systeme automatises de production

Systèmes Automatisés de Production
Pr. Omar MOUHIB
Laborat oire Génie élect rique et Syst ème énergét ique
email: mouhib_ omar@yahoo.fr
Université Ibn Tofail
Faculté des Sciences de Kénitra
Département de Physique
Master Microélectronique

L’Organigramme
1SystèmesautomatisésdeproductionO. Mouhib
On utilise cet outil graphique pour décrire rapidement le fonctionnement
du système automatisé
L ’ovale indique le début ou
la fin de l ’organigramme
Le rectangle représente l ’action
conduisant à un état
Le losange représente sous forme
de question le test permettant de
détecter un état
EXEMPLE: éclairage public
oui
oui
non
non
Début
La lumière
est éteinte
La lumière
est allumée
Il fait
nuit
Il fait
jour

GRAFCET: Les concepts de base

Les deux niveaux de représentation
• Niveau 1 : Spécifications fonctionnelles
–Utilisation du langage courant
–Technologie des capteurs et actionneurs non définie.
• Niveau 2 : Spécifications technologiques
–Utilisation de symboles
–Prise en compte de la technologie des capteurs et actionneurs


Pour comprendre la syntaxe du GRAFCET, il faut connaître les éléments suivants:
– Étapes
– Transitions
– Réceptivités
– Actions
– Liaisons
2. Les actions
• Action continue :
• Action conditionnelle
• Action temporisée
• Action impulsionnelle
• Action mémorisée
• Action « opération mathématique »

Le GRAFCET comprend :
 des étapes associées à des actions ;
 des transitions associées à des réceptivités ;
 des arcs ou liaisons reliant soit une étape à une transition, soit une transition à une
étape. ils sont implicitement orientés du haut vers le bas. Si un arc est orienté du bas
vers le haut il doit porter une flèche qui l’indique.

Etape
Une étape symbolise un état ou une partie de l’état du système automatisé.
L’étape possède deux états possibles : active représentée par un jeton dans l’étape
ou inactive. L’étape i, représentée par un carré repéré numériquement, possède
ainsi une variable d’état, appelée variable d’étape Xi. Cette variable est une
variable booléenne valant 1 si l’étape est active, 0 sinon.
La situation initiale d'un système automatisé est indiquée par une étape dite étape
initiale et représentée par un carré double.
Actions associées aux étapes
A chaque étape est associée une action ou plusieurs, c’est à dire un ordre vers la partie
opérative ou vers d’autres grafcets. Mais on peut rencontrer aussi une même action
associée à plusieurs étapes ou une étape vide (sans action).

Transition
Une transition indique la possibilité d’évolution qui existe entre deux étapes et donc la
succession de deux activités dans la partie opérative. Lors de son franchissement, elle
va permettre l’évolution du système. A chaque transition est associée une condition
logique appelée réceptivité qui exprime la condition nécessaire pour passer d’une étape
à une autre.
La réceptivité qui est une information d'entrée qui est fournie par :
 l'opérateur : pupitre de commande,
 la partie opérative : états des capteurs,
 du temps, d'un comptage ou tout opération logique, arithmétique...
 du grafcets : d'autres grafcet pour la liaison entre grafcets ou de l’état courant des
étapes du grafcet (les Xi),
 d'autres systèmes : dialogue entre systèmes,
 .....
Remarque: Si la réceptivité n’est pas précisée, alors cela signifie qu’elle est toujours
vraie. (=1)

Liaisons orientées
Elles sont de simples traits verticaux qui relient les étapes aux transitions et les
transitions aux étapes. Elles sont normalement orientées de haut vers le bas. Une flèche
est nécessaire dans le cas contraire.

