Cours GRAFCET

GRAFCET

Définition

L e GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande Étape / Transition) est un outil de spécification de la partie séquentielle d’un système automatisé depuis le cahier des charges jusqu’à son exploitation.

GRAFCET système

Le GRAFCET est né en 1975 des travaux du groupe de travail “systèmes logiques” de l’AFCET 1 sur la normalisation de la représentation du cahier des charges d’un automatisme logique. En partant des modèles existants (Réseau de Petri, Graphe d’état ou Organigramme), ils développèrent un nouvel outil de modélisation, appelé GRAFCET 2 . Les résultats de ces travaux firent l’objet de publications en 1977, date de naissance officiel du petit GRAFCET. Dès 1979, sous l’impulsion de l’AFCET auprès des enseignants techniques et de l’ADEPA 3 auprès des PMI/PME, le GRAFCET commence à être utilisé puis il fait l’objet d’une norme AFNOR en 1982 (NF C03-190).

Au départ national, cet outil de modélisation est maintenant utilisé de manière internationale 4 par toutes les entreprises nécessitant une production automatisée, il est normalisé au plan international depuis 1987 (on parle alors de SFC pour Sequential Function Chart).

Le GRAFCET fait l’objet de la norme CEI 60848-2 publiée en Août 2002 “ Langage de  spécification GRAFCET pour diagrammes fonctionnels en séquence ”. Remarque 1 GRAFCET en majuscules désigne le modèle en général, alors que grafcet en minuscules désigne la représentation d’un système logique donné… utilisant bien sur le modèle GRAFCET.

1. Association Française pour la Cybernétique Économique et Technique, association créée en 1968 et dont le but était de promouvoir les nouvelles technologies, elle a été remplacée depuis par l’ASTI (Association française des sciences et technologies de l’information).

2. L’acronyme est double GrAFCET pour groupe de l’AFCET et GRAFCET pour GRAphe Fonctionnel

La partie séquentielle d’un système est caractérisée par ses variables d’entrée, ses variables de sortie et son comportement. Cette partie séquentielle ne comporte que des variables d’entrées et de sorties booléennes. Toutefois le langage de spécification GRAFCET permet par extension de décrire le comportement de variables non booléennes (exemple : évaluation d’un prédicat ou affectation d’une valeur numérique à une variable).

Il est important de noter qu’il existe d’autres types de spécification d’un système séquentiel, nous en avons déjà vu certaines :

— les réseaux de Pétri,
— les graphes d’état,
— les chronogrammes,
— les algorithmes et les organigrammes.

Notions de base

Le GRAFCET est utile pour concevoir des grafcets donnant une représentation graphique et synthétique du comportement des systèmes. La représentation distingue :

— la structure avec les éléments graphiques (étapes, liaisons orientées, transitions), qui
permet de décrire les évolutions possibles entre les situations,
— l’interprétation, qui fait la relation entre les variables d’entrées, la structure, et les variables de sorties (actions associées aux étapes, réceptivités associées aux transitions),
— des règles d’évolution, d’assignation et d’affectation définissent formellement le comportement dynamique de la Partie Commande.

Cahier des charges 1: Un chariot doit effectuer un aller retour entre deux positions “chariot à gauche” et “chariot à droite”. Lorsqu’il est à gauche, l’appui sur le bouton “départ cycle” provoque un cycle de déplacement.

Principe du GRAFCET

Les étapes

Une étape est représentée par un carré et identifiée par un numéro. A un instant donné, une étape est soit active, soit inactive.

On représente une étape active par un point dans sa partie inférieure. L’ensemble des étapes actives d’un Grafcet à un instant donné définit la situation de ce Grafcet à l’instant considéré (on la note par exemple {3; 10; 101} où les étapes 3, 10 et 101
sont actives).

GRAFCET étapes

Les étapes initiales se représentent par un double carré. Elles indiquent la situation initiale du système, elles sont les étapes actives du Grafcet à l’instant initial.

Remarque 2 Plusieurs étapes initiales peuvent être nécessaires pour décrire le comportement d’un système.

Les Actions

L’action indique, dans un rectangle, comment agir sur la variable de sortie, soit par assignation (action continue), soit par affectation (action mémorisée).

