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Automates Programmables Industriels
CHAPITRE I
INTRODUCTION AUX AUTOMATISMES
I – Définition
II – Les objectifs de l’automatisation
III – Structure des systèmes automatisés
IV – Les principales fonctions des automatismes
V – Outils de description du comportement d’un automatisme
VI – Technologie de commande câblées et programmées
Walid CHEBBI
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I – Définitions
I – 1 – Système automatisé
Un automatisme désigne, en général, le dispositif assurant le fonctionnement, avec le
minimum d’intervention humaine, d’une machine ou d’une installation de production.
L’automatisation d’un procédé consiste à en assurer la conduite par un dispositif
technologique.
La fonction globale de tout système automatisé est de conférer une VALEUR AJOUTEE
à un ensemble de MATIERES D
UVRE dans un ENVIRONNEMENT ou CONTEXTE donné.
I – 2 – Système de production
Un système de production est un système à caractère industriel possédant les
caractéristiques suivantes :
§
L’obtention de la valeur ajoutée présente, pour un ensemble de matières d’ uvre
donné, un caractère reproductible,
§
La valeur ajoutée peut être exprimée et quantifiée en termes économiques. Un système
de production répond au besoin d’élaborer des produits, de l’énergie ou de
l’information à un coût rentable pour l’utilisateur du système.
II –Les objectifs de l’automatisation
La compétition économique impose à l’industrie de produire en qualité et en quantité
pour répondre à la demande dans un environnement très concurrentiel. Les objectifs de
l’automatisation sont :
•
Accroître la productivité du système c’est-à-dire augmenter la quantité de produits
élaborés pendant une durée donnée !; cet accroissement de productivité exprime un gain
de valeur ajoutée sous forme :
•
D’une meilleure rentabilité,
•
D’une meilleure compétitivité.
•
Améliorer la flexibilité de production,
•
Améliorer la qualité du produit grâce à une meilleure répétabilité de la valeur ajoutée,
•
S’adapter à des contextes particuliers :
•
Adaptation à des environnements hostiles pour l’homme (milieu salin, spatial,
nucléaire,…),
•
Augmenter la sécurité, etc.
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III – Structure des systèmes automatisés
III – 1 – Décomposition en Partie Commande et Partie Opérative
Chaque système automatisé comporte deux parties (Figure.1) :
•
Une Partie Opérative PO dont les actionneurs agissent sur le processus automatisé,
•
Une Partie Commande PC qui coordonne les actions de la Partie Opérative.
Pré-actionneurs
Actionneurs
Commande
Processus
Conditionneurs
Capteurs
Partie Commande (PC)
Figure.1
Partie Opérative (PO)
Structure de base d un système automatisé
La Partie Opérative effectue des opérations (mécaniques, thermiques, physicochimiques, etc.) sur la nature ou la forme des produits traités par la machine ou par
l’installation, et leur fait subir des transformations. Mais ces opérations peuvent correspondre
aussi à un déplacement, à un changement de position dans l’espace (systèmes de manutention,
ascenseurs, etc. …) à des régulations, des assemblages, des montages, etc.
D’une manière générale la Partie Opérative apporte aux produits traités une valeur
ajoutée, de nature économique. Elle est en outre caractérisée par une utilisation d’énergie
significative contrairement à la Partie Commande qui n’effectue qu’un traitement
d’information à faible niveau d’énergie. Cette énergie est mise en
uvre par des actionneurs
(moteurs, vannes, etc.) commandés par des pré-actionneurs pilotés eux-mêmes par la Partie
Commande.
La Partie Commande émet des ordres vers la Partie Opérative et en reçoit les signaux
en retour afin de coordonne ses actions de la Partie Opérative. Elle élabore les actions à partir
des mesures et des informations
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L’intervention de l’opérateur humain est souvent nécessaire :
-
Pour assurer le pilotage global du procédé (consignes de fonctionnement).
-
Pour surveiller les installations et reprendre en commande manuelle tout ou une partie du
système si un incident se produit.
Actionneurs
Procédé
Capteurs
P. O.
P. C.
Actions
Organe de Commande
Informations
Mesures
Consignes
Opérateur humain
Figure.2
Schéma fonctionnel d une installation automatisée
III – Organes équipant la Partie Opérative et la Partie Commande
III – 2 – 1 – Les actionneurs et pré-actionneurs
Ce sont des éléments de puissance (moteur électrique, vérin pneumatique, relais
électrique, etc. …) qui agissent sur le procédé.
On classe les actionneurs selon trois technologies :
- Les actionneurs électriques
Ils utilisent l’énergie électrique et prennent des formes variées : moteur à vitesse
constante ou variable, électrovanne, résistance de chauffage, électro-aimant, têtes de soudure
par résistances, têtes de découpe au laser, etc. Les pré-actionneurs associés aux actionneurs
électriques sont principalement les contacteurs et les variateurs de vitesse entourés des
sécurités nécessaires.
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- Les actionneurs pneumatiques
Ils utilisent directement l’air comprimé distribué sur les machines. Les vérins
pneumatiques se présentent sous des formes très variées et sont utilisés pour de nombreux
mouvements : transfert, serrage, marquage, maintien, assemblage, etc. Les distributeurs sont
les pré-actionneurs qui lui sont associés. Ils reçoivent soit un signal pneumatique soit un
signal électrique lorsqu’ils sont équipés d’une électrovanne.
- Les actionneurs hydrauliques
Vérins ou moteurs, ils ne sont utilisés que lorsque les actionneurs électriques et
pneumatiques ne peuvent donner satisfaction, car il exigent l’installation sur la machine d’un
groupe générateur de pression. Ils sont utiles lorsque les efforts à développer sont très
importants (presses, …) ou lorsque des vitesses lentes doivent être contrôlées avec précision
(avance d’outil de coupe, …)
III – 2 – 2 – Les capteurs
Captant les déplacements des actionneurs ou le résultat de leurs actions sur le
processus, les capteurs fournissent les informations en retour nécessaires pour la conduite du
processus, Ils peuvent détecter de pressions, des positions, des températures, des débits, des
contraintes, des codes, des vitesses, des accélérations, etc.
En automatisation courante, les capteurs de position sont les plus utilisés. Ils prennent
des formes très variées :
-
interrupteur de position avec contact,
-
détecteur de proximité sans contact,
-
capteur de déplacement.
IV – Les principales fonctions des automatismes
Le degré d’automatisation d’un système est extrêmement variable selon la nature du
procédé et sa complexité. On distingue trois degrés d’automatisation.
IV – 1 – La surveillance des grandeurs
Elle répond à un objectif de connaissance technique te économique du procédé. Il
s’agit d’une fonction passive vis à vis du procédé, l’organe de contrôle fait l’acquisition des
informations, leur analyse et produit des journaux de bord et des bilans.
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IV – 2 – Le mode guide opérateur
Complète la surveillance par des traitements plus élaborés et propose des actions pour
conduire le procédé selon un critère donné. L’automatisme est en boucle ouverte, il n’agit pas
directement sur le procédé.
IV – 3 – La commande proprement dite
Elle correspond à l’automatisation complète et elle a une structure de boucle fermée.
L’homme est ici exclu de la conduite. Il intervient en cas d’incident pour reprendre le pilotage
manuel éventuellement aidé par un mode guide opérateur (fonctionnement en mode dégradé
de l’automatisme).
IV – 4 – conduite et surveillance d’un système automatisé
Il s’avère très difficile en pratique d’intégrer dans la Partie Commande la totalité des
savoir faire humains de sorte que l’automatisation reste souvent partielle : certaines tâches
restent confiées à des intervenants humains.
A ces causes techniques viennent s’ajouter des considérations économiques de
compétitivité des considérations financières imposant un fractionnement des investissements,
des considérations sociales d’automatisation douce.
Certaines tâches restent donc manuelles et l’automatisation devra donc prendre en compte
la spécificité du travail humain, c’est-à-dire en particulier :
§
assurer le dialogue entre les intervenants et le système automatisé,
§
assurer la sécurité de ces intervenants dans l’exécution de leurs tâches manuelles.
En outre le modèle de fonctionnement de la Partie commande, choisi par le concepteur du
système, ne correspond qu’à un ensemble de situations PREVUES, c’est-à-dire RETENUES par
le concepteur parmi un ensemble de situations possibles.
Or, il est impératif de pouvoir faire face à des situations NON PREVUES (donc non
retenues en général pour des raisons économiques compte tenu de leur faible probabilité),
voire IMPREVISSIBLES.
Seul un opérateur peut alors intervenir et prendre les décisions requises par cette
situation : il assure une fonction de CONDUITE et de SURVEILLANCE du système automatisé.
Cette fonction peut être plus ou moins assistée par un ensemble de moyens (pupitres,
informatique,…).
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Le concepteur devra alors :
§
fournir à l’intervenant (ou lui permettre de prélever) toutes informations
SIGNIFICATIVES (ou INDICES) nécessaires à l’analyse de la situation,
§
lui permettre d’agir sur le système, soit directement (dépannage,…), soit indirectement
(consignes de sécurité, de marches et d’arrêts,…).
V – Outils de description du comportement d’un automatisme
Pour concevoir, réaliser, exploiter un automatisme, il est indispensable d’en décrire le
comportement. Les outils ou langages qui permettent cette description peuvent être littéraux,
symboliques ou graphiques. Il est important de connaître ces outils qui se complètent pour
permettre une expression claire et concise des problèmes d’automatisation à résoudre
V – 1 – Description littérale du comportement d’un automatisme
Figure.3
Exemple de description littérale du comportement d un automatisme
En utilisant le langage courant, on énumère ce que l’automatisme doit faire en
décrivant chaque étape et en précisant les conditions à satisfaire à chaque instant. Cette
méthode conduit à des cahiers des charges très lourds à exploiter (le langage courant n’est pas
suffisamment précis). Il est indispensable de développer des outils symboliques et graphiques
permettant une expression plus concise et plus claire.
V – 2 – Description symbolique du comportement d’un automatisme
Elle se base sur l’utilisation de symboles pour représenter les variables et les états du
système à automatiser. Cette description peut être sous forme de fonctions logiques simples
(NON, ET, OU, …) ou des fonctions plus évoluées, combinatoires (codeurs, décodeur,
circuits d’inhibition) ou séquentielles (fonctions mémoires, circuits de maintien, … )
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V – 3 – Description graphique du comportement d’un automatisme
En complément des expressions symboliques, les outils de description graphique sont
appréciés :
-
Soit parce qu’ils se rapprochent de certaines technologies de réalisation : contacts
électromécaniques, modules logiques, …
-
Soit, au contraire, parce qu’ils sont indépendants de la technologie qui sera mise en uvre.
Ils permettent une description fonctionnelle des problèmes séquentiels
V – 3 – 1 – Schémas à contact - diagrammes en échelle
Ce langage graphique de description des automatisme est né à l’époque où seule la
technologie à contact était disponible pour résoudre les problèmes de commande. Les
illustrations ci-dessous (figure.4) montrent comment en plaçant en série ou en parallèle des
contacts, qui sont soit à fermeture, soit à ouverture, on peur reproduire chacune des fonctions
logiques de base (ET, OU, NON) et mémoire par auto-alimentation. Il est donc simple de
décrire ainsi les expressions combinatoires. Par contre, pour les problèmes séquentiels, il est
nécessaire de construire une succession de circuits à auto-alimentation ce qui devient difficile
à établir et à lire.
Figure.4
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Exemple de langage à contact
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Les schémas à contact sont normalisés. Parce qu’ils sont très familiers aux électriciens.
Ils sont souvent utilisés pour exprimer ou visualiser les automatismes programmés. On emploi
pour cela leur version américaine : le diagramme en échelle (Ladder Diagram).
V – 3 – 2 – Logigramme
C’est la représentation graphique de relations logiques dont les fonctions de base (ET,
OU, NON, MEMOIRE). Cette représentation est normalisée sur nu plan international et
conduit à des résultats clair et compacts par le regroupement graphique des fonctions de base.
Figure.5
Exemple d une représentation en logigramme
Le fonctionnement séquentiel des processus de production ne peut être clairement décrit
par un schéma à contact ou un logigramme. C’est pourquoi différents langages graphiques ont
été développés avec pour objectif essentiel une expression claire des problèmes séquentiels.
V – 3 – 3 – Le GRAFCET
Le chronogramme, le digramme des phases, les réseaux de PETRI ont été des langages
graphiques utilisés en automatisme. Chacun d’eux a aidé à bâtir l’expérience dont le
GRAFCET est la synthèse.
Le GRAFCET est reconnu comme le langage graphique le mieux adapté à
l’expression de la partie séquentielle des automatismes de production. Le GRAFCET
représente la succession des étapes dans le cycle. L’évolution du cycle étape par étape est
contrôlée des transitions disposées entre les étapes.
A chacune des étapes peut correspondre une ou plusieurs actions. A chaque transition
correspond une réceptivité, condition qui doit être satisfaite pour que la transition puisse être
franchie permettant l’évolution d’une étape à la suivante.
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Figure.6
GRAFCET simplifié
VI – Technologie de commande câblées et programmées
Après les outils de description du fonctionnement des automatismes, il est important
de connaître les différents outils de réalisation et de distinguer les deux grandes familles :
•
Technologies câblées
•
Technologies programmées
VI – 1 – Principes comparés
Avec une technologie câblée, l’automatisme est réalisé par des modules raccordés
entre eux. Le fonctionnement obtenu résulte du choix de ces modules et du câblage qui les
relie. Dans tous les cas l’automatisme est entièrement personnalisé par sa réalisation
matérielle.
Au contraire, avec une technologie programmée, l’automatisme est réalisé par la
programmation de constituants prévus à cet effet, le fonctionnement obtenu résulte de la
programmation effectuée. L’automatisme est personnalisé par les choix matériels, mais aussi
par la programmation.
L’illustration ci-dessous compare dans leurs principes les réalisations en câblé et en
programmé des moyens de description exposés précédemment.
•
Les schémas à contacts issus de la technologie câblée à contact et transposée en
diagramme en échelle pour leur représentation sur terminal de programmation
•
Les expressions logiques (logigramme, expression booléenne, …)
•
Le GRAFCET, concrétisé en câblé par des lignes de modules et pouvant être visualisé sur
un terminal en programmé.
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Figure.7
Description fonctionnelle câblée et programmée utilisant les différents
langages de description d un automatisme
VI – 2 – Technologie câblée
Trois technologies permettent de réaliser des automatismes câblés :
• Relais électromagnétiques
• Modules logiques pneumatiques
• Cartes ou modules électronique
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- Relais électromagnétiques
Composé de contact activé par une bobine à effet électromagnétique, le relais est le
module de base à câbler. Le passage du courant est assuré par des contact vissés,
soudés ou sertis aux bornes du relais. Les relais peuvent être asservis entre eux dans un
schéma qui intègre les contacts des capteurs et les bobines des pré-actionneurs.
- Modules logiques pneumatiques
Le fluide utilisé est l’air comprimé. Il agit sur des membranes actionnant des clapets de
commutation. Les modules sont logiques (ET, OU, NON, MEMOIRE), Ils sont raccordés par
tubes souples. Le GRAFCET est réalisé par un séquenceur associant les modules en ligne
- Cartes ou modules électronique
Les modules de base sont réalisés à partir des composants électroniques (diodes,
transistors, circuits intégrés, …) implantés sur des circuits imprimés ou cartes. Les liaisons
entre cartes se font par câblage.