Le Grafcet: Notion de base

Une Liaison est un arc orienté: A une extrémité d'une liaison il y a une (et une seule)
étape, à l'autre une transition. On la représente par un trait plein rectiligne, vertical ou
horizontal.
Une Etape correspond à une phase durant laquelle on effectue une Action pendant
une certaine durée. On numérote chaque étape par un entier positif, mais pas
nécessairement croissant par pas de 1, il faut simplement que jamais deux étapes
différentes n'aient le même numéro. Une étape est dite active lorsqu'elle correspond à
une phase "en fonctionnement", c'est à dire qu'elle effectue l'action qui lui est associée.
On représente quelquefois une étape active à un instant donné en dessinant un point à
l'intérieur.
Une Transition est une condition de passage d'une étape à une autre. Elle n'est que
logique (dans son sens Vrai ou Faux), sans notion de durée. La condition est définie
par une Receptivité qui est généralement une expression booléenne (c.à.d avec des
ET et des OU) de l'état des capteurs.
Le Grafcet: Notion de base

Les règles d’évolution
Règle 1 : Situation initiale
L’étape initiale caractérise le comportement de la partie commande d’un système en début de cycle.
Elle correspond généralement à une positon d’attente. L’étape initiale est activée sans condition en
début de cycle. Il peut y avoir plusieurs étapes initiales dans un même grafcet.
Règle 2 : Franchissement d’une transition
Une transition est validée si toutes les étapes immédiatement précédentes sont actives. L’évolution du
grafcet correspond au franchissement d’une transition qui se produit sous deux conditions :
• si cette transition est validée
• si la réceptivité associée à cette transition est vraie
Si ces deux conditions sont réunies, la transition devient franchissable et est obligatoirement franchie.
Règle 3 : Evolution des étapes actives
Le franchissement d’une transition entraîne simultanément l’activation de toutes les étapes
immédiatement suivantes et la désactivation de toutes celles immédiatement précédentes.
Règle 4 : Evolutions simultanées
Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies.
Règle 5 : Activations et désactivations simultanées
Si, au cours du fonctionnement, une même étape doit être désactivée et activée simultanément, elle
reste active.

Les structures de base
 Séquence unique :
C’est une suite d’étapes pouvant être activées les unes après les autres
 Séquences simultanées et alternatives:
Plusieurs séquences sont actives en même temps, après le franchissement d’une
transition

Franchissement d’une transition
15
16
Action A
Action B
a
L’étape 15 n’est pas active
L’action associée à l’étape 15
n’est pas effective
La transition 15-16 n ’est pas
validée

15
16
Action A
Action B
a
L’étape 15 est active
L’action associée à l’étape 15
est effective
La transition 15-16 est
validée

15
16
Action A
Action B
a
Pour franchir
la transition 15 - 16...
…il faut que :
1. La transition soit validée
2. la réceptivité « a » soit VRAIE

15
16
Action A
Action B
a
La réceptivité « a » devient
VRAIE
&
la transition 15 -16 est validée
La transition est
FRANCHISSABLE

15
16
Action A
Action B
a
Franchissement de la
transition
Activation de l’étape 16:
L ’action B devient effective
Désactivation de l’étape 15:
L ’action A n’est plus effective

15
16
Action A
Action B
a
Étape 16 active
L’action B est effective
Remarque : la réceptivité « a », quelle soit VRAIE ou FAUSSE
à ce moment n’a plus d’effet sur le déroulement du Grafcet

Action conditionnelle
15
16
E
Action B
e . f
Actions conditionnelles :
• Si (e = 0 ⇔ e = 1) alors
action E effective*
• Si (f = 0 ⇔ f = 1) alors
action F effective*
• Si ( e . f = 1 ) alors
aucune action effective
F
e f
* : L’étape 15 doit être active !

