grafcet -...
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TS1CIRA AUTOMATISME 1
GRAFCET
Acronyme de :
GRAphe Fonctionnel de Commande Etapes Transitions
Sommaire
1- Règles d’évolution du Grafcet (norme NF EN 60848)
2- Applications grafcet
TS1CIRA AUTOMATISME 2
LE MODELE GRAFCET
L'AFCET (Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique) et l'ADEPA (Agence
nationale pour le DEveloppement de la Production Automatisée) ont mis au point et développé une représentation
graphique qui traduit, sans ambiguïté, l'évolution du cycle d'un automatisme séquentiel.
Ce diagramme fonctionnel: le GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande, Etapes Transitions) permet de décrire les comportements attendus de l'automatisme en imposant une démarche rigoureuse, évitant
ainsi les incohérences dans le fonctionnement.
Définitions
Le modèle est défini par un ensemble constitué :
- d’éléments graphiques de base comprenant : les étapes, les transitions, les liaisons orientées.
- d’une interprétation traduisant le comportement de la partie commande vis-à-vis de ses entrées et de ses
sorties, et caractérisée par les réceptivités associées aux transitions et les actions associées aux étapes.
- de 5 règles d’évolution définissant formellement le comportement dynamique de la partie commande.
- d’hypothèses sur les durées relatives aux évolutions.
1) Eléments graphiques de base
0
1
Fin de perçage
Percer
2 Déplacer
Etape initiale
Transition
Récéptivitéassociée àla transistion
Action
Liaison
Etape: une étape représente une situation stable de la PC
Une étape est soit active soit inactive. On peut associer à chaque étape i une variable Xi image de son activité.
ex: Etape 2 active X2 = 1 Etape 2 inactive X2 = 0
Etape initiale: étape active au début du fonctionnement. Elle se représente par un double carré.
Liaisons orientées: Elles relient les étapes aux transitions et les transitions aux étapes. Le sens général d’évolution est du haut vers
le bas. Dans le cas contraire, des flèches doivent être employées
Transitions : une transition indique une possibilité d'évolution d’activité entre deux ou plusieurs étapes. Cette évolution
s'accomplit par le franchissement de la transition.
Réceptivité : La réceptivité associée à une transition est une fonction logique :
- des entrées (capteurs, commande opérateur)
- des activités des étapes (Ex : X1 pour étape 1 active.)
- des variables auxiliaires (Ex : [C1=10] pour un test sur compteur C1)
Action: L'action indique, dans un rectangle, comment agir sur la variable de sortie, soit par assignation (action
continue), soit par affectation (action mémorisée)
TS1CIRA AUTOMATISME 3
2) Règles d’évolution :
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.
Règles 2 : Franchissement d’une transition
Une transition est 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.
Règles 3 : Evolution des étapes actives
Le franchissement d’une transition provoque simultanément :
- L’activation de toutes les étapes immédiatement suivantes.
- La désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.
Règle 4 : Evolutions simultanées
Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies.
Règle 5 : Activation et désactivation simultanée d’une même étape
Si au cours d’une évolution, une même étape se trouve être à la fois activée et désactivée, elle reste
active. La priorité est donnée à l’activation, donc on utilisera une mémoire à marche prioritaire pour
représenter une étape dans un logigramme.
3) Règles d’écriture :
L’alternance étape-transition et transition-étape doit toujours être respectée quelle que soit la séquence
parcourue.
Réceptivité toujours vraie :
La notation 1 (1 souligné) indique que la réceptivité est toujours vraie.
1
2
1
Dans ce cas, l’évolution est dite toujours
fugace, le franchissement de la transition n’est
conditionné que par l’activité de l’étape amont
Front montant
La notation indique que la réceptivité n’est vraie que lorsque la variable passe de la valeur 0 à la valeur 1.
1
2
a
La réceptivité n’est vraie que lorsque « a » passe
de l’état 0 à l’état 1
Idem la notation front descendant indique que la réceptivité n’est vraie que lorsque
la variable passe de la valeur 1 à la valeur 0.
1
2
a+ b
La réceptivité n’est vraie que lorsque « a » est vraie ou que « b » passe
de l’état 0 à l’état 1
TS1CIRA AUTOMATISME 4
Réceptivité dépendante du temps :
Action continue :
L’exécution de l’action se poursuit tant que l’étape à laquelle elle est associée est active et que la condition
d’assignation (expression logique de variables d’entrées et/ou de variables internes) est vérifiée. En l’absence de
condition l’action s’effectue tant que l’étape à laquelle elle est associée est active.
1
b
Action A
X1
X2
Action A
Action conditionnelle :
Une proposition logique, appelée condition d'assignation, qui peut être vraie ou fausse, conditionne l’action
continue. La condition d'assignation ne doit jamais comporter de front de variables d’entrées et/ou de
variables internes.
1
b
Action A
c
X1
X2
c
Action A
Action retardée:
L'action retardée est une action continue dont la condition d'assignation n'est vraie qu'après une durée t1
spécifiée depuis l'activation de l’étape associée. Dans l’exemple ci-dessous, l’action A sera exécutée 5s après
l’activation de l’étape 1.
1
b
Action A
5s/X1
X1
X2
Action A
5s
1
2
5s/X1
X1
X25s
Dans ce cas la durée d’activité de l’étape 1 est de 5 s.
Remarque : Il est possible d’utiliser cette notation lorsque l’étape
temporisée n’est pas l’étape amont de la transition.
TS1CIRA AUTOMATISME 5
Action limitée dans le temps :
L'action limitée dans le temps est une action continue dont la condition d'assignation n'est vraie que pendant
une durée t1 spécifiée depuis l'activation de l’étape à laquelle elle est associée.
1
b
Action A
5s/X1
X1
Action A5s
Action à l’activation et à la désactivation
Une action à l’activation est une action mémorisée lors de
l’activation de l’étape liée à cette action.
