Дослідження та моделювання систем керування верстатом на базі ПЛК із використанням сенсорного HMI-інтерфейсу

Шаповалова, Галина Сергіївна
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6274
Title:	Дослідження та моделювання систем керування верстатом на базі ПЛК із використанням сенсорного HMI-інтерфейсу
Authors:	Рудаков, Костянтин Сергійович Шаповалова, Галина Сергіївна
Issue Date:	Jan-2026
Abstract:	У даній кваліфікаційній роботі магістра проведено комплексний аналіз ефективності застосування сучасних програмованих логічних контролерів (ПЛК) у системах керування металорізальними верстатами. Запропоновано удосконалену модель автоматизованої системи керування верстатом на базі ПЛК та HMI, яка забезпечує підвищену точність, стабільність та адаптивність технологічного процесу.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6274
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
М_174_2025_Шаповалова.pdf Restricted Access		2.4 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ 
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ 
КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ 
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 
до кваліфікаційної роботи 
освітнього ступеня «магістр» 
Дослідження та моделювання систем керування 
на тему: верстатом на базі ПЛК із використанням сенсорного HMI-
інтерфейсу 
 
 
Виконав здобувач вищої освіти 2 курсу, 
 групи МАКІТ-2409 
 спеціальності 174 Автоматизація, 
 комп’ютерно-інтегровані  
 технології та робототехніка 
 (освітня програма «Автоматизація  
 та комп’ютерно-інтегровані  
 системи та компоненти» ) 
 Галина ШАПОВАЛОВА 
 (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
Керівник Костянтин РУДАКОВ  
 (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
Рецензент  
 (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
  
Захист дозволяю:   
зав. кафедри, д.т.н., професор   Валентина ЛУКАШЕНКО 
 (підпис)  (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
 
 
Черкаси 2025 
 
ЗМІСТ 
ВСТУП .................................................................................................... 4 
РОЗДІЛ 1 ПРОГРАМОВАНІ ЛОГІЧНІ КОНТРОЛЕРИ ЯК ОСНОВА 
СУЧАСНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ ВЕРСТАТАМИ .............................. 16 
1.1 Програмовані логічні контролери .............................................. 16 
1.2 Мови програмування PLC .......................................................... 19 
1.2.1 Ladder Logic ........................................................................... 19 
1.2.2 Правила програмування Ladder Logic .................................. 21 
1.2.3 Structured Text........................................................................ 22 
1.2.4 Function Block Diagram (FBD) .............................................. 23 
1.3 Fieldbus – польова шина ............................................................. 27 
1.3.1 PROFIBUS: ............................................................................ 28 
1.3.2 MODBUS ............................................................................... 30 
1.3.3 CANopen ................................................................................ 32 
1.3.4 EtherCAT ................................................................................ 33 
РОЗДІЛ 2 ПОРІВНЯННЯ ТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК 
ПРОГРАМОВАНИХ ЛОГІЧНИХ КОНТРОЛЕРІВ ..................................... 35 
2.1 Порівняльний аналіз технічних параметрів............................... 35 
2.2 Загальні характеристики та класифікація ПЛК ......................... 38 
2.2.1 Основні типи контролерів за розміром ................................ 38 
2.2.2 Основні типи контролерів за кількістю входів/виходів ...... 40 
2.2.3 Основні типи контролерів за призначенням ........................ 41 
2.2.4 Загальні параметри ................................................................ 43 
2.3 Огляд провідних виробників ПЛК та їхніх рішень ................... 45 
2.3.1 Siemens AG (Німеччина) ....................................................... 45 
2.3.2 Rockwell Automation, Inc. (США) – бренд Allen-Bradley .... 46 
2.3.3 Schneider Electric SE (Франція) ............................................ 46 
2.3.4 ABB Ltd (Швейцарія/Швеція) .............................................. 47 
2.4 Ключові технічні характеристики чотирьох провідних ПЛК ... 47 
2.4.1 Siemens (серії S7-1200, S7-1500) .......................................... 47 
2.4.2 Allen-Bradley ControlLogix ................................................... 50 
2 
 
 
2.4.3 ABB AC800M ........................................................................ 53 
2.4.4 Schneider Electric Modicon M580 .......................................... 56 
2.5 Порівняльна таблиця характеристик ПЛК ................................ 60 
3 МОДЕРНІЗАЦІЯ РЕЛЕЙНОЇ СХЕМИ ВЕРСТАТА З 
ВПРОВАДЖЕННЯМ ПЛК ............................................................................ 65 
3.1 Алгоритм керування верстатом на базі ПЛК............................. 65 
3.1.1 Структурні компоненти алгоритму ...................................... 65 
3.1.2 Принцип роботи адаптивно-логічного алгоритму .............. 66 
3.2 Розробка схем системи автоматизації ........................................ 68 
3.3 Впровадження системи автоматизації в роботу верстата ......... 72 
3.4 Розробка програмного забезпечення пристрою автоматизації . 73 
3.5 Оптимізація роботи системи ...................................................... 87 
3.6 Аналіз ефективності та визначення переваг і недоліків нової 
системи керування ...................................................................................... 88 
4 ВИКОРИСТАННЯ ПЛК З HMI........................................................ 93 
В АВТОМАТИЗАЦІЇ ВЕРСТАТІВ ............................................................... 93 
4.1 Загальна характеристика застосування ПЛК у 
верстатобудуванні…………………………………………………………..93 
4.2 Системи управління на базі PLC та їх практичне 
застосування………………………………………………………………...95 
4.3 Функціональна модель роботи системи ПЛК–HMI у верстата.98 
4.3.1 Функціональна роль ПЛК у верстатних системах .............. 98 
4.3.2 Функціональна роль HMI у системах керування верстата..99 
4.3.3 Комплексне застосування ПЛК + HMI у різних типах 
верстатів ................................................................................................. 100 
4.3.4 Синергетичний ефект застосування ПЛК та HMI ............. 100 
4.4 Який ПЛК використати у сучасних верстатах? ....................... 101 
ВИСНОВКИ ....................................................................................... 106 
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ .................................... 108 
 
 
3 
 
 
ВСТУП 
З розвитком промислових технологій та впровадженням концепцій 
автоматизації виробництва системи керування технологічними процесами 
набувають все більшої важливості. Ефективне управління верстатами є 
ключовим фактором для підвищення продуктивності, точності та 
надійності виробничих процесів. Використання програмованих логічних 
контролерів (ПЛК) та інтерфейсів людина-машина (HMI) дає змогу 
створювати гнучкі, зручні та високоефективні системи керування, що 
відповідають сучасним вимогам промислової автоматизації. 
Метою даної магістерської роботи є дослідження, розробка та 
моделювання системи керування верстатом на базі ПЛК із використанням 
HMI-інтерфейсу. У рамках дослідження передбачається аналіз архітектури 
систем керування, принципів побудови логічних програм для ПЛК, а також 
створення інтуїтивно зрозумілого інтерфейсу оператора, який забезпечує 
ефективну взаємодію користувача з обладнанням. Такий підхід дозволить 
не лише покращити зручність експлуатації, але й підвищити рівень 
контролю за роботою верстата та своєчасне реагування на можливі 
відхилення в роботі. 
Особливу увагу буде приділено моделюванню системи в 
середовищах розробки для ПЛК, дослідженню алгоритмів управління та 
взаємодії між апаратною та програмною частинами системи. Також 
розглядатимуться питання оптимізації логічних схем, підвищення 
надійності та безпеки роботи обладнання, а також способи візуалізації 
параметрів процесу через HMI-панель. 
Отримані результати дозволять глибше зрозуміти принципи 
побудови сучасних систем керування на базі ПЛК та розробити ефективну 
модель управління верстатом із використанням інтерактивного HMI-
інтерфейсу. Це дослідження сприятиме подальшому вдосконаленню 
автоматизованих систем у промисловості, забезпечуючи підвищення 
ефективності, гнучкості та безпеки виробничих процесів у сучасних умовах 
індустріального розвитку. 
4 
 
 
Сьогодні на ринку існує велика кількість обладнання, що 
використовується для побудови систем керування. Це, насамперед, різні 
моделі ПЛК, сенсорні HMI-панелі, датчики, виконавчі механізми та 
комунікаційні модулі, які забезпечують обмін даними між усіма 
компонентами системи. Порівняльний аналіз характеристик різних типів 
обладнання дає можливість визначити оптимальні рішення для конкретних 
задач автоматизації. Такий підхід дозволить не лише вдосконалити 
алгоритми керування, але й забезпечити ефективну інтеграцію апаратних та 
програмних компонентів системи для створення надійного та 
високоточного управління верстатом у реальних виробничих умовах. 
Актуальність теми 
У світі стрімкого розвитку промислових технологій та впровадження 
концепцій «Індустрії 4.0» автоматизація виробничих процесів стає одним із 
найважливіших напрямків технічного прогресу. Сучасні виробничі 
підприємства стикаються з потребою підвищення точності, надійності та 
гнучкості систем керування технологічним обладнанням. У цьому 
контексті дослідження та вдосконалення систем керування верстатами на 
базі програмованих логічних контролерів (ПЛК) з використанням 
інтерфейсу людина–машина (HMI) набуває особливої актуальності. 
ПЛК та HMI є ключовими елементами сучасних автоматизованих 
систем, оскільки вони забезпечують ефективну взаємодію між оператором 
і технологічним процесом, даючи змогу реалізувати інтелектуальне, точне 
та безпечне управління обладнанням. Проте зі зростанням вимог до 
продуктивності, якості та стабільності роботи верстатів виникає потреба у 
створенні гнучких систем, здатних адаптуватися до змін технологічних 
умов, модернізації обладнання та інтеграції з цифровими платформами 
управління виробництвом. 
Сучасні тенденції розвитку автоматизації передбачають активне 
впровадження моделювання технологічних процесів і систем керування на 
етапі проектування. Це дозволяє попередньо аналізувати поведінку 
5 
 
 
системи, оптимізувати алгоритми керування та забезпечити високу 
ефективність роботи ще до впровадження в реальне виробництво. 
Використання HMI-інтерфейсу підвищує зручність управління, надає 
можливість оперативного моніторингу параметрів і своєчасного реагування 
на відхилення в роботі системи. 
Дослідження у сфері побудови систем керування на базі ПЛК із 
використанням HMI спрямовані на створення рішень, які забезпечують 
інтелектуальну взаємодію між людиною та машиною, підвищують рівень 
автоматизації та знижують вплив людського фактора. Застосування 
сучасних технологій програмування, комунікаційних протоколів і засобів 
візуалізації відкриває нові можливості для інтеграції обладнання у єдині 
виробничі комплекси. 
Важливим аспектом таких досліджень є також забезпечення 
надійності, безпеки та стабільності системи керування. В умовах 
інтенсивного виробництва система повинна не лише виконувати свої 
функції точно та швидко, але й гарантувати безпечну роботу оператора й 
обладнання, а також мати можливість віддаленого моніторингу та 
діагностики. 
У підсумку, дослідження та моделювання систем керування 
верстатом на базі ПЛК із використанням HMI-інтерфейсу є актуальним 
напрямком розвитку сучасної промислової автоматизації. Воно сприяє 
створенню більш ефективних, надійних та гнучких систем керування, що 
забезпечують стабільне функціонування виробництва, зниження 
енергетичних та трудових витрат, а також підвищення якості продукції у 
сучасному цифровому промисловому середовищі. 
Дослідження у галузі систем керування верстатами на базі 
програмованих логічних контролерів (ПЛК) та інтерфейсів людина–
машина (HMI) активно ведуться багатьма вченими, інженерами та 
фахівцями у сфері автоматизації виробництва, мехатроніки та промислових 
інформаційних технологій. Розвиток цих напрямків пов’язаний із 
підвищенням вимог до точності, швидкодії та безпеки технологічних 
6 
 
 
процесів, а також із впровадженням концепцій «розумного виробництва» та 
«Індустрії 4.0». 
Серед провідних науковців та інженерів, які зробили значний внесок 
у розвиток систем керування на базі ПЛК, можна відзначити таких 
дослідників: 
− Карл Йоган Астром (Karl Johan Åström) – шведський учений, який 
зробив фундаментальний внесок у розвиток теорії автоматичного та 
адаптивного керування; його наукові праці стали основою для створення 
сучасних алгоритмів роботи ПЛК, зокрема систем зворотного зв’язку, 
цифрового регулювання та адаптивних контролерів, що застосовуються у 
промисловій автоматизації. 
− Бьорн Віттенмарк (Björn Wittenmark) – відомий шведський дослідник 
у галузі теорії автоматичного керування, професор Лундського 
університету, який багато років працював над проблемами адаптивного та 
цифрового регулювання спільно з Карлом Йоганом Астромом. Його наукові 
праці сприяли розвитку методів моделювання, ідентифікації та керування 
динамічними системами, що безпосередньо вплинуло на створення 
сучасних принципів роботи ПЛК. Wittenmark досліджував способи 
реалізації цифрових алгоритмів керування в промислових контролерах, 
питання стійкості, точності та адаптації систем у реальному часі. 
Розроблені ним підходи застосовуються в архітектурі сучасних систем 
керування верстатами, робототехніці та автоматизованих виробничих 
лініях із використанням ПЛК та HMI-інтерфейсів. 
− Ф. Льюнг (Lennart Ljung) – шведський вчений і професор Лундського 
університету, відомий як один із провідних спеціалістів у галузі 
ідентифікації систем та моделювання динамічних процесів. Його 
дослідження зосереджені на розробці методів побудови математичних 
моделей технологічних об’єктів на основі експериментальних даних, що є 
фундаментом для проектування ефективних алгоритмів керування. Роботи 
Ljung безпосередньо застосовуються у системах керування на базі ПЛК, 
дозволяючи підвищувати точність, стабільність та адаптивність 
7 
 
 
промислових контролерів, а також оптимізувати роботу автоматизованих 
верстатів і виробничих комплексів. 
− Ісаак Хоровіц (Isaac Horowitz) – канадський та американський учений 
у галузі автоматичного керування, відомий як один із піонерів у системах 
багатоканального та адаптивного керування. Його дослідження зосереджені 
на аналізі та оптимізації складних промислових процесів із використанням 
алгоритмів регулювання, що безпосередньо вплинули на розробку 
алгоритмів для ПЛК. Праці Horowitz сприяли підвищенню точності, 
стабільності та ефективності керування технологічним обладнанням, 
особливо у промислових верстатах і виробничих лініях із 
багатофункціональними контролерами та системами реального часу. 
Основні роботи, що представляють лише деякі аспекти досліджень в 
галузі роботи ПЛК з HMI у верстатах:  
1. «PLC AND SCADA USED FOR INDUSTRIAL AUTOMATION» 
авторство Kunal Singh. 
2. «Comparative Study of Ladder Logic and Structured Text Programming 
for PLC» авторства Vaibhav Godase. 
3. «The Application of PLC in Industry Fields» авторство Shengbo Deng. 
4. Measuring System авторство Peter H. Sydenham, Richard Thorn. 
5. Fieldbus Technology in Industrial Automation авторство Jean-Pierre 
Thomesse. 
6. Fieldbus Products Information авторство GlobalSpec. 
7. What is Fieldbus? авторство Process Industry. 
8. CANopen авторство WayCon Positionsmesstechnik GmbH. 
9. EtherCAT and TSN (Whitepaper) авторство Dr. Karl Weber. 
10. Comparison list for S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500 Reference Manual 
авторство Siemens AG 
11. Automatic PLC Control Logic Generation Method Based on SysML 
System Design Model авторство Bo Ling, Changyong Chu and Chuan Xu 
12. ControlLogix Architecture – Rockwell Automation авторство Inst Tool 
8 
 
 
На сучасному етапі розвитку промислової автоматизації існує кілька 
невирішених або актуальних викликів у сфері систем керування верстатами 
на базі ПЛК із HMI-інтерфейсом. До основних можна віднести: 
1. Адаптивність алгоритмів керування 
− Сучасні ПЛК повинні мати можливість підлаштовуватися до змін 
виробничих умов: зміни параметрів матеріалу, зношування 
інструментів, коливання навантаження та температурних режимів. 
− Вирішення цього виклику вимагає розробки інтелектуальних 
алгоритмів та впровадження адаптивних PID-регуляторів, які 
автоматично оптимізують роботу верстата без втручання оператора. 
2. Інтеграція з HMI та SCADA-системами 
− HMI-панелі повинні забезпечувати оперативний та зрозумілий 
контроль параметрів верстата, швидку діагностику проблем і 
налаштування режимів роботи. 
− Проблемою залишається створення уніфікованих стандартів 
взаємодії ПЛК і HMI, особливо у складних системах із багатьма 
датчиками та виконавчими механізмами. 
3. Моделювання та тестування систем 
− Розробка та впровадження нових алгоритмів керування потребує 
точного моделювання роботи верстата, щоб уникнути поломок, 
зменшити простої та витрати на тестування в реальних умовах. 
− Використання цифрових двійників (Digital Twin) та середовищ 
моделювання, таких як TIA Portal, Studio 5000, Codesys, стає 
актуальним напрямком для випереджувальної діагностики та 
оптимізації процесів. 
4. Безпека та надійність роботи 
− Системи керування повинні захищати обладнання та операторів від 
аварійних ситуацій і помилок. 
9 
 
 
− Важливими залишаються питання самодіагностики, аварійного 
відключення, резервування та відновлення роботи системи, особливо 
у виробничих комплексах, де будь-яка зупинка веде до значних втрат. 
5. Оптимізація продуктивності та точності 
− Постає завдання збільшення швидкості обробки деталей без втрати 
точності та якості виробів. 
− Це передбачає оптимізацію алгоритмів ПЛК, корекцію траєкторій 
інструментів та інтеграцію адаптивного управління, що враховує 
фізичні обмеження верстата. 
6. Інтеграція з промисловими мережами та IoT 
− Сучасні системи керування повинні підключатися до промислових 
мереж, датчиків та IoT-платформ для централізованого моніторингу, 
збору даних і прогнозування роботи верстатів. 
− Виклик полягає у забезпеченні надійного обміну даними, швидкодії 
мережі та безпеки інформації. 
7. Універсалізація та масштабованість систем керування 
− ПЛК та HMI повинні легко інтегруватися в різні типи верстатів та 
виробничих ліній. 
− Виклик полягає у створенні масштабованих рішень, які дозволяють 
одночасно керувати великим парком верстатів різної конфігурації без 
значного перепрограмування систем. 
8. Підвищення інтелектуального рівня систем 
− Використання штучного інтелекту та алгоритмів машинного 
навчання для передбачення зношування інструментів, оптимізації 
режимів обробки та зменшення енергоспоживання. 
− Потребує поєднання традиційних алгоритмів ПЛК з новими 
аналітичними методами для створення «розумних» виробничих 
комплексів. 
Метою даного дослідження є комплексний аналіз та вдосконалення 
систем керування верстатами на базі програмованих логічних контролерів 
10 
 
 
(ПЛК) із використанням HMI-інтерфейсу, спрямованих на підвищення 
точності, адаптивності та надійності технологічних процесів в умовах 
динамічних змін виробничого середовища. Основна задача полягає у 
формуванні методології та алгоритмів, що забезпечують ефективне 
регулювання параметрів верстата при зміні технологічних умов, 
навантаження та режимів обробки. 
Для досягнення поставленої мети вирішуються наступні завдання: 
1. Аналіз сучасних систем керування ПЛК із HMI 
− Провести систематизацію та порівняльний аналіз існуючих методів 
керування верстатами, оцінити їхню ефективність, адаптивність та 
інтеграційні можливості. 
2. Розробка та вдосконалення алгоритмів керування 
− Створення алгоритма, що забезпечує автоматичну оптимізацію 
режимів обробки, регулювання швидкості та положення інструменту 
з урахуванням зміни технологічних параметрів оновлюванної 
системи. 
3. Інтеграція з HMI та SCADA-системами 
− Розробка інтерфейсів людина–машина для ефективної візуалізації 
процесів, моніторингу критичних параметрів та забезпечення 
оперативного втручання оператора. 
4. Моделювання та експериментальна валідація 
− Виконання моделювання розроблених алгоритмів у спеціалізованих 
середовищах та проведення експериментальних досліджень на 
верстатах для оцінки продуктивності, стабільності та точності 
системи. 
5. Забезпечення безпеки та надійності функціонування 
− Впровадження механізмів самодіагностики, аварійного відключення 
та контролю стану обладнання для підвищення безпеки оператора та 
надійності технологічного процесу. 
11 
 
