التجزئة الوظيفية والمتمنات متعددة الأشغولات
يعلّمك هذا الدرس تجزئة نظام آلي إلى أشغولات وكتابة متمن كل أشغولة بالنداء والجواب، ثم تنسيقها بمتمن الإنتاج العادي GPN، وقيادتها بمتمن القيادة والتهيئة GCI، وحمايتها بمتمن الأمن GS وأوامر الإرغام، مع مخطط التدرج الهرمي والمعادلات؛ ويُختم بتمارين محلولة بنمط البكالوريا.
يتكوّن الدرس من 6 أجزاء: 1. التجزئة الوظيفية والأشغولة: النداء والجواب، 2. متمن تنسيق الأشغولات GPN: التتابع والتزامن، 3. متمن القيادة والتهيئة GCI: من GEMMA إلى المتمن، 4. متمن الأمن GS وأوامر الإرغام، 5. التدرج الهرمي للمتامن ومعادلاتها، 6. تمارين محلولة بنمط البكالوريا.
1. التجزئة الوظيفية والأشغولة: النداء والجواب
لماذا لا نكتفي بمتمن واحد؟
في الدروس السابقة وصفنا جزء التحكم بمتمن (GRAFCET) واحد. هذا يكفي لنظام صغير، لكنه يصبح غير مقروء حين:
- يحتوي النظام على عدة وظائف يمكن أن تشتغل في آن واحد (ثقب ووسم، كيل وتسخين…)؛
- تتكرر العملية نفسها في أكثر من موضع من الدورة؛
- يطلب دفتر الشروط أنماط تشغيل وتوقف (آلي، يدوي، توقف في نهاية الدورة، توقف استعجالي) كما يصفها دليل GEMMA.
الحل هو هيكلة جزء التحكم في عدة متامن صغيرة، لكل منها دور واحد واضح. نقوم بذلك على محورين:
- أفقيا: التجزئة الوظيفية (découpage fonctionnel): نقسّم وظيفة الإنتاج إلى أشغولات؛
- عموديا: التجزئة حسب المستويات: متمن للأمن، ومتمن للقيادة والتهيئة، ومتمن للإنتاج العادي (الأجزاء 3 و4 و5).
الأشغولة ومتمن الأشغولة
الأشغولة (tâche) مجموعة من العمليات المتتابعة تحقق وظيفة فرعية متماسكة من وظيفة النظام، وتُنجَز بمجموعة محددة من المنفذات والملتقطات: «تقديم القطعة وتثبيتها»، «الثقب»، «الإخلاء»… وهي في الغالب نشاط من أنشطة التحليل الوظيفي التنازلي A0.
متمن الأشغولة (grafcet de tâche، ويُرمز له GT) متمن مستقل يصف هذه العمليات، ولا ينطلق من تلقاء نفسه: ينتظر أن يستدعيه متمن من مستوى أعلى، ثم يُعلمه بانتهائه.
المثال المرافق للدرس: مركز الثقب والوسم
مركز آلي يعالج قطعا معدنية تنزل من مخزن عمودي:
- تدفع الرافعة A القطعة إلى مركز التشغيل وتثبّتها؛
- في آن واحد: تُثقب القطعة (الرافعة B تنزل بالمثقب الذي يديره المحرك M1)، وتُوسم (الرافعة C تضرب الوسم)؛
- ثم تُفكّ القطعة (رجوع A) وتدفعها الرافعة E إلى قناة الإخلاء.

يبيّن الشكل تجزئة الوظيفة الشاملة إلى أربع أشغولات T1 وT2 وT3 وT4، مع المنفذات والملتقطات التي تخص كل أشغولة، وترتيب تنفيذها.
جدول الاختيارات التكنولوجية:
| الأشغولة | المنفذ | المنفذ المتصدر | الملتقطات | |---|---|---|---| | T1 التقديم والتثبيت | رافعة مزدوجة المفعول A | موزع 5/2 ثنائي الاستقرار dA+ / dA− | p حضور قطعة، $a_0$ و$a_1$ | | T2 الثقب | رافعة B ومحرك 3~ M1 | موزع dB+ / dB−، ملامس KM1 | $b_0$ و$b_1$ | | T3 الوسم | رافعة C | موزع dC+ / dC− | $c_0$ و$c_1$ | | T4 الفك والإخلاء | الرافعتان A وE | dA− وموزع dE+ / dE− | $a_0$ و$e_0$ و$e_1$ |
بنية متمن الأشغولة

يبيّن الشكل مقطعا من المتمن المنسِّق (على اليسار) ومتمن الأشغولة T2 (على اليمين): المرحلة 2 تستدعي T2، والمرحلة 23 تُعلم بنهايتها.
كل متمن أشغولة له البنية نفسها:
- مرحلة ابتدائية بلا فعل (هنا 20): الأشغولة «تنتظر» النداء. تُرسم بمربع مزدوج لأنها نشطة عند الانطلاق.
- النداء (appel): قابلية الانتقال الأول هي متغير المرحلة التي تستدعي الأشغولة في المتمن المنسِّق، هنا $X_2$.
- مراحل العمل (21 و22) بأفعالها وقابلياتها العادية ($b_1$ ثم $b_0$).
- مرحلة نهاية الأشغولة بلا فعل (هنا 23): متغيرها $X_{23}$ هو الجواب أو التقرير (fin de tâche, compte rendu)، ويُكتب قابليةً في المتمن المنسِّق تحت المرحلة المستدعية.
- الرجوع إلى المرحلة الابتدائية بالقابلية $\overline{X_2}$: لا ترجع الأشغولة إلا بعد أن يغادر المتمن المنسِّق المرحلة 2.
> متمن الأشغولة = مرحلة انتظار + نداء $X_n$ + مراحل العمل + مرحلة نهاية يُقرأ متغيرها جوابا + رجوع بـ $\overline{X_n}$.
اصطلاح الترقيم المعتمد في المواضيع: مراحل المتمن المنسِّق من 0 إلى 9، والأشغولة k مراحلها من $10k$ فما فوق (10، 20، 30، 40…)، ومتمن القيادة من 100، ومتمن الأمن من 200. فرقم المرحلة يدل وحده على المتمن الذي تنتمي إليه.