Une action à la désactivation est une action mémorisée
lors de la désactivation de l’étape liée à cette action.
10 C:=C+1
Incrémentation du compteur C à l’activation de l’étape 10
10 C:=0
Mise à 0 du compteur C à la désactivation de l’étape 10.
10 KM1:=1
16 KM1:=0
KM1=1 dès l’activation de l'étape 10 et reste à 1 jusqu'à l’activation de l’étape 16.
(à utiliser pour mémoriser une action active sur 3 étapes consécutives au minimum)
Action sur événement
Une action sur évènement est une action mémorisée conditionnée à l’apparition d’un événement, l’étape à
laquelle l’action est reliée étant active. Il est impératif que l’expression logique associée à l’évènement
comporte un ou plusieurs fronts de variables d’entrées.
10 C:=C+1
a
Incrémentation du compteur C sur le
front montant de « a », l’étape 10 étant
active.
X10
aValeurcourante de C 0 1 2
TS1CIRA AUTOMATISME 6
4) Structures de base :
4.1) Sélection de séquence
Une sélection de séquence est un choix d’évolution entre plusieurs séquences à partir d’une ou plusieurs
étapes. Elle se représente graphiquement par autant de transitions validées en même temps qu’il peut y avoir
d’évolution possibles. L’exclusion entre les séquences n’est pas structurelle. Pour l’obtenir, il faut s’assurer
soit de l’incompatibilité mécanique ou temporelle des réceptivités, soit de leur exclusion logique.
Exclusivité logique Exclusivité technologique Exclusivité avec priorité
a.b a.b
3
4 5
1S1.d 1S2.d
3
4 5
a a.b
3
4 5
Les réceptivités /a.b et a.b sont
logiquement exclusives.
Les réceptivités 1S1.d et 1S2.d sont
technologiquement exclusives par les
capteurs fins de course 1S1 et 1S2 du
vérin 1A.
Les réceptivités a et /a.b sont exclusives
avec priorité à l’évolution 34 sur
l’évolution 35 si a=1 et b=1.
4.2) Saut d’étapes et reprise de séquence
Saut d’étapes Reprise de séquence Le saut d’étapes permet de sauter une ou plusieurs étapes lorsque
les actions associées à ces étapes deviennent inutiles.
La reprise de séquence permet de recommencer plusieurs
fois la même séquence tant qu’une condition n’est pas
obtenue.
10
c.e
11
a
12
b
13
c.e
10
d
11
a
12
13
c.e
c.e
TS1CIRA AUTOMATISME 7
3 POMPE : = 0
Acquittement « Mesure effectuée »
2 Comptage impulsions
Niveau liquide seuil maxi
1 POMPE : = 1
Niveau liquide seuil mini
4 Vidange cuve et Raz
compteur d’impulsions
Niveau liquide < 0%
0
Mise en marche système. (Niveau liquide < 0%)
( Impulsion débitmètre)
4.3) Séquences simultanées (séquences parallèles)
Si le franchissement d’une transition conduit à activer plusieurs étapes en même temps, ces étapes
déclencheront des séquences dont les évolutions seront à la fois simultanées et indépendantes.
29 ACTION B
30
d
ACTION A ACTION D
31
32
40
41
33
ACTION C
e
ACTION F
b
a
1
Si l'étape 29 est active, la réceptivité « e » provoque,
lorsqu'elle est vraie, l'activation simultanée des étapes 30
et 40.
Les deux séquences évoluent alors indépendamment
l’une de l’autre.
Les étapes 32 et 41 sont des étapes d'attente; dès qu’elles
sont actives, la transition 32,4133 est franchie (1 :
réceptivité toujours vraie) ce qui entraîne simultanément,
l’activation de l’étape 33 et la désactivation des étapes 32
et 41.
On remarque :
- que l’activation de l’étape 32 permet d'éviter que l'action C
se poursuive lorsque a est vraie et que b ne l'est pas encore.
- que l’activation de l’étape 41 permet d'éviter que l'action D
se poursuive lorsque b est vraie et que a ne l'est pas encore.
5) Exemple de programmation d’un grafcet (STEP7)
TS1CIRA AUTOMATISME 8
6) EXEMPLE D’AUTOMATISME COMPLET:TUNNEL DE SECHAGE DE PIECES
Lampes infrarougeS3
S4
Détecteur
Détecteur
Vue de face
Vue de dessus
TUNNEL DE SECHAGE
Vérin
Poste d'évacuation
M3
Pièce àsécher
Plan inclinéConvoyeur
1S1
1S2
Détecteur
Détecteur
Convoyeur
Plan incliné
Posted'évacuation
Pièce à sécher
Vérin
S3
Butée
S4
La pièce à sécher, déposée par l'opérateur sur le plan incliné, descend par gravité au poste de
chargement.
Les opérations suivantes sont alors possibles :
- appui sur le B.P Sdcy chargement de la pièce sur le tapis roulant (sortie de la tige du
vérin)
- pièce dans le tunnel convoyage en avant et lampes infrarouge en service
- capteur S4 sollicité convoyage en arrière et lampes infrarouge en service
- pièce hors du tunnel convoyage en arrière et arrêt du chauffage
- capteur S3 sollicité évacuation de la pièce sèche par gravité et arrêt.
Remarques:
- Le convoyage est beaucoup plus long que le passage dans l'étuve.
- Il est plus économique de redémarrer l'étuve à chaque demande de séchage que d'alimenter
en permanence les lampes à infrarouge !
TS1CIRA AUTOMATISME 9
Tableau des mnémoniques :
Repère Fonction Variable A.P.I.
