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Département TIN Technologies Industrielles Haute École d'Ingénierie et de Gesti

Département TIN Technologies Industrielles Haute École d'Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud Systèmes Industriels et Formation en emploi Automatisme de séquences Support de cours Alain Beuret 9 septembre 2010 Version 1.4 Automatisme de séquences Automatisme de séquences Introduction Introduction heig-vd heig-vd Historique des modifications Version Date Auteur Modifications 1.4 09.09.10 Alain Beuret Création document Convention typographique Exemples Descriptions Texte Texte du cours, sans serif normal taille 12 Important Termes importants, sans serif gras taille 12 English / Deutsch Termes dans un langue étrangère, sans serif italique taille 12 Exemple, note Exemple et note, sans serif taille 10 i, x, ω, φ I, X, Ω Variables mathématiques, serif italique minuscules Constantes mathématiques, sérif italique majuscules sin, tg, lim Fonctions mathématiques, serif gras a := b + c; Code programme, chasse fixe normal if … then … else Mots réservés programme, chasse fixe gras ' Commentaire Commentaires programme, chasse fixe italique ii Copyright © Alain Beuret, 2010 La copie de tout ou partie de ce document, quelle qu’en soit la forme et le support, n’est pas autorisée sans l’accord formel de l'auteur. Par ailleurs, celui-ci ne prend aucune responsabilité relative à des erreurs éventuelles du contenu, ni aux droits de reproduction de certaines des images utilisées. Toutes propositions d’améliorations et de corrections seront les bienvenus. alain.beuret@heig-vd.ch heig-vd heig-vd Introduction Introduction Automatisme de séquences Automatisme de séquences Table des matières 1 Logique combinatoire et séquentielle 1-2 1.1 Logique combinatoire............................................................................................................1-2 1.1.1 Fonctions incomplètement définies......................................................................................1-3 1.2 Logique séquentielle.............................................................................................................1-4 1.2.1 Analyse d'un système séquentiel..........................................................................................1-6 1.2.1.1 Chronogramme.............................................................................................................................1-6 1.2.1.2 Tableau de séquences..................................................................................................................1-7 1.2.1.3 Graphe de fluence........................................................................................................................1-8 1.2.1.4 Matrice primitive des états............................................................................................................1-9 1.2.2 Synthèse d'un système séquentiel.....................................................................................1-10 1.2.2.1 Réduction du nombre de variables.............................................................................................1-10 1.2.3 Machine de Moore..............................................................................................................1-12 1.2.4 Méthode de Huffman...........................................................................................................1-13 1.2.4.1 Contraction de la matrice d'état..................................................................................................1-13 1.2.4.2 Réduction des états équivalents.................................................................................................1-14 1.2.4.3 Détermination des variables d'état..............................................................................................1-15 1.2.4.4 Matrice d'excitation.....................................................................................................................1-16 1.2.4.5 Mise en équations des variables d'état.......................................................................................1-17 1.2.4.6 Équations des sorties..................................................................................................................1-19 1.2.4.7 Représentation schématique......................................................................................................1-20 2 Le GRAFCET 2-2 2.1 Système automatisé de production......................................................................................2-2 2.2 Le langage GRAFCET..........................................................................................................2-4 2.2.1 Les étapes.............................................................................................................................2-4 2.2.1.1 Étapes particulières......................................................................................................................2-5 2.2.2 Les transitions.......................................................................................................................2-6 2.2.2.1 Repère de liaison..........................................................................................................................2-6 2.2.3 Règles du GRAFCET............................................................................................................2-7 2.2.3.1 Syntaxe.........................................................................................................................................2-7 2.2.3.2 Évolution.......................................................................................................................................2-7 2.2.4 Structure du GRAFCET......................................................................................................2-10 2.2.4.1 Séquence linéaire.......................................................................................................................2-10 2.2.4.2 Sélection de séquences..............................................................................................................2-11 2.2.4.2.1 Saut d'étapes..............................................................................................................................2-11 2.2.4.2.2 Reprise de séquence..................................................................................................................2-12 2.2.4.3 Séquences parallèles..................................................................................................................2-13 2.2.4.4 Structures particulières...............................................................................................................2-14 2.2.5 Les actions..........................................................................................................................2-15 2.2.5.1 Action