SYSTEMES AUTOMATISES

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1 SYSTEMES AUTOMATISES 1- Introduction : D une façon tout à fait générale, un systèe autoatisé est constitué de 2 parties fondaentales qui coopèrent : - d une part la partie opérative ou partie puissance - d autre part la partie coande Partie Coande Ordres de coande Coptes Rendus Partie Opérative La partie opérative effectue des opérations perettant d assurer la production lorsque l ordre lui en est donné par la partie coande. Grâce aux coptes rendus fournis par la partie opérative, la partie coande est tenue inforée de l état d avanceent des opérations effectuées. Outre ce dialogue par ordre et coptes rendus avec la partie opérative, la partie coande échange des inforations avec l extérieur du systèe. D où la nécessité d une troisièe partie perettant la counication hoe achine, c est la partie dialogue. L'enchaîneent chronologique des activités qui confèrent à la atière d'œuvre sa valeur ajoutée est appelé processus. Le processus est donc un enseble de tâches qui perettent de réaliser la fonction globale du systèe autoatisé. visualisation ordres Partie dialogue Partie coande Partie opérative consignes coptes rendus M Salette- Lycée Brizeux- Quiper Peret la counication entre l hoe et la achine pour -La gestion de production -Le suivi de production -L aide à la aintenance Elaborer les ordres par traiteent des inforations issues des coptes rendus de la achine et des deandes de l opérateur, et ceci en fonction du cycle à réaliser REPRÉSENTATION GRAPHIQUE D'UN PROCESSUS : Un processus peut-être représenté sous des fores différentes: Un chronograe Un algorigrae Un GRAFCET Les diagraes SYSML : diagraes d état et diagrae de séquences Exécuter sur ordres les opérations nécessaires pour obtenir la production voulue : C60_systees autoatises.doc- Page 1 sur 12

2 2- Chronograe REPRESENTATION TEMPORELLE D EVENEMENTS : Pour ettre en évidence de façon siple la durée des événeents qui apparaissent au cours du fonctionneent d un systèe autoatisé ou pour faciliter la copréhension des schéas et logigraes et l analyse des actions se succédant dans un ordre déteriné, on fait appel à un outil graphique appelé diagrae séquence-teps. D une façon générale, ce diagrae ontre les relations entre : Différentes actions ; Des actions et le teps ; Des actions et des grandeurs physiques ; Les états de plusieurs éléents. On distingue plusieurs types de diagraes-séquence teps. Le plus utilisé est le chronograe Un chronograe est une représentation graphique qui peret de visualiser en fonction du teps toutes les cobinaisons d états logiques des entrées avec l état correspondant de la sortie. Un chronograe se construit : En abscisse avec une échelle des teps ; En ordonnée avec des états logiques des variables binaires ou des différentes actions. Exeple avec une bascule JK Pour J = K = 0, le signal d'horloge est sans effet, il y a conservation du dernier état logique pris par Q et non Q : il n'y a jaais de basculeent. Pour J = K = 1, le systèe bascule à chaque front d'horloge (ontant ou descendant selon les odèles). Pour J différent de K, la sortie Q recopie l'entrée J et la sortie non Q recopie l'entrée K à chaque front d'horloge. On utilise cette bascule pour faire des copteurs. SYMBOLES ET REGLES D ECRITURE Ligne de rappel : en traits fins, peret de préciser la synchronisation entre 2 variables Echelle des teps : l échelle de teps est facultative, la valeur nuérique du teps peut figurer entre 2 lignes de rappel pour préciser la durée d un phénoène. Note : 2 phénoènes de durées très différentes peuvent être représentés avec la êe diension graphique : C60_systees autoatises.doc- Page 2 sur 12