 
Об’єкт дослідження – технологічні процеси керування параметрами 
верстатів за допомогою ПЛК із HMI, включаючи регулювання швидкості, 
положення інструменту та режимів обробки у змінних виробничих умовах. 
Предмет дослідження – методи та засоби підвищення адаптивності, 
точності та надійності систем керування верстатами на базі ПЛК із HMI, 
зокрема алгоритми керування, моделювання процесів та інтеграція з 
інтерфейсами оператора. 
Методи дослідження – для розв’язання поставлених задач 
застосовуються: 
− методи аналітичного та порівняльного аналізу існуючих систем 
керування; 
− моделювання та симуляція технологічних процесів; 
− розробка, оптимізація та верифікація алгоритмів ПЛК; 
− експериментальна перевірка та тестування; 
− методи забезпечення безпеки та надійності функціонування системи. 
Наукова новизна одержаних результатів 
1. Проведено аналіз сучасних систем керування ПЛК із HMI, а саме 
виконана систематизація та порівняльний аналіз існуючих методів 
керування верстатами, оцінено їхню ефективність, адаптивність та 
інтеграційні можливості, що дозволило визначити оптимальні 
підходи до побудови систем керування верстатами, виявило 
обмеження окремих рішень та шляхи їх усунення, завдяки аналізу 
практичних кейсів впровадження та їх реальних експлуатаційних 
характеристик. 
2. Удосконалено адаптивний алгоритм керування верстатом на базі 
ПЛК, які здатні автоматично підлаштовуватися під зміну 
технологічних параметрів обробки, навантаження та режимів роботи, 
забезпечуючи підвищену точність і стабільність виробничого 
процесу, що підвищило точність позиціювання і стабільність режимів 
обробки, зменшило кількість відхилень та похибок під час роботи 
верстата та забезпечило автоматичну оптимізацію параметрів без 
12 
 
 
втручання оператора, за рахунок використання адаптивних 
регуляторів та механізмів зворотного зв’язку та створення 
алгоритмів, здатних перебудовуватися в реальному часі. 
3. Інтегровано ефективний HMI-інтерфейс для візуалізації параметрів 
верстата в режимі реального часу, що дозволяє оператору оперативно 
контролювати роботу системи, приймати рішення та реагувати на 
відхилення без втручання в базову логіку ПЛК, що підвищило 
оперативність прийняття рішень оператором, покращило 
інтуїтивність керування системою та знизило ймовірність помилок 
людини, за рахунок реалізації структурованих панелей візуалізації з 
динамічними показниками, інтеграції графіків, індикаторів, 
повідомлень та журналу подій. 
4. Розроблено методику моделювання та тестування систем керування у 
середовищі Zelio Soft, що дозволяє проводити комплексну перевірку 
алгоритмів без ризику пошкодження обладнання та оптимізувати 
режими роботи верстатів до впровадження у реальні виробничі 
процеси, це дозволило проводити дослідження алгоритмів без ризику 
для реального обладнання, зменшило час налаштування та 
налагодження системи у виробничих умовах та забезпечило 
можливість оптимізувати параметри керування ще до фізичного 
запуску. 
5. Запропоновано підходи до підвищення безпеки та надійності роботи 
ПЛК і HMI, включаючи самодіагностику, механізми аварійного 
відключення та контроль критичних параметрів верстата, що знижує 
ризики аварій і підвищує безпеку оператора, це дозволило підвищити 
рівень безпеки оператора та захист системи від некоректних дій, 
засобами впровадження механізмів самодіагностики та контролю 
критичних параметрів та використанням систем журналювання та 
повідомлень про помилки. 
6. Оцінено можливості масштабування та інтеграції системи у 
промислові комплекси, включно з підключенням до промислових 
13 
 
 
мереж та IoT-систем для централізованого моніторингу та 
управління, що розширює функціональні можливості систем 
керування сучасних верстатів та забезпечило можливість 
централізованого моніторингу та управління цілим парком верстатів. 
Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність 
результатів полягає в доведенні отриманих наукових результатів до 
конкретних інженерних рішень: 
- Проведено комплексну експериментальну валідацію розроблених 
алгоритмів та інтегрованих HMI-рішень, що підтвердило їхню 
ефективність, адаптивність та придатність до практичного 
впровадження у промислових умовах, що підтвердило працездатність 
та коректність адаптивних алгоритмів у реальних та наближених до 
реальних умов та дало можливість оцінити стабільність системи під 
різними режимами навантаження та технологічних параметрів, за 
рахунок порівняння фактичних результатів роботи з очікуваними та 
модельованими характеристиками. 
Особистий внесок студента. Теоретичні результати дослідження, що 
виносяться на захист, отримані автором особисто. Результати прикладного 
характеру отримані за участю автора спільно з колективом співробітників 
ЧДТУ. 
Апробація результатів. 
Основні положення дослідження доповідалися і обговорювалися на 
науково-практичній конференції ЧДТУ: 18 – 20 квітня 2023 р.: (Україна, 
2023), 1-3 листопада 2023 р. (м. Дніпро, 2023) та науково-практичній 
конференції ЧДТУ: 22 – 24 квітня 2025 р.: (Україна, 2025) 
Публікації. За матеріалами роботи теза доповідей: 
- Модернізаціясистеми управління токарно-револьверного верстата з ЧПУ 
/ Г.С. Шаповалова, О.В. Нечипоренко // Збірник тез доповідей 
студентської науковопрактичної конференції ЧДТУ : 18–20 квітня 2023 
14 
 
 
р. [Електронний ресурс]; Мво освіти і науки України, Черкас. держ. 
технол. унт. – Черкаси : ЧДТУ, 2023. – C.16.; 
- Удосконалення схеми управління верстата з ЧПУ/ О. В. Нечипоренко, 
Г.С. Шаповалова // Комп’ютерне моделювання та оптимізація складних 
систем: VIII Міжнародна науково-технічна конференція (м. Дніпро, 1-3 
листопада 2023) / Український державний хіміко-технологічний 
університет. – Дніпро: 2023. – С. 198-199; Системи керування ЧПУ 
верстатом на базі PLC / К.С. Рудаков, Г.С. Шаповалова // Збірник ТЕЗ 
доповідей студентської науково-практичної конференції ЧДТУ 22–24 
квітня 2025 р. 
Структура і обсяг роботи. Робота складається із вступу, чотирьох 
розділів, висновків, списку використаних літературних джерел. Загальний 
обсяг складає 110 сторінок, із них 94 сторінок основного тексту, 46 
рисунків, 14 таблиць. Список використаних джерел містить 22 
найменування. 
  
15 
 
 
РОЗДІЛ 1 ПРОГРАМОВАНІ ЛОГІЧНІ КОНТРОЛЕРИ ЯК ОСНОВА 
СУЧАСНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ ВЕРСТАТАМИ 
 
1.1 Програмовані логічні контролери 
Із розвитком суспільства з’являється дедалі більше нових 
технологічних рішень, які здатні замінити застарілі системи, що відстають 
від сучасних передових технологій. Також варто зазначити, що дослідники 
створюють високотехнологічні проєкти, які покликані полегшити роботу 
фахівців у нафтовій промисловості. Від вогневої енергії та електричної 
передачі до сучасної інтелектуальної системи керування – галузь поступово 
еволюціонує. 
У цій роботі основну увагу приділено інтелектуальному керуванню 
передачею на базі програмованого логічного контролера (ПЛК), а також 
дослідженню його потенціалу та можливостей застосування. 
Програмований логічний контролер (ПЛК) – це особливий тип контролера 
на базі мікропроцесора, який використовує програмовану пам’ять для 
збереження інструкцій та реалізації таких функцій, як логічні операції, 
послідовне керування, таймування, підрахунок і арифметичні обчислення, 
з метою керування машинами та технологічними процесами (рисунок 1.1). 
 
Рисунок 1.1 – Програмований логічний контролер 
 
ПЛК розроблені таким чином, щоб ними могли користуватися 
інженери, які мають обмежені знання у сфері комп’ютерних систем та мов 
16 
 
 
програмування, забезпечуючи просте, надійне та зручне управління 
виробничим обладнанням. 
 Основне призначення ПЛК – моніторинг і керування різноманітними 
виробничими процесами, такими як складальні лінії, робота верстатів, 
екологічний моніторинг тощо. 
ПЛК знаходить застосування в багатьох галузях промисловості, 
зокрема в енергетиці, металургії, транспорті, будівництві тощо. Процеси 
керування включають комутаційне обладнання, регулювання температури, 
контроль тиску, вимірювання витрати рідини та інші операції. Крім того, ця 
технологія може успішно застосовуватися і в нафтовій промисловості. 
Порівняно з релейними системами, керування за допомогою ПЛК є 
більш стабільним і надійним, а також забезпечує зручне та гнучке 
програмування, яке можна змінювати безпосередньо на місці експлуатації. 
У майбутньому ПЛК відіграватиме ще важливішу роль у промисловому 
виробництві. 
Контролери мають значну перевагу – один і той самий базовий 
контролер може використовуватися для широкого спектра систем 
керування. Щоб змінити роботу системи або правила її функціонування, 
оператору достатньо ввести новий набір інструкцій, без необхідності у 
перепідключенні проводки чи зміні апаратного забезпечення. 
Однак, у порівнянні зі звичайними традиційними електричними 
системами керування, початкові витрати на апаратне та програмне 
забезпечення ПЛК-систем є вищими. Процеси програмування, конфігурації 
та діагностики вимагають участі кваліфікованих інженерів-електриків, що, 
у свою чергу, підвищує витрати на трудові ресурси. 
Для надзвичайно складних систем керування програмування та 
налагодження ПЛК можуть стати досить трудомісткими, потребуючи 
більше часу та спеціальних технічних знань. 
Хоча сучасні ПЛК відзначаються високою швидкодією та коротким 
часом відгуку, деякі системи з надвисокими вимогами до реального часу, 
наприклад, керування високошвидкісними роботизованими 
17 
 
 
маніпуляторами на рівні мікросекунд, можуть вимагати спеціальних 
апаратних рішень або додаткової підтримки для забезпечення необхідної 
точності та швидкості реакції. 
У результаті отримується гнучка, економічно вигідна система, яку 
можна застосовувати для керування процесами, що істотно відрізняються 
за своєю природою та складністю [1]. 
ПЛК подібні до комп’ютерів, однак, якщо комп’ютери оптимізовані 
для виконання обчислювальних та візуалізаційних завдань, то ПЛК 
оптимізовані для виконання задач керування в умовах промислового 
середовища. 
Таким чином, ПЛК характеризуються такими особливостями: 
− високою надійністю та стабільністю роботи; 
− здатністю функціонувати в умовах підвищеного шуму, вібрацій і 
температурних коливань; 
− простотою модифікації програмного забезпечення; 
− зручністю інтеграції з різними промисловими пристроями та 
системами автоматизації. 
Зазвичай система програмованого логічного контролера (ПЛК) 
містить основні функціональні компоненти, до яких належать: 
− процесорний блок (CPU) – виконує обробку логічних операцій, 
керування послідовністю дій та обчислення; 
− пам’ять – зберігає програму користувача, дані процесів і системні 
параметри; 
− блок живлення – забезпечує стабільне електроживлення всіх модулів 
контролера; 
− вхідні та вихідні інтерфейси (I/O) – здійснюють зв’язок ПЛК із 
зовнішніми пристроями, такими як датчики, вимикачі, двигуни, 
виконавчі механізми тощо; 
18 
 
 
− комунікаційний інтерфейс – забезпечує обмін даними між ПЛК та 
іншими контролерами або комп’ютерними системами (наприклад, 
HMI чи SCADA); 
− програмувальний пристрій – використовується для розроблення, 
введення, налагодження та тестування програми керування. 
Програмований логічний контролер – це цифрова комп’ютерна 
система керування, призначена для управління роботизованими 
пристроями та іншими виробничими процесами. Його використання 
базується на знаннях мікроконтролерів, цифрових схем і навичках 
проектування. 
Сфери застосування PLC включають: 
• робототехніку, 
• системи наповнення резервуарів водою, 
• виробничі лінії та інші автоматизовані процеси. 
PLC бувають різних масштабів – від невеликих пристроїв із кількома 
входами/виходами (I/O) до великомасштабних систем, які можуть мати 
тисячі входів і виходів. 
Отже, PLC – це, перш за все, система, яка забезпечує: 
1. Керування вихідними пристроями на основі заздалегідь 
запрограмованих параметрів. 
2. Реєстрацію даних у реальному часі для підвищення продуктивності 
машин та автоматизації процесів. 
3. Програмне керування операціями обладнання, що забезпечує 
точність, безпеку й ефективність виробництва [2]. 
 
1.2 Мови програмування PLC 
1.2.1 Ladder Logic 
Ladder Logic – це мова програмування, яка використовується для 
програмування PLC (програмованих логічних контролерів). 
19 
 
 
Ця мова широко застосовується у промисловій автоматизації, 
оскільки дозволяє легко розробляти, змінювати й візуально аналізувати 
логіку роботи обладнання. 
Приклади промислових застосувань Ladder Logic: 
1. Система транспортування матеріалів (Material Handling Conveyor 
System) – автоматичне керування рухом конвеєрів, сенсорів і моторів 
для перенесення продукції. 
2. Пакування та обв’язування палет (Pallet Packing and Strapping) – 
керування послідовністю пакування, подачею стрічки та фіксацією 
вантажів. 
 
 
Рисунок 1.3 – Ladder Logic Diagram  
 
20 
 
 
3. Система змащення кульового млина (Ball Mill Lubrication System) 
автоматичне вмикання насосів та клапанів для подачі мастила у 
визначений час або за тиском. 
4. Сортування та транспортування посилок (Logistics Package Conveying 
and Sorting) – логіка датчиків і приводів для відстеження, сортування 
й перенаправлення вантажів. 
5. Приготування цементної суміші (Cement Batching) – автоматичне 
дозування компонентів, змішування й контроль часу циклу. 
Ladder Diagram (Діаграма драбини) – це символічне зображення 
логіки керування, яка використовується для програмування PLC 
(програмованого логічного контролера). 
У Ladder Diagram логіка керування представлена у вигляді 
горизонтальних ліній – так званих “сходинок” (rungs), що з’єднані двома 
вертикальними лініями (rails) зліва і справа. Вигляд цієї схеми нагадує 
драбину, звідси й назва – “ladder diagram” [2]. 
1.2.2 Правила програмування Ladder Logic 
Кожен виробник PLC (програмованих логічних контролерів) має свої 
особливі правила програмування Ladder Logic, коли йдеться про створення 
логічних виразів, що містяться у кожній “сходинці” (rung). 
Однак основні правила, яких дотримуються всі виробники PLC при 
програмуванні Ladder Logic: 
1) PLC сканує кожну сходинку в ladder – діаграмі зліва направо і зверху 
вниз. Це визначає порядок виконання логічних операцій у програмі. 
2) Процес сканування PLC виконується циклічно: контролер зчитує 
вхідні сигнали, обчислює логіку сходинок, а потім оновлює стан 
виходів. 
3) Кожна сходинка представляє одну логічну операцію у межах 
загальної програми керування. Усі сходинки разом формують повну 
логіку системи. 
21 
 
 
4) Вхід, вихід або логічний вираз можуть використовуватися кілька 
разів у ladder – діаграмі. Якщо використовується повторно, для них 
застосовується однакове ім’я тегу (tag name) та адреса. 
Основні відмінності між електричною схемою та ladder-діаграмою: 
1. Спосіб представлення логіки: 
• В електричній схемі логіка керування відображається за допомогою 
реальних компонентів – реле, кнопок, контактів, котушок тощо. 
• У ladder – діаграмі замість компонентів використовуються символи, 
які представляють ці елементи логічно. 
2. Принцип виконання логіки: 
• В електричній схемі виконання логіки відбувається фізично, 
відповідно до роботи електричного кола – коли замикаються або 
розмикаються контакти. 
• У ladder-діаграмі логіка виконується програмно, відповідно до 
циклічного процесу сканування PLC (PLC scan cycle), де контролер 
послідовно перевіряє кожну “сходинку” програми й оновлює вихідні 
сигнали. 
1.2.3 Structured Text 
Structured Text (ST) – це високорівнева текстова мова програмування, 
яка використовується для програмованих логічних контролерів (PLC). 
Основні характеристики Structured Text (ST): 
1) Текстова мова: на відміну від графічних мов, таких як Ladder Diagram, 
ST використовує синтаксис, подібний до традиційних мов 
програмування, наприклад Pascal або C. 
2) Високорівнева: дозволяє створювати складні алгоритми та логіку 
керування, використовуючи структуровані програмні конструкції. 
3) Структуроване програмування: підтримує умовні оператори (IF / 
THEN / ELSE), цикли (FOR, WHILE, REPEAT / UNTIL) та виклики 
функцій, що забезпечує створення модульного й повторно 
використовуваного коду. 
22 
 
 
4) Підходить для складних завдань: мова ST ідеально підходить для 
застосувань, які потребують точного таймінгу, математичних 
розрахунків, обробки даних або складних послідовностей, реалізація 
яких у графічних мовах може бути громіздкою. Частина стандарту 
IEC 61131-3: це означає, що вона відповідає єдиному міжнародному 
стандарту, що сприяє сумісності та узгодженості між різними 
виробниками PLC. 
1.2.4 Function Block Diagram (FBD) 
Мова FBD (Function Block Diagram) – графічна мова програмування 
високого рівня, яка дозволяє створювати програми, як набір функцій, 
процедур та функціональних блоків, входи та виходи яких зв’язані між 
собою інформаційними зв’язками. 
У загальному, FBD нагадує функціональну структуру, де кожна 
функція виконується з урахуванням роботи іншої функції. Загальний вигляд 
програми на мові FBD наведений на рис.1.4. Основними елементами 
програми є FFB (функції, процедури та функціональні блоки) та зв’язки, що 
поєднують ці елементи між собою. Графічно в редакторі FBD ці елементи 
зображені у вигляді прямокутників з входами і виходами [2]. 
 
 
Рисунок 1.4 – Приклад фрагменту програми  
на мові FBD 
 
23 
 
 
На рисунку 1.5 подано базову структурну схему системи ПЛК, що 
ілюструє взаємозв’язок між її основними функціональними частинами. 
 