TSX37 Satu BP « Arrêt d’urgence » %I1.0
Sdcy BP « Départ cycle » %I1.1
1S1 Détecteur « tige rentrée » %I1.2
1S2 Détecteur « tige sortie » %I1.3
S3 Détecteur « présence pièce sur le convoyeur » %I1.4
S4 Détecteur « présence pièce à l’extrémité de l’étuve » %I1.5
KMPO contact « PO en énergie » %I1.6
KMAV Contacteur « marche avant » %Q2.1
KMAR Contacteur « marche arrière » %Q2.2
KMS Contacteur « séchage » %Q2.3
1V1-14 Pilote du distributeur « sortie tige » %Q2.4
- Sortie sécurité A.P.I (*) %Q2.0
Les grafcets proposés:
X1.Sdcy.1S1
11
12
13
14
10
X10. Satu.KMP0
1
01V1-14
1S2
KMAV
20s/X12
KMAR KMS
S410s/X14
S3
KMAV KMS
GFN{10}
Satu+KMPO
GRAFCET de Sûreté (GS)
GRAFCET de fonctionnement normal (GFN)
X0 >
- 20 s = temps nécessaire à la pièce pour entrer dans le tunnel
- 10 s = temps nécessaire à la pièce pour traverser le tunnel
Dès l’initialisation de la PC (ou lors d’un appuie sur le B.P. « arrêt d'urgence » Satu, ou lors de la mise hors
énergie de la PO), le GS qui est hiérarchiquement supérieur au GFN force ce dernier à l'étape 10 de telle sorte
qu'aucun ordre ne puisse être émis par la partie commande ce qui sera nécessairement obtenu puisque les
étapes non écrites dans l'ordre de forçage (11, 12, 13, 14) sont systématiquement désactivées. Après ce forçage
de situation, on s’assure que la situation forcée est bien obtenue (X10=1), que l’arrêt d’urgence est déverrouillé
et que la mise en énergie de la PO est effective pour activer l’étape 1 du GS. L’évolution du GFN n’est
possible que si l’étape 1 du GS est active
TS1CIRA AUTOMATISME 10
Schéma de puissance et de distribution de l’énergie électrique
KMAV KMAR
Q4
I> I> I>
U1 V1 W1
M1
3
Q0
L1
L3
L2
N
KMS
Q5
Moteur convoyeur Lampes à infrarouge
3 x 400 V+ N + PE
gG
Q1
I>F1
Q2
24 VCom
230 V / 24 V63 VA
T1
Alimentationdes préactionneurs
H1: Systèmesous tension(balise)
I>
KMPC
AlimentationA.P.I. 230 V
Q3
I>
KMPO
TS1CIRA AUTOMATISME 11
Schéma de commande : solution pour machine classée non dangereuse (catégorie 1)
Com
KMPC
KMPCSmpc
Smpo
Sapc
HPC
KMPC
24 VM
ise
sous
tens
in P
C
PC sou
s te
nsion
Q4
1
Sortie de sécuritéde l'A.P.I.
KMPC
Satu
Mise
sous
tens
in P
O
KMPO
P>
Sapo
KMPO
HPC
KMPO
Mar
che
avan
t
conv
oyeu
r
KMAV KMAR KMS 1V1-14
KMAVKMAR
KMP0
2 3 4
Contactsdes sorties de l' A.P.I.
Sécha
ge
Mar
che
arriè
re
conv
oyeu
r
Cha
rgem
ent p
ièce
Q5
I >
PO sou
s te
nsion
0
OS1
H2
Systè
me
sou
s te
nsion
(pup
itre)
0V1-12
TS1CIRA AUTOMATISME 12
Bornier des entrées API :
0 V 24 V 10 2 3 4 5
Entrées A.P.I.
Satu Sdcy 1S1 1S2
S3 S4
6
KMP0
1S1, 1S2 : détecteurs inductifs montés sur le
corps du vérin.
S3, S4 : détecteurs photoélectriques de type
reflex.
Schéma pneumatique :
1V1-14
1V1
1
2
3
4
1A
0Z
1V2 1V3
0V12
0S1F R L
130V1-12
1S1 1S2
Les composants sont représentés dans la position de
départ, la pression étant appliquée, conformément au
§4.4.2 de la norme ISO 1219-2.
OZ : Groupe de conditionnement d’air constitué :
- d’un filtre (F) à air destiné à éliminer les impuretés
solides et liquides (eau) ;
- d’un manodétendeur, ou régulateur (R) qui permet
d’obtenir une pression stable (réglable et affichée sur
le manomètre) ;
- d’un lubrificateur (L) qui assure la lubrification des
distributeurs et des vérins par pulvérisation de
particules d’huile entraînées par l’air comprimé
(inutile lorsque ces éléments sont équipés de tiroirs et
tige de piston en céramique)
0V1 : distributeur 3/2 (3 orifices, 2 positions)
monostable à commande électropneumatique
0S1 : Détecteur de pression ou pressostat qui ferme son
contact si la pression dans le circuit est au-dessus du seuil
de réglage.
1V1 : distributeur 4/2 (4 orifices, 2 positions)
monostable à commande électropneumatique.
1V2 : réducteur de débit réglable avec clapet anti-retour
destiné à régler la vitesse de rentrée de la tige du vérin.
1V3 : idem 1V2 mais destiné à régler la vitesse de sortie
de la tige du vérin.
1 A : Vérin double effet
TS1CIRA AUTOMATISME 13
7) EXERCICES GRAFCET :
7.1) Représentation des actions détaillées
Compléter les chronogrammes correspondants aux descriptions suivantes :
X2
KM
YV
10s/X2
X3
T(s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
X2
YV
a
X5
T(s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
2
5
YV := 1
YV := 0
a
b
f
2
2
KM
10s/X2
3
5s /X2
YV
8s /X2
TS1CIRA AUTOMATISME 14
7.2) Compléter le chronogramme à partir du grafcet proposé :
S8
S1
S4
S3
S2
S6
S10
B5
B9
Etape (s)
active(s)
KM2
KM5
KM6
Y3
Y2
X1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
S1 S8.
