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
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6319| Title: | Автоматизована система моніторингу даних на підприємстві |
| Authors: | Чичужко, Марина Володимирівна Кіркіча, Олег Сергійович |
| Issue Date: | Jun-2025 |
| Abstract: | У процесі дослідження було розроблено та впроваджено автоматизовану систему моніторингу даних для птаховиробничого підприємства, що поєднує сучасні апаратні засоби збору даних (сенсори, контролери) з інтелектуальними програмними алгоритмами для аналізу, візуалізації та прийняття рішень у режимі реального часу. Проаналізовано теоретичні засади функціонування автоматизованих систем моніторингу, історію їх розвитку та сучасні технологічні рішення, зокрема в межах концепцій Інтернету речей, Industry 4.0 та предиктивної аналітики. Було визначено ключові компоненти таких систем: сенсорика, контролери, інтерфейс користувача, системи виявлення аномалій, а також засоби реагування на відхилення (тривожні сигнали, автоматичне керування). Система, розроблена в рамках проєкту, дозволяє ефективно контролювати температурний режим, вологість, виявляти критичні ситуації й своєчасно інформувати персонал або здійснювати автоматизовану дію. Це, у свою чергу, забезпечує стабільність виробничих процесів, підвищує якість продукції та сприяє зниженню виробничих ризиків. Проведене тестування підтвердило функціональність системи, її адаптивність до умов реального середовища, а також економічну доцільність впровадження. Отримані результати свідчать про значний потенціал таких систем у подальшій цифровізації аграрного сектору та можливість масштабування рішень для інших галузей. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6319 |
| 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 | |
|---|---|---|---|---|
| Б_174_2025_Кіркіча.pdf Restricted Access | 1.19 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
1 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 «бакалавр» Автоматизована система моніторингу даних на на тему: підприємстві Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи АКІТС-2109 спеціальності 174 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології та робототехніка Олег КІРКІЧА (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) Керівник Марина ЧИЧУЖКО (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) Рецензент (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) Черкаси 2025 року 2 ЗМІСТ СПИСОК СКОРОЧЕНЬ І УМОВНИХ ПОЗНAЧЕНЬ ....................................... 3 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ....................................................................... 4 1 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ МОНІТОРИНГОВИХ СИСТЕМ .......................... 8 1.1 ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ АВТОМАТИЗОВАНОГО МОНІТОРИНГУ .......... 8 1.2 ПРИНЦИП РОБОТИ АВТОМАТИЗОВАНИХ МОНІТОРИНГОВИХ СИСТЕМ ....................................................................................................... 16 2 ТЕХНІЧНІ AСПЕКТИ AВТОМAТИЗAЦІЇ .................................................. 30 2.1 СЕНСОРИ ТA ДAТЧИКИ ........................................................................... 30 2.2 КОНТРОЛЕРИ ТA СИСТЕМИ УПРAВЛІННЯ ........................................ 38 2.3 ІНТЕРНЕТ РЕЧЕЙ ....................................................................................... 44 3. РОЗРОБКA СИСТЕМИ AВТОМAТИЗОВAНОГО МОНІТОРИНГУ ДАНИХ НА ПТАХОВИРОБНИЧОМУ ПІДПРИЄМСТВІ ......................... 47 3.1 ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОЗРОБЛЕНОГО ПЗ .......................... 47 3.2 АНАЛІЗ ВИМОГ ТА ВИБІР ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ ............................... 49 3.3 ПРОЕКТУВАННЯ ІНТЕРФЕЙСУ КОРИСТУВАЧА У СЕРЕДОВИЩ .. 56 3.4 РОЗРОБКА ЛОГІКИ ДЛЯ ПРОГРАМИ .................................................... 66 ВИСНОВОК ......................................................................................................... 69 СПИСОК ВИКОРИСТAНИХ ДЖЕРЕЛ ........................................................... 70 3 СПИСОК СКОРОЧЕНЬ І УМОВНИХ ПОЗНAЧЕНЬ AI — Artificial Intelligence – штучний інтелект. IoT — Internet of Things — Інтернет речей ERP — Enterprise Resource Planning — система планування ресурсів підприємства MES — Manufacturing Execution System — система диспетчеризації виробництва SCADA — Supervisory Control and Data Acquisition — система диспетчерського управління і збору даних GMP — Good Manufacturing Practice — належна виробнича практика HACCP — Hazard Analysis and Critical Control Points — аналіз небезпечних факторів і критичні контрольні точки ISO — International Organization for Standardization — Міжнародна організація зі стандартизації SSL/TLS — Secure Sockets Layer / Transport Layer Security — протоколи захисту передавання даних CRM — Customer Relationship Management — система управління взаємовідносинами з клієнтами 4 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Метa роботи – Метa дослідження aвтомaтизовaної системи моніторингу дaних нa виробництві полягaє в розробці, впровaдженні тa оцінці ефективності системи, якa дозволяє aвтомaтизувaти процес збору, обробки тa aнaлізу дaних в режимі реaльного чaсу для підвищення ефективності упрaвлінських і технологічних процесів нa виробництві. Основною метою є досягнення оптимізaції оперaційних витрaт, покрaщення якості продукції тa зaбезпечення більш високого рівня безпеки тa стaбільності в роботі підприємствa. В рaмкaх цього дослідження передбaчaється створення системи, якa зaбезпечить aвтомaтичний моніторинг ключових покaзників виробничих процесів, тaких як темперaтурa, вологість, рівень споживaння енергії, кількість дефектів продукції, що в свою чергу дозволить своєчaсно виявляти відхилення від норм і вжити необхідних зaходів для їх усунення. Актуальність - У сучaсному світі промислове тa aгропромислове виробництво зaзнaє інтенсивної трaнсформaції під впливом цифрових технологій, що впровaджуються нa всіх етaпaх виробничого циклу. Одним із ключових нaпрямів цієї трaнсформaції є aвтомaтизaція процесів збору, aнaлізу тa візуaлізaції виробничих дaних. Відтaк, темa створення тa впровaдження aвтомaтизовaних систем моніторингу дaних нa підприємствaх нaбувaє виняткової aктуaльності, оскільки ці системи стaють фундaментом для побудови сучaсного, ефективного, економічно обґрунтовaного тa конкурентоспроможного виробництвa. Важливо підкреслити, що сучaсне підприємство прaцює у динaмічному, мінливому середовищі, де швидкість прийняття рішень прямо пов’язaнa з якістю нaявної інформaції. Системи моніторингу зaбезпечують оперaтивне нaдходження точних дaних у реaльному чaсі, що знaчно підвищує ефективність упрaвління підприємством, дозволяє скорочувaти чaс реaкції нa відхилення від нормaтивних покaзників, a отже — знижувaти виробничі ризики, втрaти тa збої в технологічних процесaх, a головне знижує людський фaктор. 5 Обсяги дaних, які генеруються нa сучaсних підприємствaх, зростaють з неймовірною швидкістю. Людський фaктор не може зaбезпечити нaлежний рівень швидкості, точності тa системності в обробці тaкого мaсиву інформaції. Aвтомaтизовaні системи дозволяють не лише збирaти дaні, a й їх структурувaти, aрхівувaти, aнaлізувaти, формувaти aнaлітичні звіти, грaфіки, прогнози що перетворює інформaцію нa стрaтегічно вaжливі знaння для оперaтивного і стрaтегічного упрaвління підприємством і знaчно спрощує їхнє сприйняття. В умовaх глобaлізaції тa інтегрaції нaціонaльних економік у світову індустріaльну систему, сучaсні підприємствa мaють відповідaти вимогaм міжнaродних стaндaртів якості, безпеки, екологічної відповідaльності. Зaбезпечити відповідність цим вимогaм без постійного моніторингу стaну технологічних процесів неможливо. Сaме aвтомaтизовaні системи моніторингу дозволяють зaбезпечити відповідність стaндaртaм ISO, HACCP, GMP тa іншим гaлузевим реглaментaм. Автомaтизовaний моніторинг стaє критично вaжливим в умовaх цифровізaції, коли підприємствa aктивно переходять до концепції Industry 4.0., хмaрних технологій, віртуaлізaції, обчислення нa периферії, штучний інтелект — усі ці технології взaємодіють сaме через aвтомaтизовaні системи збору й передaчі дaних. Тaким чином, впровaдження aвтомaтизовaного моніторингу є бaзовим етaпом переходу до «розумного» виробництвa, де ключову роль відігрaють дaні, їх якість, доступність тa простотa сприйняття. Впровaдження тaких систем мaє безпосередній економічний ефект. Скорочення витрaт нa персонaл, підвищення точності упрaвлінських рішень, попередження aвaрійних ситуaцій, оптимізaція енергоспоживaння, зменшення витрaт нa технічне обслуговувaння тa контроль зa зношувaнням облaднaння — усе це призводить до зростaння прибутковості підприємствa. До того ж, зменшення впливу людського чинникa сприяє стaбільності виробництвa і підвищенню зaгaльної нaдійності систем. 6 Aвтомaтизовaні системи моніторингу знaходять широке зaстосувaння у нaйрізномaнітніших гaлузях — від метaлургії, хімічної промисловості тa енергетики до сільського господaрствa, птaхівництвa, хaрчової промисловості, логістики тa охорони здоров’я. У кожній з цих гaлузей aвтомaтизaція моніторингу дозволяє досягти нового рівня оргaнізaції виробництвa, керовaності процесів і результaтивності прaці. Особливо aктуaльною темa стaє у контексті aгрaрного виробництвa, зокремa — птaхівництвa. Ця гaлузь вимaгaє постійного контролю зa мікроклімaтом, вентиляцією, освітленням, споживaнням корму, динaмікою вaги тa здоров’ям птиці. Відповідно, впровaдження систем моніторингу знижує ризики, пов’язaні з зaхворювaннями, відхиленням від оптимaльних умов вирощувaння, і зaбезпечує стaбільність тa передбaчувaність виробничих циклів. Тaким чином, темa aвтомaтизовaної системи моніторингу дaних нa підприємствaх є не лише aктуaльною, aле й стрaтегічно вaжливою з точки зору зaбезпечення конкурентоспроможності, нaдійності, економічної ефективності тa технологічного розвитку сучaсного виробництвa. Вонa лежить у площині цифрової трaнсформaції всієї промисловості, вимaгaє міждисциплінaрних підходів тa глибокого розуміння як технічних, тaк і оргaнізaційних aспектів впровaдження. У зв’язку з цим дослідження, спрямовaні нa розробку, оптимізaцію тa aнaліз тaких систем, мaють високу прaктичну і нaукову цінність. Дослідження тaкож включaє вивчення можливостей інтегрaції aвтомaтизовaної системи моніторингу дaних з іншими системaми упрaвління підприємством, тaкими як ERP aбо MES-системи. Вaжливим aспектом є підвищення прозорості дaних, що нaдaються різним користувaчaм нa різних рівнях упрaвління, a тaкож зaбезпечення зручного інтерфейсу для оперaторів, що дозволяє оперaтивно отримувaти необхідну інформaцію для прийняття рішень. Крім того, метою є оцінкa економічної ефективності впровaдження aвтомaтизовaної системи моніторингу дaних, що включaє зниження витрaт нa технічне обслуговувaння облaднaння, зменшення кількості простоїв, скорочення 7 витрaт нa енергоносії тa мaтеріaли, a тaкож покрaщення упрaвлінських рішень зa рaхунок більш точних і своєчaсних дaних. У результaті дослідження плaнується розробкa рекомендaцій щодо впровaдження aвтомaтизовaних систем моніторингу в різних типaх виробництвa, з урaхувaнням специфіки гaлузі, що дозволить підприємствaм досягти високих результaтів у конкурентному середовищі тa зберегти стійкість нa ринку. Об’єкт дослідження –aвтомaтизовaнa системa моніторингу дaних нa виробничому підприємстві, що включaє aпaрaтне і прогрaмне зaбезпечення для збору, обробки тa aнaлізу дaних з різних виробничих процесів. Предмет дослідження –методи тa технології aвтомaтизaції процесів збору, обробки тa aнaлізу дaних нa виробництві, a тaкож їх вплив нa ефективність упрaвлінських тa технологічних процесів підприємствa. Це включaє aлгоритми обробки дaних, інтерфейси взaємодії з користувaчем тa інтегрaцію з іншими системaми упрaвління підприємством. Для досягнення мети необхідно виконaти нaступні зaвдaння: 1. Проaнaлізувaти існуючі методи моніторингу дaних нa підприємствaх. 2. Оцінити різні технології aвтомaтизовaних систем збору тa обробки дaних. 3. Розробити модель aвтомaтизовaної системи моніторингу для підприємствa. 4. Провести тестувaння тa оцінку ефективності розробленої системи. Методи дослідження – у процесі дослідження зaстосовувaлися методи aнaлізу тa порівняння існуючих систем моніторингу, моделювaння прогрaмно- aпaрaтних комплексів тa експериментaльне тестувaння розроблених рішень. 8 1 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ МОНІТОРИНГОВИХ СИСТЕМ 1.1 Історія Розвитку Автоматизованого Моніторингу Історія розвитку моніторингу дaних нa виробничих підприємствaх є вaжливим aспектом еволюції промисловості, який безпосередньо пов'язaний з постійним вдосконaленням методів упрaвління виробничими процесaми. Цей процес розвитку охоплює не тільки технологічні зміни, a й зміни в підходaх до оргaнізaції тa оптимізaції робочих процесів, що дозволяє підприємствaм досягaти знaчних результaтів у підвищенні ефективності, зниженні витрaт, покрaщенні безпеки тa якості кінцевої продукції. Нa кожному етaпі розвитку впровaдження нових технологій стaвaло ключовим фaктором, що визнaчaв рівень конкурентоспроможності підприємствa, a тaкож можливість реaлізувaти нові ідеї тa стрaтегії для досягнення високих результaтів у виробництві. Нa почaткових етaпaх розвитку виробничі підприємствa використовувaли прості ручні методи вимірювaння тa зaпису дaних, що вимaгaло знaчних зусиль прaцівників для контролю зa різними пaрaметрaми виробничих процесів. Цей процес був нaдзвичaйно трудомістким і піддaвaвся знaчним помилкaм через людський фaктор. З розвитком технологій з’явилaся можливість aвтомaтизувaти збори дaних, що сприяло більш точному контролю тa зменшенню помилок. Вже нa цьому етaпі стaє зрозумілим, що aвтомaтизaція процесів моніторингу є вaжливим кроком для зростaння продуктивності. З чaсом, нa зміну простим системaм вимірювaння прийшли більш склaдні тa інтегровaні рішення, що дозволяли не лише збирaти, aле й aнaлізувaти дaні в реaльному чaсі. Використaння комп’ютерних технологій і прогрaмного зaбезпечення дaло змогу створити більш гнучкі й ефективні системи, здaтні здійснювaти моніторинг нa всіх етaпaх виробництвa. Відповідно до цього, з’явилися нові концепції, як-от використaння інтерфейсів для оперaторів, які в реaльному чaсі отримувaли необхідну інформaцію для прийняття оперaтивних рішень. 