vide..................................................................................................................................2-15 2.2.5.2 Action continue...........................................................................................................................2-16 iii Automatisme de séquences Automatisme de séquences Introduction Introduction heig-vd heig-vd 2.2.5.3 Action mémorisée.......................................................................................................................2-16 2.2.5.4 Action conditionnelle...................................................................................................................2-17 2.2.5.5 Action dépendantes du temps....................................................................................................2-17 2.2.5.6 Action à l'activation et à la désactivation....................................................................................2-18 2.2.5.7 Action au franchissement...........................................................................................................2-18 2.2.6 Les réceptivités...................................................................................................................2-19 2.2.6.1 Réceptivité toujours vraie...........................................................................................................2-19 2.2.6.2 Font montant ou descendant......................................................................................................2-20 2.2.6.3 Réceptivité dépendante du temps..............................................................................................2-20 2.2.6.4 Prédicat.......................................................................................................................................2-21 2.3 Structuration........................................................................................................................2-22 2.3.1 Macro-étape........................................................................................................................2-23 2.3.2 Grafcets partiels..................................................................................................................2-25 2.3.2.1 Forçages.....................................................................................................................................2-26 2.3.2.2 Réutilisation d'une séquence......................................................................................................2-28 2.3.3 Encapsulation......................................................................................................................2-28 3 GEMMA 3-2 3.1 STRUCTURE DU GEMMA...................................................................................................3-4 3.1.1 Partie commande hors fonction............................................................................................3-4 3.1.2 Partie commande en fonction...............................................................................................3-4 3.1.3 Familles de procédures.........................................................................................................3-4 3.1.3.1 Procédures de fonctionnement (F)...............................................................................................3-5 3.1.3.2 Procédures d'arrêt (A)...................................................................................................................3-6 3.1.3.3 Procédures en défaillances (D)....................................................................................................3-7 3.2 Utilisation du GEMMA...........................................................................................................3-8 3.2.1 Sélection des modes de marche et d'arrêt...........................................................................3-8 3.2.2 Notion de boucle opérationnelle...........................................................................................3-8 3.2.3 Analyse des boucles opérationnelles...................................................................................3-8 3.2.3.1 Marche normale............................................................................................................................3-8 3.2.3.2 Marche de réglage........................................................................................................................3-8 3.2.3.3 Arrêt de sécurité............................................................................................................................3-8 3.2.4 Conditions d'évolution...........................................................................................................3-9 4 CoDeSys : Langage SFC 4-2 4.1 Langage SFC........................................................................................................................4-2 4.1.1 Étape.....................................................................................................................................4-2 4.1.2 Action....................................................................................................................................4-3 4.1.2.1 Étapes simplifiées.........................................................................................................................4-3 4.1.2.1.1 Action d'entrée et de sortie...........................................................................................................4-3 4.1.2.1.2 Étape active..................................................................................................................................4-3 4.1.2.2 Étapes CEI....................................................................................................................................4-4 4.1.2.2.1 Qualificatifs...................................................................................................................................4-6 iv Ce chapitre n'est pas disponible en consultation publique heig-vd heig-vd Introduction Introduction Automatisme de séquences Automatisme de séquences 4.1.2.2.2 Variables implicites.......................................................................................................................4-6 4.1.3 Transitions.............................................................................................................................4-7 4.1.4 Structures..............................................................................................................................4-7 4.1.4.1 Séquence alternative....................................................................................................................4-7 4.1.4.2 Séquences simultanées................................................................................................................4-8 4.1.4.3 Saut...............................................................................................................................................4-8 