Le GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande Étape-Transition) est un outil graphique puissant utilisé pour concevoir et analyser le comportement des systèmes automatisés. Du point de vue de la commande, le GRAFCET permet de définir précisément les séquences d’opérations qu’un système automatisé doit suivre, ainsi que les actions et conditions de transition nécessaires pour avancer d’une étape à l’autre.
Dans ce guide, nous examinerons comment utiliser le GRAFCET pour concevoir la commande d’un système automatisé, en identifiant les étapes, transitions, actions et conditions de commande. Nous verrons également comment intégrer les dispositifs de commande tels que les capteurs, les actionneurs, et les composants de sécurité.
Du point de vue de la commande, le GRAFCET est constitué de deux éléments essentiels :
Pour qu’un GRAFCET fonctionne en pratique, il est crucial de le traduire en actions de commande sur un automate programmable industriel (API). Cela implique d’identifier les capteurs, actionneurs, et autres dispositifs de commande pour chaque étape et transition.
Les capteurs fournissent les informations nécessaires pour effectuer les transitions entre les étapes. Par exemple :
Les actionneurs réalisent les actions définies dans chaque étape, comme :
Un convoyeur transporte des objets. Lorsqu’un capteur détecte qu’un objet arrive en fin de ligne, le convoyeur doit s’arrêter, attendre que l’objet soit retiré, puis redémarrer.
Étape 1 : Le convoyeur est en marche.
L’Étape 2 : Le convoyeur s’arrête.
Étape 3 : Le convoyeur redémarre.
Lors de la conception d’un GRAFCET pour la commande d’un système automatisé, certaines règles doivent être respectées pour garantir une transition fluide et efficace :
Chaque étape doit correspondre à une action claire, que ce soit un mouvement mécanique, un changement d’état ou une attente. Cela garantit que le système sait toujours ce qu’il doit faire lorsqu’il se trouve dans une étape particulière.
Une transition ne doit se produire que si une condition spécifique est remplie. Cela peut être un signal provenant d’un capteur, un bouton d’arrêt, ou une temporisation. Il est essentiel de définir ces conditions de manière logique et précise.
Si le système fonctionne en boucle (comme un convoyeur ou une machine de production), le GRAFCET doit revenir à l’étape initiale pour permettre au processus de recommencer après chaque cycle.
Il est impératif d’inclure des dispositifs de sécurité dans la conception du GRAFCET, tels que des arrêts d’urgence ou des détecteurs de surcharge. Ces dispositifs doivent être intégrés dans le GRAFCET comme des conditions prioritaires, interrompant toute action dangereuse.
Pour mettre en œuvre le GRAFCET sur un automate programmable (API), il est nécessaire de traduire chaque étape et transition en instructions de commande. Voici les principales étapes d’implémentation :
Les entrées correspondent généralement aux capteurs, tandis que les sorties contrôlent les actionneurs. Les instructions logiques dans l’automate doivent correspondre à ces entrées/sorties.
Chaque étape du GRAFCET est traduite par un bloc de programme qui contrôle l’état du système. Les transitions sont gérées par des conditions logiques qui déclenchent le passage à l’étape suivante.
IF StartButton = TRUE THEN
Conveyor := TRUE; // Démarrer le convoyeur
END_IF;
IF SensorObjectDetected = TRUE THEN
Conveyor := FALSE; // Arrêter le convoyeur si un objet est détecté en fin de ligne
END_IF;
IF ObjectRemoved = TRUE THEN
Conveyor := TRUE; // Redémarrer le convoyeur lorsque l'objet est retiré
END_IF;
Le GRAFCET présente plusieurs avantages lorsqu’il est utilisé pour concevoir des systèmes de commande dans des environnements automatisés :
La conception d’un système automatisé à l’aide du GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande Étape-Transition) suit plusieurs étapes clés pour garantir une modélisation précise du fonctionnement du système et une commande efficace. Voici les principales étapes à suivre pour concevoir un système automatisé avec le GRAFCET :
La première étape consiste à bien comprendre le processus automatisé que vous souhaitez modéliser. Cela inclut :
Après avoir analysé le processus, vous devez le décomposer en étapes successives qui représentent les différents états ou phases du système. Chaque étape doit correspondre à un état stable du processus, pendant lequel une ou plusieurs actions sont réalisées.
Les transitions permettent de passer d’une étape à une autre. Une transition est activée lorsque certaines conditions logiques sont remplies, souvent basées sur des événements tels que des signaux provenant de capteurs, des commandes manuelles, ou des temporisations.