9 Подaльший розвиток систем моніторингу спричинив впровaдження більш склaдних зaсобів збору тa обробки дaних, зокремa сенсорних технологій і спеціaлізовaних прилaдів для вимірювaння пaрaметрів, тaких як темперaтурa, тиск, вологість, і бaгaто інших критичних покaзників. В результaті цього виробничі підприємствa змогли впровaджувaти реaльні стрaтегії для зaпобігaння aвaріям, зменшення брaку продукції тa підвищення зaгaльної якості виробництвa. У нaш чaс, з появою Інтернету речей тa розвитку великих дaних, технології моніторингу досягли нового рівня склaдності. Зaвдяки бездротовим сенсорaм тa сучaсним aлгоритмaм обробки інформaції стaло можливим моніторити нaвіть нaйбільш віддaлені чи вaжкодоступні чaстини виробничих ліній. Інтегрaція тaких систем в єдину мережу дозволяє створювaти не лише aвтономні, aле й aдaптивні системи, які можуть реaгувaти нa зміни у реaльному чaсі, зaбезпечуючи мaксимaльну ефективність і безпеку виробничих процесів. Моніторинг дaних сьогодні не є лише інструментом для контролю зa процесaми, aле й вaжливою склaдовою стрaтегічного упрaвління підприємствaми. Він сприяє не лише оптимізaції виробництвa, a й розробці нових моделей бізнесу, які орієнтуються нa ефективне використaння ресурсів, екологічну безпеку тa мінімізaцію витрaт. Остaнні досягнення у сфері штучного інтелекту тa мaшинного нaвчaння дозволяють створювaти прогностичні моделі, здaтні передбaчaти потенційні проблеми тa вчaсно вживaти зaходів для їх усунення, що ще більше підвищує рівень aвтомaтизaції тa нaдійності. Тaким чином, розвиток моніторингу дaних є склaдним і бaгaтогрaнним процесом, що відобрaжaє зaгaльний прогрес промисловості тa технологій. Інтегрaція новітніх технологій дозволяє підприємствaм не тільки оптимізувaти існуючі процеси, aле й відкривaє нові можливості для розвитку тa інновaцій у різних сферaх виробництвa. З розвитком технологій моніторингу даних на виробничих підприємствах важливу роль відіграли конкретні приклади впровадження новітніх рішень, які змінили підходи до управління та оптимізації виробничих процесів. Одним із 10 перших значних кроків стало застосування комп’ютеризованих систем управління виробництвом (SCADA), що дозволили значно підвищити ефективність моніторингу в реальному часі. Ці системи використовувалися для контролю і управління різноманітними технологічними процесами, від теплоелектричних станцій до хімічних заводів, де кожен параметр виробничого процесу міг бути безпосередньо моніторингований через централізовану панель. Один із перших прикладів успішного використання SCADA-систем можна побачити на хімічних підприємствах у середині 20 століття, коли ці системи дозволяли здійснювати моніторинг і контроль за температурними та тисковими режимами на різних етапах виробничого процесу. Це забезпечувало не тільки зниження ймовірності аварій, але й значно поліпшувало якість продукції, оскільки виробничі параметри могли бути точно налаштовані. З часом SCADA-системи розширилися на інші галузі, включаючи нафтову і газову промисловість, де кожен компонент виробництва міг бути підключений до мережі для збору даних, що дозволило значно підвищити безпеку і ефективність. 11 Рисунок 1.1 - Панель управління SCADA-системи З розвитком технологій Інтернету речей (IoT) у 2000-х роках моніторинг на підприємствах отримав новий поштовх. IoT дозволяє не лише збирати дані з сенсорів і пристроїв, але й передавати їх у реальному часі на центральну систему для подальшого аналізу. Це особливо важливо для великих підприємств, де необхідно здійснювати моніторинг на величезній кількості точок. Прогнозування та виявлення потенційних проблем ще на етапі їх розвитку стало можливим завдяки аналізу великих обсягів даних, зібраних від сенсорів, що дозволяло вчасно реагувати на зміни в роботі обладнання і запобігати поломкам. Наприклад, на великому заводі з виробництва автомобільних компонентів, впровадження IoT-систем дозволило не лише покращити технічний моніторинг, а й оптимізувати управління запасами. Сенсори, що вимірюють стан обладнання, 12 можуть повідомляти про зниження продуктивності певного механізму, і таким чином своєчасно вживаються заходи для ремонту чи заміни. Це дозволило зменшити час простоїв і знизити витрати на обслуговування обладнання. Додатково, сенсори моніторять також параметри навколишнього середовища на виробництві, такі як вологість і температура, що забезпечує комфортні умови для працівників і підвищує безпеку. Рисунок 1.2 та 1.3 - Приклади роботи IoT Одним із найбільш цікавих прикладів застосування технологій моніторингу даних в останні роки є використання штучного інтелекту та машинного навчання для прогнозування і оптимізації процесів. Завдяки штучному інтелекту стало можливим не лише автоматизувати збори даних, але й використовувати ці дані для створення прогнозних моделей. Наприклад, на підприємствах, що займаються виробництвом електроніки, ці технології дозволяють передбачити, коли певне обладнання потребуватиме ремонту або коли зміниться якість продукції. Це дозволяє значно зменшити ризики і витрати на аварійні ситуації, підвищуючи стабільність і продуктивність підприємства. Так, на одному з великих підприємств по виробництву чіпів для мобільних телефонів використання машинного навчання дозволило знизити рівень браку на 25% завдяки прогнозуванню та виявленню потенційних дефектів на ранніх етапах виробництва. Системи штучного інтелекту також використовуються для аналізу великих обсягів даних, щоб виявляти тренди і шаблони, що допомагають покращити процеси управління та прийняття рішень. 13 Отже, історія розвитку моніторингу даних на виробничих підприємствах демонструє, як поступово змінювалися підходи до управління виробничими процесами. Завдяки впровадженню нових технологій та інновацій підприємства змогли значно підвищити ефективність, знизити витрати, покращити безпеку і підвищити якість продукції. Історія розвитку моніторингу даних є яскравим прикладом того, як технології можуть змінити не лише виробничі процеси, а й саму сутність промислового виробництва. У сфері моніторингу даних та автоматизації виробництва багато відомих осіб зробили значний внесок у розвиток технологій, які змінили сучасну промисловість. Їхні інновації та досягнення стали основою для розвитку автоматизації, збору та аналізу даних на підприємствах. Ось кілька з найбільш знаменитих особистостей, чиї ідеї і роботи стали рушійною силою цього розвитку. 1. Чарльз Беббідж Чарльз Беббідж є одним із засновників обчислювальної техніки, який у середині XIX століття розробив концепцію механічного комп’ютера, відомого як "аналітична машина". Хоча його ідеї були передовими для того часу, вони стали основою для подальших досягнень у галузі обчислювальної техніки та автоматизації, зокрема в аспекті збору та обробки даних. Вважається, що його роботи мали великий вплив на розвиток обчислювальних систем, що згодом стали невід’ємною частиною систем моніторингу даних. Рисунок 1.4 - Чарльз Беббідж та аналітична машина 14 2. Джон фон Нейман Джон фон Нейман, один із найбільших математиків і теоретиків обчислювальної техніки, значною мірою сприяв розвитку теорії автоматичних обчислювальних машин, яка стала основою для створення комп’ютерних систем, використовуваних у виробництві для збору та обробки даних. Він розробив архітектуру комп'ютерів, яка стала стандартом для всіх сучасних комп'ютерів і систем автоматизації. Його роботи в галузі теорії обчислювальних машин безпосередньо вплинули на створення перших систем моніторингу даних. Рисунок 1.5 - Джон фон Нейман 3. Ніклас Вірт Ніклас Вірт, відомий швейцарський комп’ютерний вчений, став ключовою фігурою в розвитку програмування і розробці мов програмування, які зробили можливим більш ефективне створення програм для збору та обробки даних. Його мова програмування Паскаль стала основою для багатьох програмних рішень, що використовуються в моніторингових системах і автоматизації виробництва. Вірт також розробив концепцію високорівневого програмування, що допомогло зробити системи автоматизації більш доступними і ефективними. 15 Рисунок 1.6 - Ніклас Вірт 4. Вернер фон Сіменс Вернер фон Сіменс, засновник компанії Siemens , відіграв важливу роль у розвитку технологій автоматизації виробничих процесів. Siemens стала однією з провідних компаній у світі, що займається розробкою систем автоматизації та моніторингу даних для різних галузей, зокрема для енергетики, транспорту, а також машинобудування. Програмне забезпечення та апаратні рішення, розроблені компанією, широко використовуються для оптимізації виробничих процесів та збору даних у реальному часі. Рисунок 1.7 - Вернер фон Сіменс Ці видатні особистості не лише сприяли розвитку теоретичних основ, але й активно втілювали свої ідеї у реальні технології, які змінили обличчя сучасного виробництва. Їхні досягнення стали фундаментом для впровадження ефективних, надійних та безпечних моніторингових систем, які використовуються в багатьох галузях промисловості. Від першого комп’ютера до сучасних систем Інтернету 16 речей — їхня спадщина і досвід продовжують впливати на технології та інновації в промисловості. 1.2 Принцип Роботи Автоматизованих Моніторингових Систем Основні принципи роботи таких систем можна поділити на кілька ключових аспектів. Інтеграція різноманітних джерел даних: Автоматизовані системи моніторингу на виробництвах базуються на використанні різноманітних датчиків і пристроїв для збору даних про стан обладнання, технологічні параметри та параметри навколишнього середовища, що є основою для безперервного контролю та оптимізації виробничих процесів. Ці датчики можуть вимірювати такі ключові параметри, як температура, тиск, вологість, швидкість обертання, рівень рідини, хімічний склад, концентрація газів і багато інших, що забезпечує точний моніторинг процесів на всіх етапах виробництва. Важливою особливістю є можливість збирання та обробки величезної кількості даних у реальному часі, що дозволяє оперативно реагувати на зміни та відхилення від нормальних параметрів, мінімізуючи ризики відхилень у технологічних процесах. Крім того, в автоматизованих системах моніторингу важливу роль відіграє інтеграція цих датчиків у єдину інформаційну мережу, яка забезпечує зв'язок між різними пристроями та програмними системами. Завдяки такій інтеграції, дані з різних джерел, таких як датчики температури, тиску або вологості, можуть бути зібрані, оброблені та передані на центральний сервер або хмарну платформу для подальшого аналізу і прийняття рішень. Це дозволяє створити єдину базу даних, де зберігається вся інформація про процеси, що відбуваються на виробництві. Таким чином, система може здійснювати контроль за параметрами всіх виробничих етапів, від початкової обробки матеріалів до готової продукції. Наприклад, в автомобільній промисловості за допомогою комбінації датчиків можна відстежувати температуру в процесі зварювання або фарбування, що є 17 критично важливим для забезпечення високої якості готової продукції. Інший приклад можна побачити на виробництвах, де відбувається обробка металів: тут датчики контролюють не тільки температуру, але й тиск, вологість та швидкість обробки матеріалу, що дає змогу визначати моменти, коли процес наближається до межі допустимих значень, що дозволяє уникнути дефектів або поломок обладнання. Аналогічно, на виробництвах електроніки, де точність є надзвичайно важливою, використовуються комбінації датчиків для моніторингу температури і вологості в процесі пайки та інших технологічних операцій. Це дозволяє мінімізувати ризик дефектів у виготовлених пристроях, забезпечуючи стабільність і високу якість на кожному етапі. Такі системи моніторингу можуть автоматично коригувати параметри процесу в реальному часі. Завдяки інтеграції цих різноманітних джерел даних, система моніторингу може забезпечити не лише безперервний контроль за параметрами, але й прогнозувати можливі аномалії та несправності, що дозволяє здійснювати профілактичне обслуговування до того, як проблема призведе до серйозних наслідків. Інтеграція таких технологій дає можливість знижувати витрати на ремонти та зупинки виробництва, а також забезпечує безперебійність роботи та високу якість продукції. Безперервний збір та передача даних. Однією з основних умов ефективного функціонування автоматизованих систем моніторингу є безперервний і надійний збір та передача даних з усіх датчиків і пристроїв, що встановлені на виробничих лініях та обладнанні. Цей процес дозволяє забезпечити постійний контроль над всіма критичними параметрами виробничого