Grafcet

Le mode de représentation qui est normalisé par l'Union technique de l'électricité (UTE) est le suivant :

1. Une étape est représentée par un carré repéré par un numéro identificateur. Une étape active peut être désignée par un point au-dessous du numéro. Les actions associées sont indiquées de façon littérale ou symbolique, dans un rectangle relié à la partie droite. Une étape initiale est représentée par un carré doublé. (En bleu, fig. ci-contre)
2. Une liaison orientée est représentée par une ligne, parcourue par défaut de haut en bas ou de gauche à droite. Dans le cas contraire, on utilise des flèches. On évite les croisements. (En noir, fig. ci-contre)
3. Une transition entre deux étapes est représentée par une barre perpendiculaire aux liaisons orientées qui la relient aux étapes précédente(s) et suivante(s). Une transition indique la possibilité d'évolution entre étapes. À chaque transition est associée une réceptivité inscrite à droite de la barre de transition. Une réceptivité est une condition logique qui permet de distinguer parmi toutes les combinaisons d'informations disponibles celle qui est susceptible de faire passer le système aux étapes suivantes (En rouge, fig. ci-contre).

1. Séquence unique : un automatisme est décrit par un grafcet à séquence unique lorsqu'il peut être représenté par un ensemble de plusieurs étapes formant une suite dont le déroulement s'effectue toujours dans le même ordre. (Le grafcet ci-dessus en est un exemple)

2. Séquences multiples simultanées : lorsque le franchissement d'une transition conduit à activer plusieurs étapes, les séquences issues de ces étapes sont dites « séquences simultanées ». Les séquences simultanées débutent toujours sur une réceptivité unique et se terminent toujours sur une réceptivité unique. En effet, les différentes séquences « démarrent » en même temps puis évoluent ensuite indépendamment les unes des autres. Ce n'est donc que lorsque toutes les étapes finales de ces séquences sont actives simultanément (ce qui se produit souvent après attente réciproque) que l'évolution peut se poursuivre par le franchissement simultané d'une même transition. Le début et la fin des séquences simultanées sont représentés par deux traits parallèles (en rouge, fig. ci-contre), qui ne constituent pas des entités spécifiques du grafcet, mais qui doivent être compris comme l'élargissement de l'entrée ou de la sortie de la transition. (On parle parfois de « divergence » et de « convergence en ET » pour cette représentation.)

3. Séquences multiples exclusives : Lorsque, à partir d'une étape, on peut effectuer un choix entre plusieurs séquences possibles conditionnées par plusieurs réceptivités exclusives, c'est une « sélection de séquences » ou « aiguillage ». Pour une meilleure lisibilité, les différentes séquences possibles sont installées sous un trait horizontal (en rouge fig. ci-contre) qui représente l'élargissement de la sortie de l'étape, et se retrouvent par un trait analogue représentant l'entrée de l'étape à nouveau commune. D'une façon analogue au double trait vu ci-dessus, on parle de « divergence » et de « convergence en OU » pour cette représentation.

Deux cas particuliers de sélection de séquences se rencontrent fréquemment dans la plupart des automatismes séquentiels. Ce sont le saut d'étape et la reprise de séquence :

1. Le saut d'étapes permet de sauter un certain nombre d'étapes si une condition logique est réalisée (c'est le cas général, avec une branche vide d'action).
2. La reprise de séquence permet de répéter une même séquence jusqu'à ce que la réceptivité de fin de séquence soit vraie.

Si les réceptivités ne sont pas exclusives (par exemple, si c12 et c13 peuvent être vraies au même moment), la suite est indéterminée ; le grafcet est fautif ou pas.

Le critère de classification des actions les plus utilisées est : la durée de l'action comparativement à la durée de l'étape :

Chronogramme 1

Chronogramme 2

Chronogrammes 3 et 4

• Action continue : l'action se poursuit tant que l'étape à laquelle elle est associée est active. Cela se traduit par le diagramme temporel (chronogramme 1) ci-contre.
• Action conditionnelle : l'action est exécutée si, en plus de l'activité de l'étape à laquelle elle est associée, une condition logique spécifiée est vraie (voir chronogramme 2 ci-contre). Ces actions conditionnelles sont particulièrement importantes car elles permettent, dans une étape, de réaliser une combinatoire locale en vue, par exemple, d'exécuter l'action seulement pendant un certain temps, ou après un certain temps d'activité de l'étape (voir les chronogrammes 3 et 4 ci-contre).
• Action : pour maintenir la continuité d'une action devant se prolonger pendant l'activité de plusieurs étapes, il est possible :
  • de répéter l'action continue dans toutes les étapes concernées ;
  • de mémoriser l'action par des fonctions mises à 1 (SET) et mises à zéro (RESET).

La figure 4 ci-contre présente ces différentes méthodes équivalentes de maintien d'une action sur plusieurs étapes.

Figure 4. Différentes façons équivalentes de mémoriser une action A et le chronogramme

Il s'agit toujours du résultat d'une expression booléenne unique pouvant faire intervenir

1. Des états de variables booléennes (état direct, front, fin de temporisation...)
2. Des comparaisons sur des valeurs numériques.
3. Des tests sur les états actifs d'étapes (permis mais à éviter pour une meilleure lisibilité).
4. etc.

Exemple de macro-étape

Une macro-étape est un moyen de représentation d'un ensemble unique de transitions et étapes en une seule étape : la macro-étape. Une macro-étape Mi peut être complètement remplacée par son expansion qui contient une étape d'entrée Ei et une de sortie Si. (voir image ci-contre)

Ce moyen de représentation peut donc être considéré comme un « zoom » qui permet de simplifier la lecture de Grafcet de taille importante. Une expansion ne peut être utilisée qu'une seule fois : son utilisation est unique et elle ne doit pas être confondue avec un sous-programme, à l'instar d'autres langages de programmation.

Si l'on veut utiliser une même expansion, il faut la dupliquer. Cela revient, en fait, à faire une instance de l'expansion par appel, à l'instar des appels de fonctions dans la norme CEI 61131-3.

Le Grafcet est normalisé sous l'indice de classement NF C 03-190. La norme européenne correspondante est EN 60848.

La norme CEI 61131-3 (1993) normalise cinq langages dont le langage Sequential function chart (SFC) qui est très proche du Grafcet. Plusieurs différences peuvent néanmoins être notées :

• L'objectif du langage :
  • Le SFC est un langage de programmation destiné à être implanté sur contrôleur, comme un automate programmable industriel par exemple.
  • Le Grafcet est un langage de représentation qui peut être utilisé pour spécifier un comportement attendu ou pour décrire le comportement de systèmes automatisés existants.
• La syntaxe :
  • Contrairement au Grafcet, les transitions du SFC sont ordonnées en priorités dans le cas de divergence en OU.
  • Les actions du SFC peuvent être lancées suivant trois modes : P1, P0, C pour, respectivement, à l'activation, à la désactivation, en continu.
• L'évolution / l'exécution :
  • Le SFC est exécuté sur un contrôleur, avec une notion de PRE et POST traitements, notion inexistantes en Grafcet qui est fait pour évoluer.
• ...

• GEMMA

• Groupe Grafcet de normalisation, sur le site du Laboratoire universitaire de recherche en production automatisée (LURPA), ENS Cachan

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