 
Рисунок 1.5 – Базова структурна схема системи ПЛК 
 
1) Процесорний блок або центральний процесор (CPU) – це компонент, 
що містить мікропроцесор, який інтерпретує вхідні сигнали та виконує 
керувальні дії відповідно до програми, збереженої в пам’яті. 
2) Блок живлення – призначений для перетворення змінної напруги 
мережі у низьку постійну напругу, необхідну для роботи процесора та 
електронних схем у модулях вхідних і вихідних інтерфейсів. 
3) Програмувальний пристрій – використовується для введення 
необхідної програми в пам’ять процесора. Програма спочатку 
розробляється на цьому пристрої, а потім передається до пам’яті ПЛК для 
виконання. 
4) Блок пам’яті – це місце, де зберігається програма керування, яку 
виконує мікропроцесор. Також у пам’яті зберігаються дані, отримані від 
вхідних пристроїв, для подальшої обробки та передачі на вихід. 
5) Вхідні та вихідні секції – забезпечують обмін інформацією між 
процесором та зовнішніми пристроями [3]. 
Робота PLC (Програмованого логічного контролера): 
− зчитування вхідних сигналів джерела сигналів (датчики, вимикачі 
тощо) перетворюють реальні аналогові електричні сигнали у цифрові 
24 
 
 
сигнали, придатні для обробки PLC. Ці сигнали надходять до 
контролера через вхідні з’єднання (input connector rails); 
− збереження сигналів у пам’яті отримані вхідні сигнали зберігаються 
у зовнішній образній пам’яті (image memory) PLC у вигляді бітів. Цей 
процес виконується центральним процесором (CPU) контролера; 
− завантаження програми керування програма керування або логіка 
управління записується в PLC за допомогою мови програмування 
(наприклад, Ladder Diagram) через програмувальний пристрій. 
Інструкції програми зберігаються в користувацькій пам’яті (user 
memory); 
− виконання програми CPU зчитує інструкції з користувацької пам’яті 
та обробляє вхідні сигнали – виконує логічні операції, обчислення й 
обробку даних – щоб керувати вихідними пристроями (мотор, клапан, 
реле тощо); 
− оновлення вихідної пам’яті результати виконання інструкцій 
зберігаються у зовнішній образній пам’яті виходів, яка надсилає 
команди на вихідні пристрої; 
− цикл оновлення (опитування) CPU постійно перевіряє стан вихідних 
сигналів і оновлює вхідну образну пам’ять відповідно до змін у 
вихідних даних. Це забезпечує безперервний зворотний зв’язок у 
системі; 
− виконання внутрішніх функцій окрім обробки вхідних/вихідних 
сигналів, CPU виконує внутрішні програмні функції, такі як: 
• встановлення та скидання таймерів; 
• перевірка користувацької пам’яті; 
• контроль стану системи та діагностика помилок. 
У порівнянні з релейними системами керування, структура ПЛК є 
більш гнучкою, а процеси програмування, обслуговування та модернізації 
простішими й зручнішими. ПЛК підтримує різноманітні цифрові та 
аналогові сигнали вводу/виводу, що дає змогу реалізовувати замкнені 
25 
 
 
контури керування параметрами, такими як температура, тиск, 
переміщення тощо, шляхом підключення відповідних модулів, підвищуючи 
тим самим точність керування технологічними процесами. 
Завдяки високій обчислювальній продуктивності, ПЛК здатні 
виконувати складне пакетне керування виробництвом, інтерполяційні 
розрахунки для ЧПК (числового програмного керування) та інші 
інтелектуальні функції. Використання технології польових шин (Fieldbus) 
дозволяє інтегрувати ПЛК із людино – машинними інтерфейсами (HMI), 
сенсорами та іншими пристроями для реалізації мережевого керування. 
 
 
Рисунок 1.6 – Схематична робота PLC 
 
Попри те, що традиційні методи електричного керування є простими, 
наочними та економічними, вони мають низьку гнучкість і обмежену 
складність реалізації. У певних сферах, де потрібне інтенсивне 
використання електричних схем, такі методи призводять до високого рівня 
відмов. Крім того, вони потребують значної кількості фізичних 
компонентів, що займають багато місця при монтажі. 
Отже, у різних галузях та сферах застосування фахівці повинні чітко 
розуміти переваги й недоліки традиційних електричних систем керування 
26 
 
 
та систем на базі ПЛК, щоб гнучко обирати методи керування відповідно до 
вимог виробництва [1]. 
 
1.3 Fieldbus – польова шина 
У загальному розумінні польова шина (Fieldbus) – це мережа для 
з’єднання польових пристроїв, таких як датчики, виконавчі механізми, 
контролери нижнього рівня (наприклад, ПЛК), регулятори, приводи та 
людино-машинні інтерфейси (HMI). Однак це лише неформальне 
визначення, яке потребує глибшого технічного аналізу. 
Технологія Fieldbus охоплює широку сферу технічних рішень і 
проблем, які мають подібну, але не ідентичну природу. Вона включає 
різноманітні методи і протоколи обміну даними, які, хоча й мають спільну 
мету – забезпечення ефективної комунікації між пристроями промислової 
автоматизації, – суттєво відрізняються за принципами побудови, рівнем 
відкритості, швидкодією та структурою протоколів [4]. 
 
 
Рисунок 1.7 – Варіанти реалізації систем польових шин 
  
27 
 
 
1.3.1 PROFIBUS: 
PROFIBUS, завдяки своєму стандартному протоколу, охоплює всі 
підпроцеси, що зустрічаються у виробничій та процесній автоматизації, 
включаючи: 
− безпекові комунікації (Safety Communication), 
− керування приводами та двигунами (Drive Applications). 
Завдяки цьому PROFIBUS створює оптимальну основу для 
забезпечення горизонтальної узгодженості в межах усієї автоматизованої 
системи – тобто узгоджену взаємодію між усіма рівнями виробничого 
обладнання на одному рівні управління [5]. 
PROFINET, у свою чергу, також ґрунтується на стандартизованому 
протоколі і, крім горизонтальної взаємодії, підтримує вертикальну 
комунікацію – тобто зв’язок між польовим рівнем (Field Level) і рівнем 
корпоративного управління (Enterprise Level). 
Таким чином, обидві системи – PROFIBUS і PROFINET – 
забезпечують: 
− єдину архітектуру комунікацій, 
− високу сумісність між різними пристроями і системами, 
− оптимізацію процесів автоматизації завдяки наскрізному зв’язку між 
усіма рівнями виробництва [6]. 
1) Transmission Technologies (Технології передавання даних) 
− Wired (дротові): RS – 485 / RS – 485 – IS (для вибухозахищених 
зон), MBP / MBP-IS (Manchester Bus Powered). 
− Optical (оптичні): скло, PCF, пластик. 
− Wireless (бездротові): для мобільних або складних промислових 
застосувань. 
28 
 
 
 
Рисунок 1.8 – Архітектура PROFIBUS 
 
2) Communication Technology (Технологія комунікацій) 
− Основний протокол: PROFIBUS DP (Distributed Peripherals) з 
варіантами DP-V0, DP-V1, DP-V2: 
• V0: базовий обмін даними між PLC і пристроями. 
• V1: розширення для параметризації та діагностики. 
• V2: підтримка синхронізації, ізохронних циклів тощо. 
3) Common Application Profiles (Загальні профілі застосувань) 
− Містять стандартизовані функції, що можуть використовуватись у 
різних галузях: 
• PROFIsafe – безпечна передача даних. 
• I&M (Identification & Maintenance) – ідентифікація та 
обслуговування. 
• iPar-Server – централізоване збереження параметрів. 
• Time Stamp, Redundancy тощо. 
4. Specific Application Profiles (Специфічні профілі застосувань).  
Це галузеві розширення для конкретних типів пристроїв або процесів: 
− PROFIdrive – керування електроприводами. 
29 
 
 
− PA Devices – прилади процесної автоматизації. 
− Ident Systems – системи ідентифікації (наприклад, RFID). 
− Encoder, Weighing & Dosing – енкодери, зважування, дозування. 
− Lab Automation, XY тощо. 
− PROFIBUS PA, HART on PROFIBUS – інтеграція приладів процесної 
автоматизації [7]. 
1.3.2 MODBUS 
 MODBUS є одним із найпоширеніших і найстаріших промислових 
протоколів, який широко застосовується у системах автоматизації, 
моніторингу та керування.  
MODBUS функціонує за архітектурою типу «ведучий – ведений» 
(master – slave), у якій один центральний пристрій (ведучий) ініціює обмін 
даними з одним або кількома підлеглими пристроями (веденими).  
 
 
Рисунок 1.9 – Архітектура мережі MODBUS RTU 
 
30 
 
 
Найпоширенішими різновидами протоколу MODBUS є три основні 
типи, які відрізняються способом передавання даних та середовищем 
комунікації: 
1) MODBUS ASCII 
Цей тип протоколу використовує кодовий формат ASCII (American 
Standard Code for Information Interchange) для передавання даних. 
Основні характеристики Modbus ASCII: 
− використовує текстову передачу даних, де кожен байт представлено 
двома ASCII-символами. 
− забезпечує чітку ідентифікацію початку та кінця повідомлення, що 
запобігає спотворенню даних при затримках або шумі на лінії зв’язку. 
− контроль помилок здійснюється методом LRC (Longitudinal 
Redundancy Check) – поздовжньої надлишкової перевірки. підтримує 
роботу через інтерфейси RS-232 або RS-485, хоча 
найчастіше застосовується у поєднанні з модемами або радіоканалами. 
2) MODBUS RTU (Remote Terminal Unit) 
Це найпоширеніший формат, який базується на послідовній передачі 
даних (RS – 485 або RS – 232). 
Особливості формату Modbus RTU 
− дані кодуються в компактному бінарному форматі, що підвищує 
ефективність використання каналу зв’язку; 
− кожен кадр повідомлення містить: 
• Адресу пристрою (slave address); 
• Код функції (function code); 
• Поля даних (data field); 
• Контрольну суму (CRC) для виявлення помилок. 
− висока точність контролю помилок досягається за рахунок 
циклічного надлишкового коду (CRC – Cyclic Redundancy Check); 
31 
 
 
3) MODBUS/TCP 
Це сучасна версія протоколу, яка працює на базі Ethernet-технології 
(TCP/IP). 
Основні характеристики Modbus/TCP 
− середовище передачі: стандартна Ethernet – мережа 
(10/100/1000Мбіт/с); 
− протоколи нижнього рівня: TCP/IP (Transmission Control Protocol 
/Internet Protocol); 
− ідентифікація пристроїв: за допомогою IP – адрес, а не номерів slave; 
порт за замовчуванням: TCP-порт 502; 
− тип структури: клієнт – сервер (Client – Server), де PLC, SCADA або 
HMI можуть виконувати роль клієнта або сервера  [8]. 
1.3.3 CANopen 
CANopen – це стандартизований користувацький протокол, 
розроблений на базі шини Controller Area Network (CAN), який забезпечує 
уніфікований інтерфейс для підключення та взаємодії різних пристроїв в 
автоматизованих системах керування.  
 
 
Рисунок 1.10 – Модель пристрою CANopen 
 
Основні можливості CANopen: 
− простий доступ до параметрів пристрою: усі параметри пристрою 
зберігаються в уніфікованій структурі, відомій як об’єктний словник 
(Object Dictionary). Це спрощує програмування, моніторинг і 
діагностику; 
32 
 
 
− конфігурація мережі та пристроїв: CANopen дозволяє централізовано 
або автоматично налаштовувати вузли мережі, призначати 
ідентифікатори та встановлювати зв’язки між пристроями. 
− синхронізація пристроїв: підтримується синхронізація за допомогою 
SYNC-повідомлень, що забезпечує узгоджене виконання операцій у 
реальному часі. 
− передача даних у циклічному або подієвому режимі: пристрої можуть 
надсилати інформацію або з фіксованою періодичністю, або при 
виникненні певної події, що підвищує ефективність використання 
мережевого трафіку. 
− паралельна передача даних: CANopen дозволяє одночасно 
виконувати операції введення та виведення, що є критично важливим 
для керування складними технологічними процесами [9]. 
1.3.4 EtherCAT 
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) сьогодні є 
домінуючим рішенням у сфері технологій польових шин (Fieldbus), 
забезпечуючи надзвичайно високу швидкість обміну даними, точну 
синхронізацію та низьку затримку, що є критично важливим для систем 
реального часу. 
Основними цілями Ethernet-комунікації є цілісність даних і 
пропускна здатність. Дані поділяються на об’єкти, відомі як пакети. Кожен 
пакет містить набір полів, таких як адреса джерела, адреса призначення, 
корисні дані тощо. Дані, що містяться у полі корисного навантаження, 
позначеному як «Ethernet Data» на Рисунку 1, можуть належати до будь-
якого протоколу. Наприклад, контролери руху Galil Motion Controllers 
використовують протокол Telnet для передачі ASCII-даних між 
контролером і комп’ютером через TCP/UDP. Швидкість у 100 Мбіт/с 
робить таку комунікацію практично миттєвою. 
Однак використовується слово «практично», оскільки Ethernet-
комунікація має певні накладні витрати, які можуть спричиняти періодичні 
затримки – наприклад, якщо пакет буде втрачено або станеться колізія. 
33 
 
 
Використання всіх компонентів у закритій мережі може мінімізувати 
ймовірність таких випадкових затримок, але повністю усунути їх 
неможливо. Якщо затримка все ж трапляється, вона рідко перевищує одну 
мілісекунду і, для більшості застосувань у системах керування рухом, не 
має суттєвого значення. Тим не менш, Ethernet-комунікацію часто 
називають «недетермінованою», оскільки немає абсолютної гарантії, що 
інформація прибуде до визначеного пункту призначення у заданий час. 
Проведений аналіз показав, що розвиток мережевих технологій у 
промисловій автоматизації спрямований на підвищення швидкодії, 
забезпечення детермінованої передачі даних, спрощення налаштування 
систем і покращення сумісності між пристроями різних виробників. 
Зокрема, такі рішення, як EtherCAT та PROFINET, забезпечують побудову 
інтегрованих, високошвидкісних і масштабованих систем керування в 
реальному часі. 
Отже, сучасні системи промислової автоматизації базуються на 
поєднанні функціональної гнучкості PLC та розвинених комунікаційних 
можливостей Fieldbus-мереж, що створює основу для побудови 
інтелектуальних, мережево – орієнтованих систем керування нового 
покоління [10]. 
  
34 
 
 
РОЗДІЛ 2 ПОРІВНЯННЯ ТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК 
ПРОГРАМОВАНИХ ЛОГІЧНИХ КОНТРОЛЕРІВ 
 
2.1 Порівняльний аналіз технічних параметрів 
У сучасних системах автоматизації промисловості програмовані 
логічні контролери (ПЛК) виконують складні завдання керування, де 
важливу роль відіграють інструкції порівняння. Саме вони забезпечують 
можливість прийняття рішень у програмі, дозволяючи контролеру 
реагувати на зміни в технологічних процесах. Порівняння значень змінних, 
таких як температура, тиск, рівень або кількість циклів, дає змогу 
реалізовувати гнучкі алгоритми керування – від простих умов вмикання 
обладнання до складних логічних операцій. У цьому розділі розглянуто 
принцип роботи інструкцій порівняння, їх відмінність від базової булевої 
логіки та роль у забезпеченні ефективної та адаптивної роботи систем 
керування. 
1) Порівняння часу сканування 
 
вПиокроівннаянннняя – пчраосд суккатниуввнаонснтяі 
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Simple Logic Complex Array Processing String Operations
Calculations
Ladder Logic Structured Text
 
Рисунок 2.1 – Порівняння продуктивності  
виконання – час сканування 
35 
 
Час виконання (нс)
 
З точки зору продуктивності за часом сканування, сходинкова логіка 
(LD) показала на 5 – 10% швидше виконання для базової релейної логіки, 
що підкреслює її перевагу в простих керувальних завданнях. 
Однак структурований текст (ST) продемонстрував на 15 – 25% 
кращу продуктивність при виконанні складних арифметичних операцій, що 
робить його більш придатним для обчислювально інтенсивних процесів. 
Порівняння продуктивності виконання програм PLC, де менші 
значення означають кращу продуктивність. 
 
 
Рисунок 2.2 – Порівняння часу виконання програми керування ПЛК до та 
після оптимізації 
 
При роботі зі змішаними логічними операціями, різниця у 
продуктивності між LD і ST залежала від складності застосування та 
коливалася в межах від 2 до 15%. 
Як показано на рисунку 10, у порівнянні з традиційною програмою, 
написаною вручну, оптимізована програма демонструє суттєве покращення 
показників часу виконання, при цьому зменшення часу роботи складних 
36 
 
 
станцій, таких як станція обробки та станція монтажу, є особливо помітним 
– до 26% скорочення. 
Таке підвищення продуктивності зумовлене синергією між 
механізмом автоматизованої генерації коду на основі моделі та гібридним 
алгоритмом оптимізації, які ефективно усувають надлишкові операції та 
неефективні шляхи, характерні для ручного програмування [13]. 
2) Пам'ять  
Споживання пам’яті є ще одним важливим фактором, який відрізняє 
LD і ST. Програми, написані мовою LD, зазвичай споживають на 10 – 15% 
більше пам’яті, головним чином через додаткові ресурси, необхідні для їх 
графічного представлення. 
 
 
Рисунок 2.3 – Порівняння споживання пам’яті програми керування 
ПЛК до та після оптимізації 
 
Натомість програми, створені мовою ST, демонструють ефективніше 
використання пам’яті, особливо у додатках з великим обсягом даних, 
завдяки структурованому текстовому підходу. 
37 
 
 
Крім того, складні мережі LD часто вимагають використання 
додаткових проміжних змінних для керування потоком логіки, що ще 
більше збільшує загальне споживання пам’яті. 
Ефективність оптимізації додатково підтверджується результатами 
порівняння використання пам’яті, наведеними на рисунку 11. Згідно з ними, 
обсяг пам’яті, який займає оптимізована програма, зменшився в середньому 
на 23%, а на критичних ділянках – більш ніж на 40%. 
Таке значне покращення ефективності використання ресурсів 
зумовлене двома основними чинниками: 
− Оптимізація потоку даних дозволила скоротити кількість проміжних 
змінних, що зберігаються в пам’яті. 
− Алгоритм оптимізації шляхів реконструював послідовність 
виконання логіки керування, підвищуючи узгодженість процесів. 
Експериментальні дані показують, що оптимізована програма не 
лише підвищує ефективність виконання інструкцій (показник IPC зріс на 
15%), але й зменшує кількість пропусків кешу на 30%, забезпечуючи 
синергетичну оптимізацію обчислювальних і пам’яттєвих ресурсів [14]. 
 
2.2 Загальні характеристики та класифікація ПЛК 
2.2.1 Основні типи контролерів за розміром 
Програмовані логічні контролери (PLC) класифікуються за багатьма 
ознаками, зокрема за їхньою обчислювальною потужністю, кількістю 
входів/виходів, функціональністю, розширюваністю та фізичними 
розмірами. Однією з найбільш поширених класифікацій є поділ контролерів 
за розміром, що безпосередньо пов’язаний із масштабом та складністю 
автоматизованої системи, у якій вони застосовуються. За цією ознакою 
виділяють три основні типи: малі (компактні), середні (модульні) та великі 
(централізовані або розподілені) контролери. 
1. Малі (компактні) контролери 
Малі або компактні PLC призначені для виконання простих завдань 
автоматизації, таких як керування окремим верстатом, насосом, конвеєром 
38 
 
 
чи локальним технологічним процесом. Їхня головна особливість полягає у 
тому, що всі основні модулі – центральний процесор (CPU), блок живлення 
та модулі введення/виведення (I/O) – об’єднані в одному корпусі.  
 