процесу в реальному часі, що є необхідним для виявлення аномалій, усунення неполадок і забезпечення стабільності та безпеки роботи. Зібрані дані з усіх датчиків передаються на центральний сервер або спеціалізовану систему для подальшої обробки. Це можуть бути системи збору та 18 обробки даних, які здійснюють моніторинг стану обладнання, технологічних параметрів та інших критичних величин, необхідних для нормальної роботи виробничих процесів. Важливою частиною цієї архітектури є безперебійний збір інформації, що дозволяє здійснювати моніторинг без будь-яких перерв, навіть у випадку технічних несправностей одного з елементів системи. Процес збору та передачі даних здійснюється за допомогою високошвидкісних мереж і сучасних протоколів комунікації, що забезпечують високу швидкість, надійність та безпеку обміну інформацією. Серед таких протоколів найбільш поширеними є Modbus і Profibus, які використовуються для зв'язку між різними елементами автоматизованої системи, а також для інтеграції різних типів обладнання і пристроїв. Вони дозволяють здійснювати передачу даних на великі відстані, зберігаючи їх точність і цілісність. Важливою тенденцією в автоматизованих системах є використання Інтернету речей (IoT), який дозволяє створювати мережу пристроїв, що можуть обмінюватися даними між собою через інтернет. В IoT всі елементи системи, такі як датчики, контролери та сервіси, можуть бути з'єднані в єдину мережу, що забезпечує ще більшу гнучкість і можливість віддаленого моніторингу. Цей підхід дозволяє не лише автоматично передавати дані з датчиків, а й здійснювати їх обробку, зберігання та аналіз на віддалених серверах або в хмарних обчислювальних середовищах. Після збору дані передаються до центральної бази даних або на хмарні сервіси для подальшого аналізу і обробки. Хмарні технології дають можливість зберігати величезні обсяги даних, що генеруються під час моніторингу виробничих процесів, і забезпечують їх доступність для обробки та аналізу з будь-якої точки світу. Це дозволяє підприємствам здійснювати віддалений доступ до інформації, що особливо важливо для великих компаній, де виробничі об'єкти можуть бути розташовані в різних регіонах або країнах. Віддалений доступ до даних дає змогу оперативно реагувати на будь-які зміни, прогнозувати можливі проблеми та оптимізувати роботу системи. 19 Для ефективної передачі даних також можуть використовуватися різні мережеві технології, такі як Ethernet, Wi-Fi, 4G/5G, що дозволяють забезпечити стабільний зв'язок навіть у складних умовах виробництва. У разі великих підприємств або складних виробничих ліній, може використовуватися комбінація декількох методів для забезпечення надійного і безперервного з'єднання між усіма компонентами системи. Завдяки такій безперервній передачі даних, автоматизовані системи моніторингу не лише забезпечують точний моніторинг стану виробничих процесів, але й дозволяють здійснювати оперативний контроль за якістю продукції, запобігання аварійним ситуаціям і своєчасне втручання у разі необхідності. Це значно знижує ризик дефектів, зупинок виробництва і аварій, забезпечуючи ефективну та стабільну роботу підприємства. Аналіз та обробка даних у реальному часі. Після збору та передачі даних від сенсорів на центральну платформу, важливим етапом є їх обробка і аналіз. Тут застосовуються різні програмні рішення, що використовують алгоритми для виявлення аномалій, прогнозування несправностей і оптимізації виробничих процесів. Це може включати використання методів машинного навчання, штучного інтелекту та аналітики великих даних. Наприклад, якщо на виробничій лінії спостерігається підвищення температури або тиску, система може автоматично передбачити поломку обладнання, вивести попередження і навіть запропонувати оптимальні дії для її запобігання. Автоматичне виявлення аномалій і прогнозування. Ключовою функцією автоматизованих систем моніторингу є їх здатність не лише виявляти відхилення від нормальних параметрів роботи, але й прогнозувати можливі неполадки до того, як вони спричинять серйозні наслідки, такі як зупинка виробництва чи аварійні ситуації. Завдяки цьому, системи здатні не тільки своєчасно виявляти проблеми, але й вживати відповідних заходів для запобігання більш серйозним наслідкам, що значно підвищує ефективність виробництва та знижує ризики. 20 Процес моніторингу в реальному часі дозволяє відслідковувати безліч показників, що характеризують роботу обладнання, технологічних процесів та інших критичних елементів виробничої системи. При цьому система автоматично аналізує дані, порівнюючи їх із заданими нормами, і, якщо виявляються відхилення, миттєво сповіщає оператора чи технічний персонал. Наприклад, система може виявити, що один з насосів працює на межі своїх можливостей через зниження потоку або підвищення тиску, що може бути ознакою проблеми, як-от закупорка в трубопроводі, зношування деталі чи нестабільність джерела живлення. Це дозволяє своєчасно втрутитися, запобігаючи серйозним пошкодженням обладнання або навіть зупинці виробничої лінії. Ще однією важливою функцією таких систем є застосування алгоритмів прогнозного обслуговування (Predictive Maintenance). Ці алгоритми використовують зібрані дані для аналізу поведінки обладнання та визначення ймовірності виникнення проблем у майбутньому. Завдяки використанню методів машинного навчання та аналітики, система може не лише виявляти поточні відхилення, але й прогнозувати потенційні проблеми, наприклад, виявлення аномальних змін у показниках вібрацій, температури чи рівня шуму, що можуть свідчити про початок зношування або майбутню поломку частини обладнання. Це дозволяє заздалегідь планувати технічне обслуговування, заміну деталей чи інші заходи з усунення неполадок, що, в свою чергу, знижує витрати на ремонти та мінімізує непередбачені зупинки виробництва. Прогнозне обслуговування є важливим інструментом для підприємств, що прагнуть досягти високої ефективності в управлінні своїми виробничими процесами. Воно дозволяє планувати технічне обслуговування в той момент, коли це дійсно необхідно, а не після того, як поломка вже сталася. Це знижує ризики зупинок виробництва, оскільки ремонт або заміна частини обладнання здійснюється в плановому режимі, а не в умовах аварійної ситуації. Крім того, прогнозне обслуговування допомагає знижувати витрати на неефективну заміну компонентів, що ще більше оптимізує витрати підприємства. 21 Алгоритми прогнозного обслуговування базуються на історичних даних і поточних показниках, що дозволяє створювати математичні моделі, які можуть передбачити поведінку обладнання з високою точністю. Це дає можливість зменшити кількість непотрібних технічних перевірок і обслуговувань, які можуть бути витратними та відволікати ресурси від інших важливих завдань. За рахунок цього, підприємства можуть значно знизити загальні витрати на обслуговування та утримання обладнання, водночас підвищуючи ефективність та безпеку роботи. Такі системи також здатні застосовувати методи статистичного аналізу та штучного інтелекту для створення адаптивних стратегій обслуговування. Наприклад, система може враховувати не лише технічні параметри, а й зовнішні умови, такі як температура навколишнього середовища, вологість або навіть поведінку операторів, що може впливати на стан обладнання. Такий підхід дозволяє досягти більш точного прогнозування і запобігти виникненню непередбачених ситуацій. Важливою частиною процесу прогнозного обслуговування є інтеграція з іншими системами управління підприємством. Завдяки цьому можна автоматично формувати заявки на обслуговування, заміну запасних частин чи навіть закупівлю нових компонентів. Все це дозволяє підприємствам оптимізувати свої витрати і ресурсне забезпечення, що в кінцевому підсумку підвищує загальну ефективність і стабільність виробничих процесів. Інтерфейси для взаємодії з користувачем. Сучасні автоматизовані системи моніторингу надають користувачам зручні та інтуїтивно зрозумілі інтерфейси, які значно покращують взаємодію оператора з технологічними процесами на виробництві. Ці інтерфейси створені з урахуванням потреб і вимог користувачів різного рівня, забезпечуючи доступ до даних у реальному часі та дозволяючи ефективно контролювати всі етапи виробничого процесу. Вони включають зручні графічні інструменти такі як: 22 − Графіки: Використовуються для візуалізації змін параметрів в часі, таких як температура, тиск чи швидкість обертання. Графіки дозволяють операторам легко відстежувати тенденції та виявляти відхилення від нормальних значень, що допомагає швидко реагувати на зміни в роботі обладнання. − Таблиці: Подають дані у структурованому вигляді, що зручно для аналізу великої кількості показників одночасно. Таблиці дозволяють користувачам порівнювати різні параметри, що впливають на виробничий процес, і оцінювати їх у статичному вигляді, що іноді є більш зручним для детального аналізу. − Діаграми: Використовуються для порівняння різних параметрів або для представлення відносин між кількома величинами. Наприклад, діаграми можуть показувати рівень матеріалів та їх зміни у різних частинах виробництва, що допомагає оптимізувати використання ресурсів. − Інтерактивні панелі: Дають змогу користувачам відображати на екрані ключові параметри виробництва в реальному часі. Панелі можуть включати індикатори стану, що змінюються залежно від даних, що надходять, і дають швидкий доступ до найбільш важливих показників, таких як рівень заповнення контейнерів, температура нагрівальних елементів чи обертова швидкість двигунів. Це дозволяє користувачам швидко реагувати на будь-які зміни в параметрах, не втрачаючи часу на пошук потрібної інформації. Крім того, інтерфейси сучасних систем моніторингу оснащені різноманітними візуалізаціями, що допомагають користувачам легко сприймати складні дані. Використання кольорових індикаторів, умовних позначень або спливаючих підказок дозволяє оперативно зрозуміти поточний стан виробничого процесу. Наприклад, система може візуально підкреслити зону, де параметри вийшли за межі допустимих значень, що дає змогу операторам негайно звернути увагу на проблему. Інтерфейси також можуть включати інтерактивні елементи, як- от кнопки для налаштування параметрів моніторингу або для швидкого перегляду детальної інформації про конкретні одиниці обладнання. 23 Завдяки таким інтерфейсам, оператори та менеджери можуть отримувати зведену інформацію про роботу всього виробництва або зосереджуватися на конкретних параметрах окремих ліній чи етапів процесу. Це значно підвищує ефективність управління, оскільки вся необхідна інформація доступна в одному місці, і користувачам не потрібно перемикатися між різними додатками чи інтерфейсами. Це також дозволяє зменшити час на навчання нових співробітників, оскільки інтерфейси автоматизованих систем є зрозумілими і не вимагають глибоких технічних знань для базового використання. У разі виявлення проблеми система автоматично генерує попередження або сповіщає користувача про необхідність втручання. Ці попередження можуть бути подані у вигляді спливаючих вікон, повідомлень на панелі чи навіть на мобільних пристроях, що дає змогу своєчасно реагувати на відхилення від нормальних параметрів. Наприклад, якщо датчик температури на обладнанні виявляє перегрів, система може миттєво сповістити оператора, а також автоматично зупинити обладнання для запобігання пошкодженням. Таким чином, система не лише інформує про проблему, але й допомагає мінімізувати ризик виникнення серйозних поломок. Деякі системи можуть також пропонувати рекомендації для усунення виявлених проблем. Такі рекомендації базуються на алгоритмах, які враховують історичні дані та попередній досвід. Наприклад, якщо система виявить зниження ефективності насоса через зниження потоку, вона може запропонувати перевірити фільтри або регулювати тиск на вході. Це знижує навантаження на персонал, оскільки операторам не потрібно шукати рішення проблеми вручну. Автоматичні рекомендації значно скорочують час на прийняття рішень і допомагають знижувати ймовірність помилок, що можуть виникнути через людський фактор. Крім того, система може враховувати пріоритетність проблеми. Наприклад, якщо відхилення від нормального режиму роботи критичне для безпеки виробництва, система негайно сповістить відповідальних осіб і надасть можливість миттєво вжити заходів. Для менш важливих відхилень система може пропонувати 24 лише оповіщення без зупинки процесу, що дозволяє зберігати баланс між ефективністю роботи та безпекою. Це також дозволяє користувачам бути більш зібраними і зосередженими на ключових питаннях, замість того щоб постійно перевіряти всі параметри вручну. Таким чином, сучасні інтерфейси автоматизованих систем моніторингу не тільки забезпечують зручний доступ до даних, але й активно допомагають у прийнятті рішень, скорочуючи час на реагування на проблеми і підвищуючи загальну ефективність виробничих процесів. Автоматичне керування виробничими процесами. Автоматизовані системи моніторингу не лише здійснюють збір та аналіз даних про параметри виробничих процесів, а й можуть виконувати функції активного управління, що значно підвищує ефективність і безпеку роботи на виробництві. Завдяки інтеграції з системами управління виробництвом, такими як SCADA та MES автоматизовані системи моніторингу можуть не лише контролювати параметри, а й здійснювати коригування технологічних процесів в режимі реального часу без необхідності втручання оператора. Це дозволяє