3 3- Algorigrae Un organigrae de prograation (appelé aussi algorigrae, logigrae) est une représentation graphique noralisée de l'enchaîneent des opérations et des décisions effectuées par un prograe d'ordinateur. Nore ISO Une nore ISO a été développée, elle porte le nuéro ISO Elle décrit en détail les différents syboles à utiliser pour représenter un prograe inforatique de anière noralisée. Syboles L'organigrae utilise des syboles noralisés représentés ci-dessous : Syboles noralisés Coentaires: Les tests ou brancheents conditionnels : la pointe vers le haut est l'entrée du test, la pointe avec le rond est le résultat du test lorsqu'il est faux, la pointe vers le bas est le résultat du test lorsqu'il est vrai. Mise à disposition d'une inforation à traiter ou enregistreent d'une inforation traitée. Appel de sous prograe. Sens conventionnel des liaisons : Le sens général des lignes doit être de haut en bas ou/et de gauche à droite. Lorsque le sens ainsi défini n'est pas respecté, il est nécessaire de flécher. Les différentes structures de l'organigrae Séquence linéaire Séquence alternative "si alors sinon" Séquence répétitive "tant que faire " Séquence répétitive "répéter jusqu'à " Début -"Traiteent 1" -"Traiteent 2" Fin Si "condition" -alors "Traiteent 1" -sinon "Traiteent 2" Fin si Tant que "condition" - faire "traiteent" Fin tant que Répéter "traiteent" jusqu'à "condition" : C60_systees autoatises.doc- Page 3 sur 12

4 4- Grafcet 4-1 Structure générale Etape initiale : généraleent associée à une attente ou à une ise en référence de la partie opérative Réceptivité : cobinaison d inforations reçues par la partie coande et fournies par les capteurs du systèe (équation Booléenne a base de «ou», de «et» et de «non») Actions : ordres envoyés par la partie coande aux actionneurs de la partie opérative Transition 0 1 dcy. Etape initiale Receptivité ACTION Divergence en OU Exeple : distributeur de café ou de chocolat Le grafcet évolue en passant dans l une OU l autre des branches. Pour éviter les problèes d interprétation et de fonctionneent il ne faut pas que le grafcet puisse évoluer dans les deux branches en êe teps. Aussi, les réceptivités r1 et r2 doivent être exclusives. Il faut veiller à placer les réceptivités après et avant le signe de divergence r2 choix café et gobelet présent dosage café teriné distribuer café 50 onnaie > 2,5 francs destocker gobelet vide r1 choix chocolat et gobelet présent distribuer chocolat dosage chocolat teriné distribuer eau chaude dose eau chaude atteinte Saut d étapes Exeple : poinçonneuse Le saut d étapes peret de sauter une ou plusieurs étapes lorsque les actions associées à ces étapes deviennent inutiles. Dans l exeple, il est inutile de descendre et de reonter le poinçon si la pièce à poinçonner est absente. Notons que c est un cas particulier de la divergence en OU. Il faut veiller à placer correcteent les raccords en vérifiant l alternance étape/transition pas de pièce. arche Aener une pièce présence pièce. arche poinçon en bas poinçon en haut Descendre poinçon Reonter poinçon Reprise de séquence pièce dégagée Degager la pièce Exeple : poinçonneuse La reprise de séquence peret, au contraire, de recoencer plusieurs fois la êe séquence tant qu une condition fixée n est pas obtenue. Dans l exeple, l opération de poinçonnage est renouvelée tant que la pièce n est pas correcteent poinçonnée. Notons que c est un cas particulier de la divergence en OU. Il faut veiller à placer correcteent les raccords en vérifiant l alternance étape/transition pièce non poinçonnée. poincon en haut Aener une pièce présence pièce. arche poinçon en bas Descendre poinçon Reonter poinçon poinçon en haut. pièce poinçonnée Degager la pièce : C60_systees autoatises.doc- Page 4 sur 12