تبادل النداء والجواب بالتفصيل

يبيّن المخطط الزمني تبادل الإشارات بين المرحلة 2 والأشغولة T2 (المُهَل بين الحواف مكبَّرة عمدا لتُرى):
- عند t1 (النداء): تنشط المرحلة 2، فتصبح القابلية $X_2$ صحيحة، فتنشط 21 وتُخمَّل 20: تنزل الرافعة B والمحرك M1 يدور.
- عند t2: يصل المثقب إلى $b_1$، فتنشط 22 (صعود المثقب).
- عند t3 (الجواب): يصل المثقب إلى $b_0$، فتنشط 23. المتمن المنسِّق يرى $X_{23} = 1$ فيجتاز الانتقال: تنشط المرحلة 4 وتُخمَّل المرحلة 2.
- عند t4 (الرجوع): صار $X_2 = 0$، فالقابلية $\overline{X_2}$ صحيحة: تنشط 20 وتُخمَّل 23. الأشغولة جاهزة لنداء جديد.
لاحظ أن الجواب $X_{23}$ يبقى 1 إلى أن يقرأه المتمن المنسِّق؛ لا يمكن أن «يضيع» مهما تأخر.
لماذا $\overline{X_2}$ وليس $= 1$؟ لو كانت قابلية الرجوع $= 1$ لرجعت الأشغولة إلى 20 بمجرد وصولها إلى 23: لا تدوم 23، فلا يضمن شيء أن يقرأ المتمن المنسِّق الجواب قبل زواله، وإذا رجعت الأشغولة والمرحلة 2 ما زالت نشطة ($X_2 = 1$) تحقق النداء من جديد: ينزل المثقب مرة ثانية على القطعة نفسها.
مثال محلول بالأرقام
في المركز: نزول المثقب يستغرق $4\ s$ وصعوده $3\ s$، ونهمل مدد اجتياز الانتقالات.
- مدة بقاء المرحلة 2 نشطة: من النداء إلى الجواب، أي $4 + 3 = 7\ s$.
- حالة الأشغولة T2 والمتمن المنسِّق في المرحلة 4: الأشغولة رجعت إلى 20 لأن $X_2 = 0$، والمرحلة 4 مرحلة انتظار.
- باقي الأشغولات بالكتابة الخطية (المرحلة ثم القابلية بين مستقيمين):
- T1: 10 ثم $X_1$ ثم 11 (dA+) ثم $a_1$ ثم 12 ثم $\overline{X_1}$ رجوعا إلى 10؛ الجواب $X_{12}$.
- T3: 30 ثم $X_3$ ثم 31 (dC+) ثم $c_1$ ثم 32 (dC−) ثم $c_0$ ثم 33 ثم $\overline{X_3}$؛ الجواب $X_{33}$.
- T4: 40 ثم $X_6$ ثم 41 (dA−) ثم $a_0$ ثم 42 (dE+) ثم $e_1$ ثم 43 (dE−) ثم $e_0$ ثم 44 ثم $\overline{X_6}$؛ الجواب $X_{44}$.
في T1 لا تُرجَع الرافعة A في آخر الأشغولة: الموزع ثنائي الاستقرار يبقيها مُخرجة فتبقى القطعة مثبتة أثناء الثقب والوسم، ولا ترجع إلا في T4.
> ملاحظة للامتحان: في المواضيع يُكتب النداء أحيانا $X_n\cdot X_{104}$، حيث $X_{104}$ مرحلة «الإذن بالإنتاج العادي» من متمن القيادة. انقل القابلية كما يعطيها الموضوع؛ نناقش متى يكون هذا الشكل مأمونا في الجزء 3.
أخطاء شائعة
- رسم المرحلة الابتدائية للأشغولة بمربع بسيط: الأشغولة متمن مستقل، ومرحلتها الابتدائية مزدوجة.
- وضع فعل في المرحلة الأخيرة ثم أخذ متغيرها جوابا: يتوقف المتمن المنسِّق قبل أن ينتهي ذلك الفعل؛ مرحلة النهاية تكون بلا فعل.
- كتابة الجواب بمتغير المرحلة الابتدائية ($X_{20}$): هذه المرحلة نشطة قبل النداء أيضا، فيمرّ المتمن المنسِّق دون أن تعمل الأشغولة.
- كتابة النداء بمرحلة غير المرحلة المستدعية، أو نسيان الرجوع $\overline{X_n}$.
2. متمن تنسيق الأشغولات GPN: التتابع والتزامن
متمن الإنتاج العادي متمنا منسِّقا
متمن الإنتاج العادي (Grafcet de Production Normale، GPN) يصف الدورة التي صُنعت الآلة من أجلها، وهو يقابل المستطيل F1 في دليل GEMMA. حين يكون النظام مجزأ إلى أشغولات، لا يقود GPN المنفذات مباشرة، بل ينسّق الأشغولات: كل مرحلة من مراحله تستدعي أشغولة وتنتظر جوابها. نسميه حينئذ متمن تنسيق الأشغولات (Grafcet de Coordination des Tâches، GCT).
وتجمع المواضيع عادة المتمن المنسِّق ومتامن أشغولاته تحت الاسم نفسه GPN، فتكتب مثلا «إرغام GPN على المراحل 0 و10 و20 و30 و40».
متمن تنسيق المركز

يبيّن الشكل المتمن المنسِّق: T1 أولا، ثم T2 وT3 في آن واحد بتباعد «و»، ثم مرحلتا انتظار 4 و5 وتقارب «و»، ثم T4، والرجوع إلى المرحلة 0.
قراءة المتمن مرحلة بمرحلة:
| المرحلة | دورها | القابلية التي تليها | معناها | |---|---|---|---| | 0 | انتظار، بلا فعل | $X_{104}\cdot p$ | الإنتاج مأذون به وقطعة حاضرة | | 1 | تستدعي T1 | $X_{12}$ | القطعة مثبتة | | 2 و3 | تستدعيان T2 وT3 معا | $X_{23}$ و$X_{33}$ | انتهى الثقب، انتهى الوسم | | 4 و5 | مرحلتا انتظار | $= 1$ تحت التقارب | ينتظر الفرع الأسرع الفرع الأبطأ | | 6 | تستدعي T4 | $X_{44}$ | القطعة أُخليت |
القابلية الأولى $X_{104}\cdot p$: $X_{104}$ متغير مرحلة من متمن القيادة GCI معناها «الإنتاج العادي مأذون به» (الجزء 3)، وp ملتقط حضور القطعة. وهكذا لا تنطلق دورة جديدة إلا بإذن من المستوى الأعلى.