S8
S3 . S4
S2
B9
S3
S3 . S10
S4
S1 .S8
S8
S2
B5
S6
1
KM6
KM5
Y3
KM2
Y2
KM5 KM6
B5
TS1CIRA AUTOMATISME 15
7.3) SYSTEME DE FILTRATION Le but d’une filtration est de permettre de supprimer les particules indésirables contenues dans un liquide.
Le système est représenté ci dessous :
L’installation comporte deux filtres :
- le filtre 1 est utilisé en fonctionnement normal
- le filtre 2 prend le relais du filtre 1 lorsque celui-ci est colmaté.
Matériel mis en œuvre :
Variables Type et fonction Commentaire
XS1 Capteur TOR de proximité capacitif type NO (=1, si filtre 1 présent) Capteur présence filtre 1
XS2 Capteur TOR de proximité capacitif type NO (=1, si filtre 2 présent) Capteur présence filtre 2
DPA Capteur TOR de seuil de pression différentielle type NO (=1, si filtre
1colmaté)
Pressostat
E Electrovanne arrivée principale fluide à traiter , type FMS Electrovanne monostable NF
E1 Electrovanne entrée fluide à traiter par le filtre 1, type OMS Electrovanne monostable NO
S1 Electrovanne sortie fluide traité par le filtre 1,type OMS Electrovanne monostable NO
E2 Electrovanne entrée fluide à traiter par le filtre 2, type FMS Electrovanne monostable NF
S2 Electrovanne sortie fluide traité parle filtre 2 , type FMS Electrovanne monostable NF
MA Bouton poussoir de mise en fonctionnement de l’installation (NO) B.P. type NO
AR Bouton poussoir de mise à l’arrêt de l’installation (NF) B.P. type NF
ACQ Bouton poussoir d’acquittement du nettoyage du filtre (NO) B.P. type NO
V1 Voyant filtre 1 en service Voyant filtre 1
V2 Voyant filtre 2 en service Voyant filtre 2
1-1) Commande des électrovannes
Compléter le tableau de la page 17 en précisant l’état logique (1 ou 0) de la commande des électrovannes afin qu’elles soient
ouvertes ou fermées.
1-2) Compléter le tableau de la page 17 en précisant la nature des variables « entrées » ou « sorties » par rapport à la partie
commande de l’installation
1-3) Grafcet partiel de la partie commande :
Le démarrage du grafcet en fonctionnement normal est donné page 17.
Décrire le fonctionnement correspondant de cette partie du grafcet
Filtre 1
E1
S1
XS1
Filtre 2
E2
S2
XS2
Fluide à filtrer
Fluide filtré
DPA
E
TS1CIRA AUTOMATISME 16
1-4) Fonctionnement de l’installation en cas de colmatage du filtre 1 :
Le grafcet fonctionnel point de vue procédé est donné ci-dessous :
0
Marche
1 ouverture EV
présence 2
filtres
2 filtre 1 en service
filtre 1
colmaté
3 5 fermeture EV
fin filtrationfin nettoyage
filtre1
arrêt
passage filtre2 et
nettoyage filtre1
4 passage filtre 1
fin de l'opération
décolmatage
Explications sur le procédé :
Après une période de fonctionnement, le filtre finit par se colmater.
Dés lors le fluide doit être envoyé vers le filtre 2.
Pour que le passage du filtre1 au filtre 2 s’effectue sans coup de bélier, on ouvre d’abord E2 et S2.
10 secondes plus tard, on ferme E1 et S1 pour isoler le filtre 1.
Pendant que le fluide circule à travers le filtre 2, E1 et S1 étant fermées, l’opérateur nettoie le filtre 1, puis le remet en place.
Ensuite il acquitte par une impulsion sur ACQ.
Le fluide est de nouveau envoyé vers le filtre 1, pour cela, on procède comme précédemment, on ouvre d’abord E1 et S1. Puis 10
secondes plus tard on referme E2 et S2 pour isoler le filtre 2.
Les voyants V1 et V2 signalent la mise en service de chacun des filtres.
L’arrêt de la filtration ne peut se faire que lorsque le fluide est traité par le filtre 1 et par appui sur le BP AR.
Compléter page 17 le grafcet point de vue commande .
1-5) En cas de défaillance sur l’électrovanne E1 du filtre 1 pendant le changement de filtre, que se passe t il ?
Que proposez-vous pour remédier à ce problème ? Que faut-il modifier sur la solution proposée ?
1-1)
E1 S1 E2 S2
Type OMS
Electrovanne
ouverte
Electrovanne
fermée
1-2)
TS1CIRA AUTOMATISME 17
ENTREES SORTIES
1-3)
0
1
MA
E := 1
XS1 . XS2
2 V1
E1 S1
TS1CIRA AUTOMATISME 18
7.4) Conditionnement de produit en bouteilles
Un système de conditionnement de
produit en bouteilles est constitué de
trois postes et d’un tapis roulant muni
de supports pour le maintien des
bouteilles à intervalles réguliers (1 pas)
.
Le tapis se déplace simultanément
devant les trois postes qui sont dans
l’ordre :
- POSTE 1 : Remplissage de la
bouteille.
- POSTE 2 : Fermeture de la
bouteille par un bouchon.
- POSTE 3 : Contrôle de la
fermeture.
Les trois opérations sont faites successivement, mais l’automatisme doit gérer les trois postes simultanément (si présence bouteille
devant le poste concerné). Il faut donc attendre la fin des trois opérations pour avancer d’un pas.
