GRAFCET
Le GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande Étapes/Transitions) est le langage graphique normalisé (IEC 60848) pour décrire le comportement séquentiel d'un automatisme. Il est indispensable pour programmer des automates programmables industriels (API) et concevoir des systèmes de commande.
Objectifs
- Identifier et utiliser les éléments constitutifs d'un GRAFCET (étapes, transitions, actions, liaisons)
- Appliquer les règles d'évolution pour déterminer l'état actif d'un GRAFCET à un instant donné
- Construire un GRAFCET pour un système séquentiel donné incluant des séquences, sélections et simultanéités
Éléments constitutifs du GRAFCET
Un GRAFCET est composé d'étapes (rectangles numérotés — représentent un état stable du système), de transitions (traits horizontaux avec réceptivité — condition logique booléenne), de liaisons orientées (flèches reliant étapes et transitions, sens de parcours implicitement descendant sauf flèche montante), et d'actions associées aux étapes (dans un rectangle à droite — décrivent ce que fait le système quand l'étape est active : action continue sans point, action impulsionnelle avec P↑ ou P↓, action conditionnelle [condition]/action). L'étape initiale est représentée par un double rectangle.
Règles d'évolution (franchissement de transition)
Les 5 règles d'évolution du GRAFCET sont normalisées : R1 — L'état initial est défini par les étapes initiales actives à l'initialisation. R2 — Une transition est franchissable si et seulement si toutes les étapes amont sont actives ET sa réceptivité est vraie (=1). R3 — Quand une transition est franchissable, elle est immédiatement franchie. R4 — Le franchissement d'une transition active simultanément toutes les étapes aval et désactive toutes les étapes amont. R5 — Si une étape doit être simultanément activée et désactivée, elle reste active (priorité à l'activation). Ces règles permettent de simuler l'évolution d'un GRAFCET pas à pas.
Structures fondamentales
La séquence unique (structure de base) : les étapes s'enchaînent l'une après l'autre. La sélection de séquences (OU) : après une étape, plusieurs branches alternatives sont possibles, séparées par une barre simple en divergence et réunies par une barre simple en convergence — une seule branche est activée selon la première réceptivité vraie. La simultanéité (ET ou parallélisme) : après une transition, plusieurs étapes sont activées en parallèle, représentée par une double barre en divergence ET et une double barre en convergence ET — toutes les branches doivent être terminées avant de continuer. La reprise de séquence (boucle) permet de modéliser des cycles répétitifs.
GRAFCET de niveaux et programmation API
On distingue le GRAFCET de niveau 1 (point de vue système — décrit le comportement fonctionnel sans détail technologique) et le GRAFCET de niveau 2 (point de vue partie opérative — détaille les actionneurs et capteurs réels avec leur désignation exacte). Un GRAFCET niveau 2 est directement programmable dans un API (Siemens S7, Schneider Modicon) en langage SFC (Sequential Function Chart, IEC 61131-3). Les actions sont traduites en sorties API (Q0.0, %Q0.0), les réceptivités en entrées (I0.1, %I0.1) ou en combinaisons logiques d'entrées.
Relations et formules clés
Franchissable = (toutes étapes amont actives) ET (réceptivité = 1)Une transition ne peut être franchie que si les DEUX conditions sont réunies simultanément. Si plusieurs transitions sont franchissables au même instant, elles sont toutes franchies simultanément (R3). La réceptivité est une expression logique booléenne (ex : a ET b, NOT c, front montant de d).
Xi = (Xi-1 × Ti-1→i) + Xi × NON(Ti→i+1)Xi est l'état (1=active, 0=inactive) de l'étape i. Xi s'active si l'étape précédente Xi-1 était active ET la transition Ti-1→i est franchie. Elle reste active tant que la transition de sortie Ti→i+1 n'est pas franchie (équation SET/RESET).
Div-ET : 1 transition → N étapes actives simultanément ; Conv-ET : N étapes actives + 1 réceptivité → 1 transition franchieEn divergence ET (double barre), toutes les étapes aval sont activées en même temps au franchissement. En convergence ET (double barre), la transition aval n'est franchissable que quand TOUTES les étapes amont de toutes les branches parallèles sont simultanément actives.
Exercice d'application
Question : Un système de perçage automatique fonctionne ainsi : à l'état initial, la perceuse est en position haute (capteur h=1). L'opérateur appuie sur départ-cycle (dc=1). La perceuse descend (actionneur D). Quand elle atteint le bas (capteur b=1), elle remonte (actionneur M). Quand elle revient en haut (h=1), le cycle est terminé. Construire le GRAFCET de niveau 1 de ce système et décrire son évolution si dc passe à 1 alors que h=1.
Voir la solution
Réponse : GRAFCET niveau 1 : Étape 0 (initiale, double rectangle) — action : repos. Transition 0→1 : réceptivité = dc (départ cycle). Étape 1 — action : Descente. Transition 1→2 : réceptivité = b (bas atteint). Étape 2 — action : Montée. Transition 2→0 : réceptivité = h (haut atteint). Évolution : Au départ, étape 0 active, h=1. Quand dc passe à 1 : transition 0→1 franchissable (étape 0 active ET dc=1) → franchie → étape 1 active, étape 0 inactive → la perceuse descend. Quand b=1 : transition 1→2 franchie → étape 2 active, perceuse monte. Quand h=1 : transition 2→0 franchie → retour étape 0, cycle terminé.
