actives et la réceptivité associée à
t7 devient vraie.
2.4.2.3. Saut d’étapes et reprise de séquence :
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)}
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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 :
o L’étape 05 si R 04-05 devient vraie.
o L’étape 03 si R 04-03 devient vraie.
2.4.2.4. 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.
2.4.2.5. Synchronisation de deux Grafcet :
Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels. Page 8 sur 17
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.
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. Page 9 sur 17
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. Page 10 sur 17
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, ...).
3. Exemple d’application : Unité de Perçage Automatique.
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Constitution du système :
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. Page 12 sur 17
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.
Grafcets des différents points de vue :
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Grafcet d’un point de vue Système :
Grafcets des points de vue PO et PC :
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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.
◊ L’équation d’activation est :
◊ L’équation de désactivation est :
◊ L’équation de la mémoire de l’étape est :
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 » :
Etape 11 :
Etape 4 :
4.3.2. Grafcet avec divergence en « OU » :
Chapitre 1 : Grafcet Et Automatismes Industriels. Page 15 sur 17
Etape 2 :
Etape 41 :
4.3.3. Grafcet avec convergence en « ET » :
Etape 31 :
Etape 4 :
4.3.4. Grafcet avec divergence en « ET » :
Etape 2 :
Etape 30 :
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 :
◊ A 0 = .....................................
◊ D 0 = .....................................
◊ X 0 = .....................................
Etape 1 :
◊ A 1 = .....................................
◊ D 1 = .....................................
◊ X 1 = .....................................
Etape 2 :
◊ A 2 = .....................................
◊ D 2 = .....................................
◊ X 2 =......................................
Etape 3 :
◊ A 3 = .....................................
◊ D 3 = .....................................
◊ X 3 = .....................................
Etape 4 :
◊ A 4 = .....................................
◊ D 4 = .....................................
◊ X 4 = .....................................
Etape 5 :
◊ A 5 = .....................................
◊ D 5 = .....................................
◊ X 5 = .....................................
Etape 6 :
◊ A 6 = .....................................
◊ D 6 = .....................................
◊ X 6 = .....................................
Etape 7 :
◊ A 7 = .....................................
◊ D 7 = .....................................
◊ X 7 = .....................................
Etape 8 :
◊ A 8 = .....................................
◊ D 8 = .....................................
◊ X 8 = .....................................
4.4.2. Mise en équation des sorties :
Déterminer les équations des sorties du système :
14 M = .......................................
12 M = .......................................
KMB = .......................................
KMDR =.....................................
KMDL = ....................................
KMMR =....................................
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