لماذا مرحلتا الانتظار 4 و5؟
T2 وT3 لا تنتهيان في اللحظة نفسها. حين تنتهي إحداهما يغادر فرعها مرحلته المستدعية (2 أو 3) إلى مرحلة انتظار، فترجع أشغولته إلى حالتها الابتدائية دون أن تنتظر الأخرى. ثم يُجتاز الانتقال $= 1$ تحت الخط المزدوج حين تكون المرحلتان 4 و5 نشطتين معا (القاعدة الثانية).
يمكن أيضا الاستغناء عن مرحلتي الانتظار بكتابة تقارب «و» مباشرة تحت 2 و3 بالقابلية $X_{23}\cdot X_{33}$: يبقى المتمن صحيحا، لكن الأشغولة التي تنتهي أولا تبقى في مرحلة نهايتها حتى تنتهي الأخرى. الشكل بمرحلتي الانتظار هو الأكثر استعمالا في المواضيع.
مثال محلول: ربح الزمن بالتزامن
مدد الأشغولات: T1 $3\ s$، وT2 $7\ s$، وT3 $4\ s$، وT4 $5\ s$ (نهمل مدد الاجتياز، والقطعة حاضرة دائما).
- مدة الدورة بالتزامن: الفرعان المتوازيان يدومان مدة أطولهما:
$ T_c = 3 + \max(7;\ 4) + 5 = 15\ s $
- مدة الدورة لو نُفّذت الأشغولات الأربع متتابعة:
$ T_c' = 3 + 7 + 4 + 5 = 19\ s $
- الإنتاج الساعي: $3600 / 15 = 240$ قطعة في الساعة بالتزامن، مقابل $3600 / 19 \approx 189{,}5$ أي 189 قطعة كاملة بالتتابع، فالربح 51 قطعة في الساعة.
- مدة انتظار المرحلة 5: ينتهي الوسم بعد $4\ s$ والثقب بعد $7\ s$، فتبقى المرحلة 5 نشطة $7 - 4 = 3\ s$.
أشغولة يستدعيها أكثر من مرحلة
قد تتكرر العملية نفسها في موضعين من الدورة (نفخ القطعة بالهواء بعد التثبيت وبعد الثقب مثلا). بدل كتابة متمنين متطابقين نكتب أشغولة واحدة تستدعيها مرحلتان، ولتكن 2 و4:
- النداء: $X_2 + X_4$ (إحدى المرحلتين نشطة)؛
- الرجوع: $\overline{X_2}\cdot\overline{X_4}$ (غادر المتمن المنسِّق المرحلتين)؛
- الجواب نفسه تحت المرحلة 2 وتحت المرحلة 4.
ولهذا الاستعمال شرطان يجب احترامهما:
- ألا تكون المرحلتان المستدعيتان متتاليتين: لو تلت المرحلة 4 المرحلة 2 مباشرة لدخل المتمن المنسِّق 4 والجواب من النداء الأول ما زال 1 (لم ترجع الأشغولة لأن $X_4 = 1$)، فيغادر 4 فورا دون أن تعمل الأشغولة. يجب أن تفصل بينهما مرحلة أخرى، كما في التمرين المحلول 2 من الجزء 6.
- ألا تُستدعى من فرعين متزامنين: الأشغولة لا تُنفَّذ مرتين في آن واحد.
التنسيق العمودي والتنسيق الأفقي
- التنسيق العمودي (الهرمي) (coordination verticale): متمن منسِّق يستدعي الأشغولات بالنداء والجواب، كما في المركز. هو الشكل المعتمد في البكالوريا.
- التنسيق الأفقي (coordination horizontale): متامن من المستوى نفسه يتزامن بعضها مع بعض مباشرة بمتغيرات مراحلها، بلا متمن منسِّق. مثال: متمن الإنتاج يصل إلى مرحلته الأخيرة 4، ومتمن «الغلق» تنطلق قابليته الأولى بـ $X_4\cdot G$ (طلب الغلق). يصلح للأنظمة الصغيرة، لكنه يصعب تتبعه حين تكثر المتامن.
> التنسيق: المرحلة المستدعية تنتظر الجواب، والأشغولة تنتظر خروج المرحلة المستدعية. هذا التبادل المزدوج هو الذي يجعل المتامن تتطور بلا تعارض.
أخطاء شائعة
- وضع الانتقال $X_{12}$ تحت الخط المزدوج للتباعد «و»: في التباعد «و» يكون الانتقال فوق الخط المزدوج، وفي التقارب «و» يكون تحته.
- كتابة التقارب بمجموع $X_4 + X_5$: ينطلق الإخلاء والفرع الآخر لم ينته.
- رسم التباعد «و» بخط بسيط (أي «أو»): تُستدعى أشغولة واحدة فقط.
- نسيان القابلية الأولى للدورة (الإذن من GCI وحضور القطعة): تدور الآلة بلا توقف ولو لم تكن قطعة.
3. متمن القيادة والتهيئة GCI: من GEMMA إلى المتمن
دور متمن القيادة والتهيئة
متمن الإنتاج العادي يصف الدورة، لكنه لا يقول متى يُسمح بها، ولا كيف نعود إلى الحالة الابتدائية بعد توقف، ولا ماذا نفعل في التشغيل اليدوي. هذه أنماط التشغيل والتوقف التي يحددها دليل GEMMA، ويترجمها متمن القيادة والتهيئة (Grafcet de Conduite et d'Initialisation، GCI)، ويسمى أيضا متمن أنماط التشغيل (GMM).
يقوم GCI بثلاثة أدوار:
- القيادة: يقرأ أزرار لوحة التحكم ومبدلاتها (Auto/Manu، Ma، Ar، Init) ويختار النمط؛
- التهيئة: يعيد الجزء المنفذ (PO) إلى حالته الابتدائية، ويهيّئ متمن الإنتاج؛
- التحضير والإغلاق عند الحاجة: سير التحضير F2 (ملء، تسخين) وسير الغلق F3 (إفراغ، تنظيف)، إما مراحل فيه وإما أشغولات يستدعيها، ونسمي هذا الجزء متمن التحضير.