Le système est en attente -> Un train arrive -> Signal lumineux et signal sonore ->
Temporisation de 10 secondes -> Baisser la barrière et laisser les signaux ->
Barrière baissée Signal lumineux et signal sonore -> Le train est passé -> Lever la
barrière -> Barrière levée
Exemple d’un Passage à niveau

Grafcet fonctionnel (Niveau 1)
Arrivée du train
Système en attente0
Signal lumineux et signal sonore1
Baisser la barrière et laisser le signal lumineux2
Signal lumineux3
Lever la barrière4
Temporisation de 10 secondes
Barrière baissée
Le train est passé
Barrière levée

ArTr
0
SignL1
Ba+2
SignL3
Ba-4
X1/10s
Bb
Bl
Grafcet Technologique (Niveau 2)
SignS
SignS
ArTr

Exemple: Commande de perceuse
Cycle de fonctionnement:
-La broche tourne en permanence
-L’opérateur ayant fixé la pièce donne alors l’ordre de départ de cycle
-Après une descente en grande vitesse le perçage s’effectue en petite vitesse
-Dès le perçage terminé, la broche remonte en grande vitesse jusqu’à la position haute

Bétonnière automatisée
Deux sous-ensembles identiques composes d'un moteur, d'un réducteur et d'une vis
d'Archimède permettent d'alimenter la bétonnière en sable et en ciment.
Une électrovanne commande l'arrivée d'eau. Un vérin permet le basculement de la bétonnière.
Le dosage simultané des trois produits est réalisé en réglant les durées d'alimentation des
actionneurs M1, M2 et EV :
 1min30 pour le sable
 45 secondes pour le ciment
 1min10 pour l’eau
La bétonnière tourne pendant le dosage, et
pendant le basculement.

Désignation Variable
Départ Cycle Dcy
Mise en Rotation de la vis pour l'alimentation en sable M1
Mise en Rotation de la vis pour l'alimentation en ciment M2
Électrovanne pour l’alimentation en eau EV
Rotation de la bétonnière (mélange) Rot
Basculement pour le versement de mélange Ver
Retour de la bétonnière en position horizontale Ret
Fin de course haut fch
Fin de course bas fcb
Etablir le grafcet décrivant le fonctionnement ci-dessus, en utilisant une
structure en ET à trois branches parallèles.
Bétonnière automatisée

Temporisation
La variable "temporisation" se note "t/Xn/d" avec :
- t : identifie une temporisation
- Xn: est l'étape dont l'activation démarre la tempo
- d est le délai

Comptage
La transition 20 - 21 est franchie lorsque le contenu du compteur C1 est égal à
4.
Le compteur est incrémenté sur front montant du signal b.
Il est mis à zéro à l'étape 21.

Action mémorisée
L'action M1 est active aux étapes 22, 23 et 24.

Action maintenue et action mémorisée

Sélection d’une séquence (aiguillage)
Un automatisme est représenté par un Grafcet à sélection d’une séquence
(aiguillage) lorsque cet automatisme possède plusieurs cycles de fonctionnement.
Ces cycles sont sélectionnés par des informations fournies, soit par l’opérateur
(clavier), soit par la machine elle-même (capteurs).
La sélection de séquence est aussi appelée divergent OU et La convergence de
plusieurs séquences est appelée convergent OU

Il est toujours nécessaire pour obtenir un aiguillage entre plusieurs séquences que les
réceptivités soient exclusives au niveau de la divergence en OU.
En pratique cette exclusion peut se présenter de plusieurs façons:
- Soit en exclusion physique (impossibilité de simultanéité mécanique ou temporelle)
- Soit en exclusion logique (sélection prioritaire ou verrouillage réciproque)

Exemple : Tri de pièces
Tapis 1
Tapis 3 Tapis 2
Poussoirs
3 2
Poussoir
1
Un dispositif automatique destiné à trier des caisses de
deux tailles différentes, se compose d'un tapis amenant
les caisses, de trois poussoirs et de deux tapis
d'évacuation suivant la figure ci-contre
Cycle de fonctionnement :
Le poussoir 1 pousse les petites caisses devant le
poussoir 2 qui, à son tour, les transfère sur le tapis
d'évacuation 2, alors que les grandes caisses sont
poussées devant le poussoir 3, ce dernier les
évacuant sur le tapis 3.
Pour effectuer la sélection des caisses, un
dispositif de détection placé devant le poussoir 1
permet de reconnaître sans ambiguïté le type de
caisse qui se présente.

