Modélisation des systèmes séquentiels (GRAFCET)
Étapes, transitions, 5 règles d'évolution, divergences, macro-étapes
🏭 Application industrielle : Automatisation industrielle : chaînes de production, robots de soudure, distributeurs automatiques, feux tricolores — tout système dont le comportement suit une séquence d'opérations.
Le GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande Étape-Transition) est un outil normalisé (norme IEC 60848) pour modéliser le comportement séquentiel d'un système automatisé. Il est utilisé pour la programmation d'automates programmables industriels (API).
Un GRAFCET se compose de trois éléments fondamentaux :
- Étapes : états du système, représentées par des carrés numérotés (l'étape initiale a un double contour). Chaque étape est soit active, soit inactive.
- Transitions : conditions de passage entre étapes (réceptivités), représentées par des barres horizontales.
- Actions : opérations effectuées quand une étape est active, placées dans un rectangle à droite de l'étape.
Le GRAFCET respecte 5 règles d'évolution qui garantissent un fonctionnement déterministe. Il permet aussi des structures avancées : divergence en OU (choix entre chemins exclusifs, simple trait), divergence en ET (parallélisme, double trait), et macro-étapes (sous-GRAFCET encapsulé dans une étape, pour la modularité).
Une macro-étape est une étape qui contient elle-même un GRAFCET complet (expansion). Elle permet de structurer des automatismes complexes de manière hiérarchique. On la représente par un carré avec des barres horizontales en haut et en bas.
📖 Vocabulaire clé
Étape
:
État du système, représenté par un carré numéroté. L'étape initiale a un double contour. Une étape est soit active soit inactive à tout instant.
Transition
:
Condition logique de passage entre l'étape amont et l'étape aval. Représentée par un trait horizontal. Associée à une réceptivité (condition booléenne).
Réceptivité
:
Condition logique associée à une transition (capteur, temporisation, combinaison logique). La transition n'est franchissable que si la réceptivité est vraie.
Divergence en OU
:
Choix exclusif entre plusieurs branches (simple trait). Une seule branche est activée, selon la première réceptivité validée. Les réceptivités doivent être mutuellement exclusives.
Divergence en ET
:
Activation simultanée de plusieurs branches parallèles (double trait). Toutes les branches s'exécutent en même temps. La convergence en ET attend la fin de toutes les branches.
Macro-étape
:
Étape composite contenant un sous-GRAFCET (expansion). Permet de structurer hiérarchiquement des automatismes complexes. Notée avec des barres horizontales en haut et en bas du carré.
📋 Construire et analyser un GRAFCET
-
1
Identifier les étapes : lister tous les états distincts du système (repos, ouverture, fermeture, attente, etc.).
L'étape initiale (E0) correspond à l'état du système à la mise sous tension. -
2
Définir les transitions : pour chaque passage d'une étape à la suivante, formuler la réceptivité (capteur, bouton, temporisation, combinaison logique).
Exemple : « capteur fin de course ET bouton validé ». - 3 Associer les actions : à chaque étape active, indiquer les actions (moteur ON, vérin sorti, vanne ouverte). Les actions se notent dans des rectangles à droite de l'étape.
- 4 Vérifier l'alternance : un GRAFCET alterne toujours étape – transition – étape. Jamais deux étapes consécutives sans transition, ni deux transitions consécutives sans étape.
- 5 Structures avancées : utiliser divergence en OU (simple trait, choix) si le système a des modes alternatifs, ou divergence en ET (double trait, parallélisme) si des actions s'exécutent simultanément. Utiliser des macro-étapes pour encapsuler des sous-séquences complexes.
✅ Exemple résolu
Énoncé : Un portail automatique a 3 étapes : E0 (fermé, attente), E1 (ouverture en cours), E2 (ouvert, temporisation). Décrire les transitions.
Démarche :
- Transition T0→1 : « Bouton pressé ET portail fermé »
- Transition T1→2 : « Capteur fin de course ouverture activé »
- Transition T2→0 : « Temporisation de 10 s écoulée »
Réponse : GRAFCET à 3 étapes bouclé : E0 → T01 → E1 → T12 → E2 → T20 → E0.
📏 Relations fondamentales
Règle 1 — Situation initiale : à la mise en énergie, seules les étapes initiales sont actives
Règle 2 — Franchissement : une transition est franchie si l'étape amont est active ET la réceptivité est vraie
Règle 3 — Évolution : le franchissement d'une transition active l'étape aval et désactive l'étape amont (simultanément)
Règle 4 — Franchissements simultanés : plusieurs transitions simultanément franchissables sont franchies simultanément
Règle 5 — Priorité : si une étape doit être simultanément activée et désactivée, elle reste active
🎨 Illustration
GRAFCET — Portail automatique
Cycle bouclé E0 → E1 → E2 → E0
GRAFCET de l'exemple du cours : un portail automatique à 3 étapes, avec l'étape initiale E0 (double carré) et une boucle de retour après temporisation.
- 1 Transition E0→E1 : réceptivité « Bouton pressé ET portail fermé ».
- 2 Transition E1→E2 : réceptivité « Capteur fin de course ouverture activé ».
- 3 Transition E2→E0 : réceptivité « Temporisation de 10 s écoulée » — retour à l'étape initiale.
Ce qu'il faut lire : Suis la chaîne verticale étape–transition–étape de haut en bas, puis remonte par la boucle de gauche : la transition E2→E0 ramène le système à l'étape initiale après la temporisation.
❌ Une erreur, une suggestion
L'erreur fréquente
Ne confonds pas divergence en OU et divergence en ET !
La suggestion
En OU, un simple trait sépare les branches et une SEULE branche est activée (choix exclusif — les réceptivités doivent être mutuellement exclusives). En ET, un double trait indique que TOUTES les branches sont activées simultanément. Autre erreur fréquente : oublier l'alternance obligatoire étape-transition-étape.
💡 À retenir
- Un GRAFCET modélise un système séquentiel avec des étapes, des transitions et des actions.
- Les 5 règles d'évolution (R1 à R5) garantissent un fonctionnement déterministe et sans ambiguïté.
- Divergence en OU (simple trait) = choix exclusif ; divergence en ET (double trait) = parallélisme.
- Les macro-étapes permettent de décomposer un automatisme complexe en sous-GRAFCET modulaires.
🏭 Application industrielle
Où retrouve-t-on ce principe en ingénierie ?
Automatisation industrielle : chaînes de production, robots de soudure, distributeurs automatiques, feux tricolores — tout système dont le comportement suit une séquence d'opérations.
Mots-clés associés : GRAFCETÉtapeTransitionActionSéquentielDivergence
Automatisation industrielle : chaînes de production, robots de soudure, distributeurs automatiques, feux tricolores — tout système dont le comportement suit une séquence d'opérations.
Mots-clés associés : GRAFCETÉtapeTransitionActionSéquentielDivergence