n 10-p1/11 A la fin du cours, vous devrez être capable de : Analyser de façon exhaustive les procédures de marches et d'arrêts d'un système en s'appuyant sur le Guide d'étude des Modes de Marches et d'arrêt développé par l'adepa (Agence nationale pour le Développement de la Production Automatisée). 1 MISE EN SITUATION Dans l'installation étudiée concernant le traitement de surface, nous nous sommes exclusivement attachés au cycle automatique. Cycle de fonctionnement : S1 S2 S3 S4 S5 S6 Départ du cycle (dcy) Chargement Décapage 20 S Rinçage 30 S Étamage 3 min Rinçage 20 S Déchargement Retour du chariot 'r' En réalité, il est nécessaire de prendre en compte le comportement du système au regard des sécurités ou défaillances et d'une façon plus générale, d'étudier comment arrêter le système puis comment le redémarrer. Par ailleurs, suite à un arrêt dans une situation donnée, il est nécessaire de remettre en position initiale le système pour accéder au grafcet de production normale (GPN). Cette étude peut se réaliser à l'aide d'un guide appelé GEMMA qui permet d'élaborer une hiérarchisation de grafcets : grafcet de sécurité validant le fonctionnement d'un grafcet des modes de marches ou grafcet de conduite faisant lui-même appel à un ou plusieurs grafcets de production. Dans le cas du traitement de surface ces différents fonctionnements peuvent être décrits de la manière suivante : Marche de production cycle par cycle : "Arrêt dans état initial" Chariot à gauche en S1 et panier en bas en S8, correspondant à l'étape initiale du grafcet de production normale Fin du cycle (X7.S8) A1 Fonctionnement : Si le système est en conditions initiales, une action sur le BP "dcy" provoque l'exécution d'un cycle. En fin de cycle, retour à l'état initial en attente d'un nouvel ordre "dcy". F1 Ordre de départ du cycle (BP dcy) en mode auto "Production normale" Fonctionnement décrit par le grafcet de production normale (GPN)
n 10-p2/11 Marche de vérification dans le désordre et Mise P.O. dans état initial : Pour des raisons de réglage (positions du chariot par rapport aux bacs, chronométrage des temps pour chaque bain etc ) il peut être nécessaire de commander les actionneurs en mode manuel. Un ordre d'initialisation (BP "init") peut ensuite remettre automatiquement le système en position initiale. Ordre d'initialisation A6 "Mise P.O. dans état initial" Retour automatique de la P.O. en position initiale C.I. : Chariot en S1 et Panier en S8 A1 "Arrêt dans état initial" Chariot à gauche en S1 et panier en bas en S8, correspondant à l'étape initiale du grafcet de production normale Remarques : Des unités (ou auxiliaires) de commande et de signalisation seront à rajouter sur le pupitre de commande (commutateur "manu/auto", BP "Mo", "De", "Dr", "Ga" et "Init", voyant "C.I."). Un grafcet des modes de marches (GMM) ou grafcet de conduite (GC) peut être construit à partir de ces instructions complété par un grafcet d'initialisation (GI). Marche de préparation : Dans notre application, le traitement de surface se fait en immergeant les pièces à traiter dans des bains. Pour optimiser l'action chimique il est nécessaire de porter à bonne température la solution chimique. Cette procédure est décrite dans un rectangle état F2 intitulé "marche de préparation". Ainsi la marche de production s'établit alors de la façon suivante : "Arrêt dans état initial" Chariot à gauche en S1 et panier en bas en S8, correspondant à l'étape initiale du grafcet de production normale A1 Fin du cycle (X7.S8) Manu F2 "Production normale" Fonctionnement décrit F1 par le grafcet de production normale (GPN) Remarques : La marche de préparation peut être dirigée à partir du grafcet de conduite grâce à une étape validant le GPN et commandant la mise en fonctionnement des régulateurs de chauffage des bains. On peut alors inclure dans la transition validant le cycle de production normal la condition initiale complémentaire "température décapage atteinte" ( d) et "température étamage atteinte" ( e). F4 Ordre de départ du cycle (BP dcy) en mode auto "Marche de vérification dans le désordre" Commande séparées des mouvements par action sur des commandes manuelles : BPMo/BPDe, BPDr/BPGa "Marche de préparation" Préchauffage des bains de décapage et d'étamage. Températures atteintes