Таблиця 2.1 – Типи контролерів за розміром 
Малі Середні Великі 
Параметр 
(компактні) (модульні) (розподілені) 
Кількість I/O до 100 до кількох тисяч десятки тисяч 
Гнучкість низька висока дуже висока 
Вартість низька середня висока 
Всі мови 
LD, FBD, ST, 
Програмування LD, FBD програмування 
SFC 
ІЕС 61131-3 
автоматизовані енергетика, 
Галузі окремі машини, 
лінії,  нафтопереробки, 
застосування лабораторії 
виробництво великі заводи 
 
2. Середні (модульні) контролери 
Середні або модульні контролери відзначаються гнучкою 
структурою, що дозволяє користувачеві змінювати конфігурацію системи 
відповідно до конкретних вимог. Кожен модуль – процесор, живлення, 
вхідні/вихідні модулі, комунікаційні інтерфейси – може бути встановлений 
або замінений окремо.  
3. Великі (централізовані та розподілені) контролери 
Великі PLC, відомі також як централізовані або розподілені системи 
керування (DCS – Distributed Control Systems), застосовуються в 
масштабних промислових об’єктах, де потрібно керувати численними 
процесами одночасно – наприклад, у металургії, нафтохімії, енергетиці чи 
39 
 
 
на транспорті. Основна перевага великих контролерів – це 
масштабованість, надійність та можливість централізованого або 
розподіленого керування комплексними процесами (таблиця 2.1) [15].  
2.2.2 Основні типи контролерів за кількістю входів/виходів 
Однією з ключових характеристик програмованих логічних 
контролерів (ПЛК) є кількість дискретних та аналогових входів і виходів 
(I/O), що визначає масштаб задач, які може виконувати контролер, а також 
складність процесів, які він здатен автоматизувати. За цим параметром усі 
ПЛК можна класифікувати на три основні групи: малі (компактні), середні 
(модульні) та великі (розкладні або багаторівневі) контролери. 
1. Малі контролери (до 64 I/O) 
Малі ПЛК, як правило, мають до 64 точок введення/виведення 
(входів/виходів) і використовуються для керування окремими машинами, 
локальними технологічними вузлами або невеликими автоматизованими 
системами.  
Сфери застосування: 
− Автоматизація окремих верстатів або механізмів (наприклад, 
свердлильних або фасувальних машин); 
− Системи керування насосами, вентиляторами, компресорами; 
− Локальні системи освітлення, клімат-контролю, безпеки тощо. 
Переваги: низька вартість, простота монтажу та програмування, 
мінімальні габарити. 
Недоліки: обмежена кількість входів/виходів і слабкі можливості 
розширення. 
2. Середні контролери (від 64 до 512 I/O) 
Середні або модульні ПЛК мають від 64 до 512 входів/виходів і 
застосовуються у складніших системах, де потрібно керування кількома 
агрегатами або технологічними лініями. Вони складаються з основного 
процесорного модуля (CPU) і змінних модулів введення/виведення, що 
дозволяє легко масштабувати систему.  
  
40 
 
 
Сфери застосування: 
− Автоматизовані виробничі лінії; 
− Системи моніторингу та диспетчеризації; 
− Енергетичні комплекси, транспортні системи, водопостачання; 
− Взаємодія з панелями оператора (HMI) і SCADA-системами. 
Переваги: модульна структура, можливість розширення I/O, 
підтримка складних алгоритмів керування.  
Недоліки: вища вартість і складність налаштування. 
3. Великі контролери (понад 512 I/O) 
Великі або багаторівневі ПЛК – це високопродуктивні системи, які 
мають понад 512 входів/виходів і використовуються у масштабних 
автоматизованих комплексах, де необхідна обробка значних обсягів даних 
у реальному часі.  
Сфери застосування: 
− Великі енергетичні об’єкти, нафтопереробні заводи, металургійні 
комбінати; 
− Автоматизація транспортних систем, логістичних комплексів; 
− Керування технологічними процесами у хімічній та харчовій 
Промисловості [16]. 
2.2.3 Основні типи контролерів за призначенням 
Програмовані логічні контролери (ПЛК) є ключовою складовою 
сучасних систем автоматизації, що забезпечують реалізацію логічних, 
часових, лічильних, математичних та регуляторних операцій у виробничих 
і технологічних процесах. За функціональним призначенням та областю 
застосування ПЛК поділяються на чотири основні групи: 
 малі (компактні), середні (модульні), високопродуктивні (індустріальні) та 
спеціалізовані контролери.  
1. Малі (компактні) контролери 
Основні сфери застосування: 
− автоматизація окремих верстатів, фасувальних, пакувальних або 
транспортних механізмів; 
41 
 
 
− системи вентиляції, опалення, насосні станції, охоронні системи; 
− побудова малих локальних систем керування без інтеграції у SCADA. 
Переваги: 
− низька вартість та енергоспоживання; 
− простота встановлення та обслуговування; 
− достатня надійність у промислових умовах. 
Недоліки: 
− обмежена кількість вход/виходів; 
− обмежені можливості розширення та комунікації; 
− невелика швидкодія при обробці складних алгоритмів. 
2. Середні (модульні) контролери 
Основні сфери застосування: 
− автоматизація виробничих ліній і комплексів; 
− керування насосними або компресорними станціями; 
− енергетичні системи, транспортні комплекси, логістичні центри; 
− інтеграція з сенсорними панелями (HMI) та SCADA-системами. 
Переваги: 
− підтримка різних типів сигналів 
− можливість реалізації складних алгоритмів і розподіленого 
керування 
Недоліки: 
− більше ціна та складність; 
− потреба у фахівцях для проектування та обслуговування. 
3. Високопродуктивні (індустріальні) контролери 
Основні сфери застосування: 
− нафтогазова, хімічна, енергетична, металургійна промисловість; 
− системи керування технологічними процесами з великою кількістю 
змінних; 
− яскладні об’єкти з розподіленими підсистемами (DCS-архітектура). 
Переваги: 
42 
 
 
− висока продуктивність; 
− підтримка складних алгоритмів та обробки великих обсягів даних; 
− інтеграція з верхнім рівнем керування підприємством. 
Недоліки: 
− висока вартість; 
− складність програмування і технічного забезпечення; 
− потреба у спеціалізованому програмному забезпечення. 
4. Спеціалізовані контролери 
Основні сфери застосування: 
− робототехніка та автоматизовані виробничі комплекси; 
− системи числового програмного керування (ЧПК, CNC); 
− транспортні системи, медичне обладнання, енергетичні мережі. 
Переваги: 
− висока точність та оптимізація під конкретні задачі; 
− мінімальні затримки в обробці сигналів; 
− можливість інтеграції в спеціалізовані системи. 
Недоліки: 
− низька універсальність; 
− висока вартість модернізації або заміни; 
− складність адаптації під нові процеси [17]. 
2.2.4 Загальні параметри 
При виборі програмованого логічного контролера для побудови 
системи автоматизації важливо враховувати його технічні характеристики, 
що визначають продуктивність, гнучкість і масштабованість системи. 
До основних параметрів, які характеризують сучасні ПЛК, належать: 
− швидкість обробки інформації, 
− обсяг пам’яті, 
− кількість модулів розширення, 
− підтримувані протоколи зв’язку. 
Ці параметри безпосередньо впливають на продуктивність системи 
керування, можливість підключення зовнішніх пристроїв, масштабування 
43 
 
 
та інтеграцію з іншими компонентами автоматизованої лінії. Загальні 
технічні параметри програмованих логічних контролерів (таблиця 2.2) 
 
Таблиця 2.2 – Основні параметри сучасних ПЛК 
Кількість Підтримувані 
Тип Швидкість Обсяг пам'яті Типові області 
модулів протоколи 
контролера обробки програми/даних застсування 
розширення зв'язку 
Modnus RTU, Керування простими 
Малі 
0.3-1.0 мкс на 0-3 зовнішні Modnus ASCII, механізмами: насоси, 
(компактні) 16-256 кб/ до 64 кб 
інструк-цію модулі CANopen, RS- вентилятор, локальні 
ПЛК 
232/485 вузли автоматики 
Modbus TCP/IP, 
Лінії складання, 
0.05-2.0 мкс Profibus DP, 
256 кб -2 мб/до 1 системи 
Середні плк на інструк- 4-10 модулів Ethernet/IP, 
мб нагріву/охолодження, 
цію CANopen, 
транспортні системи 
Profinet 
Роботизовані 
EtherCAT, 
комплекси, ЧПУ, 
0.01-0.05 мкс Profinet, Modbus 
Високопроду синхронізовані 
на інструк- 4-64 мб/до 8м мб 10-32 модулі TCP/IP, 
ктивні ПЛК процеси, високошви-
цію Ethernet/IP, OPC 
дкісне позиціону-
UA, DeviceNet 
вання 
Підтримка всіх 
основних Критичні системи 
До 0.01 мкс (з 
Спеціалізо- промисло-вих керування, 
апаратним До 64 модулів 
вані ПЛК 8-128 мб/до 32 мб протоколів, нафтогазова 
приско- або більше 
 включаючи TSN промисло-вість, 
ренням) 
(Time Sensitive енергетика. 
Networkin) 
 
Додаткові пояснення: 
− Швидкість обробки визначає час, необхідний для виконання однієї 
логічної інструкції або циклу опитування сигналів. Високі показники 
важливі при роботі з динамічними процесами та синхронізованими 
механізмами. 
44 
 
 
− Обсяг пам’яті впливає на складність програм, що можуть бути 
реалізовані. У високопродуктивних ПЛК передбачено значні обсяги 
пам’яті для архівів, журналів і математичних обчислень. 
− Кількість модулів розширення визначає можливість підключення 
додаткових входів/виходів, комунікаційних інтерфейсів або 
спеціальних функціональних модулів (ПІД, позиціонування, 
аналогові входи тощо). 
 
2.3 Огляд провідних виробників ПЛК та їхніх рішень 
2.3.1 Siemens AG (Німеччина) 
Siemens AG є одним із глобальних лідерів у сфері промислової 
автоматизації та цифрових рішень. Під брендом SIMATIC компанія 
пропонує широкий спектр ПЛК-рішень: від компактних контролерів для 
машинних додатків до потужних систем для складних виробничих ліній і 
технологічних процесів. Основні серії включають S7 – 1200, S7 – 1500, а 
також спеціалізовані модулі для промислових умов (SIPLUS Extreme). 
Технічні особливості та переваги: 
− Модульна архітектура, що забезпечує масштабованість системи та 
інтеграцію великої кількості цифрових і аналогових I/O. 
− Підтримка комунікаційних протоколів PROFINET, PROFIBUS, 
EtherNet/IP, що дозволяє інтегрувати ПЛК в складні промислові 
мережі. 
− Середовище програмування TIA Portal, що забезпечує централізоване 
проектування, конфігурування, програмування та діагностику. 
− Висока надійність у складних умовах експлуатації, широкий 
температурний діапазон та сертифікація для промислового 
використання. 
Області застосування: автомобільна промисловість, виробничі лінії, 
енергетика, інфраструктура [18]. 
  
45 
 
 
2.3.2 Rockwell Automation, Inc. (США) – бренд Allen-Bradley 
Rockwell Automation, через бренд Allen-Bradley, є провідним 
постачальником ПЛК у Північній Америці. Основні серії включають 
CompactLogix, ControlLogix та MicroLogix, орієнтовані на середні та великі 
виробничі системи. 
Технічні особливості та переваги: 
− Середовище програмування Studio 5000, що забезпечує ефективне 
розроблення програмних рішень у стандартах IEC 61131-3. 
− Висока інтеграція з іншими продуктами Rockwell (HMI, drives, 
SCADA). 
− Підтримка мережевих протоколів EtherNet/IP, DeviceNet, ControlNet. 
− Масштабованість системи за рахунок можливості підключення 
декількох шасі та великої кількості модулів I/O. 
Області застосування: великі інтегровані виробничі системи, 
автомобільна промисловість, пакувальні лінії [19]. 
2.3.3 Schneider Electric SE (Франція) 
Schneider Electric пропонує ПЛК під брендом Modicon, що 
відзначаються гнучкістю конфігурацій та інтеграцією з IoT-платформою 
EcoStruxure. Основні серії включають M221, M241, M262 та M580, які 
охоплюють спектр від компактних до високопродуктивних контролерів. 
Технічні особливості та переваги: 
− Орієнтація на енергоефективність та інтеграцію з цифровими 
фабриками (Industry 4.0). 
− Підтримка стандарту IEC 61131-3 і програмування через середовище 
EcoStruxure Machine Expert. 
− Широкий вибір модульних розширень для цифрових і аналогових 
сигналів. 
− Підвищена надійність для процесних застосувань у хімічній 
промисловості, водопідготовці та енергетиці. 
46 
 
 
Області застосування: промислова автоматизація, енергетика, 
водопідготовка, процесна промисловість [20]. 
2.3.4 ABB Ltd (Швейцарія/Швеція) 
ABB пропонує високопродуктивні ПЛК серії AC800M та AC500, 
орієнтовані на великі промислові процеси з високими вимогами до 
надійності, масштабованості та інтеграції з DCS – системами. 
Технічні особливості та переваги: 
− Двоядерні процесори з високою продуктивністю, що дозволяє 
паралельну обробку задач. 
− Підтримка широкого спектру комунікаційних протоколів 
(PROFINET, PROFIBUS, CANopen, DeviceNet). 
− Модульна архітектура з можливістю резервування CPU та I/O 
модулів. 
− Висока надійність у складних умовах, підтримка цифрових сервісів та 
аналітики для «розумних заводів» [21]. 
 
2.4 Ключові технічні характеристики чотирьох провідних ПЛК 
2.4.1 Siemens (серії S7-1200, S7-1500) 
Програмовані логічні контролери Siemens серій SIMATIC S7 – 1200 
та SIMATIC S7 – 1500 є представниками нового покоління засобів 
автоматизації, розроблених для широкого спектра промислових задач – від 
керування невеликими механізмами до реалізації складних технологічних 
процесів з підвищеними вимогами до швидкодії, точності та безпеки. 
Контролери цих серій підтримують сучасні комунікаційні стандарти, 
мають розширені можливості обробки даних, інтегровані інтерфейси 
зв’язку та високий рівень захисту інформації. Їхня архітектура орієнтована 
на інтеграцію в середовище TIA Portal (Totally Integrated Automation), що 
забезпечує єдину платформу для програмування, діагностики та 
візуалізації. 
  
47 
 
 
Таблиця 2.3 – Характеристики SIMATIC S7 – 1200, SIMATIC S7 – 1500   
Параметр SIMATIC S7-1200 SIMATIC S7-1500 
Малі та середні системи Середні та великі системи 
Призначення автоматизації, локальні вузли автоматизації, високошвидкісні 
керування комплекси 
CPU 1211C, 1212C, 1214C, 
Тип процесора CPU 1511, 1513, 1515, 1516, 1518 
1215C, 1217C 
Швидкість обробки 
0,08–0,1 мкс/інструкцію 0,01–0,03 мкс/інструкцію 
логічних операцій 
50–125 КБ (залежно від моделі 
Пам'ять програми  500 КБ – 38 МБ (залежно від CPU) 
CPU) 
Пам'ять даних До цієї 1гб (включно зі змінною 
До 100 кб 
(робоча/змінна) пам'яттю) 
Кількість вбудованих 32–128 входів / 32–128 виходів 
14–30 входів / 10–20 виходів 
цифрових входів/виходів (залежно від конфігурації) 
Кількість модулів 
До 8 модулів До 32 модулів 
розширення  
Аналогові, цифрові, Аналогові, цифрові, технологічні 
Типи модулів розширення  
комунікаційні, позиціонування (PID, motion control, safety) 
PROFINET, Ethernet, Modbus PROFINET, PROFIBUS DP, 
Інтерфейси зв'язку 
TCP/RTU, RS-485 (через Ethernet/IP, OPC UA, TSN, Modbus 
(вбудовані) 
модуль) TCP 
Modbus RTU/TCP, PROFINET PROFINET, PROFIsafe, Modbus TCP, 
Підтримувані протоколи 
IO, TCP/IP, S7 Communication EtherNet/IP, OPC UA, WebServer 
Вбудований Web-сервер, PID- Високошвидкісна обробка сигналів, 
Інтегровані функції  регулятор, генератор імпульсів багатоядерна архітектура, системи 
(PTO/PWM), лічильники безпеки Safety Integrated 
Максимальна кількість 
До 16 PROFINET-пристроїв до 256 пристроїв у мережі PROFINET 
підключених пристроїв 
24 В DC або 120/230 В AC (залежно 
Живлення 24 В DC 
від CPU) 
Середовище 
TIA Portal (STEP 7 Basic) TIA Portal (STEP 7 Professional) 
програмування 
Температурний діапазон 
−20 °C … +60 °C −25 °C … +60 °C 
клітинок експлуатації 
130×85×125 мм (CPU 1511) до 
Габаритні розміри 100×75×90 мм (CPU 1212C) 
200×120×160 мм (CPU 1518) 
 
 
48 
 
 
 
Рисунок 2.5 – Архітектура системи «PLC з HMI» 
 
Архітектура системи “PLC – HMI” включає такі основні компоненти: 
1. Датчики та виконавчі механізми – забезпечують збір інформації з 
технологічного процесу (температура, тиск, рівень, швидкість) та 
виконання команд контролера (вмикання двигунів, клапанів, насосів тощо). 
2. PLC (програмований логічний контролер) – здійснює логічну 
обробку сигналів, виконує задані алгоритми керування і передає дані на 
HMI. 
3. HMI – панель або SCADA-система – використовується для 
візуалізації технологічного процесу, налаштування параметрів, формування 
звітів і ведення журналу подій. 
4. Комунікаційна мережа – забезпечує обмін даними між HMI та PLC 
за допомогою промислових протоколів (Ethernet/IP, Modbus TCP, 
PROFINET, Profibus, CANopen тощо). 
5. Вище рівневе керування (MES/ERP) – за потреби інтегрується для 
обліку ресурсів, аналітики та планування виробництва. 
У межах систем автоматизації Siemens PLC серій S7-1200 та S7-1500 
широко використовуються різні типи HMI (Human-Machine Interface) для 
візуалізації, керування процесами та моніторингу роботи обладнання. HMI 
панелі забезпечують інтуїтивну взаємодію оператора з ПЛК і 
технологічним процесом, дозволяючи в реальному часі відображати 
параметри, подавати команди та контролювати стан системи. 
49 
 
 
Контролери S7-1200 є оптимальним рішенням для невеликих і 
середніх автоматизованих систем, де важливі простота конфігурації, 
економічність та гнучкість. Завдяки підтримці стандартних протоколів, 
таких як Modbus і PROFINET, вони легко інтегруються у більші системи 
керування. 
Серія S7-1500, у свою чергу, належить до класу високопродуктивних 
контролерів і забезпечує надзвичайно високу швидкодію, розширені 
можливості діагностики, підтримку протоколів реального часу (TSN, 
PROFINET IRT) та технологій Safety Integrated і Security Integrated. Вона 
використовується у складних багатовузлових виробничих системах, де 
важлива швидкість обміну даними, точність позиціонування та надійність 
[18]. 
2.4.2 Allen-Bradley ControlLogix 
Контролери Allen-Bradley ControlLogix відзначаються високою 
продуктивністю, гнучкістю масштабування та потужними можливостями 
комунікації.  
Інтеграція з HMI-системами FactoryTalk забезпечує повну сумісність 
та єдиний інтерфейс керування (таблиця 2.4). 
Недоліками можуть бути висока вартість обладнання та необхідність 
спеціальної підготовки інженера-програміста для роботи в середовищі 
Studio 5000, однак для промислових систем із критичними процесами це 
рішення залишається одним із найефективніших на ринку. 
Типові області застосування: складні системи керування в енергетиці, 
хімічній, нафтогазовій, металургійній, харчовій промисловості, 
транспортних комплексах, а також у гнучких виробничих лініях. 
Система керування складається з модулів живлення, комунікаційного 
модуля, контролера (1756 – L55xx), модуля резервування, комунікаційних 
модулів ControlNet (1756 – CNBR), віддалених модулів 
введення/виведення, а також інших модулів, таких як модуль Flex I/O та 
модуль керування частотним перетворювачем (AC drive). 
  
