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1 Le GRAFCET : outil de description des automatismes séquentiels a fonction glo

1 Le GRAFCET : outil de description des automatismes séquentiels a fonction globale de tout système (ﬁgure A) est de conférer une valeur ajoutée à un ensemble de matières d’œuvre dans un environnement ou un contexte donné. De plus, un système de production est dit « industriel » si l’obtention de cette valeur ajoutée, pour un ensemble de matières d’œuvre donné, a un caractère reproductible et peut être exprimée et quantiﬁée en termes économiques. 1. Généralités. Déﬁnitions ......................................................................... 2. Règles d’évolution ................................................................................... 3. Structures de base................................................................................... 4. Description détaillée des actions associées aux étapes .............. 5. Description détaillée des réceptivités ............................................... 6. Exemples d’applications ........................................................................ 7. Modèle temporel associé au GRAFCET ............................................. 8. Structuration de la description............................................................ 9. De la spéciﬁcation à la réalisation...................................................... 10. GRAFCET et normalisation.................................................................... Pour en savoir plus........................................................................................... Figure A – Système L LE GRAFCET : OUTIL DE DESCRIPTION DES AUTOMATISMES SÉQUENTIELS ________________________________________________________________________ 2 L’automatisation est un moyen permettant d’accroître la compétitivité du produit élaboré par le système objet de cette automatisation. Elle permet : — d’accroître la productivité ; — d’améliorer la flexibilité de la production ; — d’augmenter la qualité du produit ; — de s’adapter à des contextes particuliers ; — d’augmenter la sécurité. La présentation du GRAFCET en tant qu’outil de description des automatismes industriels, contenue dans les paragraphes 1, 2, 3, 4, 5 et 6, permet de traiter la majorité des problèmes rencontrés lors de la spéciﬁcation, la conception et la réalisation d’une partie commande d’un automatisme industriel (Système Automatisé de Production : SAP). Cependant, aﬁn de préciser le fonctionnement « aux limites » de l’outil GRAFCET, le modèle temporel associé a été déﬁni. Il assure le déterminisme de la description (§ 7). La suite de l’article concerne quelques développements récents sur : — la structuration de la description par les concepts de grafcets partiels et de forçage (§ 8) ; — le passage de la spécification à la réalisation en utilisant le modèle GRAFCET et les langages de programmation qui s’en inspirent (§ 9) ; — l’état actuel de la normalisation (§ 10). Remarque : aﬁn de distinguer l’outil de modélisation des résultats de cette modélisation, les conventions d’écriture suivantes sont retenues : — l’outil de modélisation s’écrit en majuscules : GRAFCET ; — le résultat de la modélisation s’écrit en minuscules : grafcet(s). 1. Généralités. Déﬁnitions 1.1 Description d’un système automatisé industriel Structure d’un système automatisé. – Tout système auto- matisé se décompose en deux parties interdépendantes (ﬁgure 1) : — la partie opérative (PO) qui est le processus physique à automatiser ; — la partie commande (PC) qui coordonne la succession des actions sur la PO. De plus, le système, pris isolément, est en interaction avec le milieu environnant, physique et humain, dans lequel il se trouve. Il existe une « frontière » d’isolement entre la partie opérative et la partie commande. Un des rôles du cahier des charges sera de spé- ciﬁer le positionnement exact de cette frontière, ce choix traduisant les limites de prestation de l’automatisme. 1.2 Le GRAFCET, outil de description de la partie commande Il existe depuis fort longtemps des outils de représentation graphiques pour la partie opérative, tel le dessin industriel, dont la représentation normalisée est soumise à des règles précises évitant toute interprétation erronée. Il manquait un outil équivalent pour déﬁnir les parties commande : c’est le rôle qui est imparti au GRAFCET (graphe fonctionnel de commande étapes-transitions), objet de la norme française NF C 03-190 depuis juin 1982 [Doc. R 7 250]. En effet, les différents travaux effectués ces dernières années par l’AFCET et l’ADEPA dans le domaine des automatismes industriels ont conduit à une représentation graphique des spéciﬁcations fonctionnelles d’un cahier des charges, dont la formulation est indépendante de toute technologie de réalisation, que celle-ci soit câblée ou programmée. AFCET : Association française pour la cybernétique économique et technique. ADEPA : Agence pour le développement de la productique appliquée. Cette nouvelle représentation, le GRAFCET, est fondée sur les notions d’étapes, de transitions et de réceptivités qui simpliﬁent la synthèse d’un automatisme en tenant compte du fait que, parmi le grand nombre d’informations présentes à un instant donné, peu sont signiﬁcatives. Le GRAFCET permet de visualiser de façon particu- lièrement claire toutes les évolutions du système. De plus, plusieurs niveaux hiérarchisés de description permettent, à partir de macro-représentations de haut niveau indépendantes de Figure 1 – Structure d’un système automatisé _______________________________________________________________________ LE GRAFCET : OUTIL DE DESCRIPTION DES AUTOMATISMES SÉQUENTIELS 3 la technologie (§ 3.7), d’accéder à différents niveaux de plus en plus détaillés, jusqu’au niveau le plus ﬁn où tous les ordres et toutes les informations élémentaires sont décrits. Cette méthode de description descendante, particulièrement concise, rend la communication homme-machine très efﬁcace, permettant entre autres, à l’opérateur de déceler et de remédier, le cas échéant, à une anomalie de fonctionnement. 