GRAFCET Chaîne d’information Principes généraux Le GRAFCET Eléments de base Règle de syntaxe Règles d’évolution Evénements d’entrée Modes de valuation des sorties

GRAFCET Points de vue Structures élémentaires Structuration

Chaîne d’information Cette fonction peut être réalisée par: un automate programmable industriel(API) un ordinateur un circuit câblé un microcontrôleur Nous avons besoin d’un modèle de représentation pour décrire le fonctionnement du système automatisé, c’est-à-dire l’ordonnancement temporel des tâches à effectuer. Nous nous intéresserons par la suite à des systèmes logiques séquentiels

Principes généraux La partie séquentielle d’un système automatisé est caractérisée par ses variables d’entrée, ses variables de sortie et son comportement SYSTEME Entrées booléennes Sorties booléennes PARTIE SEQUENTIELLE Sorties non booléennes Entrées non booléennes

Le GRAFCET Le langage de spécification GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande Etape Transition) permet d’établir un grafcet exprimant le comportement attendu de la partie séquentielle d’un système déterminé. Cet outil se caractérise principalement par ses éléments graphiques qui, associés à une expression alphanumérique des variables, offre une représentation synthétique du comportement du système. Le GRAFCET est régit par la norme CEI 60848 Ed.2 de février 2002

Eléments de base L’étape La transition L’action La réceptivité

1 – L’étape Représentée par un carré qui contient un numéro (deux étapes d’un même grafcet ne peuvent porter le même numéro) : inactive L’étape possède deux états 1

1 – L’étape Représentée par un carré qui contient un numéro (deux étapes d’un même grafcet ne peuvent porter le même numéro) : L’étape possède deux états 1 active • La couleur utilisée n’est pas dans la norme définissant le Grafcet, de même que le point indiquant l’activité de l’étape

1 – L’étape Représentée par un carré qui contient un numéro (deux étapes d’un même grafcet ne peuvent porter le même numéro) : L’étape possède deux états 1 active • On peut associer une variable à l’état d’une étape. Cette variable, appelée variable d’étape, est notée Xi, elle prend la valeur: 1 lorsque l’étape i est active 0 Lorsque l’étape i est inactive

1 – L’étape Représentée par un carré qui contient un numéro (deux étapes d’un même grafcet ne peuvent porter le même numéro) : L’étape possède deux états 1 active • Une étape initiale est une étape qui est active à l’instant t=0 1

1 – L’étape 1 2 Les étapes sont reliées par des traits verticaux Le sens conventionnel de lecture est de haut en bas 2

1 – L’étape 1 2 Les étapes sont reliées par des traits verticaux Dans le cas contraire, on utilise une flèche 2

2 – La transition Représentée par un trait horizontal, elle sépare deux étapes : La transition possède deux états : Non validée 1 2

2 – La transition Représentée par un trait horizontal, elle sépare deux étapes : La transition possède deux états : Validée 1 2

2 – La transition Représentée par un trait horizontal, elle sépare deux étapes : 1 La transition peut comporter un repère placé à gauche. (n) 2

2 – La transition a Une transition source est une transition qui ne possède aucune étape amont. 2 Par convention, la transition source est toujours validée et est franchie dès que la réceptivité associée devient vraie b 3 La réceptivité associée à une transition source doit comporter un front pour éviter une activation continue de l’étape aval

2 – La transition 5 b Une transition puits est une transition qui ne possède aucune étape aval. 6 a

3 – L’action 1 Associée à une étape, elle indique la tâche à effectuer Elle possède deux états : 1 Action 1 Non effectuée

3 – L’action Associée à une étape, elle indique la tâche à effectuer Elle possède deux états : 1 Action 1 Effectuée Plusieurs actions peuvent être associées à une étape, elle sont effectuées en même temps. 1 Action 1 Action 2

4 – La réceptivité Associée à une transition, c’est une variable binaire. 1 Elle possède deux états : Fausse a 2 toto

4 – La réceptivité Associée à une transition, c’est une variable binaire. 1 Elle possède deux états : Vraie a 2 La réceptivité 1 est toujours vraie.

Règle de syntaxe L’alternance étape-transition et transition-étape doit toujours être respectée quelle que soit la séquence parcourue. 1 2 1 2

Règles d’évolution Règle 1 Règle 2 Règle 3 Règle 4 Règle 5

1 – Règle 1 La situation initiale, choisie par le concepteur, est la situation active à l’instant initial. La situation initiale est donc décrite par l’ensemble des étapes actives au début du fonctionnement.

2 – Règle 2 Une transition est dite validée lorsque toutes les étapes immédiatement précédentes reliées à cette transition sont actives. Le franchissement d’une transition se produit lorsque: la transition est validée la réceptivité associée à cette transition est vraie

3 – Règle 3 Le franchissement d’une transition entraîne simultanément l’activation de toutes les activités immédiatement suivantes et le désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.