50 
 
 
Таблиця 2.4 – Характеристики Allen-Bradley ControlLogix  
Параметр Опис/Значення 
Серія контролерів Allen-Bradley ControlLogix (платформа Logix 5000) 
Модульна, багатопроцесорна система з можливістю розширення та гнучкого 
Тип архітектури 
конфігурування. 
Високопродуктивні багатоядерні процесори (наприклад, серії 1756-L8x, L7x) з 
Процесор (CPU) частотою до 1 ГГц, призначені для одночасного виконання задач керування, 
комунікації та обробки даних. 
Швидкість обробки 0,2–0,4 мкс на інструкцію; підтримка паралельного виконання задач у реальному 
логічних операцій часі. 
Операційна пам'ять 2 МБ – 40 МБ залежно від моделі (з підтримкою енергонезалежного збереження 
(RAM) програми). 
Постійна пам’ять Використовується для зберігання операційної системи та користувацьких програм; 
(Flash) оновлення через Studio 5000 Logix Designer. 
Підтримувані 
Ethernet/IP, ControlNet, DeviceNet, Modbus TCP/IP, DH+, DNP3, ASCII, а також 
мережеві 
інтеграція з OPC UA та CIP Motion. 
протоколи 
- Вбудований подвійний Ethernet-порт (1 Гбіт/с) з підтримкою лінійної, кільцевої 
та зіркової топології. 
Типи зв'язку 
- Підтримка зв’язку через модулі комунікації (1756-EN2T, 1756-CN2, 1756-DNB 
тощо). 
Кількість модулів До 128 модулів у локальному шасі, понад 30 000 I/O-каналів у розподіленій 
введення/виведення архітектурі. 
Типи модулів Аналогові, цифрові, швидкодіючі, термопарні, енкодерні, модулі позиціонування 
введення/виведення та спеціалізовані комунікаційні плати. 
Модулі 
Можливість підключення до 17 додаткових шасі через ControlNet або EtherNet/IP. 
розширення 
Підтримка Повна інтеграція з панелями Allen-Bradley PanelView Plus, FactoryTalk View 
HMI/SCADA SE/ME, а також з будь-якими HMI, що підтримують EtherNet/IP або OPC UA. 
Контролери серії GuardLogix мають сертифікацію SIL 3 / PLe відповідно до 
Функції безпеки 
стандартів IEC 61508 та ISO 13849-1. 
Інструменти Програмне забезпечення Studio 5000 Logix Designer, що підтримує мови IEC 
програмування 61131-3 (Ladder, Function Block, Structured Text, Sequential Function Chart). 
Діапазон робочих Від 0 °C до +60 °C (розширені версії – до 70 °C). 
температур 
Живлення 24 V DC або 120/240 V AC (через окремий модуль живлення 1756-PA/-PB серій). 
Резервування та Можливість гарячого дублювання процесорів (redundancy), резервування 
надійність живлення, діагностика стану системи в реальному часі. 
51 
 
 
 
Рисунок 2.6 – Allen ControlLogix архітектура 
 
Як відомо, система має два контролери, і система, про яку йдеться, 
також має два контролери, встановлені у двох різних шасі. На рисунку вище 
можна побачити основне (primary) та резервне (secondary) шасі 
ControlLogix. 
Контролер (CPU) можна ідентифікувати за ключовим перемикачем, 
розташованим на його корпусі. Контролер має три режими роботи: 
− RUN – виконання програми, 
− REMOTE RUN – дистанційний режим роботи, 
− PROGRAM – режим програмування. 
Резервування (redundancy) реалізується за допомогою модулів 
резервування, встановлених у обох шасі, які з’єднані між собою 
оптоволоконним кабелем (на рисунку 2.6 позначено червоною лінією). 
Після підключення та подачі живлення модулі резервування 
автоматично визначають, яке шасі є основним (primary chassis), а яке — 
резервним (secondary chassis). 
52 
 
 
У системі є два ПЛК, які умовно позначають як PLC A та PLC B, або 
шасі A та шасі B. Також можна називати їх відповідно основним 
контролером (PLC A) і резервним контролером (PLC B). 
Під час роботи один із контролерів (primary) є активним і виконує 
моніторинг та керування технологічним процесом, тоді як інший 
(secondary) перебуває у режимі очікування. У разі відмови основного 
контролера відбувається автоматичне перемикання (switchover), після чого 
резервний контролер бере на себе керування. 
При цьому новий основний контролер продовжує виконання 
програми, починаючи з найпріоритетнішого завдання, яке виконувалося на 
попередньому основному контролері. Час перемикання ПЛК становить до 
20 мс, що забезпечує високу надійність і безперервність керування [19]. 
2.4.3 ABB AC800M 
Контролери серії ABB AC800M є високопродуктивними 
програмованими логічними контролерами, призначеними для побудови 
сучасних систем автоматизації промислових процесів. Вони забезпечують 
гнучкість у конфігурації, підтримують широкий спектр комунікаційних 
протоколів та модулів введення/виведення, а також відзначаються високою 
надійністю та швидкодією. 
Контролери AC800M є складовою частиною системи 800xA 
(Extended Automation) і можуть використовуватись у таких сферах, як 
енергетика, нафтохімічна, харчова, целюлозно-паперова промисловість, 
водопідготовка та інші галузі (таблиця 2.5). 
На наведеній схемі зображена типова архітектура системи 
автоматизації на базі контролера ABB AC800M, який входить до складу 
платформи ABB 800xA. Контролер AC800M є центральним елементом, що 
забезпечує збір, обробку та передавання даних між польовими пристроями 
та рівнем управління. 
  
53 
 
 
Таблиця 2.5 – Характеристики ABB AC800M  
Параметр  Опис/Значення 
ABB AC800M (модулі PM851, PM856, PM860, PM861, PM864, PM865, 
Серія контролера 
PM866, PM891 тощо) 
Тип контролера Модульний, багатофункціональний ПЛК із розширюваною архітектурою 
32-бітний RISC-процесор, частота від 200 до 400 МГц (залежно від 
Процесор 
моделі) 
 
Операційна система Реального часу (RTOS), оптимізована для задач керування процесами 
Обсяг оперативної пам’яті 
Від 32 МБ до 256 МБ 
(RAM) 
 
Обсяг флеш-пам’яті (Flash) Від 4 МБ до 32 МБ для збереження програми та даних користувача 
Енергонезалежна пам’ять 
Від 128 КБ до 1 МБ (для збереження змінних при вимкненні живлення) 
(NVRAM 
 
Кількість локальних модулів До 16 модулів у локальній станції, з можливістю підключення 
вводу/виводу віддалених I/O 
Максимальна кількість I/O 
Понад 10 000 каналів (через розподілену структуру I/O) 
каналів 
Швидкість обробки інструкцій 0,05 – 0,2 мс на тисячу інструкцій (залежно від моделі та конфігурації) 
Підтримувані протоколи PROFIBUS DP, PROFINET, Modbus TCP/RTU, Ethernet/IP, Foundation 
зв’язку Fieldbus, OPC, CAN, S100 I/O bus, ACN, Serial 
2× Ethernet (10/100 Мбіт/с), RS-232, RS-485, CAN, USB (залежно від 
Інтерфейси комунікації 
модуля) 
 
Максимальна кількість 
До 12 на один контролер 
комунікаційних модулів 
Режими роботи Run, Stop, Program, Remote (через Control Builder M Professional) 
Підтримується апаратне резервування контролерів, живлення, мереж та 
Резервування (Redundancy) 
комунікацій 
Живлення 24 В DC (номінал), споживана потужність 5–15 Вт 
Робоча температура Від 0°C до +55°C 
Ступінь захисту корпусу IP20 (DIN-рейкове встановлення), можливе IP54 при монтажі в шафі 
Підтримувані інженерні 
Control Builder M, Compact Control Builder, 800xA Engineering 
середовища 
Програмні мови IEC 61131-3 (LD, FBD, ST, IL, SFC), C/C++ через додаткові інструменти 
Підтримка ABB Panel 800, 800xA Operator Workplace, а також сторонніх 
Візуалізація / HMI 
HMI через OPC або Modbus TCP 
Автоматизація технологічних процесів, енергетика, нафтопереробка, 
Типові галузі застосування 
хімічна промисловість, металургія, водопостачання 
 
54 
 
 
 
Рисунок 2.7 – Архітектура контролера ABB AC800M 
 
1. Контролер (CPU AC800M): Є основним обчислювальним модулем 
системи. Виконує логічні, арифметичні та регулювальні операції 
відповідно до завантаженої програми. Контролер підтримує 
резервування, що забезпечує безперервну роботу системи у випадку 
збою одного з модулів. 
2. Комунікаційні модулі: Використовуються для підключення до різних 
мережевих інтерфейсів – Ethernet, PROFIBUS, Modbus, CAN тощо. 
Вони забезпечують зв’язок між контролером, віддаленими ввід/вивід 
модулями (I/O) та іншими системами керування. 
3. Модулі вводу/виводу (I/O): Приймають сигнали від датчиків, 
вимірювальних приладів, кнопок і перемикачів, а також передають 
керуючі сигнали на виконавчі механізми (реле, клапани, приводи). 
Можуть бути розміщені як локально, так і у віддалених шафах, 
з’єднаних по польових шинах. 
55 
 
 
4. Модулі живлення: Забезпечують стабільну подачу електроживлення 
на контролер, комунікаційні та I/O модулі. Наявне резервне живлення 
для підвищення надійності системи. 
5. HMI/SCADA рівень: До системи підключаються операторські панелі 
або SCADA-сервери через Ethernet-мережу. Вони забезпечують 
моніторинг, візуалізацію процесів, збір історичних даних і віддалене 
керування. 
6. Польові пристрої: Датчики температури, тиску, рівня, витрати, 
виконавчі механізми тощо. Підключаються через польові шини 
(наприклад, PROFIBUS DP, FOUNDATION Fieldbus або Modbus 
RTU). 
7. Мережева архітектура:Підтримується розподілена топологія, що 
забезпечує модульність, гнучкість і масштабованість системи. 
Можливе використання резервованих мереж для підвищення 
надійності обміну даними. 
Переваги архітектури ABB AC800M: 
− Висока надійність та підтримка резервування. 
− Підтримка кількох комунікаційних протоколів. 
− Масштабованість — від невеликих до великих промислових систем. 
− Простота інтеграції з HMI/SCADA-системами. 
− Гнучкість у конфігурації та модернізації [20]. 
2.4.4 Schneider Electric Modicon M580 
Програмований логічний контролер Schneider Electric Modicon M580 
належить до класу високопродуктивних та інтелектуальних контролерів, 
призначених для побудови сучасних систем автоматизації з підтримкою 
мережевих технологій Ethernet на всіх рівнях управління. 
Цей контролер є першим у світі ePAC (Ethernet Programmable 
Automation Controller) – тобто контролером, який базується на повній 
інтеграції Ethernet у свою архітектуру. Це дозволяє реалізувати гнучкі, 
масштабовані та високонадійні системи керування для промислових 
об’єктів будь-якої складності (таблиця 2.6). 
56 
 
 
Таблиця 2.6 – Характеристики Schneider Electric Modicon M580 
Параметр Опис/Значення 
Високопродуктивні системи автоматизації, енергетика, 
Призначення 
нафтогазова, хімічна та переробна промисловість 
Тип контролера Ethernet-based PAC (Programmable Automation Controller) 
Сумісність EcoStruxure Control Expert (раніше Unity Pro) 
Підтримка резервування Так (CPU, живлення, комунікаційні канали) 
 
Архітектура Модульна, з центральним шасі та модулями вводу/виводу 
BMEP581020, BMEP582020, BMEP582040, BMEP582060, 
Модельні варіанти CPU 
BMEP581040 
Тип процесора 64-бітний RISC (високопродуктивний, промисловий клас) 
Тактова частота 
До 600 МГц 
процесора 
Швидкість обробки 
0,03–0,05 мкс на інструкцію 
логічних інструкцій 
Операційна пам’ять 
64–256 МБ (залежно від моделі) 
(RAM) 
Пам’ять користувацької 
До 64 МБ 
програми (Flash) 
Розширювана пам’ять SD-карта до 32 ГБ 
Буфер реєстрації подій До 10 000 записів (із часовими мітками) 
Резервування процесора Підтримується (Primary / Standby CPU 
2–4 порти 10/100/1000 Мбіт/с (в залежності від моделі 
Ethernet (вбудований) 
CPU) 
Modbus TCP/IP, EtherNet/IP, SNMP, FTP, HTTP, SMTP, 
Протоколи Ethernet 
OPC UA 
Modbus RTU / ASCII через додаткові модулі 
Послідовні інтерфейси 
(RS232/RS485) 
Підтримка оптичних 
Через модулі Ethernet Switch або Media Converter 
ліній 
Робота у змішаних 
Підтримка інтеграції з Modicon Quantum, M340, Premium 
мережах 
 
  
57 
 
 
Основні переваги Modicon M580: 
− Повна інтеграція Ethernet на рівні CPU, IO і HMI; 
− Можливість гарячої заміни модулів без зупинки процесу; 
− Висока надійність і швидкість обміну між компонентами системи; 
− Кібербезпека на рівні апаратури; 
− Легка інтеграція у систему EcoStruxure від Schneider Electric; 
− Підтримка резервування CPU, живлення, комунікацій; 
− Гнучка масштабованість – від локальних систем до розподілених 
мереж. 
−  
 
Рисунок 2.8 – Архітектура контролера 
Schneider Electric Modicon M580 
 
На схемі зображено архітектуру контролера Schneider Electric 
Modicon M580, який є частиною лінійки EcoStruxure Control Expert та 
належить до класу ePAC (Ethernet Programmable Automation Controller). 
Основні елементи схеми: 
1. Центральний процесор (CPU M580) – виконує логічні та арифметичні 
операції, керує комунікаціями та обробкою даних у реальному часі.  
58 
 
 
2. Модулі вводу/виводу (I/O Modules) – підключені до центральної 
шини контролера та призначені для збору сигналів з датчиків і подачі 
керуючих сигналів на виконавчі механізми. 
3. Комунікаційні модулі (Communication Modules) – забезпечують 
підтримку промислових протоколів: Modbus TCP, EtherNet/IP, 
Profibus DP, CANopen, DNP3, SNMP. 
4. Мережа Ethernet – виступає основним каналом зв’язку між 
контролером, операторськими панелями (HMI) та SCADA-системою.  
5. Модуль живлення (Power Supply Unit) – постачає стабілізовану 
напругу на всі модулі контролера. 
6. HMI та SCADA – графічні інтерфейси оператора, що дозволяють 
моніторинг, керування процесом, діагностику стану обладнання та 
архівування даних. 
7. Резервування (Redundancy) – можливість підключення резервного 
процесора або дублюючих мережевих інтерфейсів для підвищення 
надійності системи. 
Принцип роботи: 
Контролер M580 отримує сигнали від польових пристроїв через I/O 
модулі, обробляє дані відповідно до користувацької програми та передає 
керуючі команди виконавчим механізмам.  
Особливості архітектури: 
− Повністю децентралізована структура з підтримкою віддалених I/O. 
− Високий рівень кібербезпеки (вбудовані функції шифрування, 
автентифікації). 
− Інтелектуальна діагностика та віддалене оновлення прошивок. 
− Можливість побудови гібридних систем керування (PLC + SCADA + 
MES) [21]. 
  
59 
 
 
2.5 Порівняльна таблиця характеристик ПЛК 
 
Таблиця 2.7 – Siemens SIMATIC S7-1500 
Характеристика Siemens S7-1500 
Серія CPU 1511…1518. Наприклад, підтримка 
Продуктивність / процесор 
модулів до 32. 
Модульна архітектура: до 32 модулів розширення в 
Кількість входів/виходів (I/O) 
стійці. 
Підтримка PROFINET, PROFIBUS, Ethernet; 
Комунікаційні інтерфейси 
інтерфейси вбудовані. 
Модульна система: CPU + шина + I/O модулі; добре 
Розширюваність/Модульність 
масштабується. 
Варіанти для «тяжких» умов: температурний 
Робочі умови / Надійність 
діапазон –40…+70 °C у SIPLUS Extreme. 
Мови програмування / Підтримка IEC 61131-3 (LD, FBD, SCL/ST, S7Graph) 
середовище + додатково C/C++ для деяких CPU. 
Від середніх до великих систем автоматизації, 
Типові області застосування 
машини, виробничі лінії. 
 
Таблиця 2.8 – Allen-Bradley ControlLogix 
Характеристика Allen-Bradley ControlLogix 
Підтримує великі системи: “up to 128 000 цифрових; 
Продуктивність / процесор 
4 000 аналогових” по кількох шасі. 
Висока масштабованість: кількість цифрових та 
Кількість входів/виходів (I/O) 
аналогових модулів як зазначено вище. 
Підтримка EtherNet/IP, DeviceNet, ControlNet, модулі 
Комунікаційні інтерфейси 
мережі, високий рівень інтеграції. 
Великі системи з можливістю зміни шасі, додавання 
Розширюваність/Модульність 
модулів, гарна масштабність. 
Промислова якість, гарна підтримка, але конкретні 
Робочі умови / Надійність 
температурні дані зазвичай в технічних каталогах. 
Мови програмування / Підтримка 4 мов IEC 61131-3; середовище Studio 5000. 
середовище 
Великі комплексні системи управління, машини, 
Типові області застосування 
інтеграція різних типів мереж. 
60 
 
 
Таблиця 2.9 – Schneider Modicon 
Характеристика Schneider Modicon 
Наприклад, M262 – двоядерний процесор, 
Продуктивність / процесор ~400-660 МГц, пам’ять: до ~1 ГБ Flash/256 МБ 
ОЗУ. 
Кількість входів/виходів (I/O) Наприклад, M258 – до ~2400 каналів I/O. 
Підтримка Ethernet, Modbus TCP/RTU, CANopen 
Комунікаційні інтерфейси 
(залежно від моделі) 
Широке лінійки: від компактних до 
Розширюваність/Модульність 
високопродуктивних; модулі розширення. 
Вказані стандартні умови; продукція має 
Робочі умови / Надійність 
промисловий рівень. 
Мови програмування / Підтримка IEC 61131-3; програмування через 
середовище EcoStruxure Machine Expert. 
Від невеликих до великих систем: контролери 
Типові області застосування 
середнього і високого класу. 
 
Таблиця 2.10 – ABB AC800M 
Характеристика ABB AC800M 
Наприклад PM891: ARM Cortex-A9 Dual-Core 
Продуктивність / процесор 
@ 800 MHz; RAM 512 МБ; Flash 512 МБ. 
До ~4500 процесних точок I/O вказано для моделі 
Кількість входів/виходів (I/O) 
PM891. 
2× 10/100 Mbps Ethernet, PROFIBUS DP-V1, 
Комунікаційні інтерфейси 
PROFINET IRT, CANopen, DeviceNet. 
Архітектура з можливістю розширення, підтримка 
Розширюваність/Модульність 
резервування CPU, модулей I/O. 
Температурний діапазон –25…+60 °C для модулів 
Робочі умови / Надійність 
CI858AK01. 
Мови програмування / Підтримка стандартних мов для ПЛК; архітектура 
середовище орієнтована на складні процеси. 
Великі промислові процеси, часто з вимогами до 
Типові області застосування 
високої доступності та інтеграції з DCS. 
 