قاعدتا الانتقال من GEMMA إلى GCI
> كل مستطيل حالة محتفظ به في GEMMA يصبح مرحلة من GCI بأفعالها، وكل شرط انتقال بين مستطيلين يصبح قابلية بين المرحلتين المقابلتين.
ترقّم مراحل GCI من 100. ويُستثنى المستطيل D1 (التوقف الاستعجالي): لا يُترجم في GCI بل في متمن الأمن GS، لأن الانتقال إليه يكون «من كل الحالات» ويجب أن يكون له الأولوية على كل شيء (الجزء 4).
GEMMA المركز
يقول دفتر الشروط للمركز:
- عند التشغيل أو بعد توقف استعجالي يُصلح المتعامل السبب (A5)، ثم يضغط Init فتُرجَع كل الرافعات (A6)، وحين تتحقق الشروط الابتدائية CI يضيء المصباح H1 (A1).
- المبدلة على Auto وضغطة على Ma: يُملأ المخزن بالبساط M2 حتى يكشف الملتقط k امتلاءه (F2)، ثم يبدأ الإنتاج العادي (F1).
- ضغطة على Ar: يكمل المركز الدورة الجارية ويضيء H2، ثم يتوقف في الحالة الابتدائية (A2 ثم A1).
- المبدلة على Manu: يُشغَّل كل منفذ بزره للتحقق (F4)، والرجوع إلى Auto يمر بإعادة التهيئة (A6).

يبيّن الشكل GCI المستخرج من هذا النص، ومكتوب بالأحمر بجانب كل مرحلة مستطيل GEMMA الذي تقابله.
| المرحلة | GEMMA | أفعالها | القابلية الخارجة | |---|---|---|---| | 100 (ابتدائية) | A5 تحضير لإعادة التشغيل بعد العطب | لا شيء (المتعامل يصلح) | Init | | 101 | A6 وضع PO في الحالة الابتدائية | إرغام GPN، dB− وdC− وdE−، وdA− بشرط $b_0$ | CI | | 102 | A1 توقف في الحالة الابتدائية | H1 | Auto·Ma أو $\overline{Auto}$ | | 103 | F2 سير التحضير | KM2 (ملء المخزن) | k | | 104 | F1 إنتاج عادي | الإذن لـ GPN بمتغيرها $X_{104}$ | Ar | | 105 | A2 توقف مطلوب في نهاية الدورة | H2 | $X_0$ | | 106 | F4 سير التحقق بدون ترتيب | أوامر يدوية | Auto |
حيث الشروط الابتدائية $CI = a_0\cdot b_0\cdot c_0\cdot e_0$ (كل الرافعات راجعة). في المرحلة 101 جعلنا dA− فعلا شرطيا بالشرط $b_0$: لا تُفك القطعة إلا بعد أن يخرج المثقب منها، وإلا قد تدور القطعة حول الريشة فتنكسر.
كيف يتواصل GCI مع GPN؟
- الإذن: GPN لا يبدأ دورة إلا إذا كانت $X_{104} = 1$، لأن قابليته الأولى $X_{104}\cdot p$.
- نهاية الدورة: في A2 لا يعطي GCI إذنا جديدا، فيكمل GPN دورته ويرجع إلى المرحلة 0 ويبقى فيها. لذلك تكون قابلية الخروج من 105 هي $X_0$: «GPN رجع إلى مرحلته الابتدائية»، وتسمى في المواضيع Fcy أو Fc (نهاية الدورة).
- التهيئة: في المرحلة 101 يُرغم GCI متمن الإنتاج على وضعيته الابتدائية بالأمر $\mathrm{F/GPN}:\{0,10,20,30,40\}$ (يُشرح في الجزء 4)، وفي الوقت نفسه يُرجع الرافعات.
متغيرات مراحل المتمن الأعلى تصل إلى الأدنى أوامرَ (الإذن، الإرغام)، ومتغيرات مراحل المتمن الأدنى تصعد إلى الأعلى معلوماتٍ ($X_0$).
مثال محلول: من وضع التغذية إلى أول دورة
سعة المخزن 24 قطعة، والبساط M2 يضع فيه قطعة كل $1{,}5\ s$، وفي المخزن 10 قطع عند الانطلاق.
- بعد إعادة تسليح متمن الأمن (الجزء 4) يكون GCI في 100: لا فعل.
- ضغطة على Init: تنشط 101، فتُرجَع الرافعات وGPN مُرغَم على 0 و10 و20 و30 و40.
- تتحقق CI: تنشط 102 ويضيء H1.
- Auto وضغطة على Ma: تنشط 103، يدور M2. مدة الملء:
$ t = (24 - 10)\times 1{,}5 = 21\ s $
- يكشف k الامتلاء: تنشط 104، فتصبح $X_{104}\cdot p = 1$ وتنطلق أول دورة لـ GPN.
إذا كان المخزن ممتلئا أصلا ($k = 1$ لحظة الضغط على Ma) فإن الانتقالين Auto·Ma ثم k يُجتازان في التطور نفسه: تكون المرحلة 103 غير مستقرة، فلا يُنفَّذ فعلها المستمر KM2، وينتقل GCI مباشرة إلى 104.
ملاحظة مهمة: الإذن $X_{104}$ في نداءات الأشغولات
في بعض المواضيع يُكتب نداء كل أشغولة $X_n\cdot X_{104}$. افترض أن المتعامل ضغط Ar والمركز في المرحلة 2: ينتقل GCI إلى 105 فيصبح $X_{104} = 0$. تكمل T2 وT3 لأنهما بدأتا، ثم يدخل GPN المرحلة 6، لكن نداء T4 هو $X_6\cdot X_{104} = 0$: لا تنطلق T4، فلا يرجع GPN إلى 0، ولا يرجع GCI إلى A1. النظام عالق والقطعة مثبتة.
الحلول المأمونة:
- أن يكون الإذن في أول قابلية لـ GPN فقط، والنداءات $X_n$ وحدها (اختيار هذا الدرس)؛
- أو أن يشمل الإذن مرحلة A2: النداء $X_n\cdot(X_{104} + X_{105})$.