забезпечити безперервну роботу виробничих ліній, знижуючи ризик виникнення аварійних ситуацій або зупинок. Наприклад, якщо система виявить перевантаження на лінії, вона може автоматично знизити швидкість обробки або змінити інші параметри процесу для уникнення потенційної аварії. Такий підхід дозволяє зменшити людський фактор і максимально скоротити час реакції на зміну умов у виробничому середовищі, забезпечуючи оперативне вирішення проблем на всіх етапах виробництва. Автоматизовані системи також можуть здійснювати коригування не лише на рівні окремих одиниць обладнання, а й на рівні всієї виробничої лінії чи навіть на рівні підприємства в цілому. Завдяки інтеграції з іншими інформаційними системами, такими як ERP ці системи можуть враховувати не тільки параметри технологічного процесу, а й інші бізнес-аспекти, такі як доступність матеріалів, потреби в ресурсах та графік виробничих завдань. Це дозволяє автоматично 25 коригувати виробничий процес не лише в реальному часі, але й з урахуванням загальної стратегії управління підприємством. Принципи адаптивного управління, закладені в автоматизованих системах моніторингу, дають змогу системі самостійно приймати рішення на основі аналізу поточних умов. Наприклад, якщо система виявить, що на певному етапі виробництва спостерігається затримка через низьку ефективність роботи обладнання, вона може автоматично перевести виробництво на інший режим роботи або змінити технологічний параметр для усунення затримки без необхідності втручання людини. Такі автоматизовані функції також можуть включати адаптацію до змінних умов навколишнього середовища. Наприклад, в умовах змінної температури або вологості, що можуть впливати на якість продукції, система може самостійно коригувати налаштування технологічного процесу для підтримки стабільної якості продукції. Це дозволяє підтримувати стабільність та високий рівень продуктивності виробництва, навіть коли зовнішні умови змінюються. Крім того, ці системи можуть забезпечити не лише контроль і коригування, але й оптимізацію процесів у довгостроковій перспективі. За допомогою алгоритмів машинного навчання, система може вивчати історичні дані і на основі цього створювати рекомендації для оптимізації виробничих параметрів, підвищення ефективності використання ресурсів, зменшення енерговитрат та зниження витрат на матеріали. Завдяки такому підходу, підприємства можуть значно покращити свою ефективність і зменшити виробничі витрати. Загалом, інтеграція автоматизованих систем моніторингу з системами управління виробництвом дає змогу не тільки здійснювати моніторинг і контроль параметрів, а й активно керувати виробничими процесами, забезпечуючи високий рівень автоматизації, точності та надійності. Це також дозволяє скоротити час на прийняття рішень, мінімізувати людський фактор і підвищити гнучкість підприємства до змінних умов. Забезпечення безпеки та захисту даних. 26 Враховуючи важливість даних, що збираються в автоматизованих системах моніторингу, безпека є одним з найважливіших аспектів таких систем. Адже відсутність належного захисту може призвести до витоку чутливої інформації або навіть до саботажу виробничих процесів. Сучасні автоматизовані системи моніторингу включають різноманітні методи захисту даних, щоб гарантувати їхню цілісність, конфіденційність та доступність. Це дозволяє мінімізувати ризики втручання сторонніх осіб і забезпечити надійний контроль за критичними параметрами виробничих процесів. Основні методи забезпечення безпеки даних в автоматизованих системах моніторингу включають: − Захист від несанкціонованого доступу: Одним з основних способів захисту є використання складних паролів та багаторівневих систем аутентифікації для доступу до системи. Важливою частиною цього є впровадження технологій біометричної аутентифікації або одноразових паролів, що робить процес входу максимально безпечним. − Шифрування даних: Для захисту інформації під час її передачі використовуються сучасні методи шифрування, такі як SSL/TLS, що гарантують, що дані не можуть бути перехоплені або змінені під час передачі по мережі. Це особливо важливо, коли передача даних здійснюється через публічні або не зовсім безпечні канали зв'язку. − Багаторівнева система контролю доступу: Для запобігання несанкціонованому доступу до різних рівнів даних використовується багаторівневий контроль доступу, що дозволяє призначати різні права доступу для різних категорій користувачів. Наприклад, оператори можуть мати доступ лише до інформації про робочі параметри, а інші користувачі, такі як інженери чи керівники, можуть отримувати доступ до більш детальних аналітичних даних або мати можливість вносити корективи в налаштування системи. − Регулярні оновлення та патчі безпеки: Оскільки кіберзагрози постійно еволюціонують, важливо, щоб програмне забезпечення автоматизованих систем 27 моніторингу регулярно оновлювалося, а виявлені вразливості негайно виправлялися. Це включає встановлення оновлень безпеки від виробників програмного забезпечення або інтеграційних постачальників. − Моніторинг та аудити доступу: Для додаткового контролю за безпекою системи проводяться регулярні аудити доступу до даних та операцій з ними. Це дозволяє виявити будь-які спроби несанкціонованого доступу чи інші підозрілі дії, що можуть загрожувати безпеці системи. Особливо важливою є безпека даних на таких виробництвах, як хімічна, фармацевтична або енергетична промисловість, де збір і обробка даних стосуються безпосередньо виробничих параметрів, які можуть впливати на безпеку людей та навколишнього середовища. Наприклад, у хімічній промисловості неправильне управління параметрами може призвести до аварійних ситуацій, а в енергетичній галузі — до катастрофічних наслідків для енергетичних мереж. Тому забезпечення безпеки даних не лише важливе для підтримки належного рівня продуктивності, але й для запобігання потенційно небезпечним ситуаціям. Постійне вдосконалення та адаптація. Один з основних принципів автоматизованих систем моніторингу полягає в їх здатності до постійного вдосконалення та адаптації до змін у виробничих умовах. Система моніторингу повинна бути гнучкою і здатною адаптуватися до різних ситуацій, що виникають в процесі виробництва, оскільки умови на підприємстві можуть змінюватися з часом через різноманітні фактори — від змін у технологічному процесі до зовнішніх умов, таких як зміни в постачанні ресурсів чи вимогах до якості продукції. Це досягається за рахунок інтеграції нових технологій, постійного оновлення програмного забезпечення та налаштувань, що дозволяє підтримувати актуальність і ефективність системи. Завдяки інтеграції нових технологій, таких як штучний інтелект, машинне навчання та інтернет речей, автоматизовані системи моніторингу здатні не лише реагувати на поточні зміни, але й прогнозувати майбутні умови. Наприклад, за допомогою алгоритмів машинного навчання, система може навчатися на основі 28 великої кількості історичних даних та передбачати майбутні відхилення, що дозволяє своєчасно вжити коригувальних заходів і уникнути потенційних проблем. Це також дозволяє системі стати більш адаптивною до неочікуваних змін в умовах виробництва. Оновлення програмного забезпечення є важливим елементом у підтримці функціональності автоматизованих систем. Розробники регулярно випускають патчі, оновлення та нові версії програм, які не лише виправляють виявлені помилки, але й додають нові функції для покращення продуктивності. Цей процес також включає інтеграцію нових алгоритмів, які допомагають краще обробляти дані та здійснювати точніші прогнози. Постійне вдосконалення програмного забезпечення гарантує, що система залишатиметься актуальною і відповідатиме вимогам виробництва, яке постійно розвивається. Важливу роль у процесі адаптації системи відіграє зворотний зв'язок від користувачів. Оператори, інженери та керівники мають надавати регулярний відгук щодо роботи системи, її зручності, ефективності та функціональності. Цей зворотний зв'язок дозволяє розробникам виявляти слабкі місця в інтерфейсі або алгоритмах, а також вносити зміни для поліпшення взаємодії з користувачем і забезпечення більш точних результатів. Більш того, зворотний зв'язок може включати індивідуальні налаштування або вимоги, що допомагає створювати персоналізовані рішення для різних виробничих умов. Аналіз даних також є важливою частиною процесу вдосконалення. Автоматизовані системи моніторингу збирають величезну кількість даних, які можуть бути використані для подальшого аналізу та вдосконалення системи. Наприклад, дані, що стосуються ефективності обладнання, швидкості виробничих ліній або використання ресурсів, можуть бути проаналізовані для виявлення неефективностей і пошуку шляхів оптимізації. Використовуючи методи аналізу великих даних, система може виявляти шаблони, які не видно на поверхневому рівні, і таким чином пропонувати нові шляхи для покращення процесів. 29 Цикл постійного вдосконалення охоплює не лише впровадження нових технологій і алгоритмів, але й інтеграцію з іншими підприємницькими системами, такими як ERP чи CRM. Це дозволяє системі моніторингу працювати в тісній взаємодії з іншими аспектами управління підприємством, забезпечуючи ще більшу точність в ухваленні рішень і реагуванні на зміни в умовах виробництва. Отже, здатність автоматизованої системи моніторингу до постійного вдосконалення та адаптації є важливою умовою її ефективності і надійності. Це дозволяє системі не лише підтримувати високу продуктивність і безпеку, але й активно реагувати на зміни, що виникають у виробничому середовищі, забезпечуючи підприємствам гнучкість і конкурентоспроможність у довгостроковій перспективі. Таким чином, принципи роботи автоматизованих систем моніторингу на виробництвах є комплексними та багатогранними, включаючи етапи − збору − обробки − аналізу − прогнозування − управління даними Вони забезпечують значне покращення ефективності та безпеки виробничих процесів, дозволяючи підприємствам знижувати витрати, підвищувати якість продукції та мінімізувати ризики технічних неполадок. 30 2 ТЕХНІЧНІ AСПЕКТИ AВТОМAТИЗAЦІЇ Автоматизація — це процес, що полягає в заміні ручної праці технологіями, здатними виконувати завдання самостійно. Вона охоплює різноманітні системи, які за допомогою сенсорів, програмного забезпечення та різних пристроїв автоматично виконують функції моніторингу, управління та оптимізації виробничих процесів. У промисловості, наприклад, автоматизовані лінії виробництва або роботизовані системи можуть працювати без людського втручання, забезпечуючи високу точність і стабільність роботи. Такий підхід дозволяє значно підвищити продуктивність, зменшити ризики помилок, а також знизити потребу в людській праці на рутинних і небезпечних операціях. Завдяки автоматизації можна досягти високих стандартів якості продукції та знизити витрати на виробництво, зменшуючи кількість відходів і забезпечуючи більш ефективне використання ресурсів. 2.1 Сенсори Тa Дaтчики Сенсори та датчики є невід'ємною частиною автоматизованих систем моніторингу на виробництві. Вони здійснюють безпосереднє вимірювання фізичних, хімічних чи механічних параметрів, що відображають стан технологічного процесу або обладнання. Сенсори забезпечують збір даних, необхідних для аналізу, виявлення відхилень та прийняття рішень для оптимізації виробничих процесів. Типи сенсорів та датчиків, які використовуються в автоматизованих системах моніторингу на виробництві: 1. Температурні датчики Одним з найбільш розповсюджених типів датчиків є температурні. Вони використовуються для вимірювання температури на різних етапах виробничого процесу. Наприклад: − У металургійних виробництвах температурні датчики використовуються для контролю температури розплавленого металу. 31 − В харчовій промисловості вони слідкують за температурою в процесах стерилізації, пастеризації чи охолодження продукції. Наразі можна сказати про такі технології: Термопари Термопара — чутливий елемент термоелектричного перетворювача у вигляді двох ізольованих провідників із різнорідних матеріалів, з'єднаних на одному кінці, принцип дії якого ґрунтується на використанні термоелектричного ефекту для вимірювання температури. Використовується в устаткуванні для вимірювання температури, а також для прямого перетворення енергії тепла в електричну енергію у тих випадках, коли доцільно уникнути рухомих деталей (наприклад, у космосі). Поглинання тепла при проходженні електричного струму через контакт використовується в холодильниках тощо. Термопару використовують як чутливий елемент (первинний вимірювальний перетворювач) у засобах контролю температури в печах. Термопара являє собою металевий провід з особливих сплавів, дві жили якого спаяні між собою, і спай розміщують в контрольовану зону печі. Вільні кінці проводу виведені за межі нагрівальної зони та з'єднані з приладом, що показує перетворений сигнал одержаний від спаю термопари. Термопара, що перебуває в печі, захована у вогнестійкий чохол, що захищає її від агресивного середовища печі. Термістори Терморезистор, термістор — напівпровідниковий резистор, активний електричний опір якого залежить від температури; терморезистори випускаються у вигляді стрижнів, трубок, дисків, шайб і намистинок; розміри варіюються від декількох мкм до декількох см. Термісторами також називають термометри, в яких температура визначається за зміною електричного опору. Перший термістор з негативним температурним коефіцієнтом був створений у 1833 році Майклом Фарадеєм, який виявив напівпровідникову поведінку 32 сульфіду срібла. Фарадей помітив, що опір сульфіду срібла різко зменшується при підвищенні температури. Рисунок 2.1 - Майкл Фарадей Оскільки перші термістори були складними у виготовленні і застосування технології було обмеженим, промислове виробництво терморезисторів почалося лише після 1930 року. Перший життездатний комерційний зразок термістора був винайдений Самуелем Рубеном у 1930 році. Інфрачервоні датчики Інфрачервоний датчик, датчик руху — пристрій, що складається з передавача та приймача інфрачервоного випромінювання і у випадку переривання променю, генерується сигнал тривоги; або складається тільки з приймача і, у випадку появи у просторі, що ним контролюється, додаткового джерела інфрачервоного випромінювання генерується сигнал тривоги. Пасивні та активні інфрачервоні датчики руху широко використовуються у системах охоронної сигналізації. Датчики руху, створені на основі інфрачервоних сенсорів, вловлюють інфрачервоне випромінювання. 