5 Divergence en ET Exeple : distributeur de café sucré Le grafcet évolue en passant dans les deux branches en êe teps. Les étapes 50 et 60, associées à aucune action, sont des étapes dites de resynchronisation. Elles perettent d attendre que les opérations soient terinées dans toutes les branches avant de poursuivre l évolution. Contraireent à la divergence en OU, Il faut veiller à placer les réceptivités avant et après le signe de divergence. onnaie > 2,5 francs gobelet présent distribuer café destocker gobelet vide dosage café teriné dosage sucre teriné distribuer sucre Rearque générale : Dans l écriture d un grafcet Il faut 70 distribuer eau chaude toujours respecter l alternance étape-transition-étapetransition C est à vérifier systéatiqueent, dose eau chaude atteinte notaent dans les divergences en OU où les transitions sont après la divergence et les divergences en ET où la transition est avant cette divergence RAPPEL DES 5 REGLES DU GRAFCET La lecture d un grafcet est régie par 5 règles à connaître absoluent : Règle 1 : «Les étapes initiales sont activées sans condition lors de la ise en service du systèe». Elles sont repérées par un double carré. Règle 2 : «Une transition est validée lorsque toutes les étapes précédant cette transition sont actives. Une transition validée est franchie si la réceptivité associée à cette transition est vraie». Les étapes actives sont représentées par un point. =1 Transition non validée Transition non validée Transition validée Règle 3 : «Le franchisseent d une transition entraîne siultanéent l activation de toutes les étapes iédiateent suivantes et la désactivation de toutes les étapes iédiateent précédentes» X X Transition validée =0 Transition non franchie Transition validée =1 Transition franchie Etat instantané Transition franchie Activation étape Désactivation étapes et X Règle 4 : «Plusieurs transitions siultanéent franchissables sont siultanéent franchies» Règle 5 : «Si au cours du fonctionneent la êe étape est siultanéent activée et désactivée elle reste active». Il y a priorité à l activation. t : C60_systees autoatises.doc- Page 5 sur 12

6 4-3 - NOTION DE SITUATION On appelle situation l enseble des étapes d un grafcet qui sont actives à un oent donné. Elle est notée {nuéros des étapes actives séparés par une virgule}. Elles apparaissent dans le graphe des situations qui représente l enchaîneent des différentes situations atteintes par le grafcet en fonction des réceptivités. {} onnaie > 2,5 francs onnaie > 2,5 francs gobelet présent destocker gobelet vide dosage café teriné {} {,} gobelet présent dosage sucre teriné distribuer café distribuer sucre {50,} {,60} dosage café teriné dosage sucre teriné dosage sucre teriné dosage café teriné {50,60} 70 =1 distribuer eau chaude dose eau chaude atteinte {70} dose eau chaude atteinte Rearque : la situation {50,60} est une situation qui disparaît quasi instantanéent, elle est dite instable ou fugace LES DIFFERENTS TYPE D ENTREES La réceptivité associée à une transition est une condition logique vraie (=1) ou fausse (=0). C est une cobinaison, expression Booléenne, d inforations binaires qui peuvent prendre plusieurs fores : présence pièce : variable pureent binaire [T > 0 ] : entrée à niveau, fabrication d une variable binaire à partir d un test sur un réel. [nobre de pièce = ] : état d un copteur, fabrication d une variable binaire à partir d un test sur un naturel. X1 : variable binaire interne représentant l activité de l étape 1 du grafcet. X1 vaut 1 si l étape 1 est active. : le front ontant du bouton arche peret de détecter le oent ou la variable passe de 0 à 1. Ceci exprie la volonté de prendre en copte le changeent d état du bouton arche uniqueent lorsque la transition à laquelle cette réceptivité est associée est validée. t 1 /a/t 2 : cette variable, appelée teporisation, est vraie après un teps t 1 copté à partir de l occurrence du front ontant de la variable binaire a et redevient fausse après un teps t 2 copté à partir de l occurrence du front descendant de cette variable a. Lorsque le teps t 2 est nul ou sans iportance on abrège la notation : t 1 /a Les teps sont coplétés par leur unité soit, par exeple : 7s/X/3s 4-5- REPRESENTATION NORMALISEE DES ACTIONS Les actions associées à une étape sont inscrites dans un rectangle. Elles concernent les coandes d actionneurs écaniques ou électrique (vérins, oteurs...) ou la coande de fonctions auxiliaires (coptage, affectation de valeurs à des éoires internes...). : C60_systees autoatises.doc- Page 6 sur 12 a t 1 /a/t 2 t 1 t 2 présence pièce. [T > 0 ] + X1 [nbre de pièce = ]