CYCLE DE FONCTIONNEMENT :
Les bouteilles déposées automatiquement sur le tapis arrivent vides (le poste de chargement ne fait pas partie de l’étude)
Sur appui du bouton poussoir DCY, et à condition que les vérins soient en position initiale rentrée, le tapis avance d’un
pas (capteur m).
Les trois postes sont équipés de capteur de proximité pi , en cas d’absence de bouteille sur un poste l’opération n’est pas réalisée.
Arrivée devant le poste 1, la bouteille est remplie grâce à l’ensemble A ( la durée du remplissage est de 10 s après descente du
vérin A).
Simultanément :
- la bouteille précédente est bouchée (système de fermeture B) au poste 2
- la première bouteille est contrôlée ( présence de bouchon) au poste 3
Le contrôle consiste à vérifier la présence du bouchon par descente du vérin C (le temps de déplacement du vérin est de
2s)
- Si présence correcte du bouchon le capteur de proximité c1 est actif avant la fin des 2 s
- Si absence de bouchon le capteur c1 n’est pas activé dans le temps imparti (2s)
Dans ce dernier cas, il faut prévoir l’évacuation de la bouteille vers le tapis 2 par le vérin D d’éjection.
Quand ces trois opérations sont effectuées le système avance d’un pas.
Le commutateur CU/CR permet de sélectionner soit :
- la marche automatique en continu : cycle répétitif ( CR= 1)
- la marche de réglage cycle unique (CU=1)
Remarque : lors de l’appui sur DCY, l’automatisme vérifie la position initiale des vérins, dans le cas contraire il procède à leur
retour en position rentrée.
TS1CIRA AUTOMATISME 19
TABLEAU DES VARIABLES DE L’AUTOMATISME :
Fonctions à assurer Préactionneurs Actionneurs Capteurs associés
POSTE 1 :
Remplir la bouteille
Distributeur électro-
pneumatique bistable
A+ : sortie vérin
A- : rentrée vérin
Vérin double effet A
(voir schéma de principe
ci dessous)
Capteurs de proximité de type NO
Vérin sorti : a1
Vérin rentré : a0
POSTE 2 :
Fermer la bouteille
Distributeur électro-
pneumatique bistable
B+ : sortie vérin
B- : rentrée vérin
Vérin double effet B
Capteurs de proximité de type NO
Vérin sorti : b1
Vérin rentré : b0
POSTE 3 :
Contrôler le bouchon
Distributeur électro-
pneumatique bistable
C+ : sortie vérin
C- : rentrée vérin
Vérin double effet C
Capteurs de proximité de type NO
Vérin sorti : c1
Vérin rentré : c0
Ejecter la bouteille
Distributeur électro-
pneumatique bistable
D+ : sortie vérin
D- : rentrée vérin
Vérin double effet D
Capteurs de proximité de type NO
Vérin sorti : d1
Vérin rentré : d0
Avancer le tapis d’un pas Contacteur KM Moteur asynchrone Capteur de position d’un pas :m
Dialoguer avec le
système
BP DCY type NO
Commutateur à 2 positions : CU/CR
Détecter la présence des
bouteilles
Capteurs de proximité de type NO :
p1,p2 et p3
Schéma de commande d’un vérin double effet :
Travail demandé :
Compléter le grafcet selon un point de vue commande de la page suivante (en utilisant les variables imposées)
A+ A
-
Rentrée du vérin A Sortie du vérin A
a0=1 a1=1
TS1CIRA AUTOMATISME 20
TS1CIRA AUTOMATISME 21
7.5) Equipement d’emballage
L’équipement ci dessus est utilisé pour former des lots de 2 ou 3 bidons (suivant une des deux positions du
commutateur "S0", notées « 2B » ou « 3B » ) La détection des bidons est assurée par un capteur photo "B1".
Fonctionnement :
Une impulsion sur "Sy " permet le démarrage de l’équipement. Les bidons arrivent par le tapis T1 et sont
acheminés devant le vérin V. Lorsque le nombre est atteint, une temporisation de 10 secondes maintient T1
en fonctionnement permettant de positionner les 2 ou 3 bidons face au vérin V, puis le tapis s’arrête. Le
transfert des bidons s’effectue par les différents vérins (V puis W). Lorsque les bidons sont arrivés sur le
tapis T2 celui ci fonctionne pendant 10 secondes si lot de 2 bidons, 15 secondes si lot de 3 bidons.
Quand les vérins sont revenus en position initiale, T1 redémarre. Le nombre de bidons sur T1 est atteint: Une
impulsion sur le BP "Sat" à n’importe quel moment du cycle provoque l’arrêt du cycle à la fin du traitement
du lot en cours.
Travail :
1) Etablir séparément, l’inventaire des variables d’entrées et de sorties de ce système.
2) Ecrire le grafcet répondant à ce mode de fonctionnement , en utilisant une variable compteur notée
C (étape X0 comme étape initiale).
3) Une impulsion sur le BP "Sat" à n’importe quel moment du cycle provoque l’arrêt du cycle à la fin du traitement du lot en cours. Proposer un deuxième grafcet réalisant cette fonction de mémorisation de la demande d’arrêt (étape X10 comme étape initiale). Modifier le grafcet précédent afin d’obtenir cet arrêt en fin de cycle
Remarque : les vérins sont monostables, et seront rentrés en position initiale
2B
3B
TS1CIRA AUTOMATISME 22
7.6) BROYEUR DE CEREALES
Ce système permet le mélange et broyage de céréales contenues dans des silos afin d’expédition. Deux types de mélanges peuvent
être obtenus :
1. Le mélange P1 : Produits A, B, C
2. Le mélange P2 : Produits B, C, D
Fonctionnement :
La sélection est réalisée par action sur un des deux BP « P1 » ou « P2 » (on rendra l’appui sur P1 prioritaire sur l’appui sur
P2).Cela provoque le démarrage du tapis (si présence d’un camion « SC »). 10 secs plus tard, le premier produit se déverse, puis au
bout de 10 secs, c’est au tour du 2em et enfin après encore 10 secs, le 3em produit est délivré. Chaque produit se déverse
séparément pendant 10secs .Le fonctionnement du tapis est alors prolongé pendant encore 10 secs après l’arrêt du produit 3.