4 – Règle 4 Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies.

5 – Règle 5 Si, au cours du fonctionnement, une étape active est simultanément activée et désactivée, alors elle reste active.

Evénements d’entrée Un événement d’entrée est un changement d’état d’une variable d’entrée associé à la date à laquelle il se produit. a 1 t1 t2 t3 t4 t Des événements se produisent aux temps t1, t2, t3 et t4 lorsque la variable a change d’état. On distingue deux types d’événement:

Evénements d’entrée Le front montant de a, noté a, qui ne prend la valeur 1 qu’au passage de la valeur 0 à 1 de la variable a. a 1 t1 t2 t3 t4 t a 1 t1 t2 t3 t4 t

Evénements d’entrée Le front descendant de a, noté a, qui ne prend la valeur 1 qu’au passage de la valeur 1 à 0 de la variable a. a 1 t1 t2 t3 t4 t a 1 t1 t2 t3 t4 t

Evénements d’entrée La réceptivité a n’est vraie que lors du changement d’état (0 -1) de la variable a 1 • a t 1 t1 t2 t3 t4 (1) a 2 Plaçons nous à l’instant t1 (2) a 3

Evénements d’entrée La réceptivité a n’est vraie que lors du changement d’état (0 -1) de la variable a 1 • a t 1 t1 t2 t3 t4 (1) a 2 Plaçons nous à l’instant t1 Seule la transition (1) qui est validée est franchie (Règle 2). (2) a 3

Evénements d’entrée La réceptivité a n’est vraie que lors du changement d’état (0 -1) de la variable a 1 a t 1 t1 t2 t3 t4 (1) a 2 • Le franchissement de cette transition entraîne l’activation de 2 et la désactivation de 1. La transition (2) est validée, mais la réceptivité a n’est plus vraie, il faudra attendre t3 pour la franchir (2) a 3

Evénements internes Un événement interne est un changement de situation du grafcet. Activation ou désactivation d’une étape Franchissement d’une transition

Modes de valuation des sorties Les actions permettent d’établir le lien entre l’évolution du grafcet et les sorties. Deux modes de valuation décrivent comment les sorties dépendent de l’évolution et des entrées du système: le mode continu le mode mémorisé

1 – Mode continu 1 Condition d’assignation On appelle assignation le fait de mettre à 1 la variable associée à la sortie En mode continu, c’est l’association d’une action à une étape qui permet d’indiquer qu’une variable de sortie a la valeur vraie si l’étape est active et si la condition d’assignation est vérifiée 1 Action 1 condition L’action n’est pas effectuée

• 1 – Mode continu 1 Condition d’assignation On appelle assignation le fait de mettre à 1 la variable associée à la sortie En mode continu, c’est l’association d’une action à une étape qui permet d’indiquer qu’une variable de sortie a la valeur vraie si l’étape est active et si la condition d’assignation est vérifiée 1 Action 1 condition • L’action n’est pas effectuée

1 – Mode continu 1 Condition d’assignation On appelle assignation le fait de mettre à 1 la variable associée à la sortie En mode continu, c’est l’association d’une action à une étape qui permet d’indiquer qu’une variable de sortie a la valeur vraie si l’étape est active et si la condition d’assignation est vérifiée 1 Action 1 condition L’action n’est pas effectuée

• 1 – Mode continu 1 Condition d’assignation On appelle assignation le fait de mettre à 1 la variable associée à la sortie En mode continu, c’est l’association d’une action à une étape qui permet d’indiquer qu’une variable de sortie a la valeur vraie si l’étape est active et si la condition d’assignation est vérifiée 1 Action 1 condition • L’action est effectuée Action 1 = X1.condition

1 – Mode continu 1 Condition d’assignation La condition logique ne doit jamais comporter de front de variable 1 Action 1 L’action n’est pas effectuée Lorsque la condition d’assignation est toujours vraie on ne la représente pas.

• 1 – Mode continu 1 Condition d’assignation La condition logique ne doit jamais comporter de front de variable Lorsque la condition d’assignation est toujours vraie 1 Action 1 • L’action est effectuée Action 1 = X1

1 – Mode continu 1 Condition d’assignation temporisé La notation t1 / c / t2 indique que la condition d’assignation n’est vraie qu’après un temps t1 depuis le front montant de c et redevient fausse après un temps t2 depuis le front descendant de c La variable c doit rester vraie un temps supérieur ou égal à t1 pour que la condition d’assignation puisse être vraie t1 et t2 doivent être remplacés par leur valeur réelle 1 Action 1 t1 / c / t2

• 1 – Mode continu 5 Condition d’assignation temporisé Exemple: X5 3s / c / 6s 3s / c / 6s 3s / c / 6s t c 5 Action 1 Action 1 Action 1 • 3s 6s t Action 1 t