> ملاحظة للامتحان: إذا أعطاك الموضوع النداء $X_n\cdot X_{104}$ فانقله كما هو في جداولك؛ لكن إن طُلب منك تصميم GCI فيه A2 فتأكد أن الإذن يبقى قائما حتى نهاية الدورة.
طريقة أخرى: إثراء GPN
بدل GCI منفصل يمكن إثراء GPN (enrichissement) بإضافة فروع اختيارية تحمل شروط الأنماط: مثلا بعد آخر مرحلة، فرع $Auto\cdot p$ يعيد الدورة وفرع $\overline{Auto}$ يرجع إلى المرحلة 0. تصلح هذه الطريقة لنظام صغير بنمطين، وتصبح معقدة حين تكثر الأنماط، ولذلك تعتمد المواضيع GCI منفصلا.
أخطاء شائعة
- وضع D1 والتوقف الاستعجالي في GCI بدل GS.
- كتابة الانتقال من A2 إلى A1 بالقابلية Ar أو CI: Ar هو الذي أدخلنا في A2، والانتقال يجب أن ينتظر نهاية الدورة $X_0$.
- كتابة قابليتين غير متنافيتين بعد A1 (مثل Ma وManu): إذا تحققتا معا نشط الفرعان، وهذا ممنوع في التباعد «أو». المتنافيتان هنا Auto·Ma و$\overline{Auto}$.
- نسيان الشروط الابتدائية CI بين A6 وA1.
4. متمن الأمن GS وأوامر الإرغام
التوقف الاستعجالي بدون متمن أمن
قبل GS نذكر طريقتين بسيطتين تستعملهما بعض الأنظمة:
- تثبيط الأفعال (inhibition): نجعل كل فعل شرطيا بالشرط $\overline{AU}$، مثل $dB^+$ بشرط $\overline{AU}$. تتوقف الأوامر، لكن المتمن يواصل تطوره إن تحققت قابلياته.
- التجميد (figeage): نضرب كل قابلية في $\overline{AU}$، مثل $\overline{AU}\cdot b_1$. يتوقف تطور المتمن في وضعيته، لكن الأفعال المستمرة للمراحل النشطة تبقى منفذة: المحرك M1 مثلا يبقى يدور.
كلتاهما ناقصة: لا تعيد النظام إلى حالة معروفة، وتفرض تعديل كل قابلية أو كل فعل.
متمن الأمن GS
متمن الأمن (Grafcet de Sécurité، GS) هو المتمن ذو المستوى الأعلى. يراقب أسباب التوقف الاستعجالي (زر AU، المرحلات الحرارية RT…) ويفرض على كل المتامن الأخرى وضعية معروفة.

يبيّن الشكل GS للمركز: المرحلة 200 تُرغم GCI وGPN، والمرحلة 201 تتركهما يتطوران.
- المرحلة 200 (ابتدائية، تقابل D1): أفعالها أوامر إرغام: $\mathrm{F/GCI}:\{100\}$ و$\mathrm{F/GPN}:\{0,10,20,30,40\}$.
- الخروج منها: $\overline{AU}\cdot\overline{RT_1}\cdot\overline{RT_2}\cdot\text{Réa}$: زال سبب الخلل و ضغط المتعامل زر إعادة التسليح Réa. زوال الخلل وحده لا يكفي: يجب أن يقرر المتعامل إعادة التشغيل.
- المرحلة 201: بلا فعل؛ المتامن الأخرى حرة.
- الرجوع إلى 200: $AU + RT_1 + RT_2$، أي أي سبب واحد يكفي.
المرحلة 200 ابتدائية في المواضيع: عند وضع جزء التحكم تحت التغذية يُعامل النظام كأنه خارج من توقف استعجالي، فلا ينطلق شيء قبل Réa. (بعض الكتب تجعل 201 ابتدائية؛ يصح ذلك أيضا، لكن احترم ما يعطيه الموضوع.)
أمر الإرغام
الإرغام (forçage) أمر داخلي يصدره متمن من مستوى أعلى إلى متمن من مستوى أدنى، يفرض عليه وضعية معينة. يُكتب في مستطيل فعل:
$ \mathrm{F/G}:\{\text{liste}\} $
| الكتابة | المعنى | |---|---| | $\mathrm{F/GPN}:\{0,10,20\}$ | المراحل 0 و10 و20 نشطة، وكل المراحل الأخرى لـ GPN خاملة | | $\mathrm{F/GPN}:\{\text{INIT}\}$ | الوضعية الابتدائية لـ GPN (كل مراحله الابتدائية) | | $\mathrm{F/GPN}:\{\ \}$ | كل مراحل GPN خاملة (وضعية فارغة) | | $\mathrm{F/GPN}:\{*\}$ | تجميد GPN في وضعيته الحالية |
خصائص الإرغام:
- أمر مستمر: يبقى قائما ما دامت المرحلة التي تحمله نشطة.
- أولوية مطلقة: له الأسبقية على قواعد التطور الخمس؛ المتمن المُرغَم لا يتطور ما دام الإرغام قائما، حتى لو تحققت قابلياته.
- من الأعلى إلى الأدنى فقط: لا يُرغم متمن نفسه، ولا متمنا أعلى منه.
- الأفعال: المتمن المُرغَم ينفذ أفعال المراحل التي فُرضت نشطة. في المركز المراحل 0 و10 و20 و30 و40 بلا أفعال، فكل أوامر GPN تنعدم.
كتابات المواضيع: تجد $\mathrm{F/GPN}:(10,20,30)$ بأقواس عادية، أو بالحروف العربية «ترإ م إ ع: (10)(20)(30)». وتجد أيضا أمر التهيئة $\mathrm{I/GPN}:(0)$ يصدره GCI: ينشّط المرحلة 0 ويخمّل البقية مرة واحدة عند تنشيط المرحلة التي تحمله، ثم يزول، بخلاف F الذي يدوم.
سيناريو توقف استعجالي

يبيّن المخطط الزمني ما يحدث والمركز ينتج (GCI في 104 وGPN في المرحلة 2):
- t1، ضغطة على AU: ينتقل GS إلى 200. يُرغَم GCI على 100 ($X_{104}$ يسقط، $X_{100}$ يصعد)، ويُرغَم GPN على وضعيته الابتدائية ($X_2$ يسقط، $X_0$ يصعد). كل الأوامر تنعدم.