Exemple : Tri de pièces

c’est un aiguillage en OU dans
lequel une des branches ne comporte
pas d’étape
Cas particulier : Saut de séquence

Elle permet de reprendre une ou
plusieurs fois la même séquence tant
qu’une condition n’a pas été obtenue.
Cas particulier : Reprise de séquence

Exemple de GRAFCET avec saut d’étapes
dcy
h
b1
b2
b3
c
PIECE
EPAISSEPIECE
FINE
Cahier des charges:
Après l’ordre de départ cycle
« dcy », la perceuse effectue, selon
l’épaisseur de la pièce un cycle
avec ou sans débourrage.
Capteurs:
• h, b1, b2, b3 : capteurs de position
• c : capteur de contact
Actionneurs:
• Descendre en grande vitesse
• Descendre en petite vitesse
• Remontée en grande vitesse

Exemple de GRAFCET avec saut d’étapes
dcy
h
b1
b2
b3
c
PIECE
EPAISSEPIECE
FINE
Cycle sans débourrage:
-Descente en grande vitesse jusque b1,
-Descente en petite vitesse jusque b3,
-Remontée en grande vitesse jusqu’à h.
Cycle avec débourrage:
-Descente en grande vitesse jusque b1,
-Cycle activé lorsque le capteur c entre en
contact avant l’enclenchement du contact b2.
-Remontée en grande vitesse de la broche à une
position intermédiaire b1,
-Descente en petite vitesse jusque b3,
-Remontée en grande vitesse jusqu’à h.

3Systèmesautomatisésdeproduction
1
2
dcy . h
3
b1
4
b2.c
Descente grande vitesse
Remontée grande vitesse
Descente petite vitesse
5
b1
h
6
b3
Descente petite vitesse
Remontée grande vitesse
b3
dcy
h
b1
b2
b3
c
PIECE
EPAISSEPIECE
FINE
Perceuse avec ou sans débourrage

Exemple de GRAFCET avec reprise de séquence
Cahier des charges:
Après l’ordre de départ cycle
« dcy », le chariot part jusque
« b », charge une pièce et
continue pour la décharger en
« c ». Il retourne en « b » pour
charger une nouvelle pièce
qu’il décharge de nouveau en
« c ». Enfin, il rentre en « a ».
a c
dcy
Capteurs:
• a, b, c : capteurs de position
Actionneurs:
• D : aller à droite
• G : aller à gauche
• Chargement, déchargement
b
G D

3
Exemple de
GRAFCET avec
reprise de séquence
a
dcy
1
2
dcy . a
3
b
4
Fin chargement
b
D
D
chargement
5 déchargement
c
b.(n=2)
G D
6 G
Fin déchargement
7 G
b.(n≠2)
a
Init n=0
n ← n+1
Étape
active
Transition
validée
Réceptivité
associée
Compteur
n
? - - -
c

Séquences simultanées (Parallélisme)
Un automatisme est représenté par un Grafcet à séquences simultanées lorsque cet
automatisme possède plusieurs séquences qui se déroulent en même temps.
Une transition qui possède plusieurs étapes de sortie représente l’exécution en
parallèle de plusieurs séquences. On appelle cette structure divergent ET
Une transition qui possède plusieurs étapes d’entrée représente la synchronisation de
plusieurs séquences. On appelle cette structure convergent ET

Séquences simultanées (Parallélisme)
En pratique, les étapes de fin de parallélisme ne comporte pas d’actions. De plus la
transition de fin de parallélisme est souvent imposée à 1. Les étapes sans actions
permettent alors de synchroniser la fin des différents cycles en amont, et
lorsqu’elles sont actives le franchissement de la transition est automatique

Exemple: Chaîne de remplissage de bidon d’huile
Un tapis avance pas à pas et transporte des bidons vides qui seront d’abord remplis
et ensuite bouchés à un poste de travail différent.
L’approvisionnement en bidon n’est pas régulier et certains bidon peuvent manquer
de temps à l’autre. Un dispositif permet, à chacun des deux postes décrits, de
détecter la présence ou l’absence d’un bidon

Solution: Chaîne de remplissage de bidon d’huile

Macro-étape
Une macroétape Mi est une partie de Grafcet détaillée ailleurs.
La partie détaillée est appelé expansion de Mi. L’expansion commence par une
seule étape d’entrée, notée Ei, et se termine par une seule étape de sortie, notée
Si.