4.2 Environnement de développement CoDeSys.......................................................................4-9 4.2.1 Fenêtre principale.................................................................................................................4-9 4.2.2 Gestion de projets...............................................................................................................4-11 4.2.3 Gestion des objets..............................................................................................................4-17 4.2.3.1 Objet...........................................................................................................................................4-17 4.2.3.2 Dossier........................................................................................................................................4-17 4.2.3.3 Commandes................................................................................................................................4-18 5 Annexes 5-2 5.1 Glossaire...............................................................................................................................5-2 5.2 Bibliographie.........................................................................................................................5-4 5.3 Webographie.........................................................................................................................5-4 v Ce chapitre n'est pas disponible en consultation publique Automatisme de séquences Automatisme de séquences Introduction Introduction heig-vd heig-vd Introduction Ce document est le support du cours d'automatisme de séquences (SEQ et AutoSeq) pour les étudiants ingénieurs en systèmes industriels de la heig-vd. Ce cours vise à donner à l'étudiant les concepts généraux d'automatisation de séquences des machines. Le but et de lui fournir les éléments lui permettant d'analyser et de concevoir un système séquentiel. Le premier chapitre résume les connaissances de base en logique booléennes et donne quelques outils d'analyse et de synthèse de systèmes séquentiels. Le deuxième chapitre présente le langage de spécification GRAFCET pour l'établissement de diagrammes fonctionnels. Le troisième chapitre décrit la méthode d'étude des modes de marche et d'arrêt des machines et l'utilisation du GEMMA. Le quatrième chapitre introduit la programmation d'automates en langage IEC 61 131-3 SFC. vi heig-vd heig-vd Automatisme de séquences Automatisme de séquences Chapitre 1 Logique combinatoire et séquentielle 1-1 Automatisme de séquences Automatisme de séquences Logique combinatoire et séquentielle Logique combinatoire et séquentielle heig-vd heig-vd 1 1 Logique combinatoire et séquentielle Logique combinatoire et séquentielle 1.1 Logique combinatoire Un système logique est dit combinatoire si l'état de ses sorties Qk ne dépend que de l'état de ses entrées Ii. Le système combinatoire ne doit donc pas présenter de réactions de la sortie sur l'entrée, de sorte à ce que l'état de la sortie ne dépende pas de l'histoire du système. Figure 1.1.1: Système combinatoire Les différents états d'un système combinatoire peuvent être représentés par une table de vérité. Cette table représente à tout instant l'état des entrées et des sorties d'un système combinatoire. Elle sert de base à l'établissement des équations logiques (booléennes) qui caractérisent le fonctionnement du système. Chaque ligne de la table où l’état de la sortie est à ‘1’ donne un terme partiel de l’équation qui est la fonction ET des variables entrées à ‘1’ et du complément des variables d’entrée à ‘0’. L’équation complète, exprimée sous sa forme canonique, est donnée par la fonction OU des termes partiels. Exemple Fonction majorité à 3 entrées: La sortie Q est l'état '1' si au moins 2 des entrées sont à '1'. a b c Q Termes partiels 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 a⋅b⋅ c 0 0 0 0 1 0 1 1 a⋅ b⋅c 0 1 1 1  a⋅b⋅c 1 1 1 1 a⋅b⋅c L'équation canonique complète est : Q=a⋅b⋅ c a⋅ b⋅c  a⋅b⋅c a⋅b⋅a Tableau 1: Exemple table de vérité - Fonction "majorité" L’expression canonique de l’équation ainsi obtenue n’est pas forcément optimale car elle ne fait pas nécessairement intervenir un nombre minimal d’opérations logiques. Cette équation doit être simplifiée en appliquant les théorèmes de la l’algèbre booléenne. La simplification est importante pour toute réalisation technique car du nombre d’opérations logiques dépend la complexité du système. 1-2 Entrées : I i Sorties : Q k = f(I i) Système combinatoire heig-vd heig-vd Logique combinatoire et séquentielle Logique combinatoire et séquentielle Automatisme de séquences Automatisme de séquences Exemples 1. Simplification de l'équation canonique de la fonction majorité à 3 entrées : Q=a⋅b⋅  ca⋅ b⋅c a⋅b⋅c a⋅b⋅a Q=[ a⋅b⋅ca⋅b⋅ c ][ a⋅b⋅ca⋅ b⋅c ][ a⋅b⋅c a⋅b⋅c ] Q=[ a⋅b⋅ca⋅b ⋅ c][ a⋅c⋅ba⋅c⋅ b][ b⋅c⋅ab⋅c⋅ a] Q=[ a⋅b⋅ c⋅ c][a⋅c⋅ b⋅ b][ b⋅c⋅ a⋅ a] Équation simplifiée Q=a⋅ba⋅cb⋅c  2. Réaliser la fonction Q= ab c (Q = NON(a) OU b OU NON(c) ) uniquement avec des opérateurs ET et NON : Q =  ab c =  ab c =  a⋅b c =  a⋅b c =  a⋅b⋅c = a⋅ b⋅c qui s'exprime Q = NON[a ET NON(b) ET c] 1.1.1 Fonctions incomplètement définies Souvent, la variable de sortie d’un système que l’on souhaite exprimer par une relation booléenne n’est pas déterminée pour toutes les combinaisons des variables d’entrée. C’est généralement le cas lorsque ces combinaisons ne sont physiquement pas réalisables, ou pas spécifiées. Dans un tel cas, il n’est pas nécessaire d’imposer une valeur ‘0’ ou ’1’ en établissant la table de vérité. Un tel état indéterminé est noté ‘X’. Cette particularité permet souvent une meilleure simplification de l'équation logique. Celle-ci comprendra donc moins de terme, et sera techniquement plus simple à réaliser. En déterminant l'équation, chaque case indéterminée se voit attribuer une valeur ‘0’ ou ‘1’, ce qui ne pose aucun problème puisqu’un tel état n’est pas possible. En d’autres termes, il est improductif de poser des contraintes supplémentaires lorsque ce n’est pas nécessaire. Exemple Les affichages numériques à 7 segments, qui permettent d’afficher les nombres de 0 à 9, doivent généralement correspondre à une combinaison de 4 signaux binaires. L’état de chaque segment (allumé ou éteint) est parfaitement déterminé pour les chiffres de 0 à 9, donc pour les combinaisons d’entrée comprises entre 0000 et 1001. Les combinaisons d’entrée comprises entre 1010 et 1111 ne peuvent normalement pas se produire (puisque l’on compte en décimal). Il n’est pas utile d’imposer un état allumé ou éteint à chaque segment pour ces combinaisons, et l’on indiquera un ’X’ pour chacun de ces état. Évidemment, une fois que la simplification aura été réalisée, chaque ’X’ aura été remplacé par un ’0’ ou par un ’1’. 1-3 Automatisme de séquences Automatisme de séquences Logique combinatoire uploads/Finance/ automatisme-sequences 1 .pdf