- t2، تحرير AU: لا يتغير شيء، فـ $X_{200}$ ما زال 1.
- t3، ضغطة على Réa: ينتقل GS إلى 201 ويزول الإرغام. لكن GCI ما زال في 100 وGPN في 0: لا ينطلق أي منفذ.
- t4، ضغطة على Init: ينتقل GCI إلى 101 (A6): تُرجَع الرافعات، ثم يستمر كما في الجزء 3.
ملاحظة تقنية: الموزع ثنائي الاستقرار
إرغام المتامن ينعدم به الأمر dB+، لكن الموزع ثنائي الاستقرار يحتفظ بوضعه: الرافعة B تكمل شوطها. إذا بقي للمثقب $60\ mm$ وسرعته $50\ mm/s$ فإنه يواصل:
$ t = \frac{60}{50} = 1{,}2\ s $
لذلك لا يكفي GS وحده: يُربط زر AU أيضا في دارة سلكية تقطع تغذية المنفذات المتصدرة وتفرّغ الهواء المضغوط (مرحل أمن KAS يُعاد تسليحه بـ Réa). GS يضع جزء التحكم في حالة معروفة، والدارة السلكية تؤمّن الجزء المنفذ.
أخطاء شائعة
- كتابة $\overline{\text{Réa}}$ في قابلية الخروج من 200: المطلوب الضغط على Réa، لا تركه.
- الخروج من 200 بـ $\overline{AU}$ وحدها: يعيد النظام التشغيل بمجرد تحرير الزر، دون قرار المتعامل.
- إرغام GPN على مرحلة لها فعل (مثل 21): يستمر الثقب أثناء التوقف الاستعجالي.
- نسيان إرغام مراحل الأشغولات: تبقى أشغولة في وسطها وتتطور عند زوال الإرغام.
5. التدرج الهرمي للمتامن ومعادلاتها
التدرج الهرمي
حين يتكون جزء التحكم من عدة متامن يُرغم بعضها بعضا، نرتبها في مستويات (hiérarchie): متمن مستوى أعلى يمكنه أن يُرغم متمنا من مستوى أدنى، ولا العكس.

يبيّن الشكل مخطط تدرج متامن المركز: GS في المستوى الأول، وGCI في الثاني، وGPN بمتمنه المنسِّق وأشغولاته في الثالث. الأسهم الممتلئة أوامر نازلة، والمتقطعة معلومات صاعدة.
| المستوى | المتمن | ما يصدره نحو الأسفل | ما يقرؤه من الأسفل | |---|---|---|---| | 1 | GS (200، 201) | $\mathrm{F/GCI}:\{100\}$ و$\mathrm{F/GPN}:\{0,10,20,30,40\}$ | لا شيء (يقرأ AU وRT) | | 2 | GCI (100 إلى 106) | الإذن $X_{104}$، والإرغام في 101 | $X_0$ نهاية الدورة | | 3 | GCT (0 إلى 6) | النداءات $X_1$ و$X_2$ و$X_3$ و$X_6$ | الأجوبة $X_{12}$ و$X_{23}$ و$X_{33}$ و$X_{44}$ | | 3 | الأشغولات T1 إلى T4 | الأوامر إلى المنفذات المتصدرة | الملتقطات |
قواعد التدرج
- متمن لا يُرغم نفسه، ولا يُرغم متمنا أعلى منه مستوى.
- يمكن أن يُرغم متمنان أو أكثر المتمنَ نفسه (هنا GS وGCI يُرغمان GPN)، بشرط ألا يفرضا في اللحظة نفسها وضعيتين مختلفتين. في المركز لا تنشط 200 و101 معا، لأن GCI يكون مُرغَما على 100 حين تنشط 200.
- في كل تطور تُطبَّق أوامر الإرغام الصادرة من المستويات العليا أولا، ثم تتطور المتامن غير المُرغَمة بالقواعد العادية.
> سؤال البكالوريا «أنشئ مخطط تدرج المتامن» يُجاب بمستطيلات مرتبة من الأعلى إلى الأسفل، وعلى كل سهم نازل أمر الإرغام أو الإذن الذي يحمله: GS نحو GCI بـ $\mathrm{F/GCI}:\{100\}$، وGS نحو GPN بـ $\mathrm{F/GPN}:\{\dots\}$، وGCI نحو GPN بالإذن أو بأمر التهيئة.
معادلات المراحل مع الإرغام
نسمي $F$ مجموع متغيرات المراحل التي تُرغم متمنا ما. في المركز، GPN يُرغمه GS في 200 وGCI في 101:
$ F = X_{200} + X_{101} $
قاعدة الجدول (امتداد لقاعدة التهيئة في درس المعادلات):
- كل مرحلة مذكورة في قائمة الإرغام: نضيف $F$ إلى شرط تنشيطها؛
- كل مرحلة غير مذكورة: نضيف $F$ إلى شرط تخميلها.
جدول المتمن المنسِّق:
| المرحلة | التنشيط | التخميل | |---|---|---| | 0 | $X_6\cdot X_{44} + F$ | $X_1$ | | 1 | $X_0\cdot X_{104}\cdot p$ | $X_2\cdot X_3 + F$ | | 2 | $X_1\cdot X_{12}$ | $X_4 + F$ | | 3 | $X_1\cdot X_{12}$ | $X_5 + F$ | | 4 | $X_2\cdot X_{23}$ | $X_6 + F$ | | 5 | $X_3\cdot X_{33}$ | $X_6 + F$ | | 6 | $X_4\cdot X_5$ | $X_0 + F$ |
جدول الأشغولة T2:
| المرحلة | التنشيط | التخميل | الأفعال | |---|---|---|---| | 20 | $X_{23}\cdot\overline{X_2} + F$ | $X_{21}$ | — | | 21 | $X_{20}\cdot X_2$ | $X_{22} + F$ | KM1، dB+ | | 22 | $X_{21}\cdot b_1$ | $X_{23} + F$ | KM1، dB− | | 23 | $X_{22}\cdot b_0$ | $X_{20} + F$ | — |
تحقق بالقيم: توقف استعجالي والمتمن المنسِّق في المرحلة 2، فـ $X_{200} = 1$ ومنه $F = 1$:
- $CD_2 = X_4 + F = 1$: تُخمَّل المرحلة 2؛
- $CA_0 = X_6\cdot X_{44} + F = 1$: تنشط المرحلة 0؛
- $CA_1 = X_0\cdot X_{104}\cdot p = 1\cdot 0\cdot p = 0$، لأن GCI مُرغَم على 100: المرحلة 1 لا تنشط ولو حضرت قطعة.