Macro-étape
- Le franchissement de la transition
(11), entraîne l'activation de l'étape E3.
- La transition (12) ne sera validée que
lorsque l'étape de sortie S3 sera active.
- Le franchissement de la transition
(12), entraîne la désactivation de l'étape
S3.
Exemple :
L'utilisation de macro-étapes permet d'améliorer la
lisibilité des grafcets complexes en regroupant les
étapes correspondant à une même opération

Structuration par encapsulation
L'étape encapsulante peut donner lieu à une ou plusieurs encapsulations possédants
chacune au moins une étape active lorsque l'étape encapsulante est active, et
aucune lorsque l'étape encapsulante ne l'est plus.
Cette étape active est désignée par une étoile : *
# Représentation d'une étape encapsulante :
Il y a encapsulation d’un ensemble d’étapes, dites encapsulées, par une étape,
dite encapsulante, si et seulement si, lorsque cette étape encapsulante est active,
l’une, au moins, des étapes encapsulées est active.
Le spécificateur peut utiliser l’encapsulation pour structurer de manière
hiérarchique un Grafcet.

Structuration par encapsulation
11
L’étape 11 est une étape encapsulante
1
2
3
4
5
G1
11
L’encapsulation G1 de l’étape
encapsulante 11 contient les étapes :
1,2,3,4,5
Le lien d’activation (signe * ) indique
quelles sont les étapes encapsulées
actives à l’activation de l’étape
encapsulante**

Exemple de structuration par encapsulation :
Exemple

 L'étape encapsulante 22 possède trois encapsulations représentées par
les grafcets partiels G1, G2 et G3.
 Lorsque l'étape encapsulante 22 est activée, les étapes 1 et 85 de G1
sont activées, ainsi que les étapes 1 de G2 et 2 de G3.
 Lorsque l'étape encapsulante 88 est activée, l'étape 100 de G24 est
activée.
 La désactivation de l'étape encapsulante 88 provoque celle de toutes
les étapes de G24.
 La désactivation de l'étape encapsulante 22 provoque celle de toutes
les étapes de G1, G2, G3 et de toutes celles de G24 (si l'étape 88 était
active).

Appel de Tâche
la notion de tâche peut être considérée comme la transformation de l’expansion
d’une macro-étape en un grafcet indépendant. Dans la situation initiale,
l’opération attend d’être déclenchée. Ce déclenchement est contrôlé par un
autre grafcet indépendant appelé superviseur. Les échanges entre les tâches et le
superviseur s’effectuent à l’aide des variables d’étape.

Synchronisation de Grafcets
10
m
19
10
X39
10
X19
29
20
X10
10
X29
39
30
X10
T‰che
T10
T‰che
T20
T‰che
T30
Coordination horizontale
1 seule tâche à la fois

Synchronisation de Grafcets
110
X19
10
X110
10
X110
10
X112
20
X112
Tâche
T10
Tâche
T20
111
r111
112
Appel
tâche T10
Appel
tâche T20
19
X29
29
GRAFCET
de conduite
Coordination verticale asynchrone
GRAFCET de conduite
GRAFCET esclaves

Structuration par forçage d’un GRAFCET partiel
Ordres de forçage d'un grafcet
Les ordres de forçage permettent de modifier de manière interne, la
situation d’un grafcet, à partir d’un autre grafcet (hiérarchiquement
supérieur). Ils sont prioritaires par rapport à l’application des règles
d’évolution.
 L’ordre de forçage est représenté dans un double rectangle
associé à l’étape pour le différencier d’une action.