  
61 
 
 
Таблиця 2.11 – Порівняння часу сканування програми 
Allen-
Siemens 
Bradley Schneider ABB 
Показник S7-1500, 
ControlLogix M580 AC800M 
S7-1700 
5580 
Час сканування 
програми 
(середній проект 0.2–0.4 мс 0.3–0.6 мс 0.5–0.8 мс 1.0–2.5 мс 
 
5–10 тис. операцій) 
 Час скануванн–я1 0п ртиогср. оапмеир (асцеір5 йе)дній проект 
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Siemens S7-1500, Allen-Bradley Schneider M580 ABB AC800M
S7-1700 ControlLogix 5580
 
Рисунок 2.9 – Час сканування програми 
 
Таблиця 2.12 – Максимальна швидкість оновлення входів/виходів  
Allen-Bradley 
Siemens S7- Schneider ABB 
Показник ControlLogix 
1500, S7-1700 M580 AC800M 
5580 
Максимальна 
швидкість 
250 µs 300–400 µs 500 µs 1–2 ms 
оновлення 
входів/виходів 
62 
 
Час виконання (мс)
 
Максимальвнхао дшівв/ивдикхіостдьів оновлення 
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Siemens S7-1500, Allen-Bradley Schneider M580 ABB AC800M
S7-1700 ControlLogix
5580
 
Рисунок 2.10 – Максимальна швидкість оновлення  
входів/виходів 
 
Таблиця 2.13 – Час виконання інструкції  
Allen-
Siemens S7-
Bradley Schneider ABB 
Показник 1500, S7-
ControlLogix M580 AC800M 
1700 
5580 
Час 
виконання 
1нс 1,5нс 2нс 4нс 
інструкції 
(бітова) 
Час виконання ін струкції (бітова)
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Siemens S7-1500, Allen-BrОaбdрleоyбка Sдcаhнnиeiхder M580 ABB AC800M
S7-1700 ControlLogix 5580
 
Рисунок 2.11 – Час виконання інструкції (бітова) 
63 
 
Час виконання (нс) Час виконання (µs)
 
Висновки: 
Для  високої масштабованості та інтеграції з великою кількістю модулів 
I/O – Allen-Bradley ControlLogix виглядає дуже конкурентно. Якщо 
потрібна глобальна підтримка, великий вибір модулів, популярність в 
Європі – Siemens S7-1500 є дуже вдалим вибором; 
− Якщо бюджет обмежений або завдання середнього масштабу, 
можливо з орієнтацією на IIoT – Schneider Modicon має цікаві 
рішення; 
− Якщо потрібно рішення для великого процесу, з високою надійністю, 
з резервуванням і інтеграцією в DCS – ABB AC800M має сенс. 
  
64 
 
 
3 МОДЕРНІЗАЦІЯ РЕЛЕЙНОЇ СХЕМИ ВЕРСТАТА З 
ВПРОВАДЖЕННЯМ ПЛК 
 
3.1 Алгоритм керування верстатом на базі ПЛК 
У модернізованому верстаті реалізовано адаптивно-логічний 
алгоритм керування на базі ПЛК, який забезпечує автоматичне 
регулювання технологічних параметрів, контроль стану обладнання, 
реакцію на аварійні ситуації та інтерактивне налаштування через HMI. 
Алгоритм включає модулі логічного керування, адаптації, самодіагностики 
та візуалізації, що значно підвищує точність, надійність та гнучкість роботи 
верстата порівняно з релейною системою. 
3.1.1 Структурні компоненти алгоритму 
Алгоритм складається з чотирьох функціональних модулів: 
1. Модуль логічного керування (Logic Control Core) 
Виконує базові операції: 
− запуск та зупинка верстата; 
− керування електродвигунами подачі та шпинделя; 
− керування насосами мастильно-охолоджувальної рідини; 
− відпрацювання міжблокувань безпеки; 
− автоматичні переходи між технологічними станами. 
Реалізований мовами LAD та FBD відповідно до стандарту IEC 
61131-3. 
2. Адаптивний модуль корекції параметрів (Adaptive Parameter 
Regulation) 
Забезпечує: 
− динамічну зміну швидкості обертання шпинделя; 
− регулювання швидкості подачі залежно від навантаження; 
− автоматичну корекцію часу циклу; 
− адаптацію до стану інструменту (зношення, прогин). 
  
65 
 
 
Вхідні дані надходять від: 
− датчика навантаження двигуна; 
− температурних датчиків; 
− датчика положення; 
− таймерів циклу. 
Адаптивний модуль використовує пороговий та пропорційний 
методи корекції. 
3. Модуль зворотного зв’язку та діагностики (Feedback & Diagnostic 
Unit) 
Здійснює безперервний контроль: 
− температури двигунів; 
− струму навантаження;  
− сигналів аварійних вимикачів; 
− наявності фази та живлення; 
− роботи насосів та вентиляторів. 
У разі відхилень генерує стан аварії та блокує подальші переходи 
алгоритму. 
4. Інтерактивний модуль HMI (HMI Interaction Layer) 
Дозволяє оператору: 
− задавати технологічні параметри роботи, 
− контролювати поточні режими, 
− бачити попередження та аварії, 
− виконувати ручні операції (“Jog”), 
− запускати діагностичні тести. 
3.1.2 Принцип роботи адаптивно-логічного алгоритму 
1) Ініціалізація системи 
Перевірка станів: 
− живлення; 
− сигнальних датчиків; 
− аварійних ключів; 
66 
 
 
− внутрішніх змінних пам’яті ПЛК. 
2) Запуск технологічного циклу 
Після команди оператора: 
− активується головний релейний контактор, 
− вмикаються системи охолодження, 
− подається живлення на приводи. 
3) Адаптивне регулювання технологічних параметрів 
Алгоритм кожні 1–10 мс аналізує: 
− струм навантаження двигуна; 
− температуру; 
− положення осей; 
− швидкість обертання шпинделя; 
− сигнал контролю інструменту. 
ПЛК коригує: 
− швидкість обертання шпинделя; 
− швидкість подачі; 
− час утримання в технологічних точках. 
4) Поточна діагностика та HMI-візуалізація 
ПЛК передає на HMI: 
− режими роботи; 
− значення струмів та температур; 
− стан приводів; 
− попередження або аварії. 
Оператор може в реальному часі коригувати: 
− швидкість подачі, 
− швидкість шпинделя, 
− параметри циклу. 
5) Завершення циклу та повернення у початковий стан 
Після завершення обробки: 
− приводи повертаються у нульові точки; 
67 
 
 
− охолодження вимикається затримкою; 
− формується фінальний протокол. 
Переваги запропонованого алгоритму: 
− підвищення точності рухів осей на 15–25 %; 
− зменшення часового циклу обробки на 10–30 %; 
− стабілізація навантаження двигуна та зниження пікових струмів; 
− відсутність релейних затримок (перехід на мікросекундні операції); 
− підвищення безпеки завдяки багатоступеневій діагностиці; 
− можливість адаптації до змінних умов роботи та типу матеріалу. 
 
3.2 Розробка схем системи автоматизації 
Для реалізації проекту застосую модульне програмоване контролера. 
За допомогою нього буде виконуватись керування верстатом. Для контролю 
верстата ми використовуємо два модульних імпульсних контролера з 16 
дискретними входами і 10 релейними виходами. Щоб забезпечити 
необхідну напругу 24 В, ми встановлюємо комплектний модульний блок 
живлення. Датчики положення робочих механізмів верстата 
використовуються для автоматичного та ручного режимів керування. Вибір 
режиму керування та функцій ручного керування здійснюється за 
допомогою кнопок пульта керування. Реалізацію функцій та режимів 
керування виконано за допомогою програм програмованого контролера. 
Вся індикація режимів і виконуваних поточних функцій керування 
буде здійснена за допомогою рідкокристалічного дисплею програмованого 
контролера. Для виконання завдання нам необхідні два модульні 
інтелектуальне контролера.  
Для живлення контролера напругою 24В використаємо модульний 
блок живлення на рисунку 3.1.  
 
68 
 
 
 
Рисунок 3.1 – Схема електрична принципова модульного  
блоку живлення 
 
Зв'язок з виконавчим елементом силової частини (рисунок 3.2) схеми 
використаємо програмований контролер.  
Для заведення інформації з датчиків револьверної головки 
використовую шифратор на діодах (рисунок 3.3).  
 
  
Рисунок 3.2 – Схема електрична принципова силової частини схеми 
 
Програмовані контролери повинні приймати десять сигналів від 
датчиків розташованих на верстаті та дев’ять сигналів керування з пульта 
69 
 
 
керування Електрична принципова схема представлена на рисунку 3.3 та 
3.4.  
 
 
Рисунок 3.3 – Схема електрична принципова блоку вхідних 
сигналів на перший контролер 
 
Рисунок 3.4 – Схема електрична принципова блоку вхідних 
сигналів на другий контролер 
70 
 
 
На рисунку 3.5 зображена модернізована схема 
 
 
Рисунок 3.5 – Модернізована схема 
71 
 
 
Таблиця 3.1 – Елементи схеми 
Позначення  Найменування  Кількість  
EL LED лампа 24 V m6,8 1 
KK1, KK2 Електротеплове реле РТІ-1321 ІЕК 2 
KK3-KK5 Електротеплове реле РТІ-1310 ІЕК 3 
KM1, KM2 
Контактор КМІп-11810 18А 24V/АС3 1HО ІЕК 4 
KM6, KM7 
KM3-KM5 
Контактор КМІп-10910 19А 36V/АС3 1з HB ІЕК 6 
KM8-KM10 
M1 Електродвигун головного привода 4А13218/4 УЗ 1 
M2 Електродвигун механізму подачі 4АХ71А УЗ 1 
M3 Електродвигун мастильної станції 4АА63А4 1 
M4 Електродвигун електронасоса охолодження ПА-22 1 
QF1 Автоматичний вимикач ВА47-60 ЗР 16А ІЕК 1 
QF2 Автоматичний вимикач ВА47-60 ЗР 13А ІЕК  1 
QF3 Автоматичний вимикач ВА47-60 ЗР 2А ІЕК 1 
QF4, QF5 Автоматичний вимикач ВА47-60 ЗР 1А ІЕК 2 
R1-R7 Резистор ПЕВ3-200±10% 7 
R8 Потенціометр Elap PL231-200-5K 1 
Програмовані логічні контролери 
S1, S2 2 
SR3B261BD 
SA1-SA6 Тумблер ТВ2-1 6 
SB1, SB7 Кнопка КЕ-021, виконання 2, червона 2 
SB2-SB6 Кнопка КЕ-011, виконання 2, чорна 5 
SQ1-SQ6 ВК-200-БР-11-67У2-21, ІР67 ІЕК 6 
U1 Блок живлення 24V 2,5A ABL RM24025 1 
VD1-VD48 Діод КД24 7А 48 
 
3.3 Впровадження системи автоматизації в роботу верстата 
При вмиканні вхідного автомату QF1 схема отримує живлення від 
трифазної мережі з напругою 380В. Живлення інтелектуальних контролерів 
72 
 
 
S1, S2, блоку електромагнітів та проміжних контролерів забезпечується за 
допомогою модульного блоку живлення, який працює при напрузі 24В. 
Автоматичний вимикач QF2 призначений для функціонування в силовому 
колі головного приводу, а QF 3, QF4 та QF5 в колах двигунів подачі, 
затискання прутка, охолодження та змащення відповідно. 
Керування роботою пристрою виконується за допомогою кнопок і 
перемикачів на пульті керування верстата. Програма, яка зберігається в 
пам'яті програмованого контролера, виконує керування пристроєм 
відповідно до розроблених алгоритмів. Програмований контролер аналізує 
стан кнопок керування та датчиків і генерує відповідні сигнали керування 
на виходах. Активований сигнал відповідної функції керування передається 
на електромагнітні муфти та електромагніти. Через силові контакти 
контактора, напруга мережі подається на двигун. Головний привід 
розпочинає обертання, а програмований контролер продовжує аналізувати 
стан вхідних сигналів. Відповідно до стану головного приводу, вмикаються 
інші механізми. 
 
3.4 Розробка програмного забезпечення пристрою автоматизації 
Інструментальна система програмування "Zelio Soft 2" призначена 
для наступних завдань: 
− Програмування у мові (LADDER) або мові функціональних блок-
схем 
(FBD). 
− Моделювання, моніторинг та контроль. 
− Завантаження та завантаження програм. 
− Генерація персоналізованих файлів. 
− Автоматична компіляція програм. 
− Надання контекстної довідкової інформації. 
Перевірка програми. 
Передбачено два режими перевірки написаних програм: 
73 
 
 
1. У режимі моделювання, передбаченому в інструментальній системі 
"Zelio Soft 2", можна перевірити роботу програми без безпосередньої участі 
контролера Zelio Logic, тобто: 
− Активувати дискретні входи; 
− Відображати стан виходів на моніторі; 
− Змінювати напругу на аналогових входах; 
− Використовувати клавіші на передній панелі; 
− Моделювати роботу програми в реальному або прискореному часі; 
− Виділяти різні активні елементи програми червоним кольором 
динамічно. 
2. У режимі моніторингу, який пропонує система "Zelio Soft 2", 
можна перевірити роботу програми інтелектуального контролера на 
практиці шляхом наступних дій: 
− Спостерігати за роботою програми в реальному часі; 
− Примусово керувати входами, виходами та поточними значеннями 
функціональних блоків; 
− Встановлювати час; 
− Перемикатися між режимом зупинки (STOP) та режимом роботи 
(RUN) та навпаки.  
У режимі симуляції або моніторингу в диспетчерському вікні можна 
відслідковувати стан входів/виходів інтелектуального контролера в 
середовищі прикладної програми (представленого у вигляді діаграми або 
зображення). 
Щоб забезпечити зв'язок з іншим високотехнологічним 
обладнанням, інтелектуальні контролери Zelio Logic оснащені різними 
типами інтерфейсів зв'язку: 
Компактні і модульні інтелектуальні контролери мають: 
− 1 послідовний порт RS 232 для підключення до комп'ютера, відсік 
картриджа пам'яті або комунікаційний модемний інтерфейс. 
74 
 
 
Модульні контролери Zelio Logic разом з одним з комунікаційних 
модулів розширення мають: 
− 1 послідовний порт RS 485 Modbus на комунікаційному модулі SR3 
MBU01BD, 
− 1 порт Ethernet 10/100 base T з підтримкою протоколу Modbus TCP 
на комунікаційному модулі SR3 NET01BD. 
Компактні і модульні інтелектуальні контролери Zelio Logic можуть 
використовувати три різні протоколи зв'язку завдяки наявності трьох 
зазначених портів: 
1) Програмування; 
2) Modbus; 
3) Ethernet. 
Розробка схем алгоритму. 
Розробка схеми алгоритму перемикання напрямку обертання руху 
головного приводу (рисунок 3.7).  
Сигнали для переходу стану: 
пп – подача прутка 
ез - перемикач зворотній рух шпинделя 
ан - режим автомата чи наладки 
шг - закінчення гальмування шпинделя 
Вихідні функції: 
fеп - прямий рух шпинделя 
fезв - зворотній рух шпинделя 
fшг - гальмування шпинделя 
Вмикання електродвигуна не відбудеться без вибору режиму роботи, 
ввімкненої подачі прутка. При перемиканні руху на зворотній або повного 
вимкнення шпинделя вмикаються гальмування шпинделя, яке через 2 
секунди автоматично відключається і в випадку з перемиканням напрямку 
руху вмикається, якщо не відбулось ніяких змін в режимі роботи чи подачі 
прутка 
 
75 
 
 
 
Рисунок 3.6 – Схема алгоритму режиму перемикання напрямку 
обертання шпинделя 
 
Розробка схеми алгоритму  змащення (рисунок 3.7). 
 
 
Рисунок 3.7 – Схема алгоритму режиму змащення 
 
Сигнали для переходу стану: 
ккз - замкнутий тепловий контролер привода змащення 
бл – блокування  
пс – пуск 
тс – тиск 
ст – стоп 
Вихідні функції: 
76 
 
 
fзм – змащення 
При наявності всіх необхідних сигналів на вході, вмикається двигун 
змащення. За досягнення оптимального тиску двигун відключається. 
Повторне ввімкнення двигуна відбудеться при спаданні тиску. Для 
відімкнення циклу потрібно зупинити верстат. При несправному датчику на 
дисплеї буде відображено помилку тиску, при чому функції подачі прутка, 
охолодження будуть недоступними. 
Розробка схеми алгоритму режиму подачі прутка (риснуок 3.8). 
 
 
Рисунок 3.8 – Схема алгоритму режиму подачі прутка 
 
Сигнали переходів станів схеми:  
пп – подача прутка; 
ккп – замкнуте тепловий контролер привода подачі прутка; 
зм – ввімкнення приводу змащення;  
пц – цикл прутка завершений;  
Вихідні функції: 
fпп – ввімкнення приводу подачі прутка; 
fпг – гальмування прутка. 
Цикл можна запустити повторно, якщо при виконанні  першого 
циклу пруток був відсутній. Подача прутка не може бути активована разом 
з запуском шпинделя (рисунок 3.9). 
77 
 
 
 
Рисунок 3.9 – Схема алгоритму режиму подачі прутка 
 
Сигнали переходів між станами схеми:  
дш – датчик шафи; 
пш – перемикач шафи;  
Вихідні функції:  
Fеш – електромагніт шафи. 
При активації електромагніту замка шафи двері відкриваються. 
Якщо шафа відкрита спрацьовує датчик шафи і електромагніт замка 
розмагнічується через 2 секунди. Щоб закрити шафу потрібно перемкнути 
перемикач шафи та закрити двері, електромагніт також розмагнітиться 
через 2 секунди після активації датчика, замок замикається. 
Цей алгоритм призначений для безпеки людини при роботі. 
Розробка програми керування пристроєм. 
78 
 
 
Початкове встановлення відбувається при подачі живлення та 
натисканні кнопки пуск та кнопки стоп для вимкнення (рисунок 3.10). 
 
 
Рисунок 3.10 – Програма пуск 
 
Програма індикації відображена на рисунку 3.11 
 
 
Рисунок 3.11 – Програма індикації 
79 
 
 
Розробка програм керування верстатом (рисунок 3.12) 
 
Рисунок 3.12 – Програма формувач вхідних сигналів на обох 
контролерах 
80 
 
 
Програма Формувач Вихідних Сигналів відображена на рисунку 3.13 
 
             
Рисунок 3.13 – Програма Формувач Вихідних Сигналів 
 
Розробка схеми перемикання швидкості шпинделя. 
Шифратор коду швидкості дозволяє використати замість чотирьох 
вхідних сигналів лише два. На контроері інформація про швидкість 
надходить в дворозрядному двійковому коді. «Вага 1» дає першу, «Вага 2» 
дає другу, «Вага 3»  – третю, а «Вага 0»  – четверту швидкість. 
81 
 
 
Програма перемикання швидкості шпинделя відображена на рисунку 
3.14: 
 
 
Рисунок 3.14 – Програма перемикання швидкості шпинделя 
 
За аналогією до перемикання швидкості розробляємо перемикання 
швидкості подачі (рисунок 3.15). 
 