الشكل الدقيق: الإرغام أمر مستمر، والمعادلة $X_n = CA_n + X_n\cdot\overline{CD_n}$ تعطي الأولوية للتنشيط. لو تحقق شرط تنشيط مرحلة غير مذكورة أثناء الإرغام لنشطت رغمه. الكتابة الدقيقة لهذه المرحلة:
$ X_n = (CA_n + X_n\cdot\overline{CD_n})\cdot\overline{F} $
في المركز لا حاجة إليها، لأن كل شرط تنشيط لمرحلة غير مذكورة يحتوي متغيرا يعدمه الإرغام نفسه ($X_{104}$، أو مرحلة مستدعية خاملة مثل $X_2$). لهذا تكفي جداول البكالوريا بالشكل البسيط.
معادلات المخارج
يأمر المنفذَ المتصدرَ نفسَه أحيانا أكثر من متمن واحد، فنجمع كل المراحل التي تأمره، أيًّا كان متمنها:
$ dA^- = X_{41} + X_{101}\cdot b_0 $
$ KM_1 = X_{21} + X_{22} $
$ dB^- = X_{22} + X_{101} $
وبالمثل $dC^- = X_{32} + X_{101}$ و$dE^- = X_{43} + X_{101}$، و$KM_2 = X_{103}$، و$H_1 = X_{102}$، و$H_2 = X_{105}$. وفي التشغيل اليدوي F4، إذا كان الزر $m_3$ يُخرج الرافعة C:
$ dC^+ = X_{31} + X_{106}\cdot m_3 $
> ملاحظة للامتحان: معادلة مخرج = مجموع كل المراحل التي تأمره في كل المتامن، مع شرط الفعل إن كان شرطيا. نسيان مرحلة GCI (مثل 101) خطأ متكرر.
أخطاء شائعة
- وضع $F$ في شرط تنشيط كل المراحل: تنشط كل مراحل GPN معا عند الاستعجال.
- وضع $F$ في شرط تخميل المرحلة الابتدائية: تُطلب تنشيطها وتخميلها معا، بلا فائدة.
- نسيان $X_{101}$ في $F$ حين يُرغم GCI أيضا متمن الإنتاج.
- رسم سهم إرغام من GPN نحو GCI: GPN يرسل معلومات ($X_0$) لا أوامر.
6. تمارين محلولة بنمط البكالوريا
التمرين 1: نظام آلي لتعبئة قارورات الزيت وسدّها
دفتر الشروط. تصل قارورات فارغة من مخزن الدخول (الملتقط r يكشف وجود قارورات فيه). الدورة ثلاث أشغولات:
- T1 التقديم (10 إلى 12): يدور البساط M1 (الملامس KM1) حتى تصل قارورة جديدة تحت فوهة الملء، أي حتى الجبهة الصاعدة $\uparrow q$ للملتقط q. (نستعمل الجبهة لأن القارورة المملوءة السابقة ما زالت أمام q لحظة انطلاق البساط.)
- T2 الملء (20 إلى 22): يُفتح الكهروصمام أحادي الاستقرار EV مدة $8\ s$.
- T3 السد (30 إلى 33): تنزل الرافعة S (موزع ثنائي الاستقرار dS+ / dS−) لتضع السدادة ثم ترجع؛ ملتقطاها $s_0$ و$s_1$.
متمن الإنتاج: 0 ثم $X_{103}\cdot r$ ثم 1 (T1) ثم $X_{12}$ ثم 2 (T2) ثم $X_{22}$ ثم 3 (T3) ثم $X_{33}$ رجوعا إلى 0.
أنماط التشغيل والتوقف.
- عند وضع التغذية، أو عند ضغطة على AU، أو عند فصل المرحل الحراري RT1 للمحرك M1: يتوقف كل شيء. بعد زوال السبب يضغط المتعامل Réa، وينزع القارورة غير المكتملة إن وُجدت، ثم يضغط Init فترجع الرافعة S، وحين تتحقق CI ($s_0$) يضيء H1.
- المبدلة على Auto وضغطة على Ma والمخزن غير فارغ: إنتاج عادي.
- ضغطة على Ar أو فراغ المخزن: يكمل النظام الدورة ويضيء H2، ثم يعود إلى الحالة الابتدائية.
- المبدلة على Manu: تشغيل كل منفذ بزره؛ الرجوع إلى Auto يمر بإعادة التهيئة.
الأسئلة.
- حدّد مستطيلات GEMMA المستعملة، ثم ارسم GCI (مراحله من 100).
- ارسم متمن الأمن GS (مرحلتاه 200 و201).
- اشرح الأمرين اللذين تحملهما المرحلة 200.
- أنشئ مخطط تدرج المتامن.
- أكمل جدول التنشيط والتخميل والأفعال للأشغولة T3.
- ضغط المتعامل AU بعد $5\ s$ من بداية الملء. ماذا يحدث للكهروصمام EV وللقارورة؟
الحل.
- المستطيلات: A5 وA6 وA1 وF1 وA2 وF4، وD1 (في GS). يُشطب الباقي.

يبيّن الشكل في أعلاه GCI: 100 (A5) ثم Init ثم 101 (A6) ثم CI ثم 102 (A1)، ومنها فرع Auto·Ma·r إلى 103 (F1) ثم Ar أو $\overline{r}$ إلى 104 (A2) ثم $X_0$ رجوعا إلى 102، وفرع $\overline{Auto}$ إلى 105 (F4) ثم Auto رجوعا إلى 101؛ وفي أسفله GS.
الإذن بالإنتاج هنا هو $X_{103}$، ولذلك القابلية الأولى لمتمن الإنتاج $X_{103}\cdot r$، والنداءات $X_1$ و$X_2$ و$X_3$ وحدها، فيكمل النظام دورته في A2.