A la fin du déversement complet du produit 3 ,le mélangeur (Mm) se met en marche et après 10 secs, le broyeur (MB) démarre.
Simultanément, l’électrovanne EVR s’ouvre et le produit se déverse dans le camion. Après 60 secs, on considère la trémie vide, le
mélangeur et le broyeur s’arrêtent. Le camion quitte alors la plateforme Un autre mélange peut alors être obtenu.
Travail :
1) Faire, séparément, l’inventaire des variables d’entrées et de sorties de ce système.
2) Ecrire le grafcet correspondant à ce mode de fonctionnement (mémoriser l’appui sur l’un des BP à l’aide de
deux mémoires M1 et M2).
TS1CIRA AUTOMATISME 23
7.7) Réacteur chimique :
Description de l’installation (voir schéma page suivante)
L'installation est composée d'un réacteur de contenance 5 tonnes dans lequel sont mélangés les différents produits.
Ligne solvant 1 :
Le solvant 1 est disponible en réseau dans l'usine.
La vanne V1 permet d'introduire le solvant 1 dans le réacteur.
Le débitmètre FT1 mesure la quantité de solvant introduite dans le réacteur.
Ligne solvant 2 :
Le solvant 2 est disponible en fût de 1 000 litres au pied du réacteur.
La pompe P2 et la vanne V2 permettent d'introduire le solvant 2 dans le réacteur.
Le fût est placé sur un système de pesage WT2 qui permet de contrôler la quantité de solvant introduite dans le réacteur.
Masse volumique du solvant 2 : 1 kg / dm3
Ligne poudre :
Un conteneur de 3 tonnes de poudre est déversé dans la trémie par l'opérateur à l'aide d'un palan (non représenté sur le
schéma).
Une trappe T1, au fond de la trémie, permet de déverser la poudre dans la vis de transfert.
La vis de transfert, entraînée par le moteur MV, achemine la poudre au-dessus du réacteur.
Une deuxième trappe T2 permet d’introduire la poudre dans le réacteur.
Ce réacteur est équipé d'un système de chauffage et de refroidissement non représenté sur le schéma.
Un agitateur actionné par le moteur MA permet d'obtenir un mélange homogène.
Pour éviter tout risque d’explosion, on peut introduire de l’azote dans le réacteur grâce à la vanne VA (Inertage).
L’azote est disponible en réseau dans l’usine.
Le réacteur est monté sur un système de pesage WTR qui permet de contrôler les quantités de produit déversées.
La vanne VR (Ouverte par manque d’air) permet la mise à la pression atmosphérique du réacteur.
Une soupape de sécurité S maintient une pression de 1 bar (105 Pa) dans le réacteur tant que la vanne VR est fermée.
Le produit obtenu est évacué, en fin de cycle, vers un réservoir de stockage, par la vanne VS.
Description du processus de fabrication (voir grafcet fonctionnel page 5):
Lorsque l’autorisation de fabrication est donnée et si la trappe T2 et la vanne VS sont fermées et que la trappe T1 et la vanne VR
sont ouvertes, le cycle de production peut commencer.
La trappe T1 se ferme. Dès qu’elle est fermée un voyant au tableau de contrôle indique à l’opérateur qu’il peut remplir la trémie.
Lorsqu’il a déversé le chargement de poudre, l’opérateur appuie sur le bouton poussoir de validation et le voyant « Trémie
chargée » s’allume au tableau de contrôle.
Parallèlement à la phase de remplissage de la trémie, la vanne VR se ferme et la vanne VA s’ouvre pour assurer l’inertage du
réacteur pendant toute la phase de fabrication,
5 minutes plus tard, 1 800 litres de solvant 1 sont introduits dans le réacteur, suivis de 150 kg de solvant 2.
Dès que les solvants 1 et 2 sont mis dans le réacteur et à condition que la trémie de poudre soit correctement chargée on commence
le transfert de 2,5 tonnes de poudre dans le réacteur et on démarre l’agitation afin de mélanger les produits de manière homogène.
Lorsque le transfert de poudre est terminé, le mélange est amené puis maintenu à un seuil de température (régulation température
notée TIC) pendant 20 minutes.
On arrête alors l’agitation, on stoppe l’introduction d’azote, on ouvre la vanne de mise à l’air et on évacue le contenu du réacteur
vers le réservoir de stockage.