Propriétés :
 Le forçage s’exécute à l'activation de l'étape qui le commande ;
 Lors du forçage, toutes les étapes du grafcet forcé qui ne sont pas
incluses dans la situation définie par le forçage, se désactivent ;
 Le grafcet forcé ne peut pas évoluer tant qu’il est soumis à l’ordre
de forçage.
 Dès que l’ordre de forçage cesse, le grafcet précédemment forcé
évolue à partir de la dernière situation forcée, en respectant les règles
d’évolution normales.

34 G4{INIT}
Forçage en situation initiale {INIT}
Lorsque l’étape 34 est active, le GRAFCET nommé G4 est
forcé dans la situation dans laquelle seules les étapes
initiales sont actives.

34 G4{INIT}
Exemple:
A l'activation de l'étape 5,
l'étape initiale 20 du grafcet 2
est activée et toutes les autres
étapes sont désactivées.
A la désactivation de 5, il
reprend son évolution
normale.
Forçage en situation initiale {INIT}
Lorsque l’étape 34 est active, le GRAFCET nommé G4 est
forcé dans la situation dans laquelle seules les étapes
initiales sont actives.
5 GRAFCET2{INIT}
a
b


Forçage en situation vide { }
22 GPN{}
Lorsque l’étape 22 est active, le GRAFCET nommé GPN est
forcé dans la situation vide. Dans ce cas aucune de ses étapes
n’est active.

Forçage en situation vide { }
5 GRAFCET2 { }
a
b
A l'activation de l'étape 5,
toutes les étapes du grafcet 2
sont désactivées.
Le grafcet n’aura pas de
possibilité d’évolution après
la disparition de l’ordre de
forçage, hormis s'il est à
nouveau forcé, dans une
situation donnée.

22 GPN{}
Lorsque l’étape 22 est active, le GRAFCET nommé GPN est
forcé dans la situation vide. Dans ce cas aucune de ses étapes
n’est active.
Exemple:

Forçage dans une situation donnée {I, J, … }
20 GC{30,35}
Lorsque l’étape 20 est active, le GRAFCET nommé GC est
forcé dans la situation caractérisée par l’activité des étapes
30 et 35 (les étapes 30 et 35 sont activées et les autres
étapes sont désactivées).

Forçage dans une situation donnée {I, J, … }
5 GRAFCET2 { 21, 22}
a
b
l'activation de l'étape 5, toutes les étapes 20,
23, 24, du grafcet 2 sont désactivées et les
étapes 21, 22 sont activées.
A la désactivation de 5, il reprend son
évolution normale.

20 GC{30,35}
Lorsque l’étape 20 est active, le GRAFCET nommé GC est
forcé dans la situation caractérisée par l’activité des étapes
30 et 35 (les étapes 30 et 35 sont activées et les autres
étapes sont désactivées).
Exemple:

Forçage dans une situation courante { * }
25 GPN{*}
Lorsque l’étape 25 est active, le GRAFCET nommé GPN
est forcé dans la situation où il se trouve à l’instant du
forçage. On appelle également cet ordre « figeage ».

Forçage dans une situation courante { * }
5 GRAFCET2 { *}
a
b
A l'activation de l'étape 5, le Grafcet est figé dans la
situation de cet instant : si 22 et 23 étaient actives au
moment du forçage, elles le restent, jusqu'à
désactivation de l'étape 5. Le Grafcet reprend alors
son évolution normale.

25 GPN{*}
Lorsque l’étape 25 est active, le GRAFCET nommé GPN
est forcé dans la situation où il se trouve à l’instant du
forçage. On appelle également cet ordre « figeage ».
Exemple:

Intérêts du forçage :
Cela permet d’imposer à un grafcet une situation qu’il aurait été
impossible ou difficile d’atteindre directement ; par exemple :
 mise en situation initiale ou activation de grafcets ;
 traitement d’un arrêt d’urgence ;
 gel d’un grafcet après dysfonctionnement du système ;
 déblocage d’une situation après analyse des défauts.

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