Ladder, ST, FBD, Grafcet : les langages des automates programmables et la norme CEI 61131-3

Que définit la norme CEI 61131-3 ?

Les langages de programmation des automates programmables industriels (API). Son titre complet est « Automates programmables – Partie 3 : Langages de programmation ». Elle est publiée par la Commission électrotechnique internationale (CEI). Selon l’article de Wikipédia consacré à la norme, la première édition date du 22 mars 1993, la deuxième du 21 janvier 2003 et la troisième, toujours la plus récente, du 20 février 2013.

La norme arrive plus de vingt ans après le Modicon 084, présenté à General Motors en 1969 et raconté dans notre article sur le Modicon 084 et la fin des armoires à relais. Elle fixe un vocabulaire commun : quatre langages et une manière de structurer les programmes.

Quels sont les quatre langages normalisés ?

Deux langages textuels, deux langages graphiques. La norme les répartit ainsi :

• IL (Instruction List, liste d’instructions) : un langage textuel de bas niveau, une instruction par ligne ;
• ST (Structured Text, texte structuré) : un langage textuel de haut niveau, avec conditions, boucles et calculs écrits comme dans un langage informatique classique ;
• LD (Ladder Diagram, diagramme à contacts) : un langage graphique qui dessine la logique sous forme de contacts et de bobines entre deux barres verticales ;
• FBD (Function Block Diagram, diagramme de blocs fonctionnels) : un langage graphique qui relie des blocs (temporisations, compteurs, opérations logiques ou mathématiques) par des liaisons.

Le Ladder reprend la représentation des schémas électriques à relais : c’est ce qui l’a rendu lisible par les électriciens dès le Modicon 084. Le texte structuré se prête mieux aux calculs et aux traitements de données, les blocs fonctionnels aux enchaînements de fonctions et aux régulations.

Le SFC est-il un cinquième langage ?

Non : la norme le présente comme un ensemble d’éléments graphiques et textuels destiné à structurer l’organisation interne des programmes. Le SFC (Sequential Function Chart, diagramme fonctionnel séquentiel) découpe un programme en étapes et en transitions. Chaque étape contient des actions écrites dans l’un des quatre langages.

La nuance compte pour lire un cahier des charges : exiger « un programme en SFC » revient à imposer une structure séquentielle, pas à se passer du Ladder ou du texte structuré, qui restent nécessaires pour écrire les actions.

Pourquoi le Grafcet n’est-il pas dans la CEI 61131-3 ?

Parce que c’est un langage de spécification, défini par une autre norme, la NF EN 60848. Le Grafcet (graphe fonctionnel de commande étape transition) décrit le comportement attendu d’un système automatisé. Il ne figure pas parmi les langages de programmation de la CEI 61131-3, et Wikipédia précise qu’il ne doit pas être confondu avec le SFC, même si les deux représentations se ressemblent : étapes, transitions, actions associées.

Concrètement, le Grafcet peut servir de pont entre le bureau d’études, qui décrit le fonctionnement de la machine, et l’automaticien, qui le traduit ensuite en SFC, en Ladder ou en texte structuré. Un dossier machine qui contient un Grafcet à jour facilite donc les modifications futures, même si l’automate change de marque.

Quels langages un automaticien doit-il maîtriser ?

Le plus souvent plusieurs, car un même projet mélange les langages selon les fonctions. La fiche métier de l’automaticien industriel publiée par Gomatisme cite le Ladder, le Grafcet, le texte structuré et les blocs fonctionnels parmi les langages normalisés que le métier utilise, avec la conception des interfaces homme-machine. Elle décrit aussi les formations d’accès, du BTS CIRA (contrôle industriel et régulation automatique) au diplôme d’ingénieur, et les certifications des constructeurs Siemens, Rockwell et Schneider Electric.

Pour une PME, ce panorama sert à rédiger une offre d’emploi ou une demande de prestation. Indiquer la marque des automates du parc, les langages utilisés dans les programmes existants et la présence ou non d’un Grafcet évite des malentendus dès le premier entretien.

Que vérifier dans le programme d’une machine achetée ?

Que le programme livré est lisible, commenté et modifiable par quelqu’un d’autre que son auteur. Avant la réception d’une machine neuve ou rénovée, plusieurs points méritent d’être inscrits au contrat :

• la remise du programme source, et pas seulement du programme chargé dans l’automate ;
• la version de l’atelier logiciel nécessaire pour l’ouvrir ;
• les langages employés pour chaque partie (séquences, sécurités, calculs) ;
• les commentaires et la liste des entrées-sorties ;
• le Grafcet ou l’analyse fonctionnelle qui a servi de base.

Ces documents rejoignent les archives techniques de l’entreprise. Leur conservation obéit aux mêmes questions que les autres archives d’usine : savoir quoi garder, où, et combien de temps.