TS1CIRA AUTOMATISME 24
Liste des variables utilisées par l’automate
ENTREES ANALOGIQUES)
Variables Commentaires
IWT2 Entrée 4-20mA réglée tel que :
IWT2 = 0 lorsque le fût de solvant 2 est vide IWT2 = 1000 lorsque le fût de solvant 2 est plein (1000kg)
IWTR Entrée 4-20mA réglée tel que :
IWTR = 0 lorsque le réacteur est vide
IWTR = 5000 lorsque le réacteur est plein (5000Kg)
Variables type mots internes
Variables Commentaires
Ci Compteur n°i (i à préciser entre 0 et 9)
MWi Mot interne d’adresse i ( à préciser entre 0 et 255)
ENTREES TOR (type NO) SORTIES TOR
Variables Commentaire Variables Commentaires
Af BP autorisation de fabrication TC Voyant indiquant à l’opérateur que la trémie est correctement chargée
IFT1 Impulsion du débitmètre FT1 de solvant
(10L/impulsion) KMA Contacteur moteur agitateur (monostable)
T1f Détecteur de position Trappe 1 fermée KMV Contacteur moteur vis de transfert poudre vers le réacteur (monostable)
T1o Détecteur de position Trappe 1 ouverte KMP2 Contacteur moteur pompe 2 de transfert du solvant 2 (monostable)
T2f Détecteur de position Trappe 2 fermée EV2 Electrovanne solvant 2 type FMS (monostable)
T2o Détecteur de position Trappe 2 ouverte EV1 Electrovanne solvant 1 type FMS (monostable)
Val BP de validation du chargement de la
trémie de poudre effectué EVA Electrovanne d’azote type FMS (monostable)
VRf Détecteur de position Vanne VR fermée EVR Electrovanne mise à l’air ( dite de respiration) du réacteur, type OMS
(monostable)
VSf Détecteur de position Vanne VS fermée EVS Electrovanne de soutirage du réacteur type FMS (monostable)
T1+ Fermeture trappe 1 au fond de la trémie de poudre (bistable)
T1- Ouverture trappe 1 au fond de la trémie de poudre (bistable)
T2+ Fermeture trappe 2 en sortie de la vis de transfert de poudre (bistable)
T2- Ouverture trappe 2 en sortie de la vis de transfert de poudre (bistable
TIC Validation du régulateur de température du réacteur
CP Voyant indiquant l’opérateur qu’il peut effectuer le chargement de poudre
FT1
T1
T2
EVR
WTR
EVA
EV1
EV2
EVS
WT2
MV
MA
P2
Azote
Vers réservoir de
Stockage Solvant 2
Solvant 1
Trémie de
Poudre Traitement des
gaz
S
Réacteur 5 t
TS1CIRA AUTOMATISME 25
Grafcet fonctionnel décrivant le process de fabrication :
0
auto.
CI*
1Chargement trémie
poudre par opérateur2
Inertage par l'azote du
réacteur
fin
d'inertage
fin de chargement trémie
poudre et dosage solvant 2
3Dosage 1800 litres de
solvant 1 dans le
réacteur
fin de
dosage
solvant 1
4Dosage 150 kg solvant
2 dans le réacteur
5Dosage 2,5t poudre
dans réacteur et
mélanger
fin de
transfert
poudre
6Mise en régulation de
température du
réacteur
fin
chauffage
7 Vidange récateur
réacteur
vide
*CI = conditions initiales (voir
texte page 2)
TS1CIRA AUTOMATISME 26
Décrire l’automatisation du système selon un point de vue commande en utilisant la norme grafcet en vigueur et la variables
imposées.
0
TS1CIRA AUTOMATISME 27
7.8) AUTOCLAVE
Le procédé est un autoclave dans lequel un produit est élaboré à partir de deux constituants A et B. La réaction chimique qui
a lieu doit être contrôlée en pression et en température.
Description de la partie opérative Cahier des charges L’opérateur démarre le cycle par appui sur le bouton dcy. La cuve doit être vide, la pression dans l’autoclave doit être égale à la
pression atmosphérique (1013 hPa) et la température doit être inférieure à 50°C, la séquence suivante peut alors être réalisée :
Remplissage de produit A jusqu’au niveau n1, puis de produit B jusqu’au niveau n2. Mise en route de la pompe à vide P01 pour abaisser la pression en dessous de 300 hPa. Ouverture de l’alimentation en vapeur de la double enveloppe. Malaxage pendant 30 minutes dès que la température de 120°C est atteinte. Fermeture de l’alimentation en vapeur et maintien du malaxage pendant 10 minutes. Arrêt du malaxage, le produit repose jusqu’à ce que la température descende à 50°C. Puis « mise à l’air » de l’autoclave Vidange de l’autoclave dès que la pression est à 1013 hPa. Fin du cycle après vidange complète. NB : à tout moment lors de ce cycle,
Un voyant V1 est allumé dès que la cuve est sous vide (p = 300 hPa).
Un voyant V2 est allumé dès que la température devient supérieure à 50°C.
Dans ce qui suit, on notera p et T la pression et la température dans la cuve.
TS1CIRA AUTOMATISME 28
Deux seuils de détection sous réglés sur les capteurs de pression PT et de température TT :
pc1 = 1 si p ≥ 1013 hPa et pc2 = 1 si p ≥ 300 hPa
T1 = 1 si T ≥ 120°C et T2 = 1 si T ≥ 50°C
Récapitulatif :
dcy Bouton poussoir départ cycle
Capteurs (actifs si recouverts ou seuil atteint)
n0 Détection cuve vide Normalement Ouvert
n1 Détection niveau de remplissage produit A NO
n2 Détection niveau de remplissage produit B NO
pc1 Détection pression cuve ≥ 1013 hPa
pc2 Détection pression cuve ≥ 300 hPa
T1 Détection température cuve ≥ 120°C
T2 Détection température cuve ≥ 50°C
Actionneurs
EV1…EV
6 Electrovannes d’étanchéité (fermées au repos)
P01 Pompe de mise à vide
P02 Pompe de vidange
M Moteur d’entraînement du malaxeur
V1, V2 Voyants de signalisation
Travail demandé :
1) Etablir le GRAFCET de ce système.
2) Compl
éter le
chrono
gramm
e ci-
contre :
Modification du cahier des charges
Mise sous vide : si au bout de 15 minutes, la pression de 300 hPa n’est pas atteinte, la mise sous vide est
stoppée et le réacteur sera « mis à l’air » et un voyant d’alarme AL1 est allumé. Après appui sur un bouton
d’acquittement acq, le GRAFCET est remis à l’étape initiale. Chauffage : si au bout de 15 minutes, la température de 120°C n’est pas atteinte, le chauffage est stoppé et le
réacteur est « mis à l’air » et un voyant d’alarme AL2 s’allume. Après appui sur un bouton d’acquittement acq,
le GRAFCET est remis à l’étape initiale.