Рисунок 3.15 – Програма перемикання швидкості подачі 
82 
 
 
Програма індикації положення револьверної головки відображена на 
рисунку 3.16:  
 
Рисунок 3.16 – Програма індикації положення револьверної 
головки 
Програма  вибору режиму роботи  відображена на рисунку 3.17 
 
  
Рисунок 3.17 – Програма  «вибір режиму» 
83 
 
 
Програма включення подачі відображена на рисунку 3.18: 
 
Рисунок 3.18 – Програма пуск подачі 
Для програмування автоматичних режимів використаємо 
програматор (рисунок 3.19):  
Рисунок 3.19 – Програматор автоматичних режимів 
 
84 
 
 
На рисунку 3.20 1 зображено програму циклу змащення 
Рисунок 3.20 – Програма циклу змащення 
 
На рисунку 3.21 зображено програму циклу подачі прутка 
 
 
Рисунок 3.21 – Програма циклу подачі прутка 
 
На рисунку 3.22 зображено програму керування замком 
електрошафи 
 
Рисунок 3.22 – Програма керування замком електрошафи 
85 
 
 
На рисунку 3.23 зображено програму керування напрямком 
обертання 
 
Рисунок 3.23 – Програма керування напрямком обертання 
 
На рисунку 3.24 зображено програму керування лінії охолодження 
Рисунок 3.24 – Програма керування лінії охолодженням 
 
На рисунку 3.25 зображено програму вибору режиму роботи 
 
Рисунок 3.25 – Програма вибору режиму роботи 
86 
 
 
3.5 Оптимізація роботи системи 
При автоматизації роботи програмованих контролерів за допомогою 
програми Zelio Soft можуть виявлятися різноманітні помилки, які можуть 
вплинути на ефективність та надійність системи. Ось деякі з найбільш 
поширених помилок: 
1. Логічні помилки в програмі: Неправильна реалізація логічних 
операцій або керування може призвести до неправильної поведінки 
системи. Наприклад, неправильно налаштовані умовні оператори або 
некоректне використання логічних функцій можуть призвести до 
непередбачуваних результатів. 
2. Помилки вводу-виводу (I/O): Неправильна настройка введення та 
виведення даних може призвести до невірного співпрацю контролера 
з різними пристроями та датчиками. Наприклад, неправильна 
конфігурація вводу-виводу може призвести до неправильного 
читання вхідних сигналів або невірного керування вивідними 
пристроями. 
3. Помилки керування часом (Timing): Некоректна настройка таймерів 
та затримок може призвести до неправильної синхронізації операцій 
та недооцінки часу виконання певних завдань. 
4. Помилки в обробці помилок (Error Handling): Неправильна обробка 
винятків та помилок може призвести до некоректної реакції системи 
на непередбачувані ситуації. 
5. Помилки в алгоритмах: Неправильно розроблені алгоритми 
керування можуть призвести до неефективної роботи системи або 
навіть до появи небезпечних ситуацій. 
Оптимізація роботи системи автоматизації керування верстатом з 
програмованим контролером може бути досягнута за допомогою 
різноманітних стратегій та підходів.  
Ось деякі можливі напрямки оптимізації: 
1. Підвищення продуктивності: Оптимізація програмного забезпечення 
для швидкого та ефективного виконання операцій може підвищити 
87 
 
 
продуктивність верстата. Це може включати оптимізацію алгоритмів, 
використання паралельних операцій та мінімізацію затримок у 
програмі. 
2. Зменшення витрат: Використання енергоефективних стратегій 
керування, таких як оптимізація робочих режимів та регулювання 
швидкості, може зменшити споживання енергії та витрати на 
експлуатацію верстата. 
3. Підвищення точності і якості: Удосконалення системи керування та 
налагодження параметрів роботи може допомогти підвищити 
точність та якість виготовленої продукції. Це може бути досягнуто 
через оптимізацію регуляторів, калібрування датчиків та 
використання точних алгоритмів керування. 
4. Покращення безпеки: Вдосконалення системи безпеки та аварійного 
відключення може зменшити ризик травм та аварійних ситуацій. Це 
включає розробку алгоритмів автоматичної зупинки верстата у 
випадку виникнення небезпечних ситуацій та виявлення 
несправностей. 
5. Оптимізація обслуговування та діагностики: Розробка системи 
віддаленого моніторингу та діагностики може допомогти вчасно 
виявляти та усувати проблеми в роботі верстата, що сприятиме 
зменшенню витрат на обслуговування та уникненню невідмов у 
виробничому процесі. 
 
3.6 Аналіз ефективності та визначення переваг і недоліків нової 
системи керування 
1. Продуктивність: 
− Швидкість виконання завдань: Ми докладно вивчаємо, як швидко 
нова система виконує різні завдання. Це включає аналіз часу, 
необхідного для завершення конкретних операцій, та порівняння його 
з відповідними показниками попередньої системи. Ми також 
досліджуємо, які фактори впливають на час виконання завдань та як 
88 
 
 
ці часи відрізняються від вихідних значень; 
− Час реакції на команди: Для оцінки продуктивності системи ми також 
досліджуємо, як швидко вона реагує на команди операторів або 
автоматичні сигнали. Це дозволяє нам визначити, чи система 
відповідає на команди операторів без зайвої затримки, а також 
виявити можливі фактори, які можуть впливати на швидкість реакції; 
− Загальна продуктивність виробничого процесу: Ми досліджуємо, як 
впровадження нової системи керування впливає на загальну 
продуктивність виробничого процесу. Це включає оцінку збільшення 
обсягу виробництва, покращення якості продукції та зменшення часу 
простою обладнання. Ми також аналізуємо, які конкретні аспекти 
виробничого процесу отримують користь від нової системи 
керування; 
2. Витрати: 
− Зменшення витрат на енергію та матеріали: Ми ретельно аналізуємо, 
як впровадження нової системи керування впливає на загальні 
витрати підприємства на енергію та матеріали. Це включає вивчення 
споживання електроенергії та ресурсів до і після впровадження нової 
системи, порівняння цих даних та визначення зменшення витрат; 
− Оптимізація робочої сили: Ми також аналізуємо можливість 
зменшення витрат на робочу силу завдяки автоматизації та 
оптимізації процесів виробництва. Це включає вивчення змін у 
потребах у робочій силі та можливості економії ресурсів через 
ефективніші процеси. 
3. Якість продукції: 
− Зменшення браку: Ми детально досліджуємо вплив нової системи на 
кількість браку або дефектних виробів. Ми аналізуємо зміни у 
кількості браку після впровадження нової системи та визначаємо, 
наскільки ефективно вона допомагає знизити цю кількість; 
− Підвищення точності та стабільності процесів: Ми також вивчаємо, 
89 
 
 
як впровадження нової системи впливає на точність та стабільність 
виробничих процесів. Це включає вивчення змін у відхиленнях від 
стандартів якості та покращення стабільності процесів у виробництві. 
Надійність і безпека: 
− Зменшення ризику аварій та відмов: Ми аналізуємо, як впровадження 
нової системи впливає на рівень надійності та стійкості обладнання. 
Це включає оцінку частоти виникнення аварій та відмов після 
впровадження нової системи та вивчення причин цих аварій; 
− Забезпечення безпеки працівників: Окрім того, ми аналізуємо, як нова 
система впливає на безпеку працівників. Ми досліджуємо, які нові 
функції безпеки вводяться в систему та наскільки ефективно вони 
працюють для запобігання небезпекам та збереження безпеки на 
робочому місці. 
Переваги: 
1. Автоматизація процесів: Нова система забезпечує можливість 
автоматизувати багато рутинних операцій, що дозволяє звільнити 
операторів від монотонної роботи та зосередитися на більш складних 
завданнях; 
2. Підвищена продуктивність: Завдяки швидкому виконанню завдань та 
оптимізації процесів нова система може забезпечити підвищення 
продуктивності виробничого процесу, що призводить до збільшення 
виробничих обсягів та зниження витрат; 
3. Більша гнучкість та адаптивність: Програмовані контролери 
дозволяють легко змінювати параметри та режими роботи системи в 
залежності від потреб виробництва, що забезпечує більшу гнучкість 
та адаптивність виробничих процесів; 
4. Покращена точність та якість: Завдяки точному керуванню та 
моніторингу нова система може забезпечити покращення якості та 
точності виробленої продукції, що дозволяє зменшити кількість браку 
та підвищити задоволення клієнтів; 
5. Підвищена надійність та безпека: Сучасні програмовані контролери 
90 
 
 
мають вбудовані системи моніторингу та діагностики, які дозволяють 
виявляти та усувати несправності у реальному часі, що забезпечує 
підвищену надійність та безпеку виробничого процесу. 
Недоліки: 
1. Високі витрати на впровадження: Перехід на нову систему може бути 
пов'язаний з високими витратами на придбання обладнання, навчання 
персоналу та інфраструктурні зміни, що може становити значний 
фінансовий виклик для підприємства; 
2. Потреба у кваліфікованому персоналі: Ефективна експлуатація нової 
системи вимагає наявності кваліфікованого персоналу, здатного 
розробляти, налаштовувати та обслуговувати програмовані 
контролери, що може становити проблему для підприємств без 
відповідного персоналу; 
3. Можливість виникнення технічних проблем: Як і будь-яка складна 
технічна система, нова система керування може стикатися з 
технічними проблемами, такими як відмови обладнання, програмні 
помилки тощо, що може призвести до простоїв та втрат 
продуктивності. 
Порівняльна робота верстата: 
− якщо верстат зі звичайними реле виконував мінімальну обробку 
простих деталей, тепер може справлятись з більш складними деталями, що 
підвищує виробіток та вартість роботи;  
− час, витрачений на налаштування інструментів та переналагодження 
верстата, також впливає на продуктивність, тепер програмування дозволяє 
швидко переходити від однієї задачі до іншої без ручного 
переналагодження; 
− швидкість обертання шпинделя, подача інструмента і глибина різання 
мають значний вплив на час обробки, проте автоматичне налаштування 
оптимальних режимів різання підвищує швидкість обробки; 
− якщо обробка складних деталей займає приблизно 10-15 хвилин 
кожна, то за 8-годинну зміну можна виготовити від 32 до 48 деталей. Якщо 
91 
 
 
врахувати ті самі умови, що і раніше, але з додаванням переваг ПЛК, 
можемо очікувати значне підвищення продуктивності. Оцінка буде 
залежати від ступеня автоматизації та конкретних умов, але загалом можна 
очікувати збільшення продуктивності на 20-50%. 
Висновок: 
 
 
92 
 
 
4 ВИКОРИСТАННЯ ПЛК З HMI 
В АВТОМАТИЗАЦІЇ ВЕРСТАТІВ 
 
4.1 Загальна характеристика застосування ПЛК у 
верстатобудуванні 
Сучасні тенденції розвитку промислової автоматизації передбачають 
широке впровадження програмованих логічних контролерів (ПЛК) у 
поєднанні з інтерфейсами людино – машинної взаємодії (HMI) для 
управління верстатами та технологічними комплексами. Інтеграція ПЛК –
HMI забезпечує підвищення ефективності, точності та гнучкості 
виробничих процесів, а також зменшує потребу в ручному втручанні 
оператора. Такі системи стали базовими елементами концепції Industry 4.0, 
орієнтованої на інтелектуальну автоматизацію та цифровізацію 
виробництва. 
Одним із ключових аспектів цієї роботи є функція автоматичного 
встановлення інструмента. У минулому встановлення інструмента на 
верстатах із ЧПК було трудомістким, тривалим і недостатньо точним. 
Завдяки системі автоматичного встановлення інструмента ця процедура 
виконується швидко та зручно, зменшуючи трудові витрати та підвищуючи 
ефективність і точність обробки. 
Автоматизація верстатного обладнання базується на застосуванні 
програмованих логічних контролерів (ПЛК) у поєднанні з панелями 
операторського інтерфейсу (HMI), що забезпечує підвищення точності, 
швидкодії, безпеки та ергономічності технологічних процесів. Така 
інтегрована система керування є сучасним інженерним стандартом у 
машинобудуванні та промисловому виробництві. 
Ця робота досліджує проєктування електричної системи керування 
верстата з ЧПК на базі PLC. Програма проєктування системи електричного 
керування розробляється відповідно до вимог. Параметри всіх електричних 
компонентів визначено шляхом розрахунку електричного навантаження 
для вибору електрообладнання та проводів. Далі детально описано 
93 
 
 
проєктування системи електроживлення та розподілу, а також вивчається 
проєктування електричної системи основного обладнання. 
У роботі особлива увага приділяється проєктуванню шпинделя, осі подачі 
та модулів. 
Крім того, робота узагальнює проєктування електричної шафи 
керування, монтаж, прокладання проводів, введення обладнання в 
експлуатацію, перевірку якості обробки після встановлення та роботу 
системи керування. У результаті було розроблено повну електричну 
систему керування верстата з ЧПК. 
З розвитком суспільства дедалі більше нових технологічних рішень 
замінюють застарілі методи та системи. Водночас дослідники створюють 
високотехнологічні проєкти, що полегшують роботу фахівців у нафтовій 
промисловості. Від теплової енергетики до електричних систем і до 
сучасних інтелектуальних систем передавання промисловість постійно 
еволюціонує. 
У цьому дослідженні основна увага приділяється інтелектуальному 
керуванню передачею на базі програмованих логічних контролерів (PLC) та 
аналізу перспектив їх дослідження та застосування. 
Механізація – це процес, у якому використовуються різноманітні 
системи керування та виконавчі механізми, такі як обладнання та 
технологічні процеси в різних галузях промисловості, з метою мінімізації 
або зменшення участі людини у виробничому процесі. У цій роботі 
розглядається програмований логічний контролер (PLC), інтерфейс 
«людина–машина» (HMI) та приводні системи (DRIVES) для побудови 
всього технологічного процесу відповідно до потреб. 
Приводи керують швидкістю та напрямком обертання двигуна 
відповідно до необхідних параметрів. Вони також регулюють частоту 
живлення для точного керування електродвигунами. Інтерфейс HMI 
здійснює взаємодію з обладнанням за допомогою програмованого 
логічного контролера. Програмування PLC виконується у середовищі TIA 
Portal, що є програмним забезпеченням Siemens для створення програм 
94 
 
 
керування. Після програмування можна контролювати швидкість і напрям 
обертання двигуна через HMI. Зміна швидкості двигуна здійснюється за 
допомогою повзунка в HMI або шляхом прямого введення значення обертів 
за хвилину (RPM). 
Інтерфейс «людина – машина» (HMI) – це пристрій, що забезпечує 
зручну взаємодію між оператором та машиною або іншими вхідними та 
вихідними пристроями. Для взаємодії HMI з механічними або 
електронними системами необхідне програмування PLC. HMI 
використовується у різних виробничих установках для кращого розуміння 
та контролю технологічних процесів. Завдяки HMI оператор може легко 
аналізувати та відстежувати роботу системи. Для забезпечення правильного 
функціонування HMI необхідно налаштувати всі параметри у TIA Portal, 
створити програму та пов’язати її з PLC. 
На сьогоднішній день час має велике значення як для промисловості, 
так і для людей. Наприклад, усім нам потрібна якість продуктів, що 
використовуються у повсякденному житті. Виробництво автомобілів, 
сонячне відстеження, вітроенергетика, управління системами ОВК – усі ці 
процеси потребують автоматизації та систем управління. Система 
управління автоматично контролює всі процеси, що дозволяє не виконувати 
їх вручну. 
Після глобалізації промисловість зазнала значних змін, і для 
керування процесами використовуються різні пристрої, наприклад, 
концепція «Індустрія 4.0», впроваджена урядом Німеччини. В Індії всі 
операції контролюються за допомогою програмованого логічного 
контролера (PLC). У 1969 році перший PLC був використаний у 
автомобільній промисловості. На сьогоднішній день промислове 
управління, особливо за допомогою PLC, є важливою технічною основою 
для автоматизації промислових процесів. 
Однак в епоху Індустрії 4.0 та Промислового Інтернету можна 
припустити, що попит на ці контролери збережеться і в майбутньому 
виробництві. Водночас потреба в контролерах відповідає низці додаткових 
95 
 
 
вимог, викликаних новими виробничими умовами. Застосовуючи принципи 
Індустрії, високотехнологічна виробнича система базується на кібер-
фізичній виробничій системі (CPPS). Тому здатність програмування 
виробничих систем відіграватиме важливу роль. 
У контексті Індустрії швидка конструктивна перевірка та зміни 
технологічного процесу виробництва точних промислових товарів 
відбуваються часто й стали рутинними завданнями. В результаті швидка та 
проста зміна конструкції заводу, обладнання та трансформація його 
продуктивності є фундаментальними принципами автоматизованих 
промислових систем в Індустрії 4.0. 
 
4.2 Системи управління на базі PLC та їх практичне застосування 
PLC еквівалентний невеликій комп’ютерній системі, яка в основному 
включає центральний процесор (CPU), пам’ять, інтерфейси вводу/виводу та 
комунікаційні інтерфейси. Він керує різним механічним обладнанням та 
виробничими процесами через програмні інструкції. 
Щоб покращити продуктивність PLC, спершу слід удосконалити 
апаратне забезпечення, наприклад, збільшити обсяг пам’яті. У 
повсякденному житті, якщо комп’ютер не має пам’яті, він не може 
виконувати завдання зі зберігання даних. Тому пам’ять PLC можна зробити 
більшою, що дозволяє уникнути нестачі пам’яті для заміни даних та їх 
передачі на пізніших етапах. Крім того, рекомендується замінити CPU на 
більш продуктивний, оскільки він є «мозком» системи PLC. Потужніший 
CPU покращує загальну продуктивність системи та ефективніше виконує 
обчислення великих обсягів даних та складні завдання. Також освіта має 
більше орієнтуватися на практику, ніж на теорію. 
Сучасна тенденція в промисловості спрямована на модульність, 
мініатюризацію та модульну організацію систем. Молодому поколінню 
необхідно серйозно вивчати технології PLC для прискорення процесу 
інтелектуалізації виробництва. Через навчання можна розробляти модульні 
виробничі системи, такі як MPS. MPS – це навчальна виробнича система, 
96 
 
 
пов’язана з промисловою автоматизацією, яка охоплює багатопрофільні 
технології, такі як машинобудування, сенсори, вимірювання, електроніка, 
комунікації тощо. 
У цій системі можна вивчати цілий ряд технологій, таких як 
програмування PLC, що дозволяє створювати більш модульні системи [7]. 
Студенти можуть опановувати встановлення, налагодження, 
обслуговування та ремонт модульних автоматизованих виробничих ліній, 
контролюючи та налагоджуючи обладнання, а також набувати професійних 
навичок, необхідних для своєї роботи. Після модульної організації 
програма стає більш структурованою. Рекомендується виправляти помилки 
шляхом редагування певних модулів, що в кінцевому підсумку сприяє 
досягненню цілей інтелектуалізації та модульності. 
Новітні інформаційні та керуючі технології інтегровані в 
інтелектуальні системи освітлення для повсякденного життя, що не лише 
задовольняє базові візуальні потреби, а й максимізує енергоефективність та 
оптимізує користувацький досвід. Вони не тільки задовольняють щоденні 
потреби людей у світлі, а й оптимізують розподіл енергії через PLC, що 
покращує якість життя та прискорює розвиток «розумних міст». Система 
керування використовує PLC як центральний контролер і збирає параметри 
через різні сенсори для здійснення контролю. Автоматичне регулювання 
яскравості настінних ламп здійснюється шляхом налаштування параметрів 
у PLC. 
Програмування PLC включає кілька мов, таких як діаграми сходів 
(ladder diagrams), функціональні блок-схеми та списки інструкцій, що 
дозволяє враховувати різні програмні звички та сценарії застосування. 
Деякі PLC почали використовувати високорівневі мови, такі як BASIC і 
C++. В інтелектуальних системах освітлення основним завданням 
програмування є перетворення стратегій керування у конкретний 
програмний код, щоб PLC міг приймати правильні рішення на основі 
вхідних сигналів від сенсорів. 
  
97 
 
 
4.3 Функціональна модель роботи системи ПЛК–HMI у верстатах 
4.3.1 Функціональна роль ПЛК у верстатних системах 
ПЛК виконує функції центрального обчислювального вузла, 
відповідального за обробку логічних, аналогових та дискретних сигналів, а 
також реалізацію алгоритмів керування технологічними операціями. 
До основних завдань ПЛК у верстатних комплексах належать: 
− зчитування та аналіз сигналів від датчиків положення, температури, 
тиску, кінцевих вимикачів та елементів безпеки; 
− формування керуючих впливів на серводвигуни, частотні 
перетворювачі, пневматичні та гідравлічні виконавчі механізми; 
− забезпечення детермінованого циклу керування з високою 
стабільністю та повторюваністю; 
− реалізація логічних послідовностей технологічного процесу (цикл 
різання, позиціювання, подача, зворотний зв’язок). 
Використання ПЛК дає можливість легко модифікувати програмне 
забезпечення без зміни електричних схем, підвищуючи гнучкість і 
масштабованість системи. 
 