• 1 – Mode continu 5 Action retardée Exemple: X5 3s / X5 3s / X5

1 – Mode continu 5 Action retardée Exemple: X5 3s / X5 t Action 1

• 1 – Mode continu 5 Action limitée dans le temps Exemple: X5 3s / X5

1 – Mode continu 5 Action limitée dans le temps Exemple: X5 3s / X5 t

• • 1 – Mode continu 5 6 Action limitée dans le temps (autre solution) Exemple: X5 5 Action 1 Action 1 Action 1 • 3s t Action 1 3s / X5 3s / X5 t 6 • X6 t

2 – Mode mémorisé 1 Affectation d’une valeur à une variable On appelle affectation le fait de mémoriser, à un instant donné, la mise à une valeur déterminée d’une variable de sortie En mode mémorisé, la valeur d’une sortie relative à une action mémorisée et associée à un événement, est affectée à la valeur indiquée si l’événement se produit. 1 C := 1

• 2 – Mode mémorisé 1 Affectation d’une valeur à une variable On appelle affectation le fait de mémoriser, à un instant donné, la mise à une valeur déterminée d’une variable de sortie En mode mémorisé, la valeur d’une sortie relative à une action mémorisée et associée à un événement, est affectée à la valeur indiquée si l’événement se produit. Quand l’étape 1 devient active, C = 1 1 C := 1 •

2 – Mode mémorisé 1 Affectation d’une valeur à une variable On appelle affectation le fait de mémoriser, à un instant donné, la mise à une valeur déterminée d’une variable de sortie En mode mémorisé, la valeur d’une sortie relative à une action mémorisée et associée à un événement, est affectée à la valeur indiquée si l’événement se produit. 1 C := 1 Quelle que soit la durée d’activité de l’étape 1, quand elle se désactive, C = 1

2 – Mode mémorisé 1 1 Action à l’activation ou à la désactivation La valeur C+1 est affectée à C au moment de l’activation de l’étape 1 1 C := C+1 La valeur C+1 est affectée à C au moment de la désactivation de l’étape 1 1 C := C+1

2 – Mode mémorisé 10 Action sur événement b C := 1 La valeur 1 est affectée à C lorsque le front montant de b se produit et que simultanément l’étape 10 est active.

Points de vue On distingue 3 points de vue de description d’un système automatisé selon les informations dont on dispose sur ce système ou selon les éléments que l’on considère : Point de vue système ou procédé Point de vue partie opérative Point de vue partie commande

• 1 - Point de vue système ou procédé 1 Le grafcet décrit la gamme des opérations à effectuer sans que l’on connaisse les éléments de la partie opérative 1 Bloquer la pièce Bloquer la pièce • Pièce bloquée Pièce bloquée

• 2 - Point de vue partie opérative 1 Le grafcet décrit le comportement des éléments de la partie opérative V1+ V1+ V1- 1 V1+ V1+ • S1.S2 S1.S2 S1.S2 s2 s1

• 3 - Point de vue partie commande 1 Le grafcet décrit les ordres de la partie commande envoyés aux préactionneurs. 1 O0,01 O0,01 • I0,1.I0,2 I0,1.I0,2 I0,1.I0,2 AUTOMATE Entrées Sorties I0,01 I0,02 I… O0.01 O0.02 O...

Structures élémentaires La divergence en ET La convergence en ET La divergence en OU La convergence en OU

1 – La divergence en ET 1 L’étape 1 est active, la transition suivante est donc validée. • a 2 3 n

1 – La divergence en ET 1 La réceptivité a devient vraie, la transition peut donc être franchie. • a 2 3 n

• • • • 1 – La divergence en ET 1 2 3 n Les étapes suivant la divergence en ET sont simultanément activées, l’étape 1 devenant inactive. a 2 3 n • • • •

• • • 2 – La convergence en ET 2 3 n n+1 a Toutes les étapes précédant la convergence en ET ne sont pas actives, la transition suivante n’est donc pas validée n+1

• • • • 2 – La convergence en ET 2 3 n n+1 a L’étape n devenant active la transition est donc validée n+1

• • • • 2 – La convergence en ET 2 3 n n+1 a La réceptivité a devenant vraie, la transition est donc franchie. n+1

• 2 – La convergence en ET 2 3 n n+1 a L’étape n+1 devient active, les étapes précédant la convergence sont toutes désactivées. n+1 •

3 – La divergence en OU 1 L’étape 1 est active, les transitions suivantes sont donc validées. • a2 a3 an 2 3 n

3 – La divergence en OU 1 La réceptivité 3 devient vraie, la transition à laquelle elle est associée peut donc être franchie. • a2 a3 an 2 3 n