3) Compléter le GRAFCET afin de réaliser ces modifications.
4) Représenter le schéma LADDER de l’étape 3 et celui du voyant V2.
TS1CIRA AUTOMATISME 29
7.9) SYTEME DE TRI DE FERMETTES Dans une scierie on débite des éléments de charpente (fermettes) dont la longueur est comprise entre 0,5 m et 6,5 m.
Après le débit, ces éléments sont séchés en étuve et traités dans des bacs contenant des produits fongicides et
insecticides.
Ces pièces de bois sont triées d’après leur longueur x et suivant 7 tailles :
X<1m 1m ≤X< 2m 2m ≤X< 3m 3m ≤X< 4m 4m ≤X< 5m 5m ≤X< 6m 6m ≤ X
Le système de tri (voir ci-dessous) comporte un tapis d’arrivée en provenance du sciage, suivi d’un large tapis de tri
qui dispose de 7 voies d’acheminement vers l’aire de stockage. Ces deux tapis tournent en permanence.
Deux vérins poussoirs bistables X et Y (commandes X+ et X
-, Y
+ et Y
-) aiguillent les fermettes sur le tapis de tri. Le
vérin X est muni d’une raclette à son extrémité et le vérin Y de deux raclettes. Les vérins sont munis de capteurs type
NO pour les positions rentrées (x0 et y0) et pour les positions sorties (x1 et y1).
Le système de mesure est constitué de quatre capteurs a, b, c, d de type NO dont l’implantation est :
a b c d
1m 3m 2m
L’état pris successivement par ces capteurs au passage de la pièce de bois permet d’en déduire la longueur x. Au
passage de la fermette devant les poussoirs (capteur type NO : xp pour le vérin X et capteur type NO : yp pour le vérin
Y), ceux ci se mettront en mouvement ou non (voir principe de l’aiguillage ci-dessous)).
Quand une pièce de bois arrive au niveau du capteur a, la pièce précédente a quitté le tapis de tri.
1) Donner l’inventaire des variables d’entrée et de sortie d’un point de vue API, dans un tableau de
synthèse.
2) Compléter le grafcet qui gère le fonctionnement des vérins X et Y de la page suivante.
Coupe A-A
Système de tri
Sens de
déplacement
TS1CIRA AUTOMATISME 30
Tableau de synthèse des variables API : Grafcet à compléter : (avec la notation ) Entrées Sorties
1
2
3
4
X+ Y+
/x1 /y1
x1.y1.xp
X-
x0
yp
Y-
y0
b./a
0
b.a
10
TS1CIRA AUTOMATISME 31
THEMES DES ANNALES EN AUTOMATISME DU BTS CIRA
Année Installation ou process
Gra
fcet
Str
uctu
ra
tio
n d
e
Gra
fcets
Fo
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fig
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reté
Tra
me
de
com
mu
nic
ati
on
Tech
no
log
ie
ca
pte
urs
–v
an
nes…
1987 Procédé agroalimentaire X X X
1988 Machine à développer les photos X X X X
1989 Fabrication de circuits imprimés X X X X X
1990 Chaudière X X X
1991 Fabrication de fermettes X X X X X
1992 Unité de dessiccation X X X X
1993 Alimentation d’un four à verre X X X
1994 Automatisation d’une cisaille X X X X X
1995 Traitement des eaux usées X X X
1996 Préparation de paraffine X X X X X
1997 Four de dépôt de couches de silicium X X X X X
1998 Atelier de filage X X X X
1999 Déminéralisation d’eau de ville X X X X X
2000 Magasin dynamique X X X X
2001 Fabrication d’ammoniaque X X X X
2002 Production d’air comprimé X X X X X X X
2003 Réacteur chimique X X X X X X
2004 Station de nettoyage en place X X X X X X
2005 Essoreuse de sucrerie X X X X X
2006 Réacteur chimique de floculant X X X X X X X X
2007 Procédé préparation matières plastiques X X X X X X X X
2008 Unité de formulation d’herbicide X X X X X X
2009 Brassage et fermentation de la bière X X X X
2010 Station de production d’eau potable X X X X X
2011 Autoclave blanchisserie industrielle X X X X X X
2012 Station d’épuration biologique X X X X X X
2013 Cuve de dissolution d’une polymérisation X X X X X X X
2014 Elaboration de produits pour le bois X X X X X
2015 Traitement thermique X X X X X X X
TS1CIRA AUTOMATISME 32
SYNTHESE GRAFCET
Règles de franchissement d’une transition :
Etape active aucune aucune 5 5 6
Transition validée non non oui oui non
Réceptivité vraie non oui non oui oui
Transition franchissable non non non oui non
Structures particulières du grafcet :
Séquence à choix de séquence (OU)
Séquences simultanées (ET) Cas particuliers du OU
Saut de séquence
Reprise de séquence
Les conditions A et B doivent être exclusives ! Les étapes 23 et 14 sont généralement des étapes d’attente
(sans action).
Attention à respecter l’alternance étape-
transition !
12
13
pousser pièce dans étau
pièce dans l'étau
= 1
serrer la pièce
21
22
mettre broche en rotation
broche en rotation
approcher en rapide
pièce disponible et chargement demandé
14
pièce sérrée
23
broche approchée
Etapes d’attente
TS1CIRA AUTOMATISME 33
Représentation des actions :
Action continue Action conditionnelle Action retardée
Action limitée Action mémorisée
Action événementielle Action mémorisée à
l’activation de l’étape
Action mémorisée à la
désactivation de l’étape
Action mémorisée, désactivée
à l’activation de l’étape
Action mémorisée, désactivée
à la désactivation de l’étape
Ex : dosage par comptage
d’impulsions d’un débitmètre.
10 C:=C+1
a
C=C total
10 A : = 0
15 A : = 0