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VI – 3 – Technologies programmées
Seules les technologies électroniques à haute intégration permettent la concentration des
composants et l’obtentions des temps de réponse nécessaires pour la réalisation de
constituants programmables. Ces constituants peuvent prendre différentes formes :
•
Cartes électroniques standards et spécifiques
•
Micro et mini-ordinateur
•
Automates programmables
VI – 4 – Choix de l’unité de traitement
Le choix d’une technologie d’unité de traitement dépend de nombreux paramètres. Les
critères essentiels permettant un choix sont définis ci-après :
Solution envisagée
Conditions de choix
Développement spécifique d une carte
(interne ou externe)
§
§
§
§
§
§
Production en grande série
Temps de développement élevé
Niveau de compétence élevé
Adaptabilité très faible
Maintenance par remplacement
Nombre d entrées/sorties faibles
Adaptation d une carte industrielle
§
§
§
§
§
§
Production en petite et moyenne série
Temps de développement moyen
Niveau de compétence élevé
Adaptabilité bonne
Maintenance par fournisseur
Nombre d entrées/sorties illimité
Automate programmable industriel
§
§
§
§
§
§
Production en très petite série ou unitaire
Temps de développement court
Niveau de compétence moyen
Adaptabilité selon fournisseur
Maintenance par fournisseur
Nombre d entrées/sorties illimité
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VI – 5 – Domaines d’application
L’automatisme peut toucher, presque, tous les domaines. Nous citerons les plus répandus :
§
Métallurgie et sidérurgie,
§
Mécanique et automobile,
§
Industrie chimique,
§
Industries pétrolières,
§
Industries agricoles et alimentaires,
§
Transport et manutention,
§
Applications diverses : surveillance, sécurité, etc.
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CHAPITRE II
LE LANGAGE DE DESCRIPTION FONCTIONNELLE :
GRAFCET
I – GRAFCET - règles et éléments
II - GRAFCET - structure
III - Structuration et hiérarchisation
IV - Compléments sur la norme
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I – GRAFCET règles et éléments
I – 1 – Introduction
Le Grafcet est un outil graphique de définition pour l’automatisme séquentiel ou
combinatoire. Il utilise une représentation graphique. C’est un langage clair, strict et sans
ambiguïté permettant au réalisateur de montrer au donneur d’ordre comment il a compris le
cahier des charges.
I – 2 – Cahier des charges fonctionnel
Le Cahier des charges fonctionnel, au sens large, est un document qui peut être rédigé
suivant les cas par :
• Le fournisseur qui renouvelle son catalogue, auquel s'associe le concepteur ;
• Le futur utilisateur demandeur d'un produit répondant à son besoin.
Il décrit en termes de finalités (fonctions) un besoin, une envie, à laquelle le fournisseur doit
apporter une réponse, matérialisée par un produit.
Dans le cadre d’un système automatique, le cahier des charges doit :
• décrire le comportement de la Partie Opérative,
• préciser les différents modes de marches,
• préciser les procédures de mise en sécurité.
L’automaticien doit se référer au cahier des charges pour réaliser l’automatisme, il fait
force de loi. Le GRAFCET, les organigrammes, les logigrammes, les chronogrammes sont
des outils utilisés pour décrire le comportement d'un système automatisé. Le GRAFCET est
utilisé pour décrire la partie séquentielle du cahier des charges afin d’éviter les descriptions
littérales sources de malentendus
I – 3 – Point de vue
La description du comportement attendu d’une Partie Commande peut se représenter
par un GRAFCET d’un certain niveau. La caractérisation du niveau du GRAFCET nécessite
de prendre en compte trois dimensions :
§
Une dimension « point de vue », caractérisant le point de vue selon lequel un
observateur s’implique dans le fonctionnement du système pour en donner une
description. On distingue trois point vue :
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o Un point de vue « système », ou « procédé »,
o Un point de vue « Partie Opérative »,
o Un point de vue « Partie Commande » ou « réalisateur ».
o Une dimension « spécifications », caractérisant la nature des spécifications
techniques auxquelles doit satisfaire la Partie Commande. On distingue trois
groupes de spécifications :
o Spécifications fonctionnelles,
o Spécifications technologiques,
o Spécifications opérationnelles.
§
Une dimension « finesse », caractérisant le niveau de détail dans le description du
fonctionnement, d’un niveau global (ou macro-représentation) jusqu’au niveau de
détail complet où toutes les actions et informations élémentaires sont prises en compte.
I – 4 – Niveaux de spécification
a) Spécification fonctionnelle
Les représentations relevant des SPECIFICATIONS FONCTIONNELLES décrivent en
terme de FONCTIONS les comportements que doit avoir la Partie Commande face aux
informations issues de la Partie Opérative, des intervenants ou d’autres Parties Commandes.
Ces spécifications peuvent s’exprimer selon chacun des points de vue « système », « Partie
Opérative » ou « Partie Commande ».
b) Spécification technologique
Les représentations relevant des SPECIFICATIONS TECHNOLOGIQUES décrivent en
terme de MOYENS, donc de solutions technologiques, le fonctionnement de la Partie
Commande. Ces spécifications technologiques peuvent correspondre également à chacun des
point de vue en caractérisant le procédé (solution technique), et la technologie utilisée tant
pour la Partie Opérative que la Partie Commande.
c) Spécification opérationnelle
Les représentations relevant des SPECIFICATIONS OPERATIONNENLLES intègrent les
comportements que doit posséder la Partie Commande, et le système automatisé dans son
ensemble, dans le CONTEXTE de production. Elles concernent les performances globales du
système automatisé, la sûreté de fonctionnement (disponibilité, absence de pannes
dangereuses), la facilité d’exploitation ou de maintenance, les modes de marche et d’arrêt.
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I – 5 – Le GRAFCET
a) Définition
Le GRAFCET est un diagramme fonctionnel dont le but est de décrire graphiquement
les différents comportements d’un automatisme séquentiel. Il est composé d’étapes, de
transitions et de liaisons.
b) Exemple
Poinçonneuse
CAHIER DES CHARGES (partiel)
A l’état initial le poinçon est en position haute, l’opérateur installe la pièce, une action
sur marche fait descendre le poinçon jusqu’à la position basse puis il retourne en position
initiale Le Grafcet traduit ce cahier des charges.
Etape initiale
0
Monter
Ph
Attendre
Transition
Marche et position haute
Etape
Descendre
Descendre
1
Pb
Arc orienté
réceptivité
Position haute
Monter
2
Marche
Position basse
Action associée
Figure.1
Poinçonneuse
Figure.2
Grafcet de la poinçonneuse
• A chaque situation du système on associe une étape du GRAFCET.
• Des actions caractérisant cette situation sont associées aux étapes.
• L’étape initiale caractérise le comportement à la mise en route.
• Le système évolue d’une étape à la suivante lorsque les conditions associées aux transitions
sont remplies, il y a franchissement de la transition.
• La condition de passage est appelée réceptivité.
Les ordres correspondent aux actions du GRAFCET.
Les réceptivités sont des combinaisons logiques des comptes rendus et des consignes.
Walid CHEBBI
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I – 6 – Eléments du GRAFCET
a) Etape
Une étape correspond à un comportement stable du système. Les étapes sont numérotées dans
l’ordre croissant. A chaque étape peuvent correspondre une ou plusieurs actions. Une étape
est soit active soit inactive.
b) Etape initiale
La ou les étapes initiales caractérisent l’état du système au début du fonctionnement.
c) Transition
Les transitions indiquent les possibilités d’évolution du cycle, à chaque transition est associée
une réceptivité.
d) Réceptivité
La réceptivité est la condition logique qui permet l’évolution si la réceptivité est vraie (=1) le
cycle peut évoluer. Les réceptivités sont des comptes-rendus en provenance de la partie
opérative ou des consignes en provenance du pupitre.
e) Liaisons orientées
Un GRAFCET se lit de haut en bas, dans un autre sens il est nécessaire d’indiquer le sens par
une flèche.
f) Actions
Les actions sont réalisées lorsque l'étape associée à l'action est active. Il est possible de définir
des actions continues, conditionnelles, temporisées, à niveaux, mémorisées et / ou
impulsionnelles, …
I – 7 – Règles du GRAFCET
Règle 1
situation initiale
La situation initiale d’un Grafcet caractérise le comportement initial de la partie commande
vis à vis de la partie opérative, de l’opérateur et/ou des éléments extérieurs. Elle correspond
aux étapes actives au début du fonctionnement. Elle traduit généralement un comportement de
repos.
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Règle 2
franchissement d une transition
Une transition est soit validée soit non validée. Elle est validée lorsque toutes les étapes
immédiatement précédentes sont actives.
Elle ne peut être franchie que :
- lorsqu'elle est validée,
- et que la réceptivité associée à la transition est vraie.
Elle est alors obligatoirement franchie.
8
A.B+C = 0 ou 1
Règle 3
8
8
A.B+C = 0
A.B+C = 1
9
9
9
Transition
non validée
Transition
validée mais
non franchie
Transition
franchie
évolution des étapes actives
Le franchissement d'une transition entraîne l'activation de toutes les étapes immédiatement
suivantes et la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.
6
15
10
6
A.B+C = 0 ou 1
17
18
Transition non validée
(étape 6 inactive)
Règle 4
15
10
6
10
A.B+C = 0
17
18
Transition validée
(6, 10 et 15 actives)
15
A.B+C = 1
17
18
Transition franchie
(6, 10, 15 inactives ; 17, 18 actives)
évolutions simultanées
Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies.
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Règle 5
activation et désactivation simultanées d une étape
Si au cours du fonctionnement, une même étape doit être désactivée et activée simultanément,
elle reste active.
Nota : La durée de franchissement d'une transition ne peut jamais être rigoureusement nulle,
même si elle peut être rendue aussi petite que l'on veut. Il en est de même pour la durée
d'activation d'une étape.
II - Structure du GRAFCET
II – 1 – Structures de base
10
A10
a) Séquence unique (structure linéaire)
R10
Dans un cycle à séquence unique les étapes
11
et les transitions se succèdent de manière linéaire.
A11
R11
b) Sélection de séquences
12
Un GRAFCET est dit à sélection de séquences
A12
lorsque à partir d’une étape plusieurs évolutions
R12
sont possibles.
Figure.3
§
Séquence unique
Séquences exclusives
Une sélection de séquence est dite exclusive lorsque les réceptivités associées aux
transitions ne peuvent pas être vraies simultanément.
Pour réaliser un
choix
exclusif entre les
branches, les
réceptivités
associées
aux transitions
doivent
être exclusives
En fonction des
réceptivités l'étape
11 ,
21 ou 31 va être
activée. Les 3
réceptivités doivent
être exclusives.
10
A10
R11.C1
11
R21.C1.C2
A11
21
A12
22
32
A23
R24
Figure.4
A32
R33
23
R14
A31
R32
A22
A13
10
Walid CHEBBI
31
R23
R13
13
A21
R22
R12
12
R31.C1.C2
A10
Représentation
graphique
de la divergence
Les transitions
précisent
les possibilités
évolution.
Représentation
graphique
de la
convergence
Chaque branche
peut
activer l étape
suivante
Séquences exclusives
21
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Les
réceptivités
exclusives
peuvent
correspondre soit à des informations
logiques complémentaires (comme sur
l’exemple
ci
dessus)
soit
à
des
informations physiquement exclusives –
Cf. exemple ci contre – les deux capteurs
ne sont jamais vrais simultanément.
Figure.5
§
Exclusion physique
Reprise et haut d étapes
Le saut d’étapes et la reprise d’étapes sont deux formes particulières de sélection de
séquences. Le saut d’étape est une sélection de séquence permettant de sauter plusieurs étapes
en fonction des conditions d’évolution. La reprise d’étapes au contraire permet de
recommencer plusieurs fois si nécessaire une même séquence.
10
A10
10
A10
R10
R10.C
R10.C
11
A11
11
R11
12
R11
A12
12
R12
13
A12
R12
A13
13
R13
A13
R13.C
14
A14
14
R14
Figure.6
Walid CHEBBI
A11
R13.C
A14
R14
Figure.7
Saut d étapes
22
Reprise d étapes
ISET GAFSA
Support de cours
c) Séquences simultanées
§
Parallélisme structurel
Ce type de cycle est surtout utilisé sur des machines du type transfert ou des machines
comportant plusieurs sous machines travaillant de manière indépendante.
Le franchissement
de la
transition entraîne
activation
simultanée
de toutes les étapes
immédiatement
suivantes (11, 21,
31).
La transition de
regroupement ne
peut
être franchie que si
toutes les étapes
immédiatement
précédente
10
A10
R11
11
A11
21
A21
R22
R12
12
A12
22
A22
A13
23
R24
10
A10
A31
R32
R13
13
31
32
Représentation
graphique
Des séquences
simultanées.
Une seule
transition
autorise toutes
les évolutions
A32
Représentation
graphique
R23
Du regroupement
des séquences
A23
simultanées
Il est conseillé avant le regroupement
Il prévoir
est conseillé,
avantsans
de prévoir
de
des étapes
actions,
desde
étapes
sans actions,
afin de
afin
synchroniser
les différentes
synchroniser
les rapide
différentes
branches
(la plus
attend les
branches
(la
plus
rapide « attend »
autres
les autres).
Figure.8 - Séquences simultanées
Dans un cycle à séquences simultanées, les séquences débutent en même temps, finissent
en même temps, mais les étapes de chaque branche évoluent de façon indépendante.
§
Parallélisme interprété
Le parallélisme interprété est une forme particulière qui permet de gérer à la fois les
séquences exclusives et les séquences simultanées. Le graphisme associé est celui de la
sélection de séquences avec des réceptivités de choix qui ne sont plus exclusives. Cette forme
graphique est à éviter ou à utiliser avec précautions.
Walid CHEBBI
23
ISET GAFSA
Support de cours
Figure.9
Parallélisme interprété
II – 2 – Actions et réceptivités particulières
Les actions sont précisées dans un cadre lié à l’étape, de manière générale, l’action
n’est vraie (on dit que l’action est assignée) que si l’étape correspondante est active.
a) Actions à niveau
Dans une action à niveau, la sortie n’est vraie que si l’étape est active, elle reste active toute la
durée de l’étape.
Figure.10
Walid CHEBBI
Actions continues
24
ISET GAFSA
Support de cours
b) Actions mémorisées
Dans une action mémorisée on distingue la mise à 1 et la mise à 0 de l’action. L’action
M est affectée de la valeur 1 à l’instant de l’activation de l’étape 7, elle reste à l’état 1 après la
désactivation de l’étape 7 (effet mémoire). Elle est mise à 0, à l’instant de la désactivation de
l’étape 9.
Figure.11
Actions mémorisées
Nota : les flèches sur le cadre d’action précisent si l’affectation doit être réalisée à l’instant
de l’activation de l’étape ( ) ou de la désactivation ( ).
c) Actions conditionnelles
Une action conditionnelle n’est réalisée que si l’étape est active ET la condition d’assignation
est vraie.