n 10-p3/11 Un voyant pourra indiquer que les bains sont en chauffe. Marche de clôture : Il peut s'agir par exemple de changer les produits au bout d'un certain nombre de pièces traitées "N". Un comptage peut alors être effectué dans le grafcet de production normale (Remis A Zéro après l'opération de nettoyage et de régénération des produits). A1 Fin de la régénération des produits et du nettoyage des cuves F3 "Marche de clôture" Régénération des produits et nettoyage des cuves. Fin du cycle (X7.S8) et compteur < "N" Fin du cycle et Compteur de cycle "N" atteint Arrêt en vue d'assurer la sécurité des biens et des personnes (arrêt d'urgence). L'arrêt d'urgence doit permettre d'assurer la sécurité de l'utilisateur et des tiers et d'assurer la sécurité matérielle en cas d'incident de production (par exemple un mauvais positionnement d'une pièce dans le panier) ou en cas d'incident sur la machine (défaillance mécanique d'un organe). La commande d'arrêt d'urgence peut provenir d'une intervention humaine ou de la détection d'une anomalie de fonctionnement (sur-courses, source d'énergie non-conforme etc ) En ce qui concerne l'installation de traitement de surface nous prévoirons 2 boutons d'arrêt d'urgence "AU1" et "AU2" situés à chaque extrémité de la machine. Par ailleurs 2 sur-courses "fcdr" et "fcga" assureront la sécurité dans le déplacement du chariot au delà des capteurs S1 ou S6. L'effet se traduit dans la plupart des cas par une immobilisation de la machine (utilisation de freins, de bloqueurs : distributeurs 2/2 etc ) mais dans certains cas cela peut être le dégagement d'une zone d'accès. D'une façon générale l'arrêt d'urgence est associé à la mise hors énergie de la P.O. Dans l'étude du traitement de surface les moteurs Montée-Descente et Droite-Gauche seront donc équipés d'un frein à manque de courant. Un acquittement de la part de l'opérateur est obligatoire afin qu'il prenne conscience des risques liés à la mise en énergie. "Préparation pour remise en route après défaillance" Mise en énergie de la P.O. Sélection du mode manu Déverrouillage des arrêts d'urgence et acquittement du défaut A5 F1 "Arrêt d'urgence" Arrêt des mouvements D1 Depuis tous états (translation+élévation panier) Arrêts d'urgence (AU1 ou AU2) Mise hors énergie de la P.O. ou sur-courses (fcdr ou fcga) F4 F1
n 10-p4/11 Remarque : L'arrêt d'urgence est un ordre prioritaire qui doit faire évoluer le système quelle que soit la situation dans laquelle il se trouve. L'arrêt d'urgence est donc traité dans un grafcet de sécurité hiérarchiquement supérieur au grafcet de conduite lui-même hiérarchiquement supérieur au grafcet de production. Diagnostic et Production tout de même : Le système peut selon la demande du client réaliser une aide au diagnostic en affichant la nature du défaut et peut réagir selon un cycle particulier différent du cycle de production normale. Par exemple le temps de traitement du décapage ou de l'étamage pourra être augmenté si la température des bains devient trop basse. A1 Fin du traitement et retour en position initiale (X7.S8) F1 "Production tout de même" Augmenter les temps de traitements dans les bains de décapage ou de d'étamage. D3 Températures trop basse ( d ou e) Évolution de la partie commande hors énergie à la partie commande en énergie : P.C. hors énergie PZ Mise hors énergie de la P.C. Ouverture du sectionneur P.C. en énergie Mise en énergie de la P.C. Fermeture du sectionneur A5 "Préparation pour remise en route après défaillance" Mise en énergie de la P.O. Explication : La fermeture du sectionneur entraîne l'alimentation du circuit de commande, celle de l'automate et de ses entrées T.O.R. En RUN, l'automate déroule son programme et initialises les grafcets.
