Gemma : Guide d'Etude des Modes de Marches et d'Arrêt (2)

Ainsi personnalisé avec les Modes de Marches et d'Arrêts retenus pour la machine, le Gemma est alors utilisé pour préciser les informations nécessaires pour passer d'un état à l'autre : c'est la mise en évidence de ces conditions de passage qui permet alors de concevoir le pupitre de commande (actions de l'opérateur), de prévoir éventuellement des capteurs supplémentaires sur la machine, de compléter le Grafcet, etc.

On peut passer d'un état à l'autre de deux manières :

• Avec une condition d'évolution : elle 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'actionnement 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 (exemple, passage de A2 à A1 ci-dessous), ou parce que l'état atteint dépend de l'intervenant. La figure suivante vous présente les conditions d'évolution.

Conditions d'évolution :

Source : Adepa

Avec les conditions d'évolution provenant de l'opérateur, apparaissent les besoins en boutons : le pupitre de commande peut alors être défini : boutons à 2 ou 3 positions, bistables ou monostables, etc.

Aux conditions d'évolution ne provenant pas de l'opérateur doivent correspondre des capteurs sur la machine : détecteurs de défauts, détecteurs de présence pièce, etc., dont le besoin est ainsi mis en évidence.

Enfin, avec ces éléments, le Grafcet de base peut alors être complété de façon à donner une description précise de l'ensemble du fonctionnement de la partie commande.

On peut apercevoir les conséquences de l'intervention du Gemma dans la séquence d'étude d'une machine :

- pupitre, capteurs supplémentaires, Grafcet complété, découlant de la réflexion Gemma sont mieux prévus ;

- la machine est mieux conçue, donc sa réalisation et sa mise en route se font avec moins de tâtonnements et de modifications ;

- comme le Grafcet, le Gemma suivra ensuite la machine, servant aux dépannages ou modifications.

Remarque : unicité du Mode

Le Gemma est conçu pour une partie commande unique pilotant une partie opérative unique. Autrement dit, on considère le système globalement, ce qui implique qu'à tout instant on est dans un mode et un seul ou, ce qui revient au même, dans un "rectangle-état" et un seul.

Cas particulier : machines nécessitant l'intervention d'un opérateur à chaque cycle

Communément appelées "semi-automatiques", ces machines doivent être servies par un opérateur à chaque cycle. De façon à ne pas astreindre l'opérateur à suivre la cadence de la machine, il est préférable de le rendre maître de cette cadence avec un bouton qui lui permet de déclencher chaque cycle lorsque sa tâche est achevée*.

L'intervention de l'opérateur peut être traduite sur un Gemma, de deux manières, selon la machine :

• Action "Départ Cycle" extérieure à F1 (figure ci-dessous). A chaque cycle, la machine part de l'état initial A1 et, par la condition Dcy, signal "Départ Cycle" donné par l'opérateur, passe dans l'état F1. Lorsque le cycle est terminé, la machine reprend l'état A1 sans intervention de l'opérateur. Cette méthode convient lorsque tout peut être arrêté sur la machine, même lors d'une courte pause.

• Action "Départ Cycle" intérieure à F1 (Figure suivante). La machine est mise en route via état F2 et est alors prête à produire dans l'état F1. Dcy est ici intégré dans le Grafcet de production normale : pour produire, la machine attendra l'action de l'opérateur en restant en F1**.

Cette méthode convient lorsqu'il faut laisser se continuer des actions (moteur, chauffage…) lors des pauses courtes***.

* La tâche de l'opérateur, à chaque cycle, peut être, par exemple, de charger la pièce, ou de la décharger, de nettoyer l'outillage, de vérifier la pièce avant ou après opérations, etc.

** L'étape initiale du Grafcet de base ne doit pas être confondue avec l'état initial de la machine.

*** Cette méthode peut aussi être utilisée pour des applications ne nécessitant pas de marche de préparation F2.

Action "Départ cycle" extérieure à F1 :

Source : Adepa

Action "Départ cycle" intérieure à F1 :

Source : Adepa

Gemma : vers le Grafcet complété :

Le Gemma d'un Système ayant été obtenu, on dispose alors des éléments nécessaires pour établir le cahier des charges définitif de la partie commande et en particulier son Grafcet.

L'objet de ce qui suit est de montrer comment intégrer les précisions obtenues sur les Modes de Marches et d'Arrêts, dans le Grafcet* d'ensemble de la partie commande.

On appelle Grafcet complété, le Grafcet d'un automatisme intégrant l'ensemble des modes de marche, par opposition au Grafcet de base** mode F1 < Production normale >.