Figure.12
Walid CHEBBI
Actions conditionnelles
25
ISET GAFSA
Support de cours
d) Prise en compte du temps
La prise en compte du temps dans un Grafcet peut être traitée soit au niveau de la description
des actions ou dans l’écriture des réceptivités.
On distingue 2 types d’actions, les actions retardées et les actions à durée limitée.
Actions à durée limitée
L’action est exécutée tant que la
temporisation n’est pas terminée.
L’action M de dure que 3 s à partir
du début de l’étape X7.
Remarque : la prise en compte
dans une réceptivité
(temporisation) permet d’obtenir le
Figure.13
Action à durée limitée
même fonctionnement (voir plus bas)
Actions retardées
L’action n’est exécutée que si le délai est écoulé. L’action ne M débute que 3s à partir du
début de l’étape X7.
Figure.14
Action retardée
Temporisation
La prise en compte du temps peut aussi être réalisée dans la réceptivité.
La temporisation est lancée dès l’activation de l’étape X7, elle n’est effective qu’au bout du
temps T=3s. La réceptivité étant vraie, la transition est franchie.
Walid CHEBBI
26
ISET GAFSA
Support de cours
Figure.15 - Temporisation
e) Prise en compte de l état d une étape
Il est possible d’utiliser pour faire évoluer un Grafcet, de prendre en compte l’état
logique d’une étape. La norme précise que l’état logique d’une étape est noté X suivi du
numéro de l’étape.
Figure.16
Prise en comte de l état d une étape
Cette utilisation permet de synchroniser les évolutions de plusieurs Grafcets complexes.
f) Prise en compte des événements
Front montant / front descendant
On appelle front montant de la variable binaire a, la variable, notée
ªa, qui prend la
valeur 1 à l’instant du passage de 0 à 1 de la variable a. On appelle front descendant de la
variable binaire a, la variable, notée
«a, qui prend la valeur 1 à l’instant du passage de 1 à 0
de la variable a.
Walid CHEBBI
27
ISET GAFSA
Support de cours
Figure.17
Fronts
Un moteur permet de mettre en route le disque si le capteur a est actionné et si m est appuyé,
il fait alors un tour
Figure.18
Utilisation des fronts montants
g) Réceptivité toujours vraie
Une réceptivité toujours vraie peut être associée à une transition. Cette réceptivité est
notée = 1. Avant d’utiliser cette réceptivité, il est important de vérifier que les actions
assignées de l’étape précédentes ne sont pas des actions à niveau mais des actions mémorisées
ou des calculs internes à la partie commande.
Walid CHEBBI
28
ISET GAFSA
Support de cours
h) Comptage
Il est souvent nécessaire de compter un nombre de cycle ou de pièces, d’évènements
dans un Grafcet. Un cycle de comptage comprend en général
• Une initialisation de la variable de comptage.
• Une incrémentation (ou décrémentation) de cette variable
• Des réceptivités qui testent la valeur de la variable de comptage.
Dans le cycle ci-dessous, la séquence 20 à 29 est répétée 15 fois La notation 1 : + = C ;C se
lit: la somme de la valeur courante (actuelle) de la variable numérique C et 1 est affectée à la
variable C.
L’affectation d’un calcul à une variable numérique est notée : « = : »
Figure.19
Cycle avec comptage
II – 3 – Cas générique
Nous traitons dans ce paragraphe des exemples génériques (priorité, travail à la chaine
et ressource ou sémaphore), c’est à dire que les problèmes évoqués ici se posent assez
souvent, et la méthode utilisée pour les résoudre pourra être utilisée.
Walid CHEBBI
29
ISET GAFSA
Support de cours
a) Priorité
Soit un chariot se déplaçant sur deux rails (action D vers la droite, G vers la gauche). Il
comporte une pince pouvant prendre une pièce (PP, fin quand fpp) s’il se trouve sur le tapis A
(capteur y) et qu’une pièce est présente (capteur a) (idem en z si b). Puis il retourne en x, pose
la pièce (action DP, fin quand fdp) sur le plateaux supposé en position haute (fv+). Celui-ci
descend (V- jusqu’à fv-), un second vérin pousse la pièce (P+ fin quand fp+), puis le pousseur
recule en fp-, le plateau remonte en fv+. Le tapis de sortie C est supposé toujours en
mouvement. Les tapis A et B sont commandés par des systèmes non traités ici.
Effectuer d’abord un Grafcet linéaire comprenant une seule voie d’arrivée A. puis
l’améliorer en prévoyant les retours des actionneurs en temps masqué (attention toutefois de
ne pas endommager le pousseur). Puis prévoir deux tapis d’alimentation A et B (en cas de
pièces en a et B, prendre celle en a). Puis prévoir une priorité tournante (en cas de conflit,
prendre la voie qui n’a pas été servie la fois précédente) attention, si plusieurs pièces arrivent
sur la même voie et aucune sur l’autre, ne pas bloquer le système. Puis modifier la règle de la
priorité en donnant en cas de conflit la priorité à celui qui n’en a pas profilé lors du dernier
conflit.
Pour gérer la priorité tournante, remplacer la réceptivité de la deuxième transition
(notée *) par : y.a.(b + X10)+z qui signifie : arrivé en y avec une pièce en a et soit pas de
pièce en b, soit priorité. Sinon on continue et quoi qu’il arrive on s’arrête en z (le chariot n’a
pas de parachute), en rajoutant un second Grafcet définissant quelle voie est prioritaire :
Walid CHEBBI
30
ISET GAFSA
Support de cours
Priorité voie A, retour V masqué
1
(a+b).(x.fp-fv-)
2
(y.a)+z
*
3
PP
PP
4
V+
fpp
5
G
x.f v +
6
DP
fdp
7
Vfv-
8
P+
fp-
9
Pfp-
Chaque fois qu’une condition séquentielle (dépendant de ce qui s’est passé auparavant)
intervient dans une réceptivité, il vaut mieux ne pas compliquer le Grafcet, mais « calculer »
cette condition par un petit Grafcet annexe.
10
X3.a
11
X3.b
Walid CHEBBI
31
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Support de cours
Améliorations :
a) permettre au chariot de rechercher une pièce dès qu’il a posé la précédente : séparer le
problème en deux : chariot et partie basse. Prévoir deux Grafcets différents, pouvant
évoluer simultanément, mais synchronisés pour le dépose de la pièce (par des Xi ou
une ressource).
b) Faire attendre la chariot en y plutôt qu’en x (pour améliorer le temps de réponse). Pour
la partie basse, l’attente se fait plateau en haut, mais ce ne peut pas être l’état initial (il
risque de descendre pendant la nuit). Prendre cela en compte :
Les deux étapes initiales ne testent que leurs conditions initiales respectives (partie haute ou
partie basse).
Walid CHEBBI
32
ISET GAFSA
Support de cours
b) Travail à la chaîne
Soit une chaîne de remplissage de bidons d’huile. Un tapis se déplaçant par saccades
(cadencé par un système supposé externe à notre Grafcet, s’arrêtant à chaque nouvel appui de
la came sur le capteur av) est alimenté manuellement (de temps en temps il manque des
bidons). Trois postes sont prévus : remplissage (R), bouchage (B) et enfoncement (E).
Un seul capteur détecte la présence d’un bidon en début de chaîne : pp. on désire faire
les 3 opérations simultanément, sauf qu’il n’y a pas de bidon sous le poste. S’il vous semble
obligatoire de rajouter des capteurs, vous n’avez RIEN compris au Grafcet puisqu’il vous faut
un système combinatoire (il vaut mieux alors câbler en combinatoire chaque poste : avance
tapis et présence bidon). On suppose que le tapis est vide lors de l’initialisation.
L’étape 1 est constamment active. La dernière
transition est appelée « transition puits », mais il était
possible de la relier à l’étape 1. en fonctionnement
normal, toutes les étapes du Grafcet sont actives. Du
point de vue commande, chaque opération comportera
plusieurs étapes (R=descendre l’entonnoir, ouvrir le
robinet,…) dont une seule sera active à la fois. Chaque
activation présente un bidon dans le circuit.
Cette méthode utilise au mieux le séquencement
du Grafcet, on peut maintenant rajouter des capteurs,
mais qui n’auront de fonction que de vérifier le bon
fonctionnement du système.
Walid CHEBBI
33
ISET GAFSA
Support de cours
Dans tous les cas similaires, on utilisera cette démarche : faire le Grafcet pour une
pièce seule, mais le modifier pour gérer l’ensemble des pièces, vérifiant bien que jamais une
même étape ne correspond à deux pièces, on décompose donc le système en tronçons et on ne
laisse entrer dans un tronçon que s’il est libre. Exemples : atelier flexible (on suit la pièce
pour chaque opération jusqu’au produit fini), montage (monter 2 pièces ensemble correspond
à une convergence en ET : de 2 étapes actives on arrive à 1), chariots filoguidés (si un tronçon
est occupé, essayer de le contourner par une voie libre)…
c) Ressource (ou sémaphore)
Au fond du puits de mine. i, un mineur remplit un chariot Xxi. Quand il est plein (le
chariot), il (le mineur) appuie sur un bouton di. Immédiatement, le chariot se déplace dans la
direction Bi jusqu’au poste de déchargement, composé d’un tapis roulant en mouvement
continu, et d’un vérin V qui retourne le benne. Si le poste est occupé, il attend son tour en bi.
Le poste de déchargement est libre, le chariot avance jusqu’au capteur c, est déchargé puis
s’en retourne en ai. Si le poste est occupé, il attend son tour en bi. Le poste de déchargement,
commun à plusieurs voies, n’est utilisable que par une voie à la fois. On l’appelle une
« ressource physique ». Traiter le cas de deux voies (pas nécessairement de la même
longueur).
Supposons que la ressource est occupée en utilisant le capteur c est IDIOT : et s’il est
entre bi et c ? Et si le temps de freinage l’a arrêté juste à côté de c ? Il faut utiliser les facilités
séquentielles du Grafcet autant que possible (ne tester un capteur que quand c’est nécessaire).
Un capteur ne doit servir que comme condition de passage d’une étape à une autre, mais pas
pour vérifier un état du système qui découle du séquencement effectué (par exemple, une
Walid CHEBBI
34
ISET GAFSA
Support de cours
transition vérifie la présence d’une pièce, aucune action ne déplace la pièce puis on re-vérifie
la présence : ce n’est censé que si l’on prévoit dans le Grafcet ce qu’il faut faire si la pièce a
disparu). Ici, on utilise donc une étape (la ressource), qui est active quand la ressource
physique est disponible. Dès utilisation, on la désactive, pour la réactiver quand on libère la
ressource physique.
On pouvait également résoudre le problème par des Grafcets séparés (un pour chaque chariot,
un pour le déchargement) synchronisés par des Xi. La seule différence est que n’ayant plus de
divergence sous l’étape 3, on risque d’oublier de traiter le cas d’arrivée simultanée en b1 et
b2, cas arrivant assez rarement pour que l’on ne détecte pas le problème en phase d’essais,
mais se produira de temps en temps en fonctionnement réel sans que l’on puisse reproduire le
problème lorsqu’un spécialiste sera présent (seule solution : graphe des états accessibles).
Walid CHEBBI
35
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III – Structuration et hiérarchisation
III – 1 – Principe
Les Systèmes Automatisés de production sont de plus en plus complexes, afin de
simplifier l'étude, la mise en oeuvre et la maintenance du système, il est nécessaire de
structurer la partie commande et la partie opérative. L'objectif essentiel de la structuration est
de permettre une approche progressive du fonctionnement d'un système automatisé, tant au
niveau de l'analyse qu'au niveau de la représentation.
Figure.20
Système non structuré
Dans l’analyse structurée, le Grafcet global est décomposé en module, chacun de ces
modules correspond à une fonction du système (Sécurité, modes de marche, etc.) ou à une
sous partie de la P.O (Poste 1, Poste 2, Poste3).
Figure.21
Walid CHEBBI
Structuration du Grafcet
36
ISET GAFSA
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La structuration est, soit Hiérarchique (GRAFCET Maître, GRAFCET Esclave), soit
sans hiérarchie (communication entre 2 postes). L'analyse structurée d'un système permet de
décrire celui-ci depuis le niveau le plus général vers des niveaux de plus en plus détaillés.
Cette structuration utilise les notions de Taches et de Macro-étape.
Le système est décomposé soit suivant sa topologie (les taches correspondent à des
parties opératives indépendantes) soit fonctionnellement (les taches correspondent à des
fonctions du système), soit plus généralement en combinant ces deux formes.
Les commandes de forçage et figeage de Grafcet, sont des moyens
supplémentaires qui permettent de préciser la hiérarchie des différents Grafcets. La hiérarchie
des différents Grafcets issue de cette structuration est celle qui vient de la description du
fonctionnement (succession séquentielle des taches définie par le processus).
En fait, il est souvent nécessaire de placer à un niveau hiérarchiquement supérieur des
Grafcets de gestions Les principaux Grafcets que l’on peut trouver sont :
§
§
§
§
GRAFCET de surveillance : (de sécurité) ce GRAFCET décrit l’ensemble des
procédures de sécurité du système, c’est le GRAFCET hiérarchiquement le plus
important. L’arrêt d’urgence et les procédures de mise en route sont décrits dans ce
GRAFCET.
GRAFCET de conduite : (ou GRAFCET des Modes de Marches) ce GRAFCET
décrit l’ensemble des procédures de Marches (auto, Cycle/Cycle, Manuel,…) et des
arrêts normaux.
GRAFCET de maintenance : Précise les procédures d’intervention de l’opérateur et
de réglage de la partie opérative.
GRAFCET de Production : ce GRAFCET est le niveau de description du
fonctionnement normal de l’automatisme. Ce GRAFCET est en général décomposé en
plusieurs taches représentant les différentes fonctions de l’automatisme.
III – 2 – Critères de structuration
La structuration d’une partie commande peut être réalisée selon les trois critères
principaux suivants :
a) Selon l’aspect temporel
Cette structuration temporelle est basée sur la succession des modes de marches du
système (incluant les préoccupations de sécurités et de production). Ceux-ci peuvent être
décrits à partir d’une grille d’analyse de type ‘‘G.E.M.M.A’’ présentée dans le chapitre
suivant.
Walid CHEBBI
37
ISET GAFSA
Support de cours
b) Selon l’aspect fonctionnel
La décomposition fonctionnelle du système sert de trame à la structuration de la partie
commande en présentant les différentes fonctions du système. Une telle structuration
permet de simplifier la représentation globale du fonctionnement du système. La notion de
‘‘macro-étape’’ intervient souvent dans ce type de description à partir de GRAFCET. Cette
dernière sera présentée dans un chapitre ultérieur.
c) Selon l’aspect topologique de la Partie Opérative
La décomposition de la Partie Commande est réalisée en fonction de la structure topologique
de la Partie Opérative. Cette opération est simplifiée lorsqu’un système est composé de
plusieurs postes distincts ayant chacun une fonction particulière. La notion de ‘‘tâche’’
intervient souvent dans ce type de description à partir de GRAFCET. Cette dernière sera
présentée dans un chapitre ultérieur.