n 10-p5/11 PC Hors Énergie PZ 2 SYNTHÈSE Mise hors énergie de la P.C. Ouverture du sectionneur Mise en énergie de la P.C. Fermeture du sectionneur A6 <Mise P.O. dans état initial> Retour auto en position initiale A7 <Mise P.O. dans état déterminé> A5 <Préparation pour remise en route après défaillance> Mise en Énergie de la P.O. A Procédures d Arrêt C.I. Mode Manu X7.S8 A1 <Arrêt dans état initial> Machine en C.I. A4 <Arrêt obtenu> A2 <Arrêt demandé en fin de cycle> A3 <Arrêt demandé dans un état déterminé> Init Manu Fin cycle clôture Auto.dcy PRODUCTION X7.S8.cpt<N F Procédures de fonctionnement F2 <Marche de préparation> Préchauff age des bains F1<Production normale> F3 <Marche clôture> Grafcet de Production Normale (GPN) de Régénérat ion des produits et nettoyage cuve d. e X7.S8.cpt=N F4 <Marche de vérification dans le désordre> Commande séparée des Mvt par B.P. F5 <Marche de vérification dans l'ordre> AU1. AU2. acquit D2 <Diagnostic et/ou traitement de défaillance> D3 <Production tout de même> Augmenter les temps de traitement bains de décapage et d'étamage d + e Cycle par cycle F6 <Marches de test> PRODUCTION PRODUCTION PC Hors Énergie D1 <Arrêt d'urgence> Arrêt des mouvements de translation et d'élévation, Mise hors énergie de la P.O. D Procédures en Défaillance de la Partie Opérative (PO) AU1 + AU2 Depuis tous états Fonctionnement normal F Procédures de fonctionnement ulx-en-velin Essais et vérifications
n 10-p6/11 3 TRADUCTION DU GEMMA EN GRAFCETS HIÉRARCHISÉS Le tableau suivant peut résumer comment organiser de manière hiérarchisée le système de traitement de surface étudié. Niveau sécurité - Mettre la P.O. sous/ hors tension (D1) - conduite - Autoriser la procédure de remise en route après défaillance (A5) Niveau conduite marche de préparation (F2) marche en production normale (F1) Fonctionnements autorisés marche de clôture (F3) marche en production tout de même (D3) marche de vérification dans le désordre (F4) marche de mise en état initial de la P.O. (A6) Niveau commande Préchauffage des bains Cycle de traitement de surface normal (GPN) Actions autorisées Régénérer les produits et nettoyer les cuves (GR) Temps de traitement des bains de décapage ou d'étamage majorés Commandes manuelles des actionneurs Remettre en position initiale la P.O. (GRPI) 3.1 Grafcet de sécurité (GS) 10 F/GC : (init) F/GPN : (init) F/GR : (init) F/GRPI : (init) Acquittement Mise sous tension de la P.O.. AU1. AU2 11 Mettre P.O. sous tension P.O. sous tension 12 Autoriser évolution Grafcet de conduite Ordre d'initialisation des grafcets (désactivation de toutes les étapes et forçage de l'étape initiale). A.U.1 + A.U.2 + mise hors tension P.O. 13 P.O. hors tension mise hors tension P.O. ulx-en-velin
n 10-p7/11 3.2 Grafcet de conduite (GC) 20 X12. auto. dcy 21 Préchauffage des bains X12. manu 25 Autoriser les commandes manuelles Températures atteintes 22 Autoriser évolution GPN auto manu. Init. 26 Autoriser évolution GRPI X7. S8. cpt<n X7. S8. cpt=n X5. ( d + e) C.I. 23 Autoriser évolution GR 24 Majorer temps décapage + étamage Régénération terminée X7. S8 ulx-en-velin
n 10-p8/11 3.3 Grafcet de Production Normale GPN 0 X22. S8. S1. dcy 1 Monter le panier S7./S6 Déplacer à Droite 2 /S2./S3./S4./S5 3 S2 + S3 + S4 + S5 + S6 4 Déplacer à Droite Descendre le panier S7.S6 6 S1 7 S8 Déplacer à Gauche Descendre le panier 5 S8 S2./X24+S5 S3 S4./X24 S2.X24 T 1 = 20s T 2 = 30s T 3 = 3min T 4 = 40s S4.X24 T 5 = 5min t1 + t2 + t3 + t4 + t5 + (S6.r) 3.4 Travail à réaliser Rechercher les grafcets de "régénération des produits de décapage et d'étamage" (GR) et de remise en position initiale (GRPI)
n 10-p9/11 4 DOCUMENT RESSOURCE SUR LE GEMMA 4.1 CONCEPT DE BASE La démarche proposée comporte deux temps : le recensement des différents modes envisagés et la mise en évidence des enchaînements qui les relient ; la détermination des conditions de passage d un mode à l autre. A SYSTÈME EN ORDRE DE MARCHE Le guide graphique G.E.M.M.A., est constitué de deux zones : une zone correspondant à l état «hors énergie» de la Partie Commande (PC) : elle ne figure que par principe ; une zone permettant de décrire ce qui se passe lorsque la PC fonctionne «sous énergie» : c est la zone qui couvre la quasi-totalité du guide graphique. On peut franchir la frontière dans l autre sens par coupure d énergie sur la PC. B MARCHE EN PRODUCTION On dira 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. La zone de production se situe dans la zone PC sous énergie. C FAMILLES DE MODES DE MARCHES ET D ARRÊTS On peut classer les modes de marches et d arrêts d un système automatisé en trois grandes familles. Famille F (PROCÉDURES DE FONCTIONNEMENT) : États du système automatisé qui sont indispensables à l'obtention de la valeur ajoutée. Famille A (PROCÉDURES D'ARRÊT) : États du système automatisé qui traduisent un arrêt pour des raisons extérieures au système. Famille D (PROCÉDURES DE DÉFAILLANCE) : États du système automatisé qui traduisent un arrêt pour des raisons intérieures au système, autrement dit à cause de défaillances de la PO. 4.2 DÉFINITIONS DES ÉTATS A ÉTATS DE MARCHE : FAMILLE F F1 : <PRODUCTION NORMALE> 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 renforcé. On peut souvent faire correspondre à cet état un GRAFCET de Production Normale (GPN). 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 F3 : <MARCHE DE CLÔTURE> C'est l'état nécessaire pour certaines machines devant être vidées ou nettoyées en fin de journée ou en fin de série. 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.