3 – La divergence en OU L’étape 3 devient active, l’étape précédente 1 se désactive. La transition suivant l’étape 3 est validée, les autres ne le sont plus 1 a2 a3 an 2 3 n •

• 4 – La convergence en OU 2 3 n n+1 a2 a3 an L’étape 3 est active, la transition suivante est validée n+1

• 4 – La convergence en OU 2 3 n n+1 a2 a3 an La réceptivité 3 devient vraie, la transition suivante est alors franchie n+1

• 4 – La convergence en OU 2 3 n n+1 a2 a3 an L’étape n+1 est activée alors que l’étape 3 se désactive n+1 •

Structuration Par macro-étape Par encapsulation Par forçage

1 – Structuration par macro-étape 3 a E1 S1 b 4 5 8 6 c d e f g M1 g b L’état actif ou inactif de la macro-étape est représenté par la variable XM1 7 i Expansion de la macro-étape

2 – Structuration par encapsulation Il y a encapsulation d’un ensemble d’étapes, dites encapsulées, par une étape dite encapsulante, si et seulement si lorsque cette étape est active, l’une au moins des étapes encapsulées est active. 2 b a Notation d’une étape encapsulante Une étape encapsulante possède toutes les propriétés de l’étape Une étape encapsulante peut donner lieu à une ou plusieurs encapsulations possédant chacune au moins une étape active lorsque l’étape encapsulante est active et ne possédant aucune étape active lorsque l’étape encapsulante est inactive

2 – Structuration par encapsulation Nom de l’étape encapsulante 2 Nom de l’encapsulation Le lien d’activation repéré par un astérisque indique quelles sont les étapes encapsulées actives à l’activation de l’étape encapsulante * 23 c 201 202 g h 2 G200 2 b a 24 25 d e 26 27 * f G20

• 2 – Structuration par encapsulation 2 23 * c 2 a 24 25 d e 2 201 g L’activation de l’ étape encapsulante 2 entraîne simultanément l’activation des étapes 202 de G200 et 23 de G20 23 * c 2 a 24 25 d e 2 201 g 26 27 b 202 * f h G20 G200

• 2 – Structuration par encapsulation 2 23 * La désactivation de l’ étape 2 entraîne simultanément la désactivation de toutes les étapes de G200 et G20 2 23 * • Supposons la situation suivante c 2 a 24 25 d e 2 201 g 26 27 b 202 * f h G20 G200

• • • • 2 – Structuration par encapsulation 2 La variable X2/X27 désigne l’encapsulation de l’étape 27 dans l’étape 2 23 * c 2 a 24 • 25 d e 2 201 • • g 26 27 • b 202 * f h G20 G200

2 – Structuration par encapsulation Une étape encapsulante peut être initiale, dans ce cas une au moins des étapes encapsulées dans chacune de ses encapsulations doit être également une étape initiale. 2 * 23 c 2 a 24 25 d e 2 201 g 26 27 b * 202 f h G20 G200

3 – Structuration par forçage Un grafcet global peut être constitué de plusieurs grafcets partiels possédant une structure hiérarchique. Un grafcet partiel hiérarchiquement supérieur peut imposer une situation à un grafcet partiel hiérarchiquement inférieur par un ordre de forçage. 1 L’ordre de forçage est représenté dans un double rectangle associé à l’étape pour le différencier d’une action.

• 3 – Structuration par forçage G20 On suppose que l’étape 23 du grafcet G20 est active 20 c 2 b a G20 {21,24} G1 Étapes devant être activées grafcet hiérarchiquement inférieur qui doit être forcé 21 22 d e 23 • 24 f

• • • 3 – Structuration par forçage G20 Lorsque l’étape 2 devient active, quelle que soit la situation de G20, les étapes 21 et 24 deviennent actives 20 c 2 b a G20 {21,24} G1 • 21 • 22 d e 23 24 • Temps que l’étape 2 reste active, le grafcet G20 ne peut pas évoluer (G20 est figé) f

• • 3 – Structuration par forçage G20 Si l’étape 2 se désactive, les étapes 21 et 24 restent actives, mais le grafcet G20 peut de nouveau évoluer 20 c 2 b a G20 {21,24} G1 21 • 22 d e 23 24 • f

• • • 3 – Structuration par forçage G20 On suppose que les étapes 22 et 23 du grafcet G20 sont actives 20 c a G1 • Lorsque 2 devient active le grafcet G20 est figé dans la situation où il se trouve 2 G20 {*} 21 22 • b d e 23 • 24 f

• • 3 – Structuration par forçage G20 On suppose que les étapes 22 et 23 du grafcet G20 sont actives 20 c a G1 • Lorsque 2 devient active le grafcet G20 est forcé dans la situation vide (aucune étape active). 2 G20 { } 21 • 22 b d e 23 24 f