III – 3 – Macro-étapes
Une macro-étape (ME) est la représentation unique d'un ensemble d'étapes et de transitions
nommé "Expansion d'étapes", la macro-étape se substitue à une étape du grafcet.
- L'expansion de ME comporte une étape d'entrée repérée E et une étape de sortie repérée S.
- Tout franchissement de la transition amont de la macro-étape active l'étape E d'entrée de son
Expansion.
- L’étape de sortie participe à la validation des transitions aval de la macro-étape.
-
La transition suivant la macro-étape n’est validée que lorsque la dernière étape de
l’expansion de macro-étape est active.
Figure.22
Walid CHEBBI
Macro-étape
38
ISET GAFSA
Support de cours
Lorsque l'étape 19 est active et que la réceptivité r1 est vraie, alors la macro-étape est
activée, l'étape d'entrée de l'expansion est activée simultanément et le cycle décrit dans
l'expansion se déroule jusqu’à l'étape de sortie S20. Dès que l'étape S20 est active, si la
réceptivité qui suit la macro-étape est vraie alors l'étape suivante est activée.
Il est préférable de ne pas associer d’actions aux étapes d’entrées et de sortie de la
macro-étape Le concept de macro-étape est à différencier de celui de sous-programme, une
macro-étape est une extension du concept d'étape. A chaque macro-étape correspond une
expansion et réciproquement, si plusieurs cycles identiques sont à représenter, autant de
macro et d'extension seront nécessaires.
Le concept de macro-étape se prête aisément à l’analyse descendante du système.
III – 3 – Taches – Sous–programme
Un sous programme est un Grafcet indépendant dont l’exécution et le déroulement
sont synchronisés à un Grafcet principal. Lorsqu’une tache doit être réalisée plusieurs fois
dans un cycle, la description de cette tache sous la forme d’un Grafcet indépendant permet de
simplifier l'analyse et de simplifier la programmation. Ce Grafcet indépendant est un sous
programme lancé par le programme (le Grafcet) principal.
Figure.23
Walid CHEBBI
Sous-programme
39
ISET GAFSA
Support de cours
Dans l’exemple, la tache «dosage» est exécutée 2 fois dans le cycle. Le Grafcet dosage
décrit cette tache. Le lancement de cette tache est réalisé par l’activation des étapes X15 et
X25. Lorsque la tache est terminée, une information d’état (fin de tache) est retournée au
Grafcet principal qui peut alors évoluer. Il est souhaitable de terminer le Grafcet de la tache
par la vérification que l’étape de lancement du Grafcet principal est bien désactivée avant de
le boucler.
IV - Compléments sur la norme
IV – 1 – Structuration des Grafcets
a) Forçage
Le forçage est utilisé pour structurer la description d’un automatisme complexe. Les actions
de forçage sont représentées dans un double cadre. On retrouve les possibilités suivantes
Ces situations sont maintenues tant que les étapes sont actives.
b) Macro
étapes
Les macro–étapes permettent de structurer la description du fonctionnement, à chaque macro–
étape correspond une expansion unique.
Figure.24
Walid CHEBBI
Macro-étape
40
ISET GAFSA
Support de cours
L’activation de la macro M10 implique l’activation de l’étape d’entrée de l’expansion
E10.La transition aval de la macro étape n’est validée que lorsque l’étape S10 de sortie de
l’expansion est active.
c) Structuration par synchronisation de Grafcets connexes
La structuration par synchronisation de Grafcets connexes est surtout utile lorsque une
même tache (sous – programme) est appelée plusieurs fois par un ou plusieurs Grafcets de
niveau hiérarchiquement supérieur.
Figure.25
Synchronisation
Le Grafcet connexe évolue lorsque la réceptivité X12 + X14 est vraie c'est-à-dire
lorsque l’une des deux étapes d’appel est active. Une étape de synchronisation à la fin du
graphe (X115) permet d’informer le Grafcet appelant que la tache est terminée. Cette
information est utilisée dans la réceptivité aval à l’appel du sous – programme.
d) Encapsulation
L’évolution la plus importante de la norme est la notion d’encapsulation, cette notion
ajoute un nouvel outil permettant la structuration des systèmes automatisés complexes aux
outils précédents (macro – étape , synchronisation de Grafcets connexes, forçage).
L’encapsulation associe un ensemble d’étapes (un Grafcet) dites encapsulées à une
étape encapsulante. L’activation de l’étape encapsulante du Grafcet hiérarchiquement
supérieur implique l’activation dans le Grafcet encapsulé de la ou des étapes possédant un lien
d’activation (représenté par un astérisque à droite de l’étape). La désactivation de l’étape
encapsulante entraîne la désactivation de toutes les étapes du Grafcet encapsulé.
Walid CHEBBI
41
ISET GAFSA
Support de cours
Le Grafcet encapsulé est représenté dans un cadre reprenant en haut le numéro de
l’étape encapsulante et en bas le nom du graphe encapsulé. Chaque Grafcet encapsulé ne
dépend que d’une et une seule étape encapsulante mais plusieurs Grafcets encapsulés peuvent
être associés à la même étape encapsulante. On distingue aussi la notion d’étape encapsulante
initiale, une étape encapsulante est initiale lorsque le Grafcet encapsulé possède une étape
initiale.
Désignation d une étape d un Grafcet encapsulé.
-
Un Grafcet encapsulé est désigné par X*/G# ou X* désigne l’étape encapsulante et G# le
Grafcet encapsulé (on peut, s’il n’y a pas d’ambiguïté le designer directement par G#).
-
Une étape d’un Grafcet encapsulé est désigné par X*/X# ou X* désigne l’étape
encapsulante et X# l’étape encapsulée, s’il n’y a pas ambiguïté on peut directement la
nommer X#.
Figure.26
Encapsulation
Les Grafcets G250 et G10 sont deux Grafcets encapsulés dans l’étape X8. Le Grafcet
G10 comportant une étape initiale, l’étape 8 est une étape encapsulante initiale. Ce Grafcet est
désigné par X8/G10. Le Grafcet Gava est encapsulé dans l’étape X19 du Grafcet G10.
L’activation de l’étape X8 entraîne l’activation des étapes X12 de G10 et X250 de G250. Ces
étapes sont désignés par X8/X12 et X8/X250.
L’étape X100 de Gava est activée par l’activation de X19 de G10. Cet étape est
désignée par 8/X19/X100 (étape X100 du Grafcet encapsulé dans X19 du Grafcet encapsulé
dans X9)
Walid CHEBBI
42
ISET GAFSA
Support de cours
Une encapsulation se comporte comme une macro – étape lors de l’activation, en effet,
l’activation de l’étape encapsulante entraîne l’activation des étapes sélectionnées (par
l’astérisque) dans le Grafcet encapsulé (il peut il y avoir plusieurs étapes activés
contrairement à l’expansion d’une macro – étape,).
Figure.27
Arrêt d urgence
La désactivation du Grafcet encapsulé est équivalente à un forçage dans l’état vide du
Grafcet encapsulé, cette désactivation intervient dès la désactivation de l’étape encapsulante
et une simple évolution du Grafcet réalise cette action. Il devient très facile de programmer un
arrêt d’urgence d’un cycle complexe à partir d’une encapsulation (figure.27).
IV – 2 – Actions
Le vocabulaire associé aux actions a évolué, on considère deux modes de sortie, le mode
continu et le mode mémorisé.
a) Mode continu (assignation sur état)
Une action est assignée sur état lorsque sa valeur
dépend directement de l’état logique d’une étape.
L’action « Pousser A » est assignée à la valeur vraie
(1) si l’étape X12 est active, à la valeur fausse (0) si
l’étape X12 n’est pas active.
Si la durée de l’étape est nulle – infiniment courte -,
Figure.28
Assignation
On dit aussi que l’évolution est fugace, alors l’action n’est pas assignée.
Walid CHEBBI
43
ISET GAFSA
Support de cours
b) Mode mémorisé (affectation sur événement)
Le mode mémorisé correspond à l’affectation d’une
valeur à une sortie lors d’un événement interne. A
l’instant du front montant de X12, l’action « Pousser
A » est affectée de la valeur 1.
Cette affectation a lieu même lors d’une évolution
fugace. On distingue les événements suivants :
Figure.29
Affectation
Un autre type d’action mémorisée est défini dans la norme, mais elle doit être maniée
avec précaution (voire évitée), en effet ce nouveau type action est associé, non pas à un
événement relatif à l’évolution d’une étape mais à un événement relatif au franchissement
d’une transition.
Action au franchissement
La variable J est affectée de la valeur 1 lors du
franchissement de la transition. On ne peut obtenir un
fonctionnement identique en associant une action à la
désactivation de l’étape 24 ou à l’activation de l’étape
13.
Figure.30
Action sur événement
c) Notion d évolution fugace
On dit qu’une évolution du Grafcet est fugace lorsque à la suite d’un événement d’entrée (un
changement de l’état des entrées) ou de l’évolution du Grafcet, plusieurs transitions sont
franchies successivement.
Walid CHEBBI
44
ISET GAFSA
Support de cours
- Instant t
o Le système est dans la situation i {12},
o La réceptivité b est vraie
- Instant t+å
o a passe à l’état 1
o L’étape 12 est activée, l’étape 11 est
désactivée ;
o La réceptivité aval est déjà vraie ;
o L’étape 13 est activée, l’étape 12 est désactivée ;
Figure.31
Evolution fugace
o Cette situation est transitoire
- Instant t+1
o La situation i+1 est stable
Lors d’une évolution fugace, les actions continues ne sont pas réalisées, par contre les actions
mémorisées sont effectuées.
Walid CHEBBI
45
ISET GAFSA
Support de cours
CHAPITRE III
GUIDE D’ETUDE
DE
MODES DE MARCHE
ET D’ARRETS : GEMMA
I – Définition
II – Les concepts de base
III – GEMMA : les états de Marches et d’Arrêts
IV – GEMMA : méthode de mise en
uvre
V – GEMMA : vers le GRAFCET complété
VI – GRAFCET : traitement des arrêts d’urgence
Walid CHEBBI
46
ISET GAFSA
Support de cours
I – Définition
Le GEMMA (Guide d’Etude des Modes de Marches et d’Arrêts) définit un
vocabulaire et des concepts de base qui permettent de définir avec précision les modes de
marche et arrêt nécessaires au bon fonctionnement d’un automatisme. Le GEMMA se
présente sous forme d’un guide graphique qui est rempli progressivement lors de la
conception du système.
On commence par recenser les « Modes » ou « Etats » de fonctionnement du système
en utilisant des critères clairement définis, indépendants à la fois du type de système étudié et
de la technologie de commande. On établit ensuite les liaisons possibles entre ces « Modes »
ou « Etats », en expliquant les conditions d’évolution.
Le GEMME est alors un outil d’aide à l’analyse, d’aide à la synthèse du cahier des
charges et d’aide à la conduite de la machine, à sa maintenance ainsi qu’à son évolution.
II – Les concepts de base
Le GEMMA constitue une méthode d’approche des Modes de Marches et d’Arrêts, fondée
sur quelques concepts de base matérialisés par un Guide graphique. La démarche proposée
comporte 2 temps :
1. le recensement des différents modes envisagés, et la mise en évidence des
enchaînements qui les relient,
2. la détermination des conditions de passage d’un mode à l’autre.
II – 1 – Concept N°1 : les modes de Marches sont vus par une partie commande
en ordre de marche
Tout système peut être décomposé fonctionnellement en deux parties qui coopèrent :
la Partie Opérative et la Partie Commande. Les Modes de Marches ou Arrêts concernent le
système, c’est-à-dire l’ensemble « Partie opérative » + « Partie commande », mais tels qu’ils
sont vus par la partie commande.
Par conséquent, ceci suppose que la partie commande est en ordre de marche, avec
tous ses organes convenablement alimentés, même si la partie opérative est hors énergie, ou
en défaut, ou à l’arrêt.
Walid CHEBBI
47
ISET GAFSA
Support de cours
Le guide graphique GEMMA est donc constitué de deux zones :
-
une zone correspondant à l’état inopérant de la partie commande (PC). Elle ne figure que
pour la forme ;
-
une zone permettant de décrire ce qui se passe lorsque la partie commande (PC)
fonctionne normalement. C’est la zone qui couvre la quasi-totalité du guide graphique.
La mise sous énergie et dans un état initial de la partie commande permet de franchir
la frontière entre deux zones. On trouve alors la partie opérative (PO) hors ou sous énergie.
On peut franchir la frontière dans l’autre sens par coupure d’énergie sur PC.
PC HORS ENERGIE
Mise en énergie
de la PC
PC SOUS ENERGIE
PC HORS ENERGIE
Mise hors énergie
de la PC
PC SOUS ENERGIE
II – 2 – Concept N°2 : le critère « production »
Un système industriel automatisé est conçu fondamentalement pour produire une
certaine valeur ajoutée. C’est la justification principale de la construction du système. Cette
production de valeur ajoutée peut être très variée : modification des produits, contrôle,
manutention, stockage, et cependant, l’expérience montre qu’on peut toujours la caractériser
pour un système donné de façon précise et unique.
Ce sera donc notre premier critère : en dire que le système est « en production » si la
valeur ajoutée pour laquelle le système a été conçu est obtenue, on dira que le système est
« hors production » dans le cas contraire.
HORS PRODUCTION
PRODUCTION
Walid CHEBBI
48
ISET GAFSA
Support de cours
II – 3 – Concept N°3 : les trois grandes familles de modes de marche arrêts
F
A
Procédures d arrêts
Procédures
des
fonctionnements
D
Procédures de défaillance
§
Famille F : On groupe dans cette famille tous les modes ou états qui sont
indispensables à l’obtention de la valeur ajoutée, ou, autrement dit, tous ceux sans
lesquels on ne peut pas techniquement ou fonctionnement obtenir la valeur ajoutée
pour la quelle la machine est prévue.
Ces modes sont regroupés dans le guide graphique dans une zone F « procédures de
fonctionnement ». Notons que l’on ne « produit » pas forcement dans tous les modes
de cette famille : ils peuvent être préparatoires à la production, ou servir aux régalages
ou aux tests par exemple. Ils n’en demeurent pas moins indispensables : on ne sait pas
faire du moulage en coquille sans préchauffer l’outillage (marche de préparation), ni
effectuer des opérations d’usinage sans réglage ni contrôles périodiques.
§
Famille A : Une automatique fonctionne rarement 24h/24 : il est nécessaire de
l’arrêter de temps à l’autre, pour des raisons extérieurs au système, tout simplement
parce que la journée est fini, ou bien par manque d’approvisionnement, par exemple.
L’expérience montre qu’il est souvent délicat de concevoir les équipements
automatiques pour qu’ils arrêtent correctement le processus qu’ils contrôlent.
On classera dans cette famille tous les modes conduisant à (ou traduisant) un état
d’arrêt du système pour des raisons extérieures. Ils sont regroupés dans une zone A
« procédure d’arrêt » du guide graphique. Notons qu’on peut produire en étant une
procédure d’arrêt, si cet arrêt est demandé à la fin d’une opération, par exemple.