33 Рисунок 2.2 - Прототип високошвидкісного інфрачервоного детектора Тепловий ефект дії інфрачервоного випромінювання можна спостерігати за допомогою багатьох температуро-залежних явищ. Болометри і мікроболометри використовують зміну опору. Термопари і термостовпчики використовують термоелектричні явища. Датчики Голея піддаються тепловому розширенню. У інфрачервоних спектрометрах зазвичай використовуються піроелектричні давачі. Тискові датчики Датчики тиску контролюють рівень тиску в різних системах, таких як трубопроводи, котли, або системи кондиціонування. Наприклад: − В хімічних виробництвах вони використовуються для вимірювання тиску в реакторах, де важливо підтримувати сталий рівень тиску для забезпечення безпеки та ефективності. − В нафтогазовій промисловості датчики тиску контролюють рівень тиску в трубопроводах для попередження аварійних ситуацій. Можна поділити на два типи тискових датчиків: Деформаційні давачі тиску У промисловій практиці вимірювання тисків поширення набули деформаційні прилади з пружним чутливим елементом. У цих приладах тиск визначається за деформацією пружних чутливих елементів або за зусиллям, що вони створюють, котрі перетворюються передавальними механізмами в кутове чи лінійне переміщення вказівника на шкалі приладу. За видом пружного чутливого елемента пружинні прилади поділяються на такі види: 34 − прилади з трубчастою пружиною; − мембранні прилади; − сильфонні прилади. Електричні давачі тиску В електричних давачах тиску вимірюваний тиск, здійснюючи вплив на чутливий елемент, змінює його власні електричні параметри: електричний опір, електричну ємність чи електричний заряд, котрі стають мірою цього тиску. Основна маса датчиків тиску реалізовані за одним із трьох принципів: − ємнісні — використовують пружний чутливий елемент у вигляді конденсатора із змінним зазором за рахунок зміщення чи прогину під дією тиску рухомого електрода-мембрани відносно нерухомого електрода; − п'єзоелектричні — базуються на залежності поляризованого заряду чи резонансної частоти п'єзокристала кварцу чи турмаліну під дією прикладеного до нього тиску; − тензорезисторні — використовують залежність активного електричного опору провідника чи напівпровідника від ступеня його деформації. Датчики вологості Ці датчики використовуються для вимірювання вологості повітря або матеріалів. Вони особливо важливі для виробництв, де вологість може впливати на якість кінцевої продукції. Наприклад: − У деревообробній промисловості датчики вологості використовуються для контролю рівня вологості деревини, що є критично важливим для її подальшої обробки та зберігання. − В харчовій промисловості важливо підтримувати оптимальну вологість у складі, оскільки це може вплинути на якість готової продукції. Для різних цілей можна застосувати різні типи датчиків вологості: − Вимірювання вологості рідин-для вимірювання вологості рідин застосовуються ємкісні вологоміри, дія яких основана на визначенні діелектричної 35 проникності або діелектричних втрат в рідині, а також кондуктометричні вологоміри, при яких вимірюється електропровідність рідини. − Вимірювання вологості твердих тіли:вологість твердих тіл визначається ємкісними і кондуктометричними вологомірами. Використовують також резонансне поглинання радіохвиль НВЧ діапазону ядрами водню, що входять до складу води. При цьому виміряну фізичну величину контрольованого шару вологого вугілля зіставляють з еталонним зразком. Застосовуються вологоміри для вимірювання вологості проб вугілля в лабораторних умовах, а також вологоміри для контролю вологості вугілля в технологічному потоці, наприклад, на стрічковому конвеєрі. − Вимірювання вологості газів: вологість повітря визначають гігрометрами і психрометрами. Датчики рівня Для контролю рівня рідин або матеріалів використовуються датчики рівня. Вони можуть працювати за різними принципами, в залежності від типу матеріалу та середовища. Наприклад: − У петрохімічних заводах датчики рівня застосовуються для вимірювання рівня нафти в резервуарах. − В підприємствах водопостачання датчики рівня контролюють рівень води в резервуарах або системах водопостачання. Подібні датчики класифікуються на два типи: − Аналогові рівнеміри - застосовуються при необхідності отримання безперервної інформації про поточне значення рівнів, наприклад, при автоматичному управлінні процесами і апаратами. − Дискретні рівнеміри - контролюють фіксований рівень середовища. Датчики швидкості та обертів Ці датчики використовуються для вимірювання швидкості руху або обертання об'єктів. Вони особливо важливі для контролю за роботою обертальних механізмів, насосів та вентиляторів. Наприклад: 36 − У машинобудівних підприємствах датчики швидкості застосовуються для моніторингу роботи верстатів та механізмів, що обертаються, для запобігання їх перевантаженню або несправностям. − В автопромисловості датчики швидкості використовуються для контролю швидкості обертання коліс на складі. Наприклад індуктивні датчики принцип дії яких заснований на змінюванні амплітуди коливань генератора при внесенні в активну зону датчика металевого, магнітного, феромагнітного або аморфного матеріалу певних розмірів. При подачі живлення на кінцевий вимикач, в ділянці його чутливої поверхні утворюється змінюване магнітне поле, яке наводить у внесеному в зону матеріалі вихрові струми, які спричинюють змінення амплітуди коливань генератора. Результатом є аналоговий вихідний сигнал, величина якого залежить від відстані між датчиком і контрольованим предметом. Тригер Шмітта перетворює аналоговий сигнал на логічний. Рисунок 2.3 - Індуктивний безконтактний датчик 37 Також є Волоконно-оптичні датчики — датчик, які використовують оптичне волокно або як чутливий елемент, або як засіб ретрансляції сигналів від віддаленого датчика до електронного блоку, який обробляє сигнали. Існує багато способів використання волокна для дистанційного зондування. Залежно від необхідності, такі датчики використовуються через їх невеликий розмір, або тому, що вони не потребують електричної напруги у віддаленому місці, або тому, що багато датчиків можуть бути мультиплексовані по довжині волокна з використанням світла з різною довжиною хвилі для кожного датчика, або вимірюючи час затримки, за який світло проходить уздовж волокна через кожен датчик. Час затримки може бути визначено з використанням таких пристроїв, як оптичний часовий рефлектометр. 2. Хімічні датчики Вони використовуються для вимірювання концентрації різних хімічних сполук в повітрі або рідинах. Наприклад: − В фармацевтичній промисловості хімічні датчики контролюють концентрацію активних речовин в процесі виробництва ліків. − У екологічних моніторингових системах датчики використовуються для вимірювання рівня забруднення повітря, води чи ґрунту. Популярні технології: електрохімічні, оптичні, люмінесцентні датчики. Важливість інтеграції датчиків в автоматизовані системи Сенсори і датчики не тільки збирають критичні дані, але й активно інтегруються з іншими елементами автоматизованої системи. Вони передають інформацію в реальному часі на центральний сервер чи в хмарні сховища, де здійснюється її обробка та аналіз. Це дозволяє виявляти відхилення від заданих параметрів і автоматично коригувати процеси без необхідності втручання людини. Завдяки інтеграції з системами контролю та управління виробництвом, такі сенсори можуть автоматично регулювати робочі параметри (наприклад, температуру або тиск) або подавати сигнали про необхідність технічного 38 обслуговування обладнання. Це підвищує безпеку виробництва, ефективність роботи та знижує ймовірність аварійних ситуацій. Використання сенсорів та датчиків є невід'ємною частиною індустрії 4.0, де автоматизація і цифровізація виробництва дозволяють досягти високої продуктивності, точності та безпеки на всіх етапах виробничого процесу. 2.2 Контролери Тa Системи Упрaвління Є багато різних моделей датчиків, контролерів і навіть панелей, які можна використовувати для моніторингу даних, і вибір між ними залежить від специфіки завдань, умов експлуатації та вимог до точності. Усі ці пристрої мають свої особливості і можуть бути більш або менш ефективними в різних ситуаціях. Важливими факторами при виборі є точність вимірювань, стабільність роботи в умовах конкретного середовища, швидкість реакції на зміни параметрів та здатність інтегруватися з іншими системами. Датчики можуть бути різних типів: від стандартних температурних і вологомірних до складних сенсорів, що вимірюють рівень аміаку, CO2 чи інших газів. Для кожного типу моніторингу є своя оптимальна модель, яка найкраще підходить для заданих умов. Наприклад, для вимірювання температури часто використовуються термопари або термістори, які забезпечують високу точність при вимірюванні в широкому діапазоні температур. Для моніторингу вологості використовуються гігрометри, які можуть бути як цифровими, так і аналаговими, і забезпечують стабільність вимірювань у різних умовах.Контролери, в свою чергу, відповідають за обробку даних, їх передачу і збереження. Вони можуть бути простими пристроями для базових вимірювань, або складними багатоканальними системами, що можуть управляти кількома типами датчиків одночасно та здійснювати автоматичне регулювання на основі отриманих даних. Для складних систем, де потрібна висока точність та обробка великої кількості інформації, зазвичай використовуються промислові контролери з вбудованими 39 мікропроцесорами і великими можливостями налаштувань.Також важливим елементом є панелі управління, які дозволяють користувачам відображати дані та взаємодіяти з системою. Це можуть бути як прості монітори для перегляду базових показників, так і складні сенсорні панелі з можливістю налаштування параметрів, налаштування тривог і виконання автоматичних сценаріїв для управління процесами.Далі буде розглянуто декілька прикладів моделей датчиків, контролерів і панелей, які показали себе найкращими у виконанні поставлених задач. Ці моделі виділяються завдяки своїй надійності, точності вимірювань та здатності ефективно інтегруватися в різноманітні системи моніторингу, що дозволяє забезпечити ефективний контроль за параметрами в реальному часі та своєчасно реагувати на будь-які відхилення від норми. DATAKOM D-700-TFT-SYNC+EXT Завдяки розширеному функціоналу DATAKOM D-700-TFT-SYNC+EXT не лише виконує керування та синхронізацію генераторів, а й ефективно інтегрується у систему моніторингу, забезпечуючи стабільність енергопостачання виробництва. За допомогою нього можна: • Здійснювати безперервний збір даних про роботу генератора Контролер реєструє в реальному часі ключові параметри, зокрема напругу, частоту, струм, температуру, тиск мастила, рівень палива та інші показники. Уся ця інформація автоматично передається до центральної системи моніторингу для подальшого аналізу та візуалізації. • Інтегрувати генератор у загальну платформу моніторингу об’єкта DATAKOM D-700-TFT-SYNC+EXT підтримує комунікаційні протоколи (наприклад, Modbus TCP/IP), що дозволяє легко включити його до SCADA-систем або хмарних платформ. Це забезпечує централізоване спостереження за станом генераторів разом з іншими елементами виробничої інфраструктури. • Виявляти та сигналізувати про потенційні несправності Контролер здатен миттєво фіксувати аномалії в роботі генератора, як-от 40 перевантаження, перегрів або відхилення напруги. У разі виявлення проблеми, система негайно надсилає попередження або активує заздалегідь запрограмовану реакцію, що зменшує ризик відмови електроживлення та забезпечує надійність усієї моніторингової системи. Рисунок 2.4 - Контролер DATAKOM D-700-TFT-SYNC+EXT 41 ПЛК-110 Також гарно себе проявив ПЛК-110 завдяки своїм конструктивним та функціональним особливостям широко використовується у промислових системах автоматизованого моніторингу та керування. Його архітектура орієнтована на забезпечення надійності, гнучкості та стабільної взаємодії з різноманітним обладнанням і технологічними ланцюгами. Саме ці характеристики зумовлюють його активне застосування на багатьох підприємствах, де необхідно реалізувати точний контроль, своєчасне реагування та адаптивне керування процесами. Серед ключових технічних переваг, що визначають його придатність для впровадження в системи моніторингу, можна відзначити наступне: − Інтегровані дискретні входи та виходи, які дозволяють безпосередньо взаємодіяти з виробничими елементами без потреби у додаткових пристроях введення/виведення. − Послідовні порти, що забезпечують сумісність із широким спектром промислового обладнання, включаючи застарілі або специфічні пристрої. − Порт Ethernet, який забезпечує зв’язок з інформаційними системами верхнього рівня, даючи змогу інтегрувати ПЛК у загальну мережу підприємства для передачі даних до SCADA-систем чи серверів збору інформації. − Підтримка стандартних промислових протоколів обміну — зокрема, Modbus (RTU, ASCII), а також протоколів ОВЕН і DCON, що дозволяє гнучко адаптувати систему до вже наявної інфраструктури або до специфічних вимог проєкту. − Можливість роботи з нестандартними протоколами через безпосереднє програмування портів, що особливо актуально для нетипових виробничих об’єктів або новітнього обладнання, яке не підтримує традиційні схеми взаємодії. − Наявність вбудованого годинника реального часу, що є важливою умовою для формування достовірної хронології подій у моніторингових системах, де важлива точна фіксація моменту виникнення тієї чи іншої події. 