Pour aboutir au Grafcet complété, on peut envisager deux types de méthodes :

• Enrichissement du Grafcet de base.

• Structuration en "Taches".

Enrichissement du Grafcet de base

A partir du Grafcet de base correspondant au rectangle-état F1. < Production normale >, on examine ce qu'il faut rajouter pour que les autres 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.

Nous trouvons les éléments suivants :

• Extrait du "Grafcet de base" (figure 1).

• Extrait du Gemma du Système (figure2).

• Extrait du Grafcet complété (figure 3).

(Obtenu par adjonction d'une branche au Grafcet de base).

* 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 l'autre tout en ne décrivant qu'un seul fonctionnement.

** 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.

1. Extrait du "Grafcet de base" :

Source : Adepa

2. Extrait du Gemma du système :

Srouce : Adepa

3. Extrait du Grafcet complété :

Source : Adepa

Il arrive fréquemment qu'un ou plusieurs rectangles-états autres que F1 < Production normale > exigent la mise en œuvre 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 structuration en tâches. L'illustration de la figure suivante donne une méthode possible.

Structure générale d'une "tâche" :

Source : Adepa

Une fois que chacun des rectangles-états intéressés est décrit par Grafcet sous forme de tâche autonome (tâche de préparation, tâche de clôture, tâche de test…) il convient d'examiner attentivement les conditions de coordination entre tâches.

Pour cela, on peut recourir à deux types de méthodes :

- coordination "horizontale" ;

- coordination "verticale" ou "hiérarchisée".

Applications du Gemma - Modes de marches

Considérons l'exemple suivant : "Montage et vérification du fonctionnement de l'automatisme du cycle en "L" avec tous les modes de marches". La figure suivante vous présente le Grafcet point de vue PC et le schéma du circuit.

Grafcet point de vue PC (1) :

Grafcet point de vue PC (2) :

Grafcet point de vue PC (3) :

Sources : Eurotecmedia

Fonctionnement :

L'opérateur par un sélecteur (1SM) a le choix entre deux modes de marches :

- cycle par cycle : pas d'action sur le sélecteur () et bouton cycle par cycle actionné (SC) ;

- cycles répétés : action sur le sélecteur (1SM) d'où le mode de marche automatique (Auto).

La figure suivante présente la mise en œuvre de la marche de production mixte avec arrêt demandé en fin de cycle.

Marche de production mixte cycle par cycle et cycles répétés :

Source : Eurotecmedia

La figure suivante vous présente le Grafcet point de vue PC du mode de marche mixte équivalent.

Grafcet point de vue PC du mode de marche mixte :

Source : Eurotecmedia

Fonctionnement :

L'action sur le levier du sélecteur (2SM) position 2SMR, provoque le blocage de l'évolution des étapes au niveau des réceptivités. La condition de franchissement et l'information (normale ou réglage étape par étape par l'action sur le bouton SV) sont nécessaires pour évoluer. La figure suivante présente la mise en œuvre de cette marche de vérification dans l'ordre du cycle.

Marche de vérification dans l'ordre du cycle :

Source : Eurotecmedia

La figure ci-dessous montre le Gemma correspondant au cycle en "L" avec les modes de Marches :

- cycle par cycle et cycles répétés ;

- vérification dans l'ordre du cycle.

Gemma des modes de marches du cycle en "L" :

Source : Adepa

La figure suivante vous présente le Grafcet point de vue PC complété du cycle en "L".

Grafcet point de vue PC, complété, du cycle en "L" :

Eurotecmedia

En résumé sur le GEMMA : guide d'étude des modes de marches et d'arrêts :

Cette étude vous a présenté le Gemma (Guide d'étude des modes de marches et d'arrêts). Le Gemma est un outil supportant une méthode pour permettre de mieux définir les modes de marches et d'arrêts d'un système industriel automatisé.

Il est constitué pour l'essentiel d'un guide graphique qui est rempli progressivement lors de la conception du système.

On commence par recenser les "Modes" ou "États" 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 "États", en explicitant les conditions d'évolution.

Le document ainsi établi matérialise l'analyse détaillée des modes de marches et d'arrêts du système : le Gemma est un outil d'aide à l'analyse.

Il reste alors à en déduire le Grafcet "complété" afin de terminer la définition des spécifications de la Partie commande, y compris le pupitre et les capteurs supplémentaires éventuellement nécessaires : le Gemma est un outil d'aide à la synthèse du cahier des charges. Enfin, ce document accompagne la vie du système : le Gemma est un outil d'aide à la conduite de la machine, à sa maintenance ainsi qu'à son évolution.