Walid CHEBBI
49
ISET GAFSA
Support de cours
§
Famille D : Il est rare qu’un système fonctionne sans incident pendant toute sa
vie : il est indispensable de prévoir les défaillances. On regroupe dans cette famille
tous les modes conduisant à (ou traduisant) un état d’arrêt du système pour des
raisons intérieures au système, autrement dit, à cause de défaillances de la partie
opérative. Ces modes sont représentés dans une zone D « procédures en défaillance »
du guide graphique.
II – 4 – Les « rectangles-états »
Sur le guide graphique GEMMA, chaque Mode de Marche ou d’Arrêt désiré peut être
décrit dans l’un des « rectangles-états » prévus à cette fin. La position d’un rectangle-état sur
le guide graphique définit :
-
son appartenance à l’une des 3 familles : procédure de fonctionnement, d’arrêt ou de
défaillance ;
-
la fait qu’il soit « en » ou « hors production ».
Le rectangle-état porte une désignation de Marche ou d’arrêt utilisant un vocabulaire
ne pouvant prêter à confusion : c’est à dessein qu’ont été écartées, pour ces dénominations
générales, les expressions communément utilisées pour dénommer les Modes de Marche ou
d’Arrêts, qui sont souvent comprises différemment de chacun.
Par contre, ces expressions usitées pourront être employées dans le « langage
machine », précisant dans le cadre des « rectangles-états » les Modes de Marches ou d’Arrêts
pour une machine déterminée. Par exemple, dans le « rectangle-état » <Production normale >,
on trouvera la précision : « moulage semi-automatique ».
PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT
A1
< Arret dans
l’etat initial >
PRODUCTION
A2
< Arret
demande en fin
de cycle >
PROCEDURES D’ARRET
< Production normale >
F1
Moulage semi-automatique
PROCEDURES DE
DEFAILLANCE
Walid CHEBBI
50
ISET GAFSA
Support de cours
III – GEMMA : les états de Marches et d’Arrêts
Le guide graphique GEMMA porte les « rectangles-états » dans lesquels seront
exprimés les différents états de Marches et d’Arrêts pris par la machine. En pratique, pour une
machine donnée, on ne choisira parmi les états proposés par le guide que ceux qui sont
nécessaires, et on précisera le nom de chacun des états retenus, à l’intérieur du « rectangleétat » correspondant.
Pour effectuer ce choix, il est nécessaire de bien comprendre la signification de chacun
des états de Marches et d’Arrêts proposés par le guide graphique : c’est l’objet de ce chapitre.
III – 1 – Un « rectangle-état » type
F2
< Marches de
préparation >
F2 est le repère du « rectangle-état ». F signifie
que l état proposé fait partie des procédures de
Fonctionnement. (A pour procédures d Arrêt, et D
pour procédures en Défaillance).
< Marche de préparation > est la dénomination
générale de l état proposé. Les <---> indiquent
emploi du « langage général ».
les principales possibilités de liaisons d état à état
sont suggérées.
III – 2 – Utilisation d’un « rectangle-état »
F2
F2
< Marches de
préparation >
Préchauffage du
moule
Walid CHEBBI
I - L état est retenu pour la
machine. Il est précisé dans le
« langage machine ».
Les liaisons retenues
indiqués en très fort.
sont
II - Les conditions d évolution
entre états sont indiquées
sur les liaisons.
51
< Marches de
préparation >
Préchauffage du
moule
T=300°
ISET GAFSA
Support de cours
III – 3 – Les états
§ Famille F :
Ce sont les états de marches situés dans la zone « procédures de Fonctionnement » du
guide graphique GEMMA.
o F1 : < Production normale > : Dans cet état, la machine produit
normalement : c’est l’état pour lequel elle a été conçue. C’est à ce titre que le
« rectangle-état » a un cadre particulièrement renforcé. On peut souvent faire
correspondre à cet état un GRAFCET que l’on appelle GRAFCET de base.
o F2 : < Marche de préparation > : Cet état est utilisé pour les machines
nécessitant une préparation préalable à la production normale : préchauffage
de l’outillage, remplissage de la machine, mises en routes diverses, etc.
o F3 : < Marche de clôture > : C’est l’état nécessaire pour certaines
machines devant être vidées, nettoyées, etc., en fin de journée ou en fin de
série.
o F4 : < Marche de vérification dans le désordre > : Cet état permet de
vérifier certaines fonctions ou certains mouvements sur la machine, sans
respecter l’ordre du cycle.
o F5 : < Marche de vérification dans l ordre > : Dans cet état, le cycle de
production peut être exploré au rythme voulu par la personne effectuant le
vérification, la machine pouvant produire ou ne pas produire.
o F6 : < Marche de test > : Les machines de contrôle, de mesure, de tri,…,
comportent des capteurs qui doivent être réglés ou étalonnés périodiquement :
cet état permet ces opérations de réglage ou d’étalonnage.
Walid CHEBBI
52
ISET GAFSA
Support de cours
§ Famille A :
Situés dans la zone « procédures d’Arrêts de la partie opérative », ces états correspondent
à des arrêts normaux ou à des marches conduisant à des arrêts normaux.
o A1 : < Arrêt dans l état initial > : C’est l’état « repos » de la machine. Il
correspond en général à la situation initiale, ce « rectangle-état » est entouré
d’un double cadre.
Pour une étude plus facile de l’automatisme, il est recommandé de représenter
la machine dans cet état initial.
o A2 : < Arrêt demandé en fin de cycle > : Lorsque l’arrêt est demandé, la
machine continue de produire jusqu’à la fin du cycle. A2 est donc un état
transitoire vers l’état A1.
o A3 : < Arrêt demandé dans un état déterminé > : La machine continue
de produire jusqu’à un arrêt en une position autre que la fin de cycle : c’est un
état transitoire vers A4.
o A4 : < Arrêt obtenu > : La machine est alors arrêtée en une autre position
que la fin du cycle.
o A5 : < Préparation pour remise en route après défaillance > : C’est
dans cet état que l’on procède à toutes les opérations (dégagements,
nettoyages,…) nécessaires à une remise en route après défaillance.
o A6 : < Mise de la P.O dans l état initial > : La machine étant en A6, on
remet manuellement ou automatiquement la partie Opérative en position pour
un redémarrage dans l’état initial.
o A7 : < Mise de la P.O dans un état déterminé > : La machine étant en
A7, on remet la P.O en position pour un redémarrage dans une position autre
que l’état initial.
Walid CHEBBI
53
ISET GAFSA
Support de cours
§ Famille D :
Ce sont les états de Marches et d’Arrêts situés dans la zone « procédures de Défaillance3
de la Partie Opérative.
o D1 : < Arrêt d urgence > : C’est l’état pris lors d’un arrêt d’urgence : on y
prévoit non seulement les arrêts, mais aussi les cycles de dégagements, les
procédures et précautions nécessaires pour éviter ou limiter les conséquences
dues à la défaillance.
o D2 : < Diagnostic et/ou traitement de défaillance > : C’est dans cet
état que la machine peut être examinée après défaillance et qu’il peut être
apporté un traitement permettant le redémarrage.
o D3 : < Production tout de même > : Il est parfois nécessaire de continuer
la production même après une défaillance de la machine : on aura alors une
« production dégradée », ou une « production forcée », ou une production
aidée par des opérateurs non prévus en < Production Normale >.
III – 4 – Liaisons entre les cases
Les diverses cases du GEMMA sont reliées entre elles par des traits fin fléchés qui
indiquent les possibilités d’évolution du système, c’est-à-dire les passages d’une situation à
une autre. Tous ces traits ne seront pas systématiquement utilisés pour un système donné.
Ceux qui sont significatifs seront passés en trait fort.
III – 5 - Mise en uvre d’un GEMMA
Le mise en uvre d’un GEMMA consiste à :
§
Identifier les situations possibles du système,
§
Définir les « rectangles-états »,
§
Etablir les liaisons entre les états,
§
Spécifier les conditions qui génèrent ces transitions,
§
Identifier les indicateurs qui se rendent compte.
Walid CHEBBI
54
ISET GAFSA
Support de cours
Walid CHEBBI
55
ISET GAFSA
Support de cours
IV – GEMMA : méthode de mise en uvre
Comme nous l’avons montée, le GEMMA est non seulement un méthode systématique
pour sélectionner les modes de marches et d’arrêts lors de la conception d’une machine
automatique, mais aussi un moyen pratique pour les présenter et les exploiter : le guide
graphique de format A3, reproduit aux deux pages suivantes, est destiné à être photocopié
pour servir de base à la recherche et à la mise en formate du GEMMA pour, chaque
application
Les deux exemples introductif que nous avons explorés nous permettent de dégage les
règles pratiques pour l’emploi du GEMMA dans la conception d’un équipement automatisé
1-
Utilisation du GEMMA pour l étude d une machine de production automatisée
Comme nous l’avons montré, la pratique courante de l’étude des machines de production
Automatisée n’aborde pas méthodiquement la sélection des modes de marches et d’Arrêts, ce
qui entraîne souvent des modifications longues et coûteuses de la machine après réalisation.
En mettant en
uvre le GEMMA dans l’étude, les modes de marches et d’arrêts, sont prévus
dès la conception et intégrés dans la réalisation. Voici une séquence d’étude typique.
-
Etude de processus d’action
Définition du cycle de production
(Grafcet fonctionnel)
-
définition de la partie opérative et des capteurs
établissement du Grafcet opérationnel de base
III
-
Mise en uvre du guide graphique GEMMA pour la
sélection des Modes de Marches et d’Arrêts avec
mise en évidence des liaisons entre ces modes
IV
-
Parallelement
-
définition a l’aide du GEMMA des conditions
d’évolution entre les états de Marche et d’Arrêt
définition des fonctions du pupitre de commande
établissement du Grafcet complet
V
-
Choix d’une technologie de commande :
électrique, électronique ou pneumatique, câblee
ou programmee…
VI
-
Conception du schéma ou du programme de
commande dans la technologie choisie
I
Parallelement
II
Parallelement
Walid CHEBBI
56
ISET GAFSA
Support de cours
2- Sélection de modes Marches et d Arrêts
La partie opérative de la machines étant définie, ainsi que le GRAFCET du cycle de
production normale, le guide graphique GEMMA est mis en
uvre, dans un premier temps,
pour sélectionner et préciser les modes de Marches et d’Arrêts nécessaires.
Deux préoccupations simultanées permettent d’aboutir facilement :
a- envisager tous les « rectangle-état » proposés par le GEMMA
Avec ses « rectangle-état », le guide graphique constitue une « check list » des différents
types de modes de Marches et d’Arrêts nécessaires en automatisation industrielle courante.
Pour une machine donnée, il est donc important d’examiner le cas de chaque « rectangleétat » :
-
si le mode proposé est retenu, il sera précisé en « langage machine » dans le
« rectangle-état » ; au besoin, plusieurs variantes de ce mode seront distinguées ;
-
si le mode proposé n’est pas nécessaire pour la machine, un choix sera porté dans le
« rectangle-état ». Pour bien signifier qu’il n’est pas retenu.
Ce rectangle-état
est retenu et
précise dans le
langage machine
F2
F3
< Marche
de cloture >
< Marche
de preparation >
Ce rectangle-état
n’est pas retenu
pour la machine
Prechauffage
F1
b- rechercher les évolutions d’un état à l’autre
Deux états essentiels, définis dès le début de l’étude, se retrouvent sur touts les machines :
-
l’état A1, dit <état initial>, ou « état repos » de la machine (2)
-
l’état F1 mode de <production normale>, pour lequel la machine a été conçue (2).
En parlant de chacun des deux états, A1 et F1, il est intéressant de rechercher les
évolutions vers d’autres états, donc la nécessite est moins évidente au premier abord.
Walid CHEBBI
57
ISET GAFSA
Support de cours
-
On pourra commencer par démarrer la machine, c’est-à-dire passer de A1 à F1, en se
posant la question : une <marche de préparation> F2 est-elle nécessaire ?
-
-
-
On arrêtera alors la machine, au choix :
•
Enfin de cycle => circuit F1 => A2 => A1
•
Dans une autre position => circuit F1 => A3 => A4
On examinera les cas de défaillance,
•
Avec < Arrêt d’urgence >, D1
•
Avec < production tout de même >, D3
Etc.
En pratique, on mettra en évidence des boucles passant par les état A1 ou F1, et
appartenant à l’une des deux familles montrées par le croquis ci-dessus :
•
Les boucles « démarrage – arrêt normal »
•
Les boucles « démarrage – défaillance – retour à l’état initial ».
A1
< Arret
dans etat initial>
F1
Le guide graphique GEMMA permet donc une sélection des modes de marches et d’arrêts
pour une machine donnée : la méthode consiste à examiner le cas de chacun des états
proposés, en recherchant les évolutions d’un état dans l’autre, en particulier à partir des deux
états essentiels sur toute machine, l’état initial A1 et l’état de production normale F1.
Cette sélection étant achevée et mise au net sur le guide graphique GEMMA, il y a lieu d
procéder au 2° temps de l’exploitation du GEMMA : la recherche des conditions d’évolution
entre les modes de marches et d’arrêts.
Walid CHEBBI
58
ISET GAFSA
Support de cours
V – GEMMA : vers le GRAFCET complété
Le Gemma d’un système ayant été obtenu, on dispose alors des éléments nécessaire pour
obtenir le cahier des charges définitif de la partie commande et en particulier son GRAFCET.
L’objet de ce chapitre est de monter comment intégrer les précisions obtenues sur les
modes de marches et d’arrêts, dans le GRAFCET (1) d’ensemble de la partie commande.
On emploie toujours le singulier pour désigner le graphe ou l ensemble de graphes
décrivant le fonctionnement d un automatisme, car on peut toujours passer d une forme à
autre tout en ne décrivant qu un seul fonctionnement
On appelle GRAFCET COMPLETE, le GRAFCET d’un automatisme intégrant
l’ensemble des modes de marche, par opposition au GRAFCET de BASE (2) qui décrit
seulement le comportement du système en mode F1 < Production Normale >.
Pour aboutir au GRAFCET COMPLETE, on peut envisager 2 types de méthodes :
1-
enrichissement du GRAFCET de BASE.
2-
Structuration en « TACHES ».
On se place ici dans le cas fréquent en production automatisée où le fonctionnement
normal se prête bien à une description par GRAFCET. Si tel n est pas le cas, l approche
GEMMA demeure utile pour l étude de la machine.
V – 1 – Enrichissement du GRAFCET de BASE
C’est la méthode utilisée dans l’exemple introductif de la machine à remplir et à
boucher. A partir du GRAFCET de BASE correspondant au rectangle-état F1 <Production
Normale>, on examine ce qu’il faut rajouter pour que les autres modes puissent être assurés.
Ceci revient souvent à ajouter des « branches » ou « séquences » exclusives les unes
des autres, où les conditions d’aiguillages sont les conditions de passage d’un rectangle-état à
un autre.
Exemple :
Considérons un système doté d’une < marche de clôture > F3 constituée d’une séquence
d’ouverture d’un magasin pour réapprovisionnement.