1.3 Déﬁnition du modèle graphique Le GRAFCET est un modèle de représentation graphique des comportements dynamiques de la partie commande. Le GRAFCET décrit les interactions entre la partie commande et la partie opérative à partir de la frontière d’isolement. Il établit une relation entre (ﬁgure 2) : — les entrées, correspondant aux transferts d’informations de la partie opérative vers la partie commande ; — les sorties, correspondant aux ordres transmis de la partie commande vers la partie opérative. Le GRAFCET est déﬁni par : — un ensemble d’éléments graphiques de base : • les étapes, • les transitions, • les liaisons orientées reliant les étapes aux transitions et les transitions aux étapes ; — une interprétation, traduisant le comportement de la partie commande vis-à-vis de ses entrées et de ses sorties, caractérisée par : • les actions associées aux étapes, • les réceptivités associées aux transitions ; — des règles d’évolution définissant formellement le compor- tement dynamique de la partie commande ainsi décrite. 1.3.1 Étape Une étape caractérise un comportement invariant d’une partie ou de la totalité de la partie commande à un instant donné ; sui- vant l’évolution du système : — une étape est soit active, soit inactive ; — l’ensemble des étapes actives définit la situation de la partie commande. Une ou plusieurs actions élémentaires ou complexes peuvent être associées à une étape aﬁn de traduire « ce qui doit être fait » chaque fois que cette étape est active (ﬁgure 3). 1.3.2 Transition Une transition (ﬁgure 4) indique la possibilité d’évolution entre étapes. Chaque transition représente une, et une seule, possibilité d’évolution. Une transition est dite validée lorsque toutes les étapes immédiatement précédentes reliées à cette transition sont actives. 1.3.3 Réceptivité À chaque transition est associée une proposition logique appelée réceptivité qui regroupe, parmi toutes les informations disponibles, uniquement celles qui sont susceptibles, à un instant donné, de faire évoluer la situation de la partie commande (ﬁgure 5). Figure 2 – Entrées-sorties de la partie commande Figure 3 – Action associée à une étape Figure 4 – Transition entre deux étapes Figure 5 – Réceptivité associée à une transition Figure 6 – Liaisons orientées LE GRAFCET : OUTIL DE DESCRIPTION DES AUTOMATISMES SÉQUENTIELS ________________________________________________________________________ 4 1.3.4 Liaisons Les liaisons orientées relient les étapes aux transitions et les transi- tions aux étapes : elles indiquent les voies d’évolution du GRAFCET (ﬁgure 6). 2. Règles d’évolution Ce paragraphe est extrait de la norme NF C 03-190. 2.1 Situation initiale (Règle 1) La situation initiale caractérise le comportement initial de la partie commande et correspond aux étapes actives au début du fonction- nement (ﬁgure 7). 2.2 Franchissement d’une transition (Règle 2) L’évolution de la situation du GRAFCET s’accomplit par le franchis- sement d’une transition, ce qui ne peut se produire : — que lorsque cette transition est validée ; — et que lorsque la réceptivité associée à cette transition est vraie. 2.3 Évolution des étapes actives (Règle 3) Le franchissement d’une transition entraîne simultanément l’activation de toutes les étapes immédiatement suivantes et la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes (ﬁgures 8 et 9). Figure 7 – Étapes initiales Figure 8 – Validation et franchissement d’une transition entre deux étapes Figure 9 – Validation et franchissement d’une transition entre plusieurs étapes _______________________________________________________________________ LE GRAFCET : OUTIL DE DESCRIPTION DES AUTOMATISMES SÉQUENTIELS 5 2.4 Évolutions simultanées (Règle 4) Toutes les transitions franchissables sont simultanément franchies (ﬁgure 10). Cette règle de franchissement simultané permet de décomposer un GRAFCET en plusieurs parties, tout en assurant de façon rigou- reuse leurs interconnexions. Dans ce cas, il est indispensable de faire intervenir, dans les réceptivités, les états actifs ou inactifs des étapes i notés Xi et respectivement. Pour mettre en évidence les franchissements simultanés, les tran- sitions correspondantes seront repérées par un astérisque (*). 2.5 Activation et désactivation simultanées (Règle 5) Si, au cours du fonctionnement de l’automatisme, une même étape est en même temps désactivée et activée, elle reste active (ﬁgure 11). 2.6 Durée de franchissement d’une transition ou durée d’activité d’une étape La durée de franchissement d’une transition est considérée théori- quement comme aussi petite que l’on veut, mais non nulle, même si, en pratique, cette durée peut être imposée par la uploads/Industriel/ cours-grafcet-outil-de-description-des-automatismes-sequentiels-technique-de-l-x27-ingenieur.pdf