GRAFCET actions

Les actions sont liées à la situation. Par conséquent, les actions sont associées aux étapes.

Les transitions

Une transition indique la possibilité d’évolution entre plusieurs étapes. Le franchissement d’une transition, provoque un changement de situation du grafcet. Elle modélise les changements d’état du système.

Une transition est placée entre une ou plusieurs étapes d’entrée, situé en amont, et une ou plusieurs étapes de sortie, situées en aval de cette transition. Elle est représentée par un trait horizontal.

Les réceptivités

Associée à chaque transition, la réceptivité est une condition logique qui est soit vraie, soit fausse, et qui est composée de variables d’entrées et/ou de variables internes. Cette réceptivité peut s’écrire sous forme de texte ou d’expression logique. Ces réceptivités permettent de savoir dans quelles conditions la ou les étapes de sortie doivent devenir actives.

GRAFCET transitions

 

Structure graphique de base

Règle de syntaxe 1: L’alternance étape/transition, transition/étape doit toujours être respectée, c’est à dire que deux étapes doivent toujours être séparées par une seule et unique transition.

Les liaisons orientées

Elles sont orientées de haut en bas, si ce n’est pas le cas, une flèche doit indiquer le sens. Plusieurs liaisons peuvent arriver ou partir d’une étape.

GRAFCET séquence

Structure de base

Plusieurs structures de base du GRAFCET répondent à ces règles de syntaxe, nous pouvons donner les structures de base ci-dessous 5 :

— la structure linéaire, avec une séquence dite unique, composée d’une suite d’étapes qui ne peuvent être activées que les unes après les autres, chaque étape n’est suivie que par une transition et chaque transition n’est validée que par une étape,

— les structures alternatives avec divergence et convergence en “OU”,

GRAFCET ou convergence

GRAFCET et convergence

Sélection de Séquence (structure alternative)

La sélection de séquences exprime un choix d’évolution entre plusieurs séquences à partir d’une ou de plusieurs étapes. Cette structure se représente par autant de transitions validées simultanément qu’il peut y avoir d’évolutions possibles.

Cahier des charges 2

Un chariot peut effectuer :
— soit un aller retour entre deux positions “chariot au centre” et “chariot à droite” si le bouton “droite” est actionné,
— soit un aller retour entre deux positions “chariot au centre” et “chariot à gauche” si le bouton “gauche” est actionné. Si les deux boutons sont actionnés en même temps, le chariot part à droite.

GRAFCET structure séquence

Parallélisme structural (structure simultanée)

Lors de la divergence en “ET”, le symbole de synchronisation est utilisé dans cette structure pour indiquer l’activation simultanée de plusieurs séquences. Après leur activation simultanée, l’évolution des étapes actives dans chacune des séquences parallèles devient alors indépendante.

De même, lors de la convergence en “ET”, le symbole de synchronisation est utilisé dans cette structure pour indiquer l’attente de la fin des séquences amont avant d’activer la séquence aval. La transition n’est validée que lorsque toutes les étapes amont sont actives.

Cahier des charges 3

Deux chariots 1 et 2 ont pour position de départ respective “d1” et “d2”. Après un appui sur un bouton “dcy”, il doivent simultanément se déplacer à droite pour rejoindre une position d’arrivée “a1” et “a2”. Ensuite ils doivent repartir simultanément de cette position d’arrivée pour rejoindre leur position de départ. Un nouveau cycle ne sera possible que s’ils sont tous
les deux sur leur position de départ.

GRAFCET parallélisme

Les règles d’évolution

Ces règles sont fondamentales et sont à connaître afin de bien appréhender le fonctionnement d’un Grafcet.

Règle 1 Situation initiale
La situation initiale est la situation à l’instant initial, elle est donc décrite par l’ensemble des étapes actives à cet instant.
Le choix de la situation à l’instant initial repose sur des considérations méthodologiques et relatives à la nature de la partie séquentielle du système visé.

Règle 2 Transition franchissable
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,
— et que la réceptivité associée à cette transition est vraie. Une transition franchissable est obligatoirement franchie.

GRAFCET règles

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