n 10-p10/11 F5 : <MARCHE DE VÉRIFICATION DANS L'ORDRE> Dans cet état, le cycle de fonctionnement peut être exploré au rythme voulu par la personne effectuant la vérification, la machine pouvant produire ou ne pas produire. F6 : <MARCHE DE TEST> Les machines de contrôle, de tri, comportent des capteurs qui doivent être réglés ou étalonner périodiquement : cet état permet de régler ou d'étalonner. B - ÉTATS ARRÊTS : FAMILLE A A1 : <ARRÊT DANS ÉTAT INITIAL> C'est l'état repos de la machine. Il correspond en général à la situation initiale du GRAFCET : c'est pourquoi, comme une étape initiale, ce rectangle état est entouré d'un double cadre. Pour une étude plus facile de l'automatisme, il recommandé de représenté la machine dans cet état initial. 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 un état transitoire vers A1. A3 : <ARRÊT DEMANDÉ DANS ÉTAT DETERMINÉ> La machine continue de produire jusqu'à un arrêt en une position autre que la fin du cycle : c'est un état transitoire vers A4. A4 : <ARRÊT OBTENU> La machine est alors arrêtée en une autre position que la fin de cycle. A5 : <PRÉPARATION POUR REMISE EN ROUTE APRÈS DÉFAILLANCE> C'est dans cet état que l'on procède à toutes les opérations (dégagement, nettoyages ) nécessaires à une remise en route après défaillance. A6 : <MISE PO DANS ÉTAT INITIAL> La machine étant en A6, on remet manuellement ou automatiquement la PO en position pour un redémarrage dans un état initial. A7 : <MISE PO DANS ÉTAT DÉTERMINÉ> La machine étant en A7, on remet la PO en position pour un redémarrage dans une position autre que l'état initial. C ÉTATS DE DÉFAILLANCE : FAMILLE D 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. 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. D3 : <PRODUCTION TOUT DE MÊME> Il est parfois nécessaire de continuer la production même après défaillance de la machine : on aura alors une production dégradée, ou une production forcée, ou une production aidée par des opérateurs non prévues en <PRODUCTION NORMALE>.
n 10-p11/11 4.3 MÉTHODE D UTILISATION DU G.E.M.M.A. Avec le GEMMA l étude des modes de marches et d arrêts est prévue dès la conception et intégrée dans la réalisation. Après établissement du GRAFCET opérationnel de base, on met en œuvre le guide graphique GEMMA pour la sélection des modes de marches et d arrêts. A SÉLECTION DES MODES DE MARCHES ET D ARRÊTS Envisager tous les «rectangles-états» Avec ses «rectangles-états», le guide graphique constitue une «check list» (liste de vérification) des différents types de modes de marches et d arrêts nécessaires en automatisation industrielle courante. Si le mode proposé est retenu, il sera précisé en langage littéral de fonctionnement de la machine, dans le «rectangle-état» ; au besoin, plusieurs variantes de ce mode peuvent être distinguées ; Si le mode proposé n est pas nécessaire pour la machine, une croix est portée dans le «rectangle état», pour bien signifier qu il n est pas retenu. Rechercher les évolutions d un état à l autre Deux états essentiels, définis dés le début de l étude, se retrouvent sur toutes les machines : - l état A1, dit <état initial>, ou «état repos» de la machine, - l état F1, mode de <production normale>, pour lequel la machine a été conçue. En partant de chacun des deux états essentiels, A1 et F1, on recherche les évolutions vers les autres états : - on commence par démarrer la machine, c est-à-dire par passer de A1 à F1, en se posant la question suivante : une <marche de préparation> F2 est-elle nécessaire? - on arrête ensuite la machine, au choix : en fin de cycle circuit F1 A2 A1 dans une autre position circuit F1 A3 A4 - on examine enfin les cas de défaillance, avec <Arrêt d urgence> D1 avec <Production tout de même> F1 D3 etc. B CONDITIONS D ÉVOLUTION On peut passer d un état à l autre de deux manières. Avec condition d évolution La condition d évolution est portée sur la liaison orientée entre états ; la condition peut être liée à l action sur un bouton du pupitre de commande ou à l action d un capteur situé sur la machine. Sans condition explicite Dans certaines évolutions entre états, l écriture d une condition n apporterait aucune information utile : c est le cas lorsque celle-ci est évidente, (par exemple pour le passage de A5 à A6).