42 − Вбудований акумулятор, який дозволяє контролеру тимчасово зберігати працездатність при зникненні живлення, а також переводити підключене обладнання у безпечний режим, зберігаючи цілісність виробничого процесу. Рисунок 2.5 - ПЛК-110 ПЛК-110 має різні моделі які мають такі відмінності: Таблиця 2.1 - Лінійка контролерів ОВЕН ПЛК110 Параметр ПЛК110- ПЛК110- ПЛК110-60 30 32 Кількість входів 18 18 36 Швидких входів 2 2 4 Швидких лічильників 2 2 4 Енкодерів 1 AB 1 AB AB ABZ 1 або 2 Кількість виходів 12 14 24 Швидких виходів (для ПЛК110 з транзисторними 4 4 4 виходами) Кількість портів RS-485 2 1 2 Таблиця 2.2 Підтримувані інтерфейси та протоколи Протокол Інтерфейс Застосування ОВЕН RS-232 Підтримка модулів введення/виведення ОВЕН Мх110 RS-485 Робота у мережах ОВЕН спільно з ТРМ2хх 43 Modbus RTU RS-232 Підтримка модулів введення/виведення та операторських Modbus ASCII RS-485 панелей (наприклад, ОВЕН СП3хх), зв'язок зі SCADA- системами Modbus TCP Ethernet Зв'язок зі SCADA-системами 10/100 Mbps DCON RS-232 Підтримка модулів введення/виведення ICP DAS I-7xxx, RS-485 АDAM-4xxx, операторських панелей GateWay (протокол RS-232 Програмування контролера, налагодження користувальницької CODESYS) Ethernet програми 10/100 Mbps Зв'язок з контролерами інших виробників на базі CODESYS. USB-Device Робота з OPC-сервером CODESYS Програмування цих контролерів здійснюється у професійному, широковживаному середовищі CODESYS v.2.3.x, яке відповідає міжнародному стандарту IEC 61131-3, що регламентує вимоги до мов програмування для програмованих логічних контролерів. Це середовище надає інженерам гнучкі можливості для створення складних логічних алгоритмів управління та моніторингу. Процес програмування охоплював декілька етапів: − Розробка загальної структури програми, яка включала модулі опитування сенсорів, обробки даних, логічного аналізу та передачі результатів у вищі системи. − Імплементація алгоритмів моніторингу стану обладнання, зокрема перевірка граничних значень температури, тиску, рівнів рідин, а також реагування на сигнали тривоги. − Налаштування протоколів обміну, таких як Modbus RTU або TCP, для забезпечення двосторонньої комунікації з сенсорами та візуалізаційними системами. 44 − Реалізація функцій збереження даних, що включала використання вбудованої пам’яті ПЛК або передавання інформації у зовнішні бази даних для подальшого аналізу. Важливою особливістю програмування в CODESYS є можливість імітації та тестування програми безпосередньо в середовищі, що дозволило мінімізувати помилки ще до завантаження коду у фізичний пристрій. Крім того, завдяки підтримці проектного підходу, стало можливим розділення всієї логіки на окремі функціональні блоки, що значно спрощувало обслуговування, модифікацію та масштабування системи моніторингу.середовищі. Рисунок 2.6 - Середовище codesys 2.3 Інтернет Речей Взаємодія з данними у наш час неможлива без використання хмарних технологій, ШІ, та таких мереж як інтернет речей. Інтернет речей займає ключове місце в сучасних автоматизованих системах моніторингу даних на виробництві. Його застосування стало можливим завдяки розвитку недорогих сенсорів, бездротових технологій зв’язку та обчислювальних ресурсів, здатних обробляти великі обсяги інформації у режимі реального часу. Завдяки IoT, підприємства отримали змогу інтегрувати сотні, а іноді й тисячі пристроїв у єдину інформаційну екосистему, яка забезпечує прозорий, ефективний і надійний моніторинг усіх етапів виробництва. 45 IoT надає можливість підключити різноманітні об'єкти — від простих температурних датчиків до складних модулів контролю вібрацій, витрат, тиску, стану обладнання чи якості повітря — до мережі, де ці пристрої автоматично обмінюються даними між собою, а також з хмарними платформами чи локальними серверами. У контексті моніторингу це означає, що вся важлива інформація стає доступною в режимі реального часу, з можливістю її аналізу, архівації та миттєвого реагування на виявлені аномалії. Переваги використання IoT у виробничому моніторингу є суттєвими: − Безперервний збір даних. Завдяки великій кількості підключених сенсорів, IoT дозволяє постійно відслідковувати технічні параметри обладнання та середовища — температуру, вологість, оберти, навантаження, споживання енергії тощо. − Раннє виявлення несправностей. Інтернет речей дозволяє здійснювати аналіз відхилень у поведінці технічних систем, порівнюючи поточні дані з історичними шаблонами. Це дає змогу виявляти потенційні поломки до того, як вони призведуть до аварій або зупинок. − Мобільний та віддалений доступ. Завдяки хмарним технологіям, оператори можуть переглядати стан виробництва з будь-якої точки світу, використовуючи мобільні пристрої або комп’ютери, що особливо важливо для великих і розподілених підприємств. − Інтеграція з аналітичними платформами. Дані, зібрані через IoT, можуть бути оброблені системами аналітики, машинного навчання або штучного інтелекту для побудови прогнозів, оптимізації витрат, підвищення ефективності виробничих процесів. − Автоматизація реагування. У разі перевищення граничних значень, система може автоматично запускати протоколи реагування — наприклад, відключити живлення, зупинити роботу механізму або повідомити обслуговуючий персонал. 46 Прикладом використання IoT у виробництві є система моніторингу у птахівничому комплексі, де за допомогою бездротових датчиків здійснюється постійне вимірювання температури, вологості та рівня аміаку у пташниках. Усі дані передаються на центральний сервер, який не лише відображає інформацію на зручних панелях, але й автоматично коригує параметри мікроклімату через систему вентиляції та обігріву. Такий підхід значно зменшує втрати продукції та підвищує рівень біобезпеки. Крім того, IoT забезпечує кращу інтеграцію між рівнями автоматизації — від фізичних пристроїв до корпоративного рівня планування, дозволяючи підприємству працювати як єдиний інформаційний організм. Рисунок 2.7 - Схема використання IoT Таким чином, Інтернет речей виступає потужним рушієм цифрової трансформації в промисловості, роблячи системи моніторингу більш точними, адаптивними та інтелектуальними. Його застосування дозволяє підприємствам не лише підтримувати стабільність технологічних процесів, а й приймати стратегічно важливі рішення на основі достовірної, детальної та своєчасної інформації. 47 3. РОЗРОБКA СИСТЕМИ AВТОМAТИЗОВAНОГО МОНІТОРИНГУ ДАНИХ НА ПТАХОВИРОБНИЧОМУ ПІДПРИЄМСТВІ У власному проекті я розробив програмне забезпечення ПЛК-160, яке має на меті здійснення моніторингу та контролю важливих параметрів, таких як температура і вологість повітря. Це програмне забезпечення дозволяє здійснювати збір даних з різних датчиків та забезпечує їх обробку в реальному часі. Крім того, система має гнучку архітектуру, що дозволяє додавати нові параметри та датчики, адаптуючи програму під конкретні потреби користувача. Функціональні можливості включають не лише вимірювання температури та вологості, але й можливість налаштування порогових значень для кожного з параметрів, з подальшим виведенням сигналів тривоги у разі перевищення або зниження цих значень. Це дозволяє забезпечити своєчасне реагування на зміну умов середовища. Крім того, система має інтеграцію з іншими пристроями та можливість передачі зібраних даних до централізованої бази даних або через інтерфейси зв'язку для подальшого аналізу. Детальніше з функціоналом програмного забезпечення можна ознайомитись у наступних розділах, де будуть розглянуті алгоритми обробки даних, налаштування параметрів, а також можливості інтеграції з іншими системами автоматизації. 3.1 Основні Характеристики Розробленого Пз Розроблене ПЗ має наступні особливості: Передбачено підтримку таких типів сенсорів: − Температура приміщення − Вологість повітря − Освітленість − Рівень шуму − Наявність корму та води Інформаційна частина − Зберігання історії параметрів 48 − Налаштування регулярних автоматичних резервних копій Інтерфейс користувача − Графіки параметрів у реальному часі − Табличне представлення даних − Можливість фільтрації за періодом, типом параметра, приміщенням тощо Система тривог − Ручне налаштування порогових значень (доступно лише користувачам із відповідними правами) − Відображення тривог на головному екрані з візуальним сповіщенням − Підтримка різних рівнів тривог та їх пріоритетності − Система підтвердження та можливість додавання коментарів до тривог (за технічної можливості) − Історія тривог із мітками часу та статусами(якщо статуси технчіно можливо реалізувати) Користувачі та доступ − Система рівневого доступу: спостереження, адміністрування, технічне обслуговування − Журнал входів, змін налаштувань і дій користувачів(за технічної можливості) Розробка була поділена на декілька етапів, а саме: − Аналіз вимог та вибір технічних рішень − Проектування інтерфейсу користувача у середовищі CODESYS v2.3 − Розробка логіки управління у середовищі CODESYS v2.3 − Тестування та налагодження системи. − Виправлення виявлених помилок та оптимізація. Розглянемо детальніше кожен етап: 49 3.2 Аналіз Вимог Та Вибір Технічних Рішень Середовищем для програмування було обрано Codesys v2.3 оскільки це стандартне та найпопулярніше середовище для подібних задач. На вибір було декілька контролерів а саме: ПЛК160 від компанії AQtech Рисунок 3.1 - ПЛК160 Застосування ПЛК160: • Системи вентиляції, опалення та кондиціювання повітря: автоматизація контролю температури, вологості та інших параметрів середовища. • Автоматизація об'єктів житлово-комунального господарства: включаючи індивідуальні теплові пункти та централізовані теплопункти, автоматизовані системи контролю водоканалів. • Автоматизація торгового обладнання: управління процесами в торгових точках та на виробничих лініях. • Керування кліматичним обладнанням: регулювання параметрів навколишнього середовища в специфічних умовах. • Управління малими верстатами та механізмами: забезпечення автоматизації роботи малогабаритних машин та механізмів. • Автоматизація пакувального та харчопереробного обладнання: керування технологічними процесами в харчовій та упаковочній промисловості. • Автоматизація виробництва будівельних матеріалів: контроль та управління процесами виготовлення різноманітних будівельних матеріалів. 50 • Автоматизація ліній обробки деревини та металу: управління процесами різання, обробки, зберігання та упаковки на виробничих лініях. Переваги ПЛК160: • Швидкісні входи для обробки енкодерів: дозволяють отримувати точні вимірювання для застосувань, що потребують високої швидкості обробки. • Вбудовані дискретні та аналогові входи/виходи: забезпечують безпосередню інтеграцію з датчиками та виконавчими механізмами без необхідності додаткових модулів. • Підтримка сценаріїв при підключенні USB-накопичувачів: забезпечує збереження та архівування даних про роботу обладнання для подальшого аналізу. • Програмування через систему CODESYS V2: підтримка стандартних інтерфейсів USB Device, Ethernet, RS-232 Debug, що спрощує налаштування та програмування. • Передача даних на верхній рівень через Ethernet або GSM-мережі: можливість інтеграції в розподілені системи з використанням стандартних каналів зв'язку. • Три послідовних порти RS-232, RS-485: дозволяють підключати додаткові пристрої, такі як частотні перетворювачі, панелі операторів, GSM- модеми, зчитувачі штрих-кодів, що розширює функціональність контролера. • Двійний варіант живлення: підтримка живлення від 220 В і 24 В, що дозволяє використовувати контролер у різних умовах експлуатації. 51 LOGO! 24CE від компанії simens Рисунок 3.2 - Логічний контролер LOGO! 24CE Модуль LOGO! 24CE є частиною серії базових логічних модулів, що призначені для автоматизації простих та середньо складних технологічних процесів. Він містить вбудовані входи/виходи, забезпечує можливість модульного розширення та підтримує вбудований веб-сервер для віддаленого доступу через Ethernet. Цей контролер використовує напругу 24 В для живлення дисплея та для роботи входів/виходів, що робить його придатним для широкого спектру завдань в автоматизації. Основні характеристики: 1. Вхідні/вихідні інтерфейси: − Модуль має 8 дискретних входів, з яких 4 можуть бути використані для вимірювання аналогових величин (аналогові входи). Крім того, є 4 дискретних виходи. − Всі входи/виходи працюють при напрузі 24 В, що є стандартом для багатьох промислових систем. 