Walid CHEBBI
59
ISET GAFSA
Support de cours
Nous trouvons les éléments suivants :
a) Extrait du « GRAFCET de BASE »
b) extrait du GEMMA du système
c) Extrait du GRAFCET COMPLETE
Walid CHEBBI
60
ISET GAFSA
Support de cours
V – 2 – Découpage en Tâches
Il arrive fréquemment qu’un ou plusieurs rectangle-état autres que F1 <Production
normale> exigent la mise en
uvre de cycles assez complexes justifiant pour chacun d’eux
une étude séparée.
Il peut être alors intéressant de structurer chacun de ces modes, y compris F1
<Production Normale> en tâches autonomes, dont on étudiera ensuite les conditions de
coordination.
Le GRAFCET permet facilement de représenter une telle structure en tâches.
L’illustration ci-contre donne une méthode possible.
Une fois que chacun des rectangle-état intéressés est décrit par GRAFCET sous forme
de tâche autonome (tâche de préparation, tâche de test…) il convient d’examiner
attentivement les conditions de coordination entre tâches.
Pour cela, on peut recourir à 2 types de méthodes
- Coordination « horizontale »
- Coordination « verticale » ou « hiérarchisée ».
Walid CHEBBI
61
ISET GAFSA
Support de cours
A – Coordination horizontale
Ce procède est intéressant lorsque aucune tache n’est preeminente et que chacune peut en
lancer une autre.
Prenons l’exemple donne plus haut ou l’on trouve une <marche de clôture > F3que l’on
structure en tache F3. le Grafcet de base correspondant a F1 est également structure en taches.
Cet exemple montre qu’on peut facilement entraîner les taches et que les liaisons entre elles
sont assez limitées. De plus, il est souhaitable qu’à tout instant une tache et une seule soit en
cours d’exécution. Ceci est le cas pour un système régi par un GEMMA unique, puisqu’il y a
a tout instant unicité du mode.
B – Coordination Verticale ou Hiérarchisée
Reprenons l’exemple déjà évoque plus haut et dotons le système d’une < marche de
préparation > F2 correspondant a une séquence de fermeture du magasin après
réapprovisionnement. Il a de plus un mode A1, < arrêt dans état initial>. Il peut avoir d’autres
rectangles-états, mais nous ne considérons que A1, F1, F2, F3.
Walid CHEBBI
62
ISET GAFSA
Support de cours
D’où l’extrait ci-dessous du GEMMA d’un système.
Walid CHEBBI
63
ISET GAFSA
Support de cours
VI – GRAFCET : traitement des arrêts d’urgence
On sait qu’un des intérêts du GRAFCET est de n’indiquer
à chaque les seules
circonstances qui la font évoluer. L’ARRÊT D’URGENCE devant toujours faire évoluer la
situation de la partie commande. On devait en toute rigueur la faire apparaître à chaque étape
du GRAFCET.
Dès que le cas traité devient un peut
important
le
GRAFCET
devient
complètement illisible. Il en découle
qu’il est malaisé de considérer l’arrêt
d’urgence
comme
une
information
entrée comme les autres. C’est de plus
contraire à l’esprit même de l’urgence
accordant à cet arrêt une sorte de « super
priorité ».
Pourtant il est intéressant (mais ce n’est
pas
toujours
formaliser
système
possible)
le
lors
de
pouvoir
comportement
de
l’apparition
d’un
de
l’information AU.
Deux solutions peuvent être proposées :
1 – sans séquence d’urgence : le système arrête son évolution,
2 – avec séquence d’urgence : l’apparition de AU déclenche une procédure particulière.
VI – 1 – Sans séquence d’urgence
A – Inhibition des actions
L’apparition de AU n’arrête pas directement l’évolution de l’automatisme, mais
inhibe les actions associées aux étapes. Les sorties à 1 sont ramenées à 0 ce qui entraîne
généralement l’arrêt de l’évolution par non-satisfaction des réceptivité. Ceci peut être obtenu
très facilement par l’insertion de fonctions inhibition dans l’interface avec la partie opérative.
Walid CHEBBI
64
ISET GAFSA
Support de cours
Dans ce cas, la commande des actionneurs doit être particulièrement bien étudiée selon le type de
réaction souhaitée en cas d arrêt d urgence .
Par exemple :
§ Pour des distributeurs commandant des vérins :
• Commande mono-stable, si l on désire un retour dans une position donnée.
• Commande bi-stable, si l on désire un arrêt en fin de mouvement,
• Distributeur à 3 positions, si l on désire un arrêt sur place ..
§ Pour des contacteurs commandant des moteurs :
• Commande mono-stable,
• Câblage incluant des « sur-courses » en sécurité
B – Figeage de l’automatisme
On suppose dans ce cas que terme AU est en facteur implicite dans toutes les
réceptivités. Dès l’occurrence de AU, aucune réceptivité ne peut prendre la valeur 1 : la
situation ne peut évoluer. La disparition de AU autorise à nouveau l’évolution du cycle.
Notons que dans ce cas, les actions associées aux étapes actives demeurent. Les mouvements
lancés se poursuivent, ce qui peut être dangereux en soi, ou bien par suite de blocage de
évolution.
Pour décrire les procédés A et B combinés on pourra avoir la convention suivante.
De nombreux matériels contiennent « par constriction » cette possibilité de figeage par AU
sans qu un câblage ou qu une programmation supplémentaire ne soit nécessaire
Walid CHEBBI
65
ISET GAFSA
Support de cours
VI – 2 – Avec séquence d’urgence
Diverses possibilités s’offrent : citons-en deux.
A – Adjonction d’une « tâche d’urgence »
On peut ajouter une tâche (voir p. 21) non soumis aux conventions ci-dessus et
qui sera lancée par AU.
00
Marche
normale
AU
01
A1
Description
par Grafcet
du cycle de
degagement
R2
02
A2
AU
Remarque :
La question des arrêts d’urgence est toujours très délicate. Les quelques
lignes qui lui sont ici consacrées ne veulent pas être autre chose que des
éléments de réflexion.
B – Utilisation d’un système de regroupement
Un système particulier (choisissons un « entonnoir ») permet d’éviter de tracer tous les arcs
en provenance de toutes les étapes, ce qui allége le graphisme. L’inconvénient est qu’on perd
la « mémoire » de la situation où est intervenu l’AU
10
100
11
101
12
Walid CHEBBI
66
ISET GAFSA
Support de cours
CHAPITRE IV
LES AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS :
API
I- Définition
II – Structure de base
III – Modules spéciaux
IV – Critères de choix d’un automate
Walid CHEBBI
67
ISET GAFSA
Support de cours
I- Définition
Un Automate programmable industriel est une machine électronique spécialisée dans
la conduite et la surveillance en temps réel de processus industriels. Il exécute une suite
d'instructions introduites dans sa mémoire sous forme de programme, et s'apparente, par
conséquent aux machines de traitement de l'information, mais trois caractéristiques
fondamentales le distinguent totalement des outils informatiques tels que les ordinateurs
utilisés dans les entreprises.
Il peut être directement connecté aux capteurs et pré-actionneurs grâce à ses entrées sorties industrielles. Il est conçu pour fonctionner dans les ambiances industrielles sévères
(température, vibration, micro-coupures de la tension d'alimentation, parasites, etc.)
Enfin, sa programmation à partir de langages spécialement développés pour le
traitement de fonctions d'automatismes fait en sorte que sa mise en
uvre et son exploitation
ne nécessitent aucune connaissance en informatique.
II – Structure de base
La Structure de base de base d'un automate programmable repose sur trois éléments
fonctionnels principaux : un processeur, une mémoire, des entrées sorties tout ou rien. La
liaison électrique entre ces éléments est réalisée par un bus. Un bloc d'alimentation fournit
les tensions nécessaires pour le fonctionnement de l'ensemble.
Capteurs
Processus à
commander
Actionneurs
Automate
Alimentation
Entrées
Processeur
Sorties
Mémoire
Pupitre
Walid CHEBBI
Console de
programmation
68
Affichage
ISET GAFSA
Support de cours
II – 1 – Le processeur
Le processeur ou unité centrale (UC), a pour rôle principal le traitement des
instructions qui constituent le programme de fonctionnement de l'application. Mais, en dehors
de cette tâche de base, il réalise également d'autres fonctions :
§
Gestion des entrées/sorties,
§
Surveillance et diagnostic de l'automate par une série de tests lancés à la mise sous
tension ou cycliquement en cours de fonctionnement,
§
Dialogue avec le terminal de programmation aussi bien pour l'écriture et la mise au
point du programme ou en cours d'exploitation pour des réglages ou des vérifications
des données.
Un ou plusieurs microprocesseurs exécutent ces fonctions grâce à un micro-logiciel
pré-programmé (FIRMWARE) dans une mémoire système inaccessible à l'utilisateur.
II – 2 – Mémoire utilisateur
Elle est destinée au stockage des instructions qui constituent le programme de
fonctionnement de l'automatisme ainsi que les données qui peuvent y être :
§
Des informations susceptibles d'évoluer en cours de fonctionnement de l'application.
C'est le cas par exemple de résultats de traitement effectués par le processeur et rangés
dans l'attente d'une utilisation ultérieure. Ces données sont appelées variables internes.
§
Des informations qui n'évoluent pas en cours de fonctionnement, mais qui peuvent en
cas de besoins être modifiées par l'utilisateur (textes à afficher, valeur de présélection,
etc.). Ce sont les constantes.
L'élément de base de la mémoire est le bit (abréviation de l'anglais Binary digit :
chiffre binaire) qui peut prendre les deux états logiques 0 et 1. Les bits sont généralement
regroupés en mot de 8 bits (byte ou octet) qui sont identifiés chacun par une adresse.
La taille de la mémoire est évaluée en Kilo mots (1 K mots = 210 mots = 1024 mots) ou en K
octets, ceci pour chacune des deux parties : programme et données.
Walid CHEBBI
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ISET GAFSA
Support de cours
Deux types de mémoires sont utilisés dans les API
- Les mémoires vives (RAM
mémoires à accès aléatoire) : Le contenu de ces
mémoires peut être lu et modifié à volonté, mais il est perdu en cas de manque d’alimentation
électrique (mémoire volatile). Elles nécessitent par conséquent une sauvegarde par batterie.
Les mémoires vives sont utilisées pour l’écriture et la mise au point des programmes et pour
le stockage des données.
- Les mémoires mortes dont le contenu maintenu (non volatile) en cas de disparition
de la tension d’alimentation, et qui peuvent être lues uniquement. Leur réécriture nécessite un
effacement total préalable par une procédure particulière hors de l’automate, soit par rayons
ultraviolets (EPROM UVPROM) soit électrique (EEPROM). Elles sont destinées à la
mémorisation du programme après la phase de mise au point. La mémoire programme est
contenue dans une ou plusieurs cartouches qui viennent s’insérer sur le module processeur ou
sur un module d’extension mémoire.
II – 3 – Entrées Sorties TOR
Les entrées sorties TOR Assurent l’intégration
directe de l’automate dans son
environnement industriel en réalisant la liaison entre le processeur et le processus. Elles ont
toutes de base une double fonction :
Une fonction d’interface pour la réception et la mise en forme des signaux provenant
de l’extérieur (capteurs, bouton poussoir, etc.) et pour l’émission des signaux vers l’extérieur
(commande de pré-actionneurs, voyants de signalisation, etc.) La conception de ces interfaces
avec un isolement galvanique ou un découplage optoélectronique assure la protection de
l’automate contre les parasites.
Une fonction de communication pour l’échange des signaux avec l’unité centrale par
l’intermédiaire du bus d’entrée - sortie.
II – 4 – Le bus
Le bus est un ensemble de conducteurs qui réalisent la liaison entre les différents
éléments de l’automate.
Walid CHEBBI
70
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Il est organisé en plusieurs sous-ensembles destinés chacun à véhiculer un type bien défini
d’informations :
-
Bus de données pour les signaux d’entrée- sortie,
-
Bus d’adresse des entrées – sorties,
-
Bus de commande pour les signaux de service tels que le top de synchronisation, sens des
échanges, contrôle des validités des échanges, etc.
-
Bus de distribution des tensions issues du bloc d’alimentation.
II – 5 – Bloc d’alimentation
Le bloc d’alimentation élabore à partir d’un réseau 110 V ou 220 V en courant
alternatif ou d’une source 24 ou 48 V en courant continu, les tensions internes distribuées aux
modules de l’automate.
Afin d’assurer le niveau de sûreté requis, elle comporte des dispositifs de détection de
baisse ou baisse ou de coupure de la tension réseau et de surveillance des tensions internes. En
cas de défaut, ces dispositifs peuvent lancer une procédure prioritaire de sauvegarde.
III – Modules spéciaux
III – 1 – Modules d’entrée/Sorties analogiques
Les modules d’entrées analogiques permettent l’acquisition de mesures de grandeurs
continues analogiques variant dans une plage de tension (0 à.10 V) ou de courant (4 à 20 mA)
Le module assure la conversion analogique – numérique (CAN) et fournit pour la CPU un
nombre code sur 8, 12 ou 16 bits
Les modules de sortie analogique permettent de générer un signal de commande
analogique sous forme d’une tension ou d’un courant. Ils sont muni de convertisseur
numériques analogiques (CNA).
Les entrées/sorties analogiques sont très utilisées dans la commande des processus où
interviennent des grandeurs physiques continues (vitesse, pression, température, …) Ces
modules ne font généralement pas partie des configurations de base des automates
commercialisés, ils constituent des modules d’extension. Ils coûtent beaucoup plus cher que
les modules d’entrées/sorties logiques.
Walid CHEBBI
71
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III – 2 – Les modules de communication
Ce sont des modules spécialisés qui permettent de relier des automates programmables
industriels en un réseau. Il n’y a pas de standard bien défini pour les réseaux d’automates
comme c’est le cas pour les réseaux d’ordinateurs. Chaque constructeur propose un réseau
avec un protocole de communication propre.
III – 3 – Les modules de fonctions spécialisées
Ces modules permettent d’assurer des tâches spécifiques (positionnement d’axe,
comptage rapide, régulation PID …). Ils sont généralement équipés de CPU spécialisés. Leur
utilisation simplifie la tâche du développeur et permet de libérer la CPU de l’automate pour
d’autres traitements
IV – Critères de choix d’un automate
Les principaux critères techniques pour le choix d’un API sont :
•
Capacité en entrées / sorties logiques
•
Capacité d’extension des entrées / sorties en nombre et en type
•
Capacité de programme (taille de mémoire de programme code et donnée)
•
Temps de cycle et temps de réaction
•
Possibilité de communication
•
Classe de protection
•
Langages de programmation
•
Outils de développements d’applications et de diagnostic
•
Compatibilité avec d’autres matériels et protocoles
S’ajoutent à ces critères techniques d’autres critères économiques (coût d’achat,
d’installation et de maintenance) et logistiques (disponibilité des pièces de rechange,
assistance technique, compatibilité avec les équipements existants …).
Walid CHEBBI
72
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CHAPITRE IV
L’AUTOMATE SIEMENS S7-200
I – Présentation du micro-automate S7-200
II – Jeu d’opération S7-200
Walid CHEBBI
73
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I – Présentation du micro-automate S7-200
La famille S7-200 est constituée de micro-automates programmables utilisables dans
des applications d’automatisation variées. Sa forme compacte, son faible prix et son important
jeu d’opérations en font une solution idéale pour la commande de petites applications. En
outre, le large choix de modèles S7-200 ainsi que l’outil de programmation se basant sur
Windows offrent la souplesse nécessaire pour résoudre plusieurs problèmes d’automatisation.