7 4-5-1 Action conditionnelle Une action norale est exécutée seuleent si l étape à laquelle elle est associée est active. L action conditionnelle sera réalisée si, en plus, la condition logique qui est précisée en haut du cadre de l action est vraie. La condition est une équation booléene au êe titre qu une réceptivité. L action déarre lorsque l étape est active ET la condition réalisée, elle s arrête si l étape est désactivée OU si la condition n est plus vérifiée e e f condition Action A X f condition Action A Action retardée ou liitée Les actions retardées ou liitées sont des cas particuliers d actions conditionnelles où le teps intervient coe condition logique. La variable de teporisation est l activité X de l étape en cours. Pour une action A retardée débutant 3 secondes après l activation de l étape : X 3s/X f f Action A 3s/X 3s Action A Pour une action B liitée durant 7 secondes à partir de l activation de l étape : X e 7s/X Action B f f 7s/X 7s 7s/X Action B Action éorisée éoriser des actions qui se répètent dans des étapes consécutives A :=1 signifie que l on rend l action A effective. Elle le restera quelque soit l évolution du grafcet jusqu'à ce qu une autre étape stoppe cette action A par A :=0. La flèche verticale ontante indique que cette éorisation sera effectuée dès l activation de l étape. La flèche verticale descendante indique que cette éorisation sera effectuée dès la désactivation de l étape. : C60_systees autoatises.doc- Page 7 sur 12

8 ACTION A A :=1 ACTION A ACTION A A :=0 gérer des variables internes telles que des copteurs 4 NA :=0 Mise à zéro (ou autre valeur) d un copteur interne NA 4 NA :=NA+1 Incréentation (ou décréentation) d un copteur NA: Coentaires Pour aéliorer la lisibilité des grafcets on peut y inclure des coentaires. Ils sont distingués des actions par des guilleets 4 «lanceent d une tache» 4-6- HIERARHIE DES GRAFCETS : coordination des taches : On peut décoposer le grafcet global en une ultitude de grafcets éléentaires siples. Chaque grafcet éléentaire est repéré par un no coençant généraleent par la lettre G. Le problèe est alors d organiser le fonctionneent et la counication entres ces grafcet. Exeple : dans un systèe de replissage de bouteille d eau on distingue deux taches : T1, replissage de la bouteille et T2, bouchage de la bouteille. GRAFCET COORDINATION TACHES GRAFCET T1 GRAFCET T2 départ cycle 0 X 0 X destocker une bouteille 1 bloquer bouteille 2 bloquer bouteille bouteille destockée bouteille bloquée bouteille bloquée «tache de replissage» 1 ouvrir vanne eau 2 visser couchon X150 t/x1/2sec bouchon vissé «tache de bouchage» 1 ferer vanne eau 2 débloquer bouteille X2 vanne ferée bouteille débloquée 1 debloquer bouteille 2 bouteille débloquée X 150 X : C60_systees autoatises.doc- Page 8 sur 12

9 5- Diagraes SYSML Les diagraes SysML peuvent replacer la plupart des outils de description utilisés auparavant (Grafcet, Fast,SADT, etc). Pari les neuf types de diagraes, 6 sont à connaître : diagrae des exigences (requireent diagra) diagrae des cas d utilisation (use case diagra) diagrae de séquence (sequence diagra) diagrae d état (state diagra) diagrae de définition de blocs (definition block diagra) A diagrae de blocs internes (internal block diagra) B Association : relation d égal à égal entre deux éléents : A utilise B Est utilisé dans 2 diagraes : cas d utilisation, définition de blocs Dépendance : 2 ites distincts ais dont l un dépend de l autre : A dépend de B Est utilisé dans 3 diagraes : exigences, cas d utilisation, définition de blocs Agrégation : un éléent est une coposante facultative de l autre A entre dans la coposition de B sans être indispensable à son fonctionneent Est utilisé dans 2 diagraes : exigences, définition de blocs Coposition : un éléent est une coposante obligatoire de l autre A entre dans la coposition de B et lui est indispensable Est utilisé dans 2 diagraes : exigences, définition de blocs Généralisation : dépendance de type «filiation» entre 2 ites : A est une sorte de B Est utilisé dans 2 diagraes : cas d utilisation, définition de blocs Conteneur : relation d inclusion entre 2 ites : B contient A Est utilisé dans 3 diagraes : exigences, cas d utilisation, définition de blocs 5-1 Diagrae des exigences requireent diagra Identifiant unique Exigence du systèe Texte descriptif Ici décoposition d une exigence en exigences unitaires Exigences unitaires C est un diagrae fonctionnel. Il décrit les exigences du cahier des charges fonctionnel. Une exigence exprie une capacité ou une contrainte à satisfaire par un systèe. Elle peut exprier une fonction que devra réaliser le systèe ou une condition de perforance technique, physique, de sécurité, de fiabilité, d ergonoie, d esthétise Ajout de données quantitatives / précisions : C60_systees autoatises.doc- Page 9 sur 12