Chaque étape du GRAFCET doit être associée à une ou plusieurs actions. Une action correspond à une commande envoyée à un ou plusieurs actionneurs du système (moteurs, pompes, vannes, etc.).
Une étape reste active jusqu’à ce qu’une transition soit déclenchée par un événement ou une condition spécifique (exemple : un capteur atteint une position, une temporisation se termine). Vous devez définir clairement les conditions d’arrêt d’une étape et de passage à la suivante.
Dans les systèmes automatisés, il est important d’intégrer des dispositifs de sécurité dans le GRAFCET pour éviter des accidents ou des dysfonctionnements. Ces dispositifs peuvent inclure des arrêts d’urgence, des limites de température, ou des capteurs de surcharge.
Avant d’implémenter le GRAFCET sur un automate programmable, il est important de simuler et de valider son bon fonctionnement. La simulation permet de vérifier que le séquencement des étapes et transitions se déroule correctement et que les actions associées sont exécutées comme prévu.
Une fois le GRAFCET validé, vous devez le traduire en un programme destiné à un automate programmable industriel (API). Le GRAFCET peut être converti en langage d’instructions ou en langage structuré pour contrôler les différentes entrées et sorties du système.
Une fois le système en place, il est important de suivre le fonctionnement du GRAFCET en conditions réelles et de l’ajuster si nécessaire. La maintenance consiste à vérifier que toutes les étapes et transitions fonctionnent correctement et à modifier le GRAFCET si le processus évolue.
Une fois le GRAFCET en place, il est possible d’analyser les performances du système pour optimiser le processus. Cela peut inclure la réduction des temps de cycle, l’ajout de nouveaux capteurs ou actionneurs, ou la modification des conditions de transition pour améliorer l’efficacité globale.
La conception d’un système automatisé avec le GRAFCET suit un ensemble d’étapes bien définies allant de l’analyse du processus à la mise en œuvre sur un automate programmable. Chaque étape du GRAFCET représente un état du système, tandis que les transitions sont déclenchées par des conditions spécifiques basées sur des capteurs ou des événements. La simulation et la validation du GRAFCET avant l’implémentation sur un API garantissent que le système automatisé fonctionnera de manière fiable et sécurisée.
Voici une série d’exercices basés sur les étapes de conception d’un système automatisé à l’aide du GRAFCET. Ces exercices sont conçus pour approfondir votre compréhension de la modélisation, de la gestion des transitions, et de l’implémentation des systèmes automatisés dans des environnements industriels.
Un système de convoyeur est chargé de transporter des objets à travers trois stations :
Le convoyeur doit transporter les objets de station en station et s’arrêter à chaque station pour permettre l’exécution des tâches. Chaque station est équipée d’un capteur qui détecte la présence de l’objet. Une fois les trois tâches terminées, le cycle se répète pour le prochain objet.
Un système de chauffage doit maintenir la température d’un four industriel entre 100°C et 200°C. Lorsque la température descend en dessous de 100°C, le système doit activer le chauffage. Lorsque la température dépasse 200°C, le système doit arrêter le chauffage.
Le processus doit être sécurisé par un capteur de surchauffe qui arrête immédiatement le système si la température dépasse 250°C.
Un distributeur automatique doit fournir une boisson en fonction de la sélection de l’utilisateur (choix entre eau, soda, jus). Une fois que l’utilisateur a sélectionné une boisson et inséré la monnaie, le distributeur doit délivrer la boisson et revenir à l’état initial, prêt à servir un autre client.
Étapes du GRAFCET :
Transitions :
Actions :
Un bras robotique doit assembler des composants mécaniques en trois étapes :
Le bras doit retourner à sa position de départ une fois l’assemblage terminé, et recommencer le processus pour la pièce suivante.
Un système de tri automatique classe des objets en fonction de leur taille (petit, moyen, grand). Les objets sont transportés sur un convoyeur et un capteur de mesure détermine la taille de chaque objet. Selon la taille, l’objet est orienté vers le convoyeur correspondant.
Étapes du GRAFCET :
Transitions :
Ces exercices couvrent une variété de scénarios industriels utilisant le GRAFCET pour modéliser et commander des systèmes automatisés. Chaque exercice se concentre sur des actions spécifiques, des transitions et des conditions logiques pour guider la conception et la mise en œuvre des systèmes de commande. En réalisant ces exercices, vous approfondirez votre compréhension des principes fondamentaux de l’automatisation et de l’utilisation du GRAFCET.
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