I – 1 – CPU S7-200
Un automate programmable S7-200 consiste en une CPU S7-200 seule ou complétée
de divers modules d’extension facultatifs. La CPU S7-200 combine un microprocesseur, une
alimentation intégrée, des circuits d’entrée et des circuits de sortie dans un boîtier compact
afin de créer un puissant micro-automate (figure.1). Une fois qu’on a chargé notre
programme, le S7-200 contient la logique nécessaire au contrôle et à la commande d’unités
d’entrée et de sortie dans notre application.
Figure.1
micro automate S7-200
I – 2 – Composantes principales de l’automate programmable S7-200
La CPU S7-200 est un appareil autonome compact comprenant une unité centrale
(CPU ou UC), une alimentation et des entrées/sorties discrètes.
• La CPU exécute le programme et sauvegarde les données pour la commande du processus
ou de la tâche d’automatisation.
• Les entrées et les sorties TOR sont les points de commande du système : les entrées
surveillent les signaux des appareils sur site (tels que capteurs et commutateurs) et les sorties
commandent pompes, moteurs et autres appareils dans un processus.
Walid CHEBBI
74
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• L’alimentation fournit de l’énergie électrique à la CPU et à tout module d’extension
connecté.
• Les interfaces de communication permettent de connecter la CPU à une console de
programmation ou à d’autres appareils.
• Des témoins (DEL) d’état donnent des informations visuelles sur l’état de fonctionnement
de la CPU (Marche – RUN – ou Arrêt – STOP –), l’état en vigueur des entrées/sorties locales
et la détection éventuelle d’une défaillance système.
• On peut ajouter des E/S supplémentaires à la CPU par l’intermédiaire de modules
d’extension (à l’exception de la CPU 221 pour laquelle ce n’est pas possible).
• Il est possible d’adjoindre des liaisons de communication aux performances plus élevées
avec des modules d’extension.
• Certaines CPU comportent une horloge temps réel intégrée alors que d’autres ont une
cartouche d’horloge temps réel optionnelle.
• Une cartouche EEPROM série enfichable (en option) permet de stocker des programmes
CPU ou de transférer des programmes d’une CPU dans une autre.
• Une cartouche pile enfichable (en option) permet d’étendre la rémanence de la mémoire de
données en mémoire vive.
I – 3 – Raccordement de l’alimentation à la CPU S7-200
Figure.2
Walid CHEBBI
Raccordement de l alimentation du S7-200
75
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La première étape consiste à raccorder le S7-200 à une source de courant. La figure 2-montre
les connexions de câblage pour un modèle en courant continu et un modèle en courant
alternatif de la CPU S7-200.
I – 4 – Progiciel de programmation STEP 7-Micro/WIN
Le progiciel de programmation STEP 7-Micro/WIN fournit un environnement
convivial pour concevoir, éditer et surveiller la logique nécessaire à la commande des
applications. STEP 7-Micro/WIN comprend trois éditeurs de programme, ce qui s’avère très
pratique et efficace pour la mise au point du programme de commande d’une application.
Figure.3
Connexion du câble RS-232/PPI
La connexion de l’automate S7-200 est facile. Il suffit de raccorder l’alimentation à
l’automate S7-200, puis de connecter le câble de communication entre la console de
programmation et la CPU S7-200.
I – 5 – Exécution des tâches du S7-200
Le S7-200 exécute une série de tâches de manière répétitive. On appelle ”cycle” cette
exécution cyclique des différentes tâches. Comme illustré figure.4, le S7-200 exécute la
plupart ou la totalité des tâches suivantes pendant un
cycle :
§
Lecture des entrées : Le S7-200 copie l’état des
entrées physiques dans la mémoire image des entrées.
§
Exécution de la logique de commande dans la
programme : Le S7-200 exécute les instructions du
programme et sauvegarde les valeurs dans différentes
Figure.4
zones de mémoire.
Walid CHEBBI
76
cycle automate
ISET GAFSA
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§
Traitement de toute demande de communication : Le S7-200 exécute toute tâche
nécessaire pour la communication.
§
Exécution du test d’auto-diagnostic de la CPU : Le S7-200 s’assure que le
microprogramme, la mémoire de programme et les modules d’extension présents fonctionnent
correctement.
§
Ecriture des sorties : Les valeurs enregistrées dans la mémoire image des sorties sont
écrites dans les sorties physiques.
I – 6 – Accès aux données du S7-200
Le S7-200 range les informations à différents emplacements de la mémoire ayant
chacun une adresse unique. On peut identifier explicitement l’adresse de mémoire à laquelle
on veut accéder. Ainsi, un programme dispose d’un accès direct aux informations. Le tableau
suivant montre la plage des nombres entiers pouvant être représentés par les différentes tailles
de données.
Pour accéder à un bit dans une zone de mémoire, on doit préciser son adresse
composée d’un identificateur de zone de mémoire, de l’adresse d’octet et du numéro de bit.
La figure suivante montre comment accéder à un bit par la méthode appelée adressage
octet.bit . Dans cet exemple, la zone de mémoire et l’adresse d’octet (I = entrée et 3 = octet
3) sont suivies d’un point les séparant de l’adresse de bit (bit 4).
Le format d’adresse d’octet permet d’accéder à des données dans la plupart des zones
de mémoire (V, I, Q, M, S, L et SM) sous forme d’octets, de mots ou de doubles mots. Pour
accéder à un octet, un mot ou un double mot de données dans la mémoire, on précise l’adresse
Walid CHEBBI
77
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de manière comparable à l’adresse d’un bit. Cette adresse est composée d’un identificateur de
zone, de la désignation de la taille des données et de l’adresse d’octet de départ de la valeur
d’octet, de mot ou de double mot.
On accède aux données situées dans d’autres zones de mémoire (T, C, HC et
accumulateurs, par exemple) via un format d’adresse comprenant l’identificateur de zone et le
numéro de l’élément en question.
a) Accès aux données dans les zones de mémoire
§ Mémoire image des entrées : I
Le S7-200 lit les entrées physiques au début de chaque cycle et écrit ces valeurs dans la
mémoire image des entrées. On peut accéder à la mémoire image des entrées par bits, octets,
mots ou doubles mots.
Bit : I[adresse d octet].[adresse de bit] I0.1
Octet, mot ou double mot : I[taille][adresse d octet de départ] IB4
§ Mémoire image des sorties : Q
A la fin du cycle, le S7-200 copie dans les sorties physiques les valeurs contenues dans la
mémoire image des sorties. On peut accéder à la mémoire image des sorties par bits, octets,
mots ou doubles mots.
Bit : Q[adresse d octet].[adresse de bit] Q1.1
Octet, mot ou double mot : Q[taille][adresse d octet de départ] QB5
§ Mémoire des variables : V
On peut se servir de la mémoire des variables (mémoire V) pour sauvegarder des résultats
intermédiaires d’opérations exécutées par la logique de commande dans le programme. On
peut également s’en servir pour la sauvegarde d’autres données en rapport avec un processus
ou une tâche. On peut accéder à la mémoire V par bits, octets, mots ou doubles mots.
Walid CHEBBI
78
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Bit : V[adresse d octet].[adresse de bit] V10.2
Octet, mot ou double mot : V[taille][adresse d octet de départ] VW100
§ Mémentos : M
Les mémentos internes (mémoire M) - ou relais de commande - fournissent de l’espace
mémoire pour l’état intermédiaire d’une opération ou d’autres informations de commande. On
peut accéder à la zone des mémentos par bits, octets, mots ou doubles mots.
Bit : M[adresse d octet].[adresse de bit] M26.7
Octet, mot ou double mot : M[taille][adresse d octet de départ] MD20
b) Temporisations : T
Le S7-200 fournit des temporisations qui comptent des incréments de temps selon des
résolutions (incréments de base de temps) égales à 1 ms, 10 ms ou 100 ms. Deux variables
sont associées à chaque temporisation :
-
la valeur en cours : ce nombre entier signé de 16 bits contient la durée comptabilisée
par la temporisation ;
-
le bit de temporisation : ce bit est mis à 1 ou à 0 selon le résultat de la comparaison
entre valeur en cours et valeur prédéfinie, cette dernière étant indiquée dans l’opération de
temporisation.
On accède à ces deux variables à l’aide de l’adresse de la temporisation (T + numéro
de la temporisation). Selon l’opération utilisée, l’accès se fait au bit de temporisation ou à la
valeur en cours : les opérations avec des bits comme opérandes accèdent au bit de
temporisation alors que les opérations ayant des mots comme opérandes accèdent à la valeur
en cours. Comme la montre la figure, le contact à fermeture accède au bit de temporisation et
l’opération Transférer mot à la valeur en cours de la temporisation.
Walid CHEBBI
79
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c) Compteurs : C
Le S7-200 fournit trois types de compteurs qui comptent chaque transition du niveau
bas au niveau haut aux entrées de comptage : les compteurs qui incrémentent, ceux qui
décrémentent et ceux pouvant à la fois incrémenter et décrémenter. Deux variables sont
associées à chaque compteur :
§
la valeur en cours : ce nombre entier signé de 16 bits contient le total cumulé ;
§
le bit de compteur : ce bit est mis à 1 ou à 0 selon le résultat de la comparaison entre
valeur en cours et valeur prédéfinie, cette dernière étant indiquée dans l’opération de
comptage.
Vous accédez à ces deux variables à l’aide de l’adresse du compteur (C + numéro du
compteur).
Selon l’opération utilisée, l’accès se fait au bit de compteur ou à la valeur en cours : les
opérations avec des bits comme opérandes accèdent au bit de compteur alors que les
opérations ayant des mots comme opérandes accèdent à la valeur en cours. Comme la montre
la figure suivante, le contact à fermeture accède au bit de compteur et l’opération Transférer
mot à la valeur en cours du compteur.
d) Mémoire locale : L
L’automate programmable S7-200 fournit 64 octets de mémoire locale (L) dont 60
peuvent être utilisés comme mémoire intermédiaire ou pour la transmission de paramètres
formels aux sous-programmes.
e) Entrées analogiques : AI
Le S7-200 convertit une valeur analogique (telle que la température ou la tension) en
valeur numérique de 16 bits (un mot). Vous accédez à ces valeurs par l’identificateur de zone
(AI), la taille des données (W) et l’adresse d’octet de départ. Comme les entrées analogiques
sont des mots et commencent toujours sur des octets pairs (tels que 0, 2 ou 4), on y accède par
Walid CHEBBI
80
ISET GAFSA
Support de cours
des adresses d’octet paires (AIW0, AIW2, AIW4, par exemple). Seule la lecture des entrées
analogiques est possible.
Format : AIW[adresse d octet de départ] AIW4
f) Sorties analogiques : AQ
Le S7-200 convertit une valeur numérique de 16 bits (mot) en un courant ou une
tension proportionnelle à la valeur numérique. On écrit ces valeurs via l’identificateur de zone
(AQ), la taille des données (W) et l’adresse d’octet de départ. Comme les sorties analogiques
sont des mots et commencent toujours sur des octets pairs (tels que 0, 2 ou 4), on y accède par
des adresses d’octet paires (AQW0, AQW2 ou AQW4, par exemple). Seule l’écriture des
sorties analogiques est possible.
Format : AQW[adresse d octet de départ] AQW4
II – Jeu d’opération S7-200
II – 1 – Opérations combinatoires sur bits
A) Contacts
§
Contacts standard
Les opérations Contact à fermeture (LD, A, O) et Contact à
ouverture (LDN, AN, ON) obtiennent la valeur référencée dans
la mémoire ou dans la mémoire image du processus.
Les opérations Contacts standard obtiennent la valeur
référencée dans la mémoire ou dans la mémoire image si le
type de données est I ou Q.
Le contact à fermeture est fermé (activé) lorsque le bit est égal à 1 et le contact à
ouverture est fermé (activé) lorsque le bit est égal à 0. En LOG, on peut rajouter des entrées
aux boîtes AND et OR à condition de ne pas dépasser 32 entrées au maximum. En LIST,
l’opération LD charge la valeur du bit en haut de la pile et les opérations A et O combinent la
valeur du bit à la valeur supérieure de la pile selon ET et OU respectivement. L’opération
LDN charge la négation de la valeur du bit en haut de la pile et les opérations AN et ON
combinent cette valeur inversée à la valeur supérieure de la pile selon ET et OU
respectivement.
Walid CHEBBI
81
ISET GAFSA
Support de cours
§
Opération NOT
L’opération NOT change l’état de l’entrée de flux de signal
(elle inverse la valeur supérieure de la pile, de 0 à 1 ou de 1 à 0).
§
Opérations Front montant et front descendant
L’opération Front montant (EU) permet au courant de
circuler pour un cycle, à chaque transition de 0 à 1. L’opération
Front descendant (ED) permet au courant de circuler pour un
cycle, à chaque transition de 1 à 0. Pour l’opération Front
montant, la détection d’une transition de 0 à 1dans la valeur
supérieure de la pile met la valeur supérieure de la pile à 1 ;
sinon, la valeur supérieure de la pile est mise à 0. Pour
l’opération Front descendant, la détection d’une transition de 1 à 0 dans la valeur supérieure
de la pile met la valeur supérieure de la pile à 1 ; sinon, la valeur supérieure de la pile est mise
à 0.
Lorsque on édite le programme à l’état ”Marche”, on doit entrer un paramètre pour les
opérations Front montant et Front descendant.
b)
Bobines
§
Sortie
L’opération Sortie (=) écrit la nouvelle valeur du bit de sortie dans la mémoire image.
Lors de l’exécution de l’opération Sortie, le S7-200 met le bit de sortie dans la mémoire
image à 1 ou à 0. En CONT et en LOG, le bit indiqué est posé égal au flux de signal. En
LIST, la valeur supérieure de la pile est copiée dans le bit indiqué.
§
Mettre à 1, Mettre à 0
Les opérations Mettre à 1 (S) et Mettre à 0 (R) mettent à 1 (activent) ou mettent à 0
(désactivent) le nombre N de sorties indiquées, en commençant à l’adresse Bit indiquée. On
peut mettre 1 à 255 sorties à 1 ou à 0.
Si, pour l’opération Mettre à 0, le bit correspond à un bit de temporisation (T) ou de
compteur (C), l’opération met le bit de temporisation ou de compteur à 0 et efface la valeur de
comptage ou de temporisation en cours.
Walid CHEBBI
82
ISET GAFSA
Support de cours
§
Mettre à 1 directement, Mettre à 0 directement
Les opérations Mettre à 1 directement et Mettre à 0 directement mettent à 1 (activent) ou
mettent à 0 (désactivent), et ce directement, le nombre N de sorties indiquées, en commençant
à l’adresse Bit indiquée. On peut mettre directement à 1 ou à 0 de 1 à 128 sorties.
Le ”I” - pour immédiat - signifie que la nouvelle valeur est écrite à la fois dans la sortie
physique et dans l’adresse correspondante de la mémoire image lors de l’exécution de
l’opération. Pour les opérations indirectes en revanche, la nouvelle valeur est écrite dans la
mémoire image uniquement.