10 5-2 Diagrae des cas d utilisation C est un diagrae fonctionnel. Il ontre les interactions fonctionnelles des acteurs et du systèe d étude. Il déliite préciséent le systèe, décrit ce que fera le systèe sans spécifier coent (et non ce que fera l utilisateur). Il exprie les services (use cases) offert par le systèe aux utilisateurs (actors). Acteurs huains Acteurs non huains Les acteurs peuvent être reliés entre eux soit par une flèche bidirectionnelle (chaque acteur agit sur l autre) soit par une flèche unidirectionnelle (un acteur agit sur l autre) Signification des couleurs des acteurs utilisées par les logiciels : En bleu : échange, odifie de la atière En rouge : échange, odifie de l énergie En vert : échange de l inforation Cadre déliitant le systèe et contenant un enseble de séquences d actions. Elles peuvent aussi être liées entre elles 5-3 Diagrae de séquence C est un diagrae dynaique. Il représente les échanges de essages entre les acteurs et le systèe ou entre des parties durant une séquence teporelle d actions appelée scénario. Il peret de représenter la dynaique d un use case (Diagrae des cas d utilisation) ou la collaboration d un enseble d objets internes au systèe. Il ontre la séquence, représentation verticale chronologique, des essages passés entre blocs au sein d une interaction. Nota : Il y a autant de diagraes de séquence que de scénarios possibles. Lignes de vie : Trait pointillé vertical suronté d un rectangle de description Message synchrone. Met en relation les différentes lignes de vie. La flèche possède une tête pleine. Ce sera une flèche ouverte pour un essage asynchrone Note qui précise la fonction Retour Message réflexif : C60_systees autoatises.doc- Page sur 12

11 5-4 Diagrae d état C est un diagrae dynaique. Il ontre les différents états successifs et les transitions possibles des blocs dynaiques. Il représente la succession des états d un systèe ou d un sous-systèe. La dynaique des changeents est entretenue par des événeents. Événeent L événeent est une spécification qui peut déclencher une réaction, peut porter des paraètres qui atérialisent le flot d inforations ou de données reçues. Il peut être accopagné de conditions 5-5 Diagrae de définition de blocs C est un diagrae statique. Il ontre les briques statiques : blocs, coposition, associations Il est utilisé pour décrire l architecture atérielle du systèe. Un bloc est une entité bien déliitée qui encapsule principaleent des attributs (variables d état), des opérations (procédures coporteentales), des contraintes, des ports (échange de flux avec l extérieur) et des parts (sous-blocs internes). Un bloc peut odéliser tout le systèe, un éléent atériel ou logiciel. Diagrae de définition des blocs store autoatique Le bloc Alientation électrique entre dans la coposition du store et lui est indispensable Diagrae de définition des blocs du icrocontrolleur Dans le <<block>>, part signifie l éléent iportant coposant le bloc, et values correspond aux critères de ce êe éléent : C60_systees autoatises.doc- Page 11 sur 12

12 5-6 Diagrae de blocs internes C est un diagrae statique. Il est utilisé pour décrire l architecture atérielle du systèe. Il ontre l organisation interne d un éléent statique coplexe. Il représente les instances des parts d un bloc (objets). L IBD est cadré à l intérieur des frontières du bloc concerné. Les circulations de flux s effectuent grâce aux connecteurs qui relient leurs ports. L IBD d un bloc est défini à partir du BDD correspondant. Un flux entre ou sort d une part via un port. : C60_systees autoatises.doc- Page 12 sur 12