Automatique séquentielle

Automatique séquentielle

Cours auto1, CFI INSA de Rouen, Samia Ainouz- Zemouche

Samia.ainouz@insa-rouen.fr

Introduction

Système de production

Objectif :

Apporter une valeur ajoutée à un ensemble de produits brut pour obtenir des produits de valeur supérieure

Introduction

Exemple

MAL

CH th

n1

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

Introduction

Exemple

Voyant V

m a

MAL

n1

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)

Plan général du cours

  Systèmes automatisés de production   Les différents langages

  Le GRAFCET

  Niveaux de spécification d ’ un automatisme   Le SFC

  Conclusion générale

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

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

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

déchet

s nuisances déchets

informations, produits intermédiaires, etc.

énergie

produits sortants

S.A.P. étudié

II- Système Automatisé de Production

Aspect système

F 

Partie Commande (PC)

F 

Partie Opérative (PO)

Constituants d ’ un SAP

Partie Commande Comptes Partie Opérative rendus

Ordres Informations

entrantes Consignes

Visualisations

Produits entrants Énergies

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

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.

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.

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

II- Système Automatisé de Production

Aspect système

➠ 

Exemple : ascenseur

PO : ensembles électro-mécanique (cabine, moteur, porte) PC : Boutons d’appel, la logique

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

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

III- Les différents langages

F 

Deux langages nous intéressent dans ce cours : Le GRAFCET, le SFC

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

├─┤├─┤/├────( )─┤

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

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

IV- Le GRAFCET

Définition et objectif Structure : 3 éléments graphiques

Les liaisons Les étapes

Les transitions Evolution

5 règles d’évolution Interprétation

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

n 1

10s/

X3

MAL

CH

th

V1 0

MA L

CH

s₁

s₈

s

m

e₁

0

e₇

e_n m

n 1

th

Variable temporelle interne

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

2 10

● 5

L'activité de l'étape peut être repérée par un point L'entrée se fait par le haut

de l'étape et sa sortie par Une étape est représentée

par un carré muni d'un

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,..)

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

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

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

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

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 Lors du franchissement de la

transition 21, les étapes 21 et 112 se

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.

IV- Le GRAFCET

Eléments graphiques de base d ’ un GRAFCET F  Transitions:

(45)

45 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.

IV- Le GRAFCET

Les règles F 

1 r

ègle de syntaxe

F  5 règles dévolution

IV- Le GRAFCET

Les règles F 

R

ègle de syntaxe

L'alternance étape-transition, transition-étape doit toujours être respectée quelle que soit la séquence parcourue.

IV- Le GRAFCET

Les règles F 

R

ègles d ’ évolution

Règle 1: situation initiale

➠  Elle correspond aux étapes actives au début du fonctionnement.

➠ Elle traduit généralement un comportement de repos.

IV- Le GRAFCET

Les règles F 

R

ègles 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

IV- Le GRAFCET

Les règles F 

R

ègles 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.

IV- Le GRAFCET

Les règles F 

R

ègles 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

IV- Le GRAFCET

Les règles F 

R

ègles d ’ évolution

Règle 5: activation et désactivation simultanée

➠  Si au cours du fonctionnement une étape est simultanément activée et désactivée, elle reste active

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

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

…

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

IV- Le GRAFCET

Prise en compte du temps dans le GRAFCET

F 

Utilisation dans le grafcet

La représentation littérale est t₁/X_i/t₂

➠ 

Utilisation comme réceptivité

X₂₂=1 transition 22 validée 1h après I22 =1, X22=0 et X23=1 I22 =0

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

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

IV- Le GRAFCET

Structure de base d ’ un GRAFCET F 

Saut d’étapes

Permet de sauter une ou plusieurs étapes

IV- Le GRAFCET

Structure de base d ’ un GRAFCET F 

Reprise de séquence

Permet de recommencer plusieurs fois la même séquence

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

IV- Le GRAFCET

Structure de base d ’ un GRAFCET

F 

Parallélisme structural (divergence en et)

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

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

m a

Établir les spécification de la partie commande Établir le grafcet lié à la partie commande

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

IV- Le GRAFCET

Exercice 4 : détection de la présence d ’ un véhicule à l ’ entrée d ’ un parking

F 

Cahier des charges

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

IV- Le GRAFCET

Exercice 6 : Système de remplissage bouchage

F 

Cahier des charges

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)

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

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)

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

IV- Le SFC

➠ 

Les étapes

IV- Le SFC

➠  

Les transitions

IV- Le SFC

➠  

Les étapes

IV- Le SFC

➠  

La sélection de séquences

IV- Le SFC

➠  

Les règles d’évolution

IV- Le SFC

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.