II – 2 – Opérations de transfert
§
Transférer octet, mot, double mot ou réel
Les opérations Transférer octet (MOVB), Transférer mot (MOVW), Transférer double
mot (MOVD) et Transférer réel (MOVR) transfèrent une valeur d’une adresse IN à une
nouvelle adresse OUT sans modifier la valeur d’origine. L’opération Transférer double mot
permet de créer un pointeur.
§
Transférer octet directement (lecture et écriture)
Les opérations Transférer octet directement permettent de transférer directement un octet
entre une E/S physique et une adresse de mémoire. L’opération Transférer octet, lecture
directe (BIR) lit l’entrée physique IN et écrit le résultat dans l’adresse de mémoire OUT, sans
mise à jour de la mémoire image du processus.
L’opération Transférer octet, écriture directe (BIR) lit le contenu de l’adresse de mémoire
IN et l’écrit dans la sortie physique OUT et dans l’adresse de mémoire image correspondante.
§
Opérations de transfert en bloc
Transférer nombre d’octets, de mots ou de doubles mots
Les opérations Transférer nombre d’octets (BMB), de mots (BMW) et de doubles
mots (BMD) transfèrent le nombre N indiqué d’octets, de mot et de doubles mots,
respectivement, en commençant à l’adresse d’entrée IN dans un nouveau bloc commençant à
l’adresse OUT. N est compris entre 1 et 255.
Walid CHEBBI
83
ISET GAFSA
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II – 3 – Opérations de temporisation SIMATIC
§
Opérations de temporisation
Démarrer temporisation sous forme de retard à la montée/ Démarrer temporisation sous
forme de retard à la montée mémorisé
Les opérations Démarrer temporisation sous forme de retard à la
montée (TON) et Démarrer temporisation sous forme de retard à la
montée mémorisé (TONR) comptent le temps qui s’écoule lorsque
l’entrée de validation est activée.
Le numéro de la temporisation (Txx) détermine la résolution de la
temporisation et la résolution est maintenant montrée dans la boîte
de l’opération.
Temporisation sous forme de retard à la retombée
L’opération Démarrer temporisation sous forme de retard à la retombée (TOF) sert à retarder
la désactivation d’une sortie pour un intervalle de temps donné après que l’entrée a été
désactivée. Le numéro de la temporisation (Txx) détermine la résolution de la temporisation.
- on peut utiliser une temporisation TON pour mesurer un intervalle de temps unique.
- on peut utiliser une temporisation TONR pour accumuler un certain nombre d’intervalles de
temps.
- on peut utiliser une temporisation TOF pour allonger le temps après une situation
”désactivé” ou ”faux”, par exemple pour refroidir un moteur une fois qu’il a été mis hors
tension.
Walid CHEBBI
84
ISET GAFSA
Support de cours
§
Détermination de la résolution de la temporisation
Les temporisations comptent des intervalles de temps. La résolution (ou période) de la
temporisation détermine la durée dans chaque intervalle. Par exemple, une temporisation
TON ayant une résolution de 10 ms compte le nombre d’intervalles de 10 ms qui s’écoulent
une fois la temporisation TON validée : une valeur de comptage de 50 pour une temporisation
de 10 ms correspond à 500 ms. Les temporisations SIMATIC sont disponibles avec trois
résolutions : 1 ms, 10 ms et 100 ms. La résolution est déterminée par le numéro de la
temporisation, comme illustré au tableau suivant :
II – 4 – Opérations de comptage SIMATIC
§
Compteur incrémental
L’opération Compteur incrémental (CTU) incrémente en partant de la valeur en cours à
chaque front montant de l’entrée d’incrémentation CU. Lorsque la valeur en cours ”Cxxx” est
supérieure ou égale à la valeur prédéfinie PV, le bit de compteur Cxx est activé. Le compteur
est remis à zéro lorsque l’entrée de remise à zéro R est activée ou que l’opération ”Mettre à 0”
est exécutée. Le compteur incrémental arrête le comptage lorsqu’il atteint la valeur maximale
32 767.
§
Compteur décrémental
L’opération Compteur décrémental (CTD) décrémente en partant de la valeur en cours à
chaque front montant de l’entrée de décrémentation CD. Lorsque la valeur en cours Cxx est
égale à zéro, le bit de compteur Cxx est activé. Le compteur remet le bit de compteur Cxx à 0
et charge la valeur prédéfinie PV dans la valeur en cours lorsque l’entrée de chargement LD
est activée. Le compteur s’arrête lorsqu’il atteint zéro et le bit de compteur Cxx est alors mis à
1.
Walid CHEBBI
85
ISET GAFSA
Support de cours
§
Compteur incrémental/décrémental
L’opération Compteur incrémental/décrémental (CTUD) incrémente en partant de la
valeur en cours à chaque front montant de l’entrée d’incrémentation CU et décrémente à
chaque front montant de l’entrée de décrémentation CD. La valeur en cours Cxx du compteur
contient le décompte en cours. La valeur prédéfinie PV est comparée à la valeur en cours à
chaque exécution de l’opération de comptage.
Lorsqu’il atteint la valeur maximale de 32 767, le front montant suivant à l’entrée
d’incrémentation fait prendre à la valeur en cours la valeur minimale de -32 768. Lorsque la
valeur minimale -32 768 est atteinte, le front montant suivant à l’entrée de décrémentation fait
prendre à la valeur en cours la valeur maximale de 32 767.
Lorsque la valeur en cours ”Cxxx” est supérieure ou égale à la valeur prédéfinie PV, le bit
de compteur Cxx est activé. Sinon, le bit de compteur est désactivé. Le compteur est remis à
zéro lorsque l’entrée de remise à zéro R est activée ou que l’opération ”Mettre à 0” est
exécutée. Le compteur incrémental/décrémental arrête le comptage lorsqu’il atteint la valeur
prédéfinie.
Walid CHEBBI
86
ISET GAFSA
Support de cours
II – 5 – Opérations arithmétiques
Opérations Additionner, Soustraire, Multiplier et Diviser
§
Additionner Soustraire
IN1 + IN2 = OUT / IN1 - IN2 = OUT / IN1 + OUT = OUT / OUT-IN1=OUT
Les opérations Additionner entiers de 16 bits (+I) et Soustraire entiers de 16 bits (-I)
additionnent et soustraient respectivement deux nombres entiers de 16 bits et fournissent un
résultat de 16 bits. Les opérations Additionner entiers de 32 bits (+D) et Soustraire entiers de
32 bits (-D) additionnent et soustraient respectivement deux nombres entiers de 32 bits et
fournissent un résultat de 32 bits. Les opérations Additionner nombres réels (+R) et Soustraire
nombres réels (-R) additionnent et soustraient respectivement deux nombres réels de 32 bits et
fournissent un résultat réel de 32 bits.
§
Multiplier Diviser
IN1 * IN2 = OUT / IN1/ IN2 = OUT / IN1 * OUT = OUT / OUT / IN1 = OUT
Les opérations Multiplier entiers de 16 bits (*I) et Diviser entiers de 16 bits (/I) multiplient et
divisent respectivement deux nombres entiers de 16 bits et fournissent un résultat de 16 bits.
Pour la division, aucun reste n’est conservé. Les opérations Multiplier entiers de 32 bits (*D)
et Diviser entiers de 32 bits (/D) multiplient et divisent respectivement deux nombres entiers
de 32 bits et fournissent un résultat de 32 bits. Pour la division, aucun reste n’est conservé.
Les opérations Multiplier réels (*R) et Diviser réels (/R) multiplient et divisent
respectivement deux nombres réels de 32 bits et fournissent un résultat réel de 32 bits.
Bits SM et ENO
SM1.1 signale les débordements et valeurs illicites. Si SM1.1 est à 1, l’état de SM1.0 et
SM1.2 n’est pas valable et les opérandes d’entrée d’origine ne sont pas modifiés. Si SM1.1 et
SM1.3 ne sont pas mis à 1, l’opération arithmétique s’est achevée avec un résultat correct et
l’état des bits SM1.0 et SM1.2 est valable. Si SM1.3 est mis à 1 pendant une opération de
division, les autres bits d’état des opérations arithmétiques restent inchangés.
Multiplier entiers de 16 bits en entier de 32 bits et Diviser entiers de 16 bits avec reste
Multiplier entiers de 16 bits en entier de 32 bits
IN1 * IN2 = OUT
Walid CHEBBI
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Support de cours
L’opération Multiplier entiers de 16 bits en entier de 32 bits (MUL) multiplie deux nombres
entiers de 16 bits et fournit un produit de 32 bits. Dans l’opération de multiplication LIST, le
mot de poids faible (16 bits) du double mot OUT constitue l’un des facteurs.
Diviser entiers de 16 bits avec reste
IN1/ IN2 = OUT / OUT / IN1 = OUT
L’opération Diviser entiers de 16 bits avec reste (DIV) divise deux nombres entiers de 16 bits
et fournit un résultat de 32 bits composé d’un reste de 16 bits (mot de poids fort) et d’un
quotient de 16 bits (mot de poids faible).
II – 6 – Opérations numériques
Calcul sinus, Calcul cosinus et Calcul tangente
Les opérations Calcul sinus (SIN), Calcul cosinus (COS) et Calcul tangente (TAN) évaluent
la fonction trigonométrique de la valeur d’angle IN et placent le résultat dans OUT. La valeur
de l’angle d’entrée doit être exprimée en radians.
SIN (IN) = OUT / COS (IN) = OUT / TAN (IN) = OUT
Pour convertir un angle de degrés en radians : multipliez l’angle en degrés par 1.745329E-2
(approximativement par /180) à l’aide de l’opération MUL_R (*R).
Calcul logarithme naturel et Calcul exponentielle
L’opération Calcul logarithme naturel (LN) calcule le logarithme naturel de la valeur
contenue dans IN et place le résultat dans OUT.
L’opération Calcul exponentielle (EXP) calcule l’exponentielle de e élevé à la puissance de la
valeur contenue dans IN et place le résultat dans OUT.
LN (IN) = OUT / EXP (IN)= OUT
Pour obtenir le logarithme en base 10 à partir du logarithme naturel : Divisez le logarithme
naturel par 2,302585 (environ le logarithme naturel de 10).
Pour élever tout nombre réel à la puissance d un autre nombre réel, exposants fractionnaires
compris : Combinez l’opération Calcul exponentielle avec l’opération Calcul logarithme
naturel. Par exemple, pour élever X à la puissance Y, entrez l’opération suivante : EXP (Y *
LN (X)).
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Support de cours
Racine carrée
L’opération Racine carrée (SQRT) extrait la racine carrée d’un nombre réel de 32 bits (IN) et
fournit un résultat réel OUT.
SQRT (IN) = OUT
Pour obtenir d’autres racines : 5 au cube = 5^3 = EXP(3*LN(5)) = 125
La racine cubique de 125 = 125^(1/3) = EXP((1/3)*LN(125))= 5
La racine carrée de 5 au cube = 5^(3/2) = EXP(3/2*LN(5)) = 11.18034
Bits SM et ENO pour les opérations numériques
Pour toutes les opérations décrites sur cette page, le mémento SM1.1 signale des
débordements et des valeurs illicites. Si SM1.1 est à 1, l’état de SM1.0 et SM1.2 n’est pas
valable et les opérandes d’entrée d’origine ne sont pas modifiés. Si SM1.1 est à 0, l’opération
arithmétique s’est achevée avec un résultat correct et l’état des bits SM1.0 et SM1.2 est
valable.
Opérations d’incrémentation et de décrémentation
Incrémenter
IN + 1 = OUT / OUT + 1 = OUT
Décrémenter
IN - 1 = OUT / OUT - 1 = OUT
L’opération Incrémenter ajoute 1 à l’entrée IN et l’opération Décrémenter en retire 1 ; elles
placent toutes deux le résultat dans la variable OUT.
Les opérations Incrémenter octet (INCB) et Décrémenter octet (DECB) ne sont pas signées.
Les opérations Incrémenter mot (INCW) et Décrémenter mot (DECW) sont signées.
Les opérations Incrémenter double mot (INCD) et Décrémenter double mot (DECD) sont
signées.
Opérations de comparaison
Comparaison de valeurs numériques
Les opérations de comparaison servent à comparer deux valeurs :
N1 = N2 ; N1 >= N2 ; N1 <= N2
Les opérations de comparaison d’octets ne sont pas signées.
Les opérations de comparaison d’entiers de 16 bits sont signées.
Les opérations de comparaison de doubles mots sont signées.
Les opérations de comparaison de réels sont signées.
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Support de cours
Opérations de conversion
Opérations de conversion standard
Conversions numériques
Les opérations Convertir octet en entier de 16 bits (BTI), Convertir entier de 16 bits en octet
(ITB), Convertir entier de 16 bits en entier de 32 bits (ITD), Convertir entier de 32 bits en
entier de 16 bits (DTI), Convertir entier de 32 bits en réel (DTR), Convertir DCB en entier
(BCDI) et Convertir entier en DCB (IBCD) convertissent une valeur d’entrée IN au format
indiqué et rangent la valeur de sortie dans l’adresse de mémoire OUT. Vous pouvez, par
exemple, convertir un entier de 32 bits en un nombre réel. Vous pouvez également effectuer
des conversions entre formats entier et décimal codé binaire (DCB).
Fonctionnement des opérations Convertir DCB en entier et Convertir entier en DCB
L’opération Convertir DCB en entier (BCDI) convertit la valeur
décimale codée binaire IN en une valeur entière et charge le résultat
dans la variable indiquée par OUT. IN doit être un nombre décimal
codé binaire compris entre 0 et 9999.
Fonctionnement de l’opération Convertir entier de 32 bits en réel
L’opération Convertir entier de 32 bits en réel (DTR) convertit un entier de 32 bits signé IN
en nombre réel de 32 bits et place le résultat dans la variable indiquée par OUT.
Fonctionnement de l’opération Convertir entier de 32 bits en entier de 16 bits
L’opération Convertir entier de 32 bits en entier de 16 bit (DTI) convertit l’entier de 32 bits
IN en un nombre entier de 16 bits et place le résultat dans la variable indiquée par OUT.
Fonctionnement de l’opération Convertir entier de 16 bits en entier de 32 bits
L’opération Convertir entier de 16 bits en entier de 32 bits (ITD) convertit l’entier de 16 bits
IN en un nombre entier de 32 bits et place le résultat dans la variable indiquée par OUT. Il y a
extension du signe.
Fonctionnement de l’opération Convertir octet en entier de 16 bits
L’opération Convertir octet en entier de 16 bits (BTI) convertit la valeur d’octet IN en un
nombre entier de 16 bits et place le résultat dans la variable indiquée par OUT.
L’octet n’étant pas signé, il n’y a pas d’extension de signe.
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Fonctionnement de l’opération Convertir entier de 16 bits en octet
L’opération Convertir entier de 16 bits en octet (ITB) convertit une valeur de mot IN en
valeur d’octet et place le résultat dans la variable indiquée par OUT. Les valeurs 0 à 255 sont
converties Toutes les autres valeurs entraînent un débordement et la sortie n’est pas
influencée.
.
.
.
Walid CHEBBI
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