- GS: 200 (ابتدائية) بأفعالها $\mathrm{F/GCI}:\{100\}$ و$\mathrm{F/GPN}:\{0,10,20,30\}$، ثم $\overline{AU}\cdot\overline{RT_1}\cdot\text{Réa}$، ثم 201، ثم $AU + RT_1$ رجوعا إلى 200.
- $\mathrm{F/GCI}:\{100\}$: ما دامت 200 نشطة، GCI مثبت في مرحلته 100 وكل مراحله الأخرى خاملة. $\mathrm{F/GPN}:\{0,10,20,30\}$: المتمن المنسِّق في 0 وكل أشغولة في مرحلتها الابتدائية، فلا يصدر أي أمر. تُذكر 10 و20 و30 لأن الأشغولات جزء من GPN، ولو لم تُرغَم لبقيت أشغولة في وسطها.
- مخطط التدرج: GS في الأعلى، يُرغم GCI بـ $\mathrm{F/GCI}:\{100\}$ ويُرغم GPN بـ $\mathrm{F/GPN}:\{0,10,20,30\}$؛ تحته GCI يأذن لـ GPN بـ $X_{103}$ ويُرغمه في 101؛ في الأسفل GPN يستدعي T1 وT2 وT3 ويُعلم GCI بنهاية الدورة $X_0$.
- مع $F = X_{200} + X_{101}$:
| المرحلة | التنشيط | التخميل | الأفعال | |---|---|---|---| | 30 | $X_{33}\cdot\overline{X_3} + F$ | $X_{31}$ | — | | 31 | $X_{30}\cdot X_3$ | $X_{32} + F$ | dS+ | | 32 | $X_{31}\cdot s_1$ | $X_{33} + F$ | dS− | | 33 | $X_{32}\cdot s_0$ | $X_{30} + F$ | — |
ومعادلة المخرج: $dS^- = X_{32} + X_{101}$ (مع فعل يدوي في 105 إن وُجد).
- عند AU يُرغَم GPN على وضعيته الابتدائية، فينعدم الأمر EV. الكهروصمام أحادي الاستقرار، فيُغلق فورا بنابضه (بخلاف موزع ثنائي الاستقرار). امتلأت القارورة بنسبة:
$ \frac{5}{8} = 0{,}625 = 62{,}5\ \% $
عند إعادة التشغيل تبدأ دورة جديدة من T1، فيُخرج البساط هذه القارورة ناقصة وغير مسدودة. لذلك ينص دفتر الشروط على أن ينزعها المتعامل في A5 قبل Init.
التمرين 2: مركز ثقب الصفائح وتنظيفها بالنفخ
دفتر الشروط. تُثبَّت الصفيحة (T1، الرافعة A، ملتقطها $a_1$)، ثم تُنظَّف بالنفخ، ثم تُثقب (T2)، ثم تُنظَّف بالنفخ مرة ثانية، ثم تُفك وتُخلى (T4). النفخ أشغولة واحدة T3: يُفتح الكهروصمام EV مدة $3\ s$. GCI يأذن بالإنتاج بالمرحلة 103، وp حضور صفيحة. أجوبة الأشغولات: $X_{12}$ لـ T1، و$X_{23}$ لـ T2، و$X_{32}$ لـ T3، و$X_{43}$ لـ T4.
الأسئلة.
- ارسم المتمن المنسِّق GPN.
- ارسم متمن الأشغولة T3.
- لماذا لا يجوز أن تُستدعى T3 من مرحلتين متتاليتين؟
- GS يحمل $\mathrm{F/GPN}:\{0,10,20,30,40\}$ في المرحلة 200 (ولا إرغام آخر). أكمل جدول T3.
- في التشغيل اليدوي (المرحلة 105 من GCI) يفتح الزر m الكهروصمام EV. اكتب معادلة EV.
- مدد الأشغولات: T1 $2\ s$، وT2 $6\ s$، وT4 $4\ s$، وT3 $3\ s$. احسب مدة الدورة وعدد الصفائح في الساعة.
الحل.
السؤالان 1 و2.

يبيّن الشكل المتمن المنسِّق (المرحلتان 2 و4 بالأزرق تستدعيان T3، وجوابها $X_{32}$ بالأحمر) ومتمن الأشغولة T3 بندائها $X_2 + X_4$ ورجوعها $\overline{X_2}\cdot\overline{X_4}$.
- بعد الجواب الأول يغادر GPN المرحلة 2، ولا ترجع T3 إلى 30 إلا إذا كان $\overline{X_2}\cdot\overline{X_4} = 1$. المرحلة 3 (الثقب) تفصل بين النداءين، فترجع T3 أثناءها. لو تلت 4 المرحلة 2 مباشرة لبقي $X_4 = 1$ فلا ترجع T3، ولكان الجواب $X_{32}$ ما زال 1 لحظة دخول 4، فيغادرها GPN دون نفخ ثانٍ.
- مع $F = X_{200}$:
| المرحلة | التنشيط | التخميل | الأفعال | |---|---|---|---| | 30 | $X_{32}\cdot\overline{X_2}\cdot\overline{X_4} + X_{200}$ | $X_{31}$ | — | | 31 | $X_{30}\cdot(X_2 + X_4)$ | $X_{32} + X_{200}$ | EV | | 32 | $X_{31}\cdot t/X_{31}/3\,s$ | $X_{30} + X_{200}$ | — |
- المخرج يصدر من المرحلة 31 أو من التشغيل اليدوي بشرط الزر:
$ EV = X_{31} + X_{105}\cdot m $
- الأشغولات متتابعة كلها، وT3 تُنفَّذ مرتين:
$ T_c = 2 + 3 + 6 + 3 + 4 = 18\ s $
وعدد الصفائح: $3600 / 18 = 200$ صفيحة في الساعة.
> ملاحظة للامتحان: في هذا النوع من المواضيع تتكرر الأسئلة نفسها: اسم المتمن ودوره، معنى أمر إرغام، رسم GCI من GEMMA، رسم GS، مخطط التدرج، جدول أشغولة مع $X_{200}$، ومعادلة مخرج. اكتب كل قابلية بمتغيرات المراحل بأرقامها الصحيحة، فهي أول ما يراقبه المصحح.
الجزء الأول من الدرس مفتوح للجميع، وبقيته مع الاشتراك.