 
Рисунок 4.1 – Модель роботи системи ПЛК–HMI у верстатах 
 
Модулі вводу/виводу (I/O Modules): 
Вхід реального часу контролера надає стан змінної або індикацію її 
некоректності. Ця змінна може бути дискретною, аналоговою або 
98 
 
 
регістровою. Зокрема, аналоговий вхід може бути термопарою, RTD, 
напругою, струмом або сигналом від передавачів тепла. Після перетворення 
у цифрові дані вони передаються в центральний процесор (CPU) через шину 
вводу/виводу. Вхідний модуль відповідає за перетворення електричних 
сигналів від пристроїв вводу у сигнали, які PLC може обробляти. 
ЦПУ (CPU): 
Функції та вимоги до продуктивності PLC залежать від застосування, 
саме тому CPU цього контролера може бути реалізований як універсальний 
мікроконтролер або іноді як спеціалізований процесор для двох процесорів. 
Для операцій з бітами та словами використовується окремий модуль або 
програмована логічна схема для виконання логічних операцій над 
фізичними пристроями. 
Блок живлення (Power Supply): 
Зазвичай PLC працюють від 24 В постійного струму (VDC) або 220 В 
змінного струму (VAC). Деякі контролери мають окремий блок живлення, 
тоді як у серіях малого та середнього розміру блок живлення інтегрований 
у сам контролер. 
4.3.2 Функціональна роль HMI у системах керування верстатами 
Панель оператора (HMI) виконує роль інтерфейсу “людина – 
машина” та забезпечує взаємодію персоналу з технологічним обладнанням. 
Основні функції HMI включають: 
− відображення актуальних параметрів роботи верстата (положення 
осей, режими, аварійні стани, технологічні дані); 
− введення параметрів технологічного процесу, завдання програм, 
зміна режимів та налаштувань; 
− виконання команд керування (пуск, стоп, пауза, ручний режим); 
− діагностика стану системи, відображення історії несправностей і 
журналу подій; 
− керування доступом через багаторівневі системи авторизації. 
99 
 
 
4.3.3 Комплексне застосування ПЛК + HMI у різних типах 
верстатів 
Сучасні верстати різних типів використовують єдиний принцип 
автоматизації на основі ПЛК та HMI: 
1. Лазерні верстати: 
− керування потужністю лазерного випромінювання та швидкістю 
подачі; 
− синхронізація переміщення багатовісних систем; 
− налаштування параметрів фокусування і технологічних режимів; 
− моніторинг і захист системи охолодження та лазерного модуля. 
2. Фрезерні та токарні верстати: 
− координатне керування осями; 
− управління шпинделем, подачею та зміною інструмента; 
− реалізація складних циклів різання та компенсацій; 
− автоматична діагностика помилок подачі та позиціювання. 
3. Пакувальні, складальні та транспортні машини: 
− керування пневматичними, електромеханічними або гідравлічними 
приводами; 
− синхронізація робочих вузлів; 
− контроль швидкодіючих датчиків у реальному часі. 
4.3.4 Синергетичний ефект застосування ПЛК та HMI 
Комбінація ПЛК і HMI створює комплексну систему автоматизації, 
яка характеризується: 
− функціональним розподілом: ПЛК виконує логічні та алгоритмічні 
функції, тоді як HMI забезпечує інформаційну взаємодію з оператором; 
− гнучкістю модернізації: зміни у циклах роботи реалізуються 
програмно, що полегшує оновлення та розширення функцій верстата; 
− підвищеною діагностикою: HMI забезпечує детальний моніторинг, 
скорочуючи час локалізації несправностей; 
100 
 
 
− підвищенням безпеки: ПЛК контролює аварійні стани, міжопераційні 
блокування та параметри роботи, а HMI забезпечує захищений доступ до 
критичних функцій. 
4.4 Який ПЛК використати у сучасних верстатах? 
За своєю конструкцією PLC можна розділити на інтегральні PLC, 
модульні PLC та складені (stacked) PLC. У інтегральному PLC CPU, 
інтерфейси вводу/виводу, пам’ять, блок живлення тощо закріплені на одній 
або декількох друкованих платах, утворюючи єдиний блок. Модульний 
PLC складається з цих частин у вигляді окремих модулів за певними 
правилами. Складений PLC поєднує характеристики інтегрального та 
модульного. 
За масштабом керування PLC можна поділити на мікрокомп’ютери, 
мінікомп’ютери, середні комп’ютери, мейнфрейми та суперкомп’ютери. 
Кількість I/O точок у мікрокомп’ютерів менше 64, а обсяг пам’яті 
невеликий; у мейнфреймів та суперкомп’ютерів кількість I/O точок та обсяг 
пам’яті більші, тому вони підходять для великих і складних систем 
управління. 
Для лазерних різальних верстатів, якщо потрібен великий обсяг робіт 
і процес різання відносно постійний, можна обрати PLC як головний 
контролер верстата. Наприклад, GCAN PLC – це комбінований PLC, який 
дозволяє розширювати I/O інтерфейси відповідно до потреб, до 512 каналів, 
що робить його дуже підходящим для систем керування лазерними 
верстатами, які потребують високого ступеня налаштування та 
масштабованості. 
Крім того, методи керування лазерними верстатами включають CNC-
керування, ручне керування та автоматичне керування. 
• CNC-керування є одним із найважливіших методів і забезпечує 
роботу верстата через заздалегідь задані програми. 
• Ручне керування здійснюється за допомогою джойстиків, кнопок та 
інших ручних пристроїв і використовується переважно для 
налагодження або роботи в особливих умовах. 
101 
 
 
• Автоматичне керування базується на реальному зборі даних, таких як 
цифрові сигнали та сенсори, і керує обладнанням через програми, що 
значно підвищує ефективність і точність обробки. 
При виборі PLC також слід враховувати його стабільність, надійність, 
зручність обслуговування та інші фактори, щоб лазерний верстат працював 
стабільно та ефективно. Крім того, залежно від типу, товщини та вимог 
обробки матеріалу, може знадобитися вибір різних методів фокусування, 
наприклад: фокусування на поверхні заготовки, фокусування на самій 
заготовці або фокусування всередині заготовки. 
Що враховувати при виборі PLC для лазерного верстата: 
1) Продуктивність CPU 
Лазерні верстати часто вимагають швидкої обробки сигналів 
(датчики, безпека, приводи), тому потрібний PLC із доброю 
продуктивністю і коротким циклом виконання. 
2) Кількість I/O: 
− Цифрові входи/виходи: для сенсорів (двері, рівень охолодження), 
контакторів. 
− Аналогові I/O: для регулювання потужності лазера, температури, 
фокусування тощо. 
− Модульні контролери з можливістю розширення ідеальні, якщо 
система зростатиме. 
3) Комунікація 
Потрібен PLC, який підтримує протоколи, потрібні у вашій системі: 
Ethernet (Profinet, EtherNet/IP), Fieldbus, побудова мережі між 
сервоприводами, ЧПУ та HMI. 
4) Надійність і стійкість 
Верстат по металу – це інтенсивне виробництво, тому контролер має 
бути надійним, з хорошим температурним діапазоном, захистом (ковзання, 
вібрації) та можливістю обслуговування. 
5) Можливість масштабування та модульність 
102 
 
 
Якщо плануєш додавати осі, сенсори або модернізувати верстат –
модульний PLC дає більше гнучкості. 
6) Підтримка програмування та екосистема 
Важливо, щоб контролер мав доступ до зручного ПЗ, бібліотек, 
документації, а також щоб інженери могли легко працювати з програмами 
PLC (наприклад, через TIA Portal, Studio 5000 тощо). 
7) Бюджет 
Хороші PLC – це інвестиція: потрібно враховувати не тільки вартість 
CPU, але й модулів I/O, лицензій ПЗ, кабелів та налаштування. 
Чому саме Schneider Electric? 
1. Широкий асортимент контролерів 
Серія Modicon покриває багато потреб – від простих ПЛК до 
потужних контролерів для машинного управління й IioT: 
− Наприклад, Modicon M262 – для задач motion control та IIoT.  
− Modicon M580 – high-end ePAC (Ethernet-based PAC) із вбудованим 
Ethernet, підтримкою складної архітектури.  
− Modicon M258 – для задач середньої автоматизації, багато I/O.  
2. Платформа EcoStruxure 
Schneider має свою екосистему EcoStruxure, що дозволяє інтегрувати 
ПЛК, HMI, SCADA, IIoT.  
− Через EcoStruxure Machine Expert можна писати програми, 
конфігурувати системи.  
− Контролери легко підключити до вищих рівнів (завод, хмарні 
рішення) – корисно для “розумного” виробництва.  
3. Продуктивність контролерів 
− M262 має двоядерний процесор, дуже високу швидкодію (логічні 
інструкції виконуються дуже швидко), що дозволяє обробляти складні 
завдання + комунікацію.  
− M580 пропонує високу продуктивність і архітектуру з резервуванням 
(redundant), що підвищує надійність у критичних процесах.  
103 
 
 
− M258 – підходить для систем із великою кількістю I/O завдяки 
можливості масштабування.  
  
104 
 
 
4. Комунікації та розширюваність 
− У лінійці Modicon є модулі вводу-виводу (I/O), комунікаційні модулі, 
що дає змогу гнучко масштабувати систему.  
− Приклади високошвидкісних входів (HSC): на M262 можна 
підключати модулі з HSC, що дає більше каналів.  
− Підтримка мережевих протоколів відкриває можливості інтеграції з 
іншими системами. 
5. Кібербезпека та надійність 
− У M580 є вбудовані функції безпеки: шифрування, firewall, підтримка 
кібербезпеки.  
− Надійна апаратна реалізація – Schneider має репутацію крупної, 
стабільної компанії в сфері автоматизації.  
− Деякі контролери підтримують архітектуру з резервуванням, що 
підвищує стійкість системи до відмов.  
6. ПЗ для програмування 
− EcoStruxure Machine Expert – середовище для програмування 
контролерів Schneider.  
− EcoStruxure Control Expert (раніше Unity Pro) – ще одна платформа, 
яка підтримує різні моделі Modicon.  
− Завдяки цьому програмування, налагодження, модифікація ПЛК – 
досить зручно в єдиному середовищі. 
7. Сумісність з IIoT 
− Серії, як M262 та M580, орієнтовані на індустріальний інтернет речей: 
збір даних, аналітика, віддалений доступ.  
− Завдяки Ethernet та сучасним протоколам легко інтегрувати ПЛК у 
“розумні” архітектури. 
  
105 
 
 
ВИСНОВКИ 
У результаті виконання роботи проведено всебічне дослідження 
побудови, функціонування та модернізації систем керування верстатами на 
основі інтеграції програмованих логічних контролерів (ПЛК) та панелей 
оператора (HMI). Аналіз традиційних систем релейно-контакторної 
автоматики показав, що, попри їхню історичну значущість, вони не здатні 
забезпечити необхідний рівень продуктивності, гнучкості, надійності та 
діагностичності, яких потребують сучасні верстатобудівні комплекси. 
Релейна логіка виявилась обмеженою для реалізації складних алгоритмів, 
чутливою до зношування контактів та неефективною в обробці аналогових 
сигналів і задач з високою частотою оновлення. 
Проведене моделювання старої електричної схеми верстата та її 
адаптація під архітектуру ПЛК продемонстрували, що перехід до 
програмованих систем дозволяє здійснити перенесення логічних 
міжз’єднань у програмний простір, що суттєво спрощує модифікацію та 
розширення функцій обладнання. Побудована функціональна модель 
системи ПЛК – HMI показала, що використання стандартизованих каналів 
обміну (Modbus TCP, Profinet тощо) та структурованої логіки забезпечує 
сталість керування, повторюваність технологічних операцій і можливість 
реалізації адаптивних алгоритмів. 
Окрему увагу приділено питанням продуктивності різних мов 
програмування ПЛК. Порівняльний аналіз часу сканування для Ladder 
Logic та Structured Text засвідчив, що хоча LD залишається зручною для 
реалізації простої дискретної логіки, саме ST забезпечує суттєве 
підвищення швидкодії при виконанні складних математичних операцій, 
обробці масивів та роботі з рядками. Це доводить необхідність переходу 
верстатобудівних систем до більш високорівневих мов, що підвищує 
оптимізацію циклів керування і, відповідно, продуктивність обладнання. 
Дослідження системи ПЛК – HMI показало, що інтеграція 
візуалізаційних інтерфейсів не лише спрощує взаємодію оператора з 
верстатом, але й суттєво зменшує ймовірність помилок, покращує 
106 
 
 
ергономіку та дає змогу реалізувати функції діагностики, моніторингу 
станів, журналів подій і віддаленого керування. Це, у свою чергу, сприяє 
переходу машинобудівних підприємств до концепції цифрового 
виробництва та дозволяє інтегрувати верстати у комплексні MES/SCADA 
системи. 
Важливим результатом роботи є демонстрація того, що модернізація 
верстатів через застосування ПЛК забезпечує: 
− збільшення надійності завдяки відсутності механічних контактів; 
− гнучкість конфігурації через можливість швидкого редагування 
програмних алгоритмів; 
− зменшення часу простою завдяки широким діагностичним 
можливостям; 
− підтримку складних алгоритмів керування, недоступних для 
релейних систем; 
− підвищення точності та повторюваності процесів через стабільний 
цикл сканування ПЛК; 
− інтеграцію з сучасними приводами, сенсорами та HMI, що формує 
повністю цифрове середовище. 
Таким чином, проведене дослідження підтверджує, що використання 
ПЛК та HMI у системах автоматизації верстатів є не просто доцільним, а 
критично необхідним етапом розвитку сучасного верстатобудування. ПЛК 
стає базовим елементом електромеханічного керування, забезпечуючи 
фундамент для впровадження технологій Індустрії 4.0, предиктивної 
аналітики, цифрових двійників та інтегрованих виробничих інформаційних 
систем. Отримані результати можуть бути використані як методологічна 
основа для модернізації існуючого машинобудівного обладнання, розробки 
нових моделей верстатів та впровадження комплексних систем 
автоматизованого керування у промисловості. 
  
107 
 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 
1. PLC AND SCADA USED FOR INDUSTRIAL AUTOMATION 
[Електронний ресурс англ.] – Режим доступу: 
https://www.researchgate.net/publication/356633474_PLC_AND_SCADA_US
ED_FOR_INDUSTRIAL_AUTOMATION – Назва з екрану, – 2021  
2. Comparative Study of Ladder Logic and Structured Text Programming for 
PLC [Електронний ресурс англ.] – Режим доступу: 
https://www.researchgate.net/publication/393855596_Comparative_Study_of_L
adder_Logic_and_Structured_Text_Programming_for_PLC – Назва  з екрану, – 
2025 
3. The Application of PLC in Industry Fields [Електрронний ресурс англ.] 
– Режим доступу: https://scispace.com/papers/the-application-of-plc-in-
industry-fields-3sp8lvderjgc - Назва з екрану, – 2024  
4. Fieldbus Systems [Електронний ресурс англ.] – Режим доступу: 
https://www.researchgate.net/publication/295072748_Fieldbus_Systems - Назва 
з екрану, – 2005  
5. Fieldbus Technology and Industrial Automation – [Електронний ресурс 
англ.] – Режим доступу: https://www.researchgate.net/publication/4232327_ 
Fieldbus_Technology_and_Industrial_Automation – Назва з екрану, – 2005 
6. Fieldbus Products Information [Електрониий ресурс англ.] – Режим 
доступу:https://www.globalspec.com/learnmore/industrial_computers_embedd
ed_systems/industrial_computing/fieldbus_products – Назва з екрану   
7. What is Fieldbus? [Електроннйи ресур англ.] – Режим доступу: 
https://www.processindustryforum.com/article/what-is-fieldbus – Назва з 
екрану 
8. MODBUS [Електронний ресурс англ.] – Режим доступу: 
https://www.miinet.com/images/pdf/articles/Using_MODBUS_for_Process_Co
ntrol_and_Automation.pdf – Назва з екрану 
9. CANopen Manual [Електронний ресурс англ.] – Режим доступу: 
https://www.waycon.biz/fileadmin/draw-wire-sensors/CANopen-Manual.pdf – 
Назва з екрану 
108 
 
 
10. Dr. Karl Weber, EtherCAT Technology Group, – EtherCAT and TSN 
(Whitepaper) [Електронний ресурс англ.] – Режим доступу: 
https://www.ethercat.org/en/downloads/downloads_BB9282D82B0D417E8ED
9623D77C5F9A0.htm – Назва з екрану 
11. Ladder Logic Basics [Електронний ресурс англ.] – Режим доступу: 
https://ladderlogicworld.com/ladder-logic-basics/ - Назва з екрану, – 2023   
12. Ladder Logic Programming [Електроннйи ресурс англ.] – Режим 
доступу: https://ladderlogicworld.com/ladder-logic-programming/ – Назва з 
екрану, – 2023 
13. Програмування на мові FBD (Function Block Diagram) [Електронний 
ресурс] – Режим доступу: https://pupenasan.github.io/controlexpertbook/uk/ 
3_7_fbd.html - назва з екрану 
14. Comparison list for S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500 [Електронний 
ресурс англ.] – Режим доступу: https://cache.industry.siemens.com 
/dl/files/648/109797648/att_1067421/v1/s71500_compare_table_en.pdf – Назва 
з екрану 
15. Bo Ling, Changyong Chu and Chuan Xu, - Automatic PLC Control Logic 
Generation Method Based on SysML System Design Model [Електронний 
ресурс] – Назва з екрану, - 2025, - 201с. 
16. ControlLogix Architecture – Rockwell Automation [Електронний ресурс 
англ.] – Режим доступу: https://instrumentationtools.com/controllogix-
architecture-plc-rockwell-automation/ – Назва з екрану, – 2023  
17. PARTH CHAUHAN, NISHIT NAYAK, JUI TRIVEDI, VIMAL 
NAYAK, PG Student in E.C Engineering, UG Student in E.C Engineering, - 
INDUSTRIAL MOTOR CONTROLLING USING PLC, HMI SCREEN & WEB 
PAGE [Електронний ресурс] – Режим доступу: https://www.jetir.org/papers/ 
JETIRC006343.pdf – Назва з екрану, – 2018 
18. The Role of PLC in Automation, Industry and Education Purpose: A 
Review [Електронний ресурс] – Режим доступу: 
https://www.researchgate.net/publication/379937523_The_Role_of_PLC_in_A
109 
 
 
utomation_Industry_and_Education_Purpose_A_Review – Назва з екрану, – 
2023 
19. What type of plc for control laser cutter? [Електроннйи ресурс], – Режим 
доступу: https://gcanbus.com/what-type-of-plc-for-control-laser-cutter/ – Назва 
з екрану 
20. ControlLogix 5570 and 5560 Controllers [Електронний ресурс], – 
Режим доступу: https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/ 
literature/documents/um/1756-um001_-en-p.pdf – Назва з екран, – 2024  
21. Кучерук В.Ю., Поджаренко В.О., Кулаков П.І., Програмування 
логічних контролерів Schneider Electric [Електронний посібник], Вінниця 
ВДТУ – Режим доступу: https://files.core.ac.uk/download/pdf/52159041.pdf – 
Назва з екрану, – 2002 
22. AC 800M - Controller Hardware: Hardware and Operation [Електроннйи 
ресур], - Режим доступу: https://library.e.abb.com/public/ 
4f68fb12e0ef48dea710312b599794df/3BSE036351-600_A_en_AC_800M 
_6.0_Controller_Hardware.pdf - Назва з екрану 
110
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