2. Пам'ять та програмування: − Контролер оснащений пам'яттю для зберігання 400 блоків даних, що достатньо для виконання основних задач автоматизації. Для програмування 52 використовується середовище LOGO! Soft Comfort, яке дозволяє створювати алгоритми контролю та обробки даних. 3. Модульність і розширюваність: − Система є модульною, що дозволяє підключати додаткові модулі для збільшення кількості входів/виходів або інтеграції з іншими пристроями. Це забезпечує гнучкість у налаштуванні системи під конкретні потреби. 4. Інтерфейси зв’язку: − Вбудований веб-сервер дозволяє здійснювати віддалений доступ до системи через Ethernet. Це дає можливість моніторити стан обладнання та налаштовувати параметри за допомогою веб-браузера. − Модуль підтримує підключення до хмарних сервісів та передачу даних через MQTT, що дозволяє інтегрувати його в більш складні системи автоматизації та збору даних. 5. Зберігання та архівування даних: − Для зберігання проектів та архівування даних передбачено використання microSD картки, що дозволяє зберігати великі обсяги інформації, зокрема дані про роботу системи. КОНТРОЛЕР M171 від компанії Schneider Electric 53 Рисунок 3.3 - Контролер M171 Контролер M171 — це універсальний пристрій для автоматизації, що призначений для використання в різноманітних технічних і промислових системах. Він забезпечує ефективний контроль і управління різними технологічними процесами, маючи можливість підключення до різних типів сенсорів і виконавчих механізмів. Основні характеристики: Призначення: автоматизація процесів, управління технологічними системами в реальному часі. Вхідні/вихідні інтерфейси: Контролер підтримує різноманітні цифрові та аналогові входи/виходи, що дозволяє підключати різні сенсори та виконавчі механізми. Наявність вбудованих портів для комунікації дозволяє інтегрувати контролер у складні автоматизовані системи. Час виконання операцій: Модель M171 має високу швидкість обробки даних, що забезпечує мінімальні затримки у виконанні алгоритмів управління. Це дозволяє використовувати його для задач, що вимагають оперативного реагування на зміни в системі. Комунікація та інтерфейси: Контролер M171 оснащений кількома портами для з'єднання з іншими пристроями, включаючи Ethernet, RS-232/RS-485 для передачі даних на верхній рівень або до зовнішніх систем. Це дає можливість здійснювати інтеграцію з іншими елементами автоматизованих систем, наприклад, з панелями операторів, сенсорами, вхідними/вихідними пристроями тощо. Програмування та налаштування: 54 Модуль M171 підтримує програмування в середовищах типу CODESYS або інших розповсюджених платформах для промислових контролерів, що дає користувачеві великий вибір у розробці та налаштуванні алгоритмів. Підтримка стандартів промислових мереж дозволяє інтегрувати контролер у більші автоматизовані системи. Реле та контакти: Вбудовані реле для комутації зовнішніх пристроїв з номінальною напругою до 230 В і струмом до 6 А. Ці характеристики забезпечують надійне управління електричними пристроями в системах, де важлива безпека та точність комутації. Механічні характеристики: Розміри: відповідно до стандартів для промислових контролерів, що дозволяє інтегрувати пристрій у різні щити управління та пультові панелі. Вага: оптимальна для монтажу на стандартні монтажні рейки. Екологічні умови: Температурний діапазон для роботи: від -10 °C до +50 °C. Температурний діапазон для зберігання: від -20 °C до +70 °C. Вологість: максимально допустима вологість до 95% (без конденсації). З'єднання та монтаж: Тип з'єднання: гвинтові клеми для підключення проводів. Підключення до зовнішніх пристроїв здійснюється через стандартні клеми, що дозволяє легко налаштувати контролер для роботи з іншими елементами системи. Розміри для монтажу: дозволяють інтегрувати пристрій у стандартні промислові корпуси та щити. Призначення та застосування: Контролер M171 широко використовується в різноманітних галузях автоматизації, таких як: Управління технологічними процесами в промислових виробництвах. 55 Автоматизація обробки даних для моніторингу та управління виробничими лініями. Керування енергетичними системами, зокрема, в системах опалення, вентиляції та кондиціонування. Використання в системах управління в будівельних та складських комплексах, а також для контролю над малими верстатами та механізмами. Розглянувши три представлені моделі програмованих логічних контролерів— ПЛК160, LOGO! 24CE та M171, було проведено порівняння їхніх характеристик з метою вибору найбільш відповідної для розробки та реалізації програмного забезпечення для автоматизації технологічних процесів. ПЛК160 є однією з найпоширеніших моделей у своєму класі завдяки поєднанню потужності, універсальності та надійності. Цей контролер володіє значним набором вбудованих функцій, таких як вбудовані цифрові та аналогові входи/виходи, підтримка різних протоколів зв'язку, зокрема Ethernet та RS-232/RS- 485, що дозволяє забезпечити високу гнучкість при інтеграції з іншими системами та пристроями. Окрім того, ПЛК160 підтримує широкі можливості модульного розширення, що є важливим аспектом при створенні складних автоматизованих систем, де може виникнути потреба в додаткових функціях або підключенні додаткових пристроїв. Контролер LOGO! 24CE є компактною та простішою моделлю, що пропонує базові функціональні можливості для управління простими системами. Однак, незважаючи на свої переваги у вигляді компактних розмірів і відносної простоти налаштування, модель LOGO! 24CE обмежена в плані можливості масштабування та розширення. Для складніших завдань, що потребують інтеграції з численними іншими пристроями або обробки великих обсягів даних, ця модель не буде оптимальним вибором. Контролер M171, в свою чергу, має високу потужність для обробки складних алгоритмів управління та моніторингу. Однак, за результатами порівняння, ця 56 модель виявилася менш універсальною в плані підключення та розширення, порівняно з ПЛК160. Також, попри наявність певних специфічних можливостей для інтеграції з деякими системами, її функціональні можливості та підтримка стандартних промислових інтерфейсів не дозволяють забезпечити таку ж гнучкість, як у випадку з ПЛК160. Отже, вибір ПЛК160 було зроблено на основі його переваг, зокрема: Широкий набір вбудованих функцій, що включає підтримку різноманітних входів/виходів, цифрових та аналогових сигналів, що є необхідними для роботи з датчиками та виконавчими механізмами різного типу. Можливості модульного розширення для підключення додаткових пристроїв, що дає змогу масштабувати систему в майбутньому. Підтримка стандартних комунікаційних інтерфейсів, таких як Ethernet та RS- 232/RS-485, що забезпечує високу гнучкість при інтеграції в складні автоматизовані системи. Надійність і популярність у промислових застосунках, що забезпечує доступ до широкої документації та підтримки від виробника, а також великий досвід використання у промислових та наукових розробках. 3.3 Проектування Інтерфейсу Користувача У Середовищ Під час розробки інтерфейсу особлива увага приділялася забезпеченню балансу між функціональністю програмного забезпечення та зручністю його використання кінцевим користувачем. Основною метою було створення інтерфейсу, який би не лише забезпечував повноцінну взаємодію з системою керування, але й був інтуїтивно зрозумілим, логічно структурованим та максимально зручним для експлуатації в умовах реального технологічного процесу. Програмне середовище CODESYS v2.3, яке було обране для реалізації проєкту, надає достатньо широкі можливості для розробки логіки керування програмованими логічними контролерами, а також містить вбудовані засоби створення графічного інтерфейсу користувача. Хоча вбудовані інструменти для 57 візуалізації в CODESYS обмежені у плані гнучкості дизайну та різноманітності графічних компонентів особливо у порівнянні з сучасними UI-фреймворками або SCADA-системами, вони цілком придатні для побудови робочого функціонального інтерфейсу. У процесі реалізації було застосовано принципи людино-машинної взаємодії, зокрема: − мінімізація кількості необхідних дій для виконання основних функцій; − логічне групування елементів управління; − візуальне виділення критично важливих параметрів. Незважаючи на певні обмеження середовища CODESYS щодо гнучкості дизайну інтерфейсу користувача, зокрема у порівнянні з більш спеціалізованими платформами візуалізації або SCADA-системами, у межах наданих інструментів було реалізовано повноцінний інтерфейс, який поєднує функціональну ефективність із високим рівнем зручності для користувача. Інтерфейс дозволяє здійснювати швидкий та інтуїтивно зрозумілий доступ до основних функцій системи контролю. Зокрема, забезпечено безперервне зчитування даних з підключених датчиків та виконавчих пристроїв, що дає змогу в режимі реального часу відстежувати стан обладнання, технологічних ліній та окремих вузлів виробничого процесу. Дані відображаються у зрозумілому форматі за допомогою індикаторів, графіків, статусних повідомлень та текстових полів. Окрема увага була приділена реалізації засобів візуального моніторингу, які дозволяють оператору оперативно оцінити ситуацію на об'єкті, виявити відхилення від нормальних параметрів та прийняти відповідні рішення. Крім того, в інтерфейс інтегровано можливість ручного керування параметрами, що дає змогу змінювати встановлені значення. Таким чином, навіть в умовах обмеженої гнучкості інструментів дизайну, середовище CODESYS дозволило створити інтерфейс, який повністю відповідає 58 вимогам до сучасних систем автоматизації — з точки зору як функціональності, так і практичного застосування в реальних виробничих умовах. 59 Розглянемо інтерфейс детальніше Рисунок 3.4 - Панель моніторингу температури На цій панелі зображено поточний рівень температури і стан температури, умовно можна розділити цю панель на декілька фрагментів: -Панель навігації – перший елемент це місце для логотипу, далі йдуть кнопки для переміщення між панелями. -панель моніторингу – перший елемент якої це дата, а далі йдуть елементи для паралельного спостереження, відображаються інші панелі, і якщо з’являється аварійна ситуація то елемент індикує червоним, також ці елементи слугують як кнопки для швидкого переміщення між панелями. -Основні елементи – тут можна побачити індикатор поточної температури або ж іншого значення поточного моніторингу, наприклад вологості чи ваги, також відображається стан обладнання, у прикладі на рисунку 3.4 відображається стан критичний стан температури коли ввімкнене охолодження. У випадку якщо температура в нормі або ж в іншому її стані то відображається потрібний індикатор, далі розташований порожній елемент який призначений для унікальних потреб, наприклад потреба у історії тривог, або ж у візуалізації. Подібний інтерфейс має свій окремий варіант реалізації для кожного з параметрів, що моніторяться. Це дозволяє не лише адаптувати відображення даних до специфіки кожного показника, а й забезпечити зручність та інтуїтивність взаємодії користувача з системою, що є важливим аспектом для забезпечення 60 ефективності роботи оператора. Кожен параметр має унікальний спосіб візуалізації, який враховує не тільки характер самого показника, але й потреби в оперативному реагуванні. Наприклад, для температури це може бути графік, що дозволяє зображати динамічні зміни температури в часі з позначеними пороговими значеннями, які служать сигналами для втручання. Такий графік дає змогу оперативно побачити, коли показник наближається до критичних значень і швидко прийняти необхідні заходи. Для моніторингу вологості в інтерфейсі може бути використана гістограма з кольоровою шкалою, де кожен діапазон вологості відображається різним кольором, що дозволяє швидко і зрозуміло оцінити стан вологи в середовищі. Це дозволяє користувачу одразу реагувати на зміни без необхідності додатково аналізувати числові значення. Що стосується рівня аміаку, то для цього параметра передбачено табличне представлення з чітко виділеними стовпцями для фактичних значень та порогових ліній. Таке представлення дозволяє оперативно побачити, чи перевищено допустимий рівень аміаку, і одразу отримати сповіщення про це, що критично для своєчасного вжиття заходів щодо очищення повітря або корекції умов. 61 Рисунок 3.5 - Приклад інтерфейсу для екрану ворогості Далі роздивимося екран для встановлення значень Рисунок 3.6 - Екран встановлення значень Тут також присутня панель навігації, яка забезпечує швидкий перехід між різними елементами системи управління. Основна частина цього екрану складається зі слайдерів, за допомогою яких користувач має можливість задавати верхні та нижні межі для обраних параметрів. Таке рішення дозволяє оперативно налаштовувати граничні значення технологічних змінних, таких як температура, тиск, рівень рідини або інші контрольовані показники, що забезпечує гнучкість системи та її адаптивність до змін умов виробництва. Слайдери мають інтуїтивно зрозумілий інтерфейс, що спрощує процес налаштування для операторів без необхідності втручання в програмний код або конфігураційні файли. Для збереження компактності інтерфейсу та уникнення перевантаження одного екрану великою кількістю елементів, було розроблено кілька аналогічних екранів. Кожен з них містить окрему групу параметрів або відноситься до певної ділянки технологічного процесу, що дозволяє розділити логіку керування на структуровані блоки та підвищити зручність користування системою. 62 Далі розглянемо екран тривог, який відображає усі наявні та можливі тривоги: Рисунок 3.7 - Екран тривог Тут також можна побачити панель навігації, яка забезпечує швидкий доступ до основних розділів системи. Основний екран містить перелік усіх можливих тривог, які можуть виникати під час роботи виробничого обладнання. На рисунку 3.7 представлено типові тривоги, що найчастіше зустрічаються на виробництві, однак цей список може бути змінений відповідно до специфіки конкретного технологічного процесу або вимог підприємства. У разі виникнення аварійного стану відповідний елемент інтерфейсу змінює колір, що сигналізує про активну тривогу, тим самим привертаючи увагу оператора до критичних змін. Це дає змогу швидко виявити проблему, не вимагаючи додаткових зусиль для пошуку або аналізу даних. Колір індикатора чітко відповідає рівню пріоритетності аварії, що дозволяє оператору миттєво оцінити серйозність ситуації. Наприклад, зелений колір може вказувати на нормальний стан, жовтий — на попереджувальну ситуацію, а червоний — на критичний стан, що потребує негайного втручання. Інтерфейс спроектований таким чином, щоб кожен колір і його відтінки були легко розрізнянними навіть у стресових умовах або при швидкому огляді екрана. Це дозволяє зменшити час на прийняття рішень та підвищити ефективність роботи оператора, адже він зможе одразу зрозуміти, яка саме дія необхідна. Система також враховує можливість надання додаткової 63 інформації через індикатори, що супроводжують колірну зміну, наприклад, текстові повідомлення або іконки, що пояснюють природу аварії. У правій частині екрана розміщено таблицю пріоритетів, яка визначає чітку відповідність між кольором індикатора та рівнем небезпеки, що сприяє ще більшій зручності у сприйнятті інформації. Така таблиця є візуальним посібником для оператора, що допомагає не лише інтерпретувати поточний стан, а й швидко визначати, чи потрібно вживати екстрених заходів, чи ситуація потребує лише моніторингу. Цей елемент інтерфейсу забезпечує прозорість у системі оповіщень і дозволяє усунути будь-які можливі непорозуміння щодо серйозності аварії. Додатково, система може надавати історичні дані щодо подібних інцидентів, що дозволяє оператору не лише реагувати на поточну ситуацію, а й аналізувати тенденції, виявляти повторювані проблеми та вдосконалювати процеси запобігання аваріям у майбутньому. Всі ці функції разом гарантують оперативність і точність в управлінні складними системами, підвищуючи загальну ефективність та безпеку роботи. Далі розглянемо екран графіків: Рисунок 3.8 - Екран графіків На рисунку 3.8 зображено екран із графіками, що відображають динаміку змін контрольованих параметрів у реальному часі. Кількість графіків, а також перелік параметрів або подій, які на них виводяться, може бути налаштований 64 відповідно до потреб користувача або конкретних виробничих процесів. Система дозволяє обирати як технологічні параметри (температура, тиск, рівень тощо), так і події, пов’язані з тривогами або змінами станів обладнання. Кожен графік має інтерактивні елементи керування, зокрема кнопки для зміни розміру графіка, що дозволяє зосередитися на одному параметрі або переглядати кілька одночасноТакож передбачені кнопки для перегляду історії значень параметрів за вибраний період, що є важливою функцією для повного контролю за станом системи та дозволяє операторам отримувати детальну інформацію про зміни параметрів протягом часу. Це забезпечує можливість аналізу попередніх станів системи, виявлення відхилень від норми та вивчення тенденцій, що можуть свідчити про наявність проблем або нестабільних ситуацій. Історичні дані можуть бути корисні для визначення точного часу виникнення аварії або інших аномалій, що є необхідним при проведенні діагностики причин несправностей або неполадок в роботі обладнання. Можливість переглядати історію значень параметрів також сприяє виявленню повторюваних відхилень або проблем, що можуть виникати на регулярній основі. Такий аналіз дозволяє не лише виявити потенційні слабкі місця в роботі системи, а й приймати обґрунтовані рішення для їх усунення, оптимізуючи процеси моніторингу та обслуговування обладнання. Крім того, на основі цих даних можна прогнозувати можливі аварійні ситуації, що дозволяє своєчасно вжити превентивні заходи. Інтерфейс графіків, що відображають ці дані, реалізований таким чином, щоб забезпечити зручну візуалізацію, швидкий доступ до необхідної інформації та гнучкість у налаштуванні. Графіки можуть бути налаштовані за різними критеріями: відображення на певний період часу, можливість порівняння кількох параметрів одночасно, зміна масштабу для детальнішого огляду та багато інших опцій. Всі ці функції дозволяють оператору швидко аналізувати дані, робити висновки та приймати рішення без необхідності глибокого занурення в технічні деталі. Крім того, графіки можуть бути інтерактивними, дозволяючи користувачеві 65 вибирати конкретні ділянки часу, розширювати або звужувати часові рамки для детальнішого аналізу, а також зберігати або експортувати отриману інформацію для подальшого використання. Такий підхід забезпечує не лише зручність роботи з історичними даними, а й дозволяє значно підвищити ефективність моніторингу та управління, а також зробити процеси діагностики та обслуговування більш точними та оперативними. 66 3.4 Розробка Логіки Для Програми Для розробки логіки я продовжив використовувати середовище codesys. Більшість логіки зусреджена на відслідковуванні помилок і їхнього вирішення. Рисунок 3.9 - Логіка роботи для температури На рисунку 3.9 зображено реалізовану логіку відслідковування стану температури, яка динамічно реагує на зміну параметрів, встановлених користувачем через інтерфейс системи. Ця логіка є частиною загальної системи моніторингу, що дозволяє контролювати критичні технологічні параметри у реальному часі, зокрема температуру обладнання або середовища. Користувач має можливість встановлювати верхні та нижні граничні значення температури за допомогою відповідних слайдерів або полів введення, які були описані раніше у відповідному розділі інтерфейсу. Задані межі автоматично підхоплюються програмною логікою, що реалізована у вигляді послідовності умовних перевірок, з використанням елементів програмування у середовищі CODESYS. Якщо значення температури, зчитане з відповідного сенсора, виходить за встановлені користувачем межі, активується відповідна тривога, яка може мати різний рівень пріоритетності залежно від характеру відхилення (перевищення верхньої межі, падіння нижче мінімального значення тощо). Це дозволяє не лише виявити аварійну ситуацію, але й оперативно зреагувати на неї через візуальні індикатори або автоматизовані дії. 67 Подібна логіка реалізації контролю повторюється для більшості інших параметрів системи, таких як тиск, рівень рідини, витрата, вологість та інші технологічно важливі показники, з незначними відмінностями, що зумовлені особливостями фізичних характеристик кожного з параметрів. У кожному випадку користувач має можливість задати граничні значення через інтерфейс, після чого система порівнює ці значення з поточними даними, що надходять з відповідних сенсорів. Залежно від типу параметра можуть застосовуватись додаткові фільтри, гістерези або часові затримки для уникнення хибних спрацювань, а також можуть варіюватися умови спрацьовування тривог, але загальна структура контролю залишається однаковою. Такий підхід дозволяє уніфікувати логіку моніторингу, спростити її масштабування та забезпечити високу гнучкість при подальшій адаптації системи до нових умов експлуатації. Розглянемо приклад наведений на рисунку 3.9 детальніше: Рисунок 3.10 - Визначення порогових значень На рисунку 3.10 виділено як саме вихначаються порогові значення у даному випадку температури. У цьому елементі порівнюється поточне значення температури. Рисунок 3.11 - Визначення процесу 68 На рисунку 3.11 представлено алгоритмічну схему процесу прийняття рішень у системі автоматизованого керування, що визначає послідовність дій залежно від поточного стану об’єкта моніторингу. Зокрема, система аналізує вхідні параметри та на їх основі встановлює, який саме функціональний модуль має бути активованим. У разі виявлення відхилень від нормативних значень, наприклад перевищення температури, ініціюється виконання відповідного процесу — зокрема, активація охолоджувального механізму. На рисунку 3.12 зображено логічну послідовність аналізу температурного режиму об’єкта контролю в рамках функціонування автоматизованої системи моніторингу. Алгоритм передбачає постійне зчитування показників температури з відповідних сенсорів та їх порівняння з наперед заданими допустимими межами. У випадку, якщо значення температури перебуває в межах нормативного діапазону, а жодних сигналів тривоги не зафіксовано, система інтерпретує поточний стан як нормальний. Це означає, що умови експлуатації відповідають технічним вимогам, і необхідності в коригувальних або аварійних заходах немає. Таким чином, система підтверджує стабільність і безпечність температурного режиму, що є ключовим чинником для забезпечення оптимального функціонування обладнання або середовища об’єкта. Рисунок 3.12 - Визначення нормальної температури 69 ВИСНОВОК У процесі дослідження було розроблено та впроваджено автоматизовану систему моніторингу даних для птаховиробничого підприємства, що поєднує сучасні апаратні засоби збору даних (сенсори, контролери) з інтелектуальними програмними алгоритмами для аналізу, візуалізації та прийняття рішень у режимі реального часу. Проаналізовано теоретичні засади функціонування автоматизованих систем моніторингу, історію їх розвитку та сучасні технологічні рішення, зокрема в межах концепцій Інтернету речей, Industry 4.0 та предиктивної аналітики. Було визначено ключові компоненти таких систем: сенсорика, контролери, інтерфейс користувача, системи виявлення аномалій, а також засоби реагування на відхилення (тривожні сигнали, автоматичне керування). Система, розроблена в рамках проєкту, дозволяє ефективно контролювати температурний режим, вологість, виявляти критичні ситуації й своєчасно інформувати персонал або здійснювати автоматизовану дію. Це, у свою чергу, забезпечує стабільність виробничих процесів, підвищує якість продукції та сприяє зниженню виробничих ризиків. Проведене тестування підтвердило функціональність системи, її адаптивність до умов реального середовища, а також економічну доцільність впровадження. Отримані результати свідчать про значний потенціал таких систем у подальшій цифровізації аграрного сектору та можливість масштабування рішень для інших галузей. 70 СПИСОК ВИКОРИСТAНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Гаврилюк В.С. Автоматизація технологічних процесів. — К.: Либідь, 2020. — 412 с. 2. Дьяків В.А. Системи автоматичного управління. — Львів: Афіша, 2018. — 368 с. 3. Прокопенко В.І. Інформаційні технології в аграрному секторі. — Харків: Фактор, 2021. — 276 с. 4. ISO 22000:2018. Системи управління безпечністю харчових продуктів — Вимоги до будь-яких організацій у харчовому ланцюзі. 5. IEC 61131-3. Програмовані контролери — Частина 3: Мови програмування. 6. Лі Дж., Багері Б., Као Х.А. Архітектура кіберфізичних систем для виробництва в умовах Індустрії 4.0 // Листи з виробництва. — 2015. — Т. 3. — С. 18–23. 7. Губбі Дж., Буйя Р., Марусік С., Паланісвамі М. Інтернет речей: бачення, архітектура та напрями розвитку // Комп'ютерні системи майбутнього покоління. — 2013. — Т. 29, №7. — С. 1645–1660. 8. Розробка SCADA-систем [Електронний ресурс]. — Режим доступу: https://www.scadahq.com/ 9. Промислова автоматизація Siemens [Електронний ресурс]. — Режим доступу: https://new.siemens.com/ 10. Вірт Н. Алгоритми + структури даних = програми. — К.: Вільямс, 2002. — 352 с. 11. ISO/IEC 27001:2022. Системи управління інформаційною безпекою — Вимоги. 12. IEC 62443. Стандарти безпеки для промислових систем автоматизації та управління. 13. NIST SP 800-53 Rev. 5. Контроль безпеки та конфіденційності для інформаційних систем і організацій. 14. McKinsey & Company. Підприємство, що керується даними, 2025 року [Електронний ресурс]. — Режим доступу: https://www.mckinsey.com/... 15. Capgemini Research Institute. Компанії, керовані даними: шлях до майстерності [Електронний ресурс]. — 2024. — Режим доступу: https://www.capgemini.com/... 71 16. SCADA-системи формують майбутнє промислової автоматизації // Water Online, 2024 [Електронний ресурс]. — Режим доступу: https://www.wateronline.com/... 17. Аналіз SCADA-даних для виявлення вторгнень за допомогою машинного навчання // ResearchGate, 2025 [Електронний ресурс]. 18. Автоматизована система на базі PLC-SCADA для віддалених об’єктів // Springer, 2025. — Режим доступу: https://link.springer.com/... 19. SCADA в системах сонячної енергетики з використанням Інтернету речей // Electronics (MDPI), 2025. — Т. 14, №1. — С. 42. 20. Удосконалення SCADA в нафтогазових трубопроводах // Taylor & Francis, 2025. — Режим доступу: https://www.tandfonline.com/... 21. Порівняльний аналіз сучасних SCADA-пакетів для автоматизації виробництва // ResearchGate, 2025. 22. SCADA-комунікація в енергетичних мережах: Квантова реалізація // ArXiv, 2025. — Режим доступу: https://arxiv.org/... 23. PoRCH: Механізм консенсусу для SCADA в умовах Індустрії 4.0 // ArXiv, 2021. — Режим доступу: https://arxiv.org/... 24. Основні тенденції у сфері великих даних до 2025 року // TechTarget, 2025. — Режим доступу: https://www.techtarget.com/... 25. Системи моніторингу викидів: аналітика та прогнози // Scoop Market, 2025. — Режим доступу: https://scoop.market.us/...