1. Repository at ChSTU
  2. Випускні кваліфікаційні роботи
  3. Магістр
  4. 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6577
Title: Дослідження компонентів автоматизованої системи водопостачання хлібозаводу
Authors: Лукашенко, Валентина Максимівна
Гончаренко, Євгеній Анатолійович
Issue Date: Jan-2026
Abstract: Метою кваліфікаційної роботи магістра є підвищення ефективності автоматизованої системи керування водопостачанням хлібозаводу, шляхом розроблення автоматизованої системи керування, за рахунок визначених найкращих компонентів моделей, які забезпечують стабільну роботу насосного обладнання, зменшення енергоспоживання, зниження пускових струмів, підвищення надійності функціонування та покращення якості подачі води завдяки застосуванню сучасних засобів вимірювання й оптимізованих алгоритмів керування.. Об'єктом дослідження є процеси автоматизованого керування насосною станцією системи водопостачання промислового підприємства. Предметом дослідження є компоненти автоматизації системи водопостачання хлібозаводу. У роботі проведено комплексне дослідження, спрямоване на підвищення ефективності функціонування системи водопостачання хлібозаводу шляхом розроблення та обґрунтування моделі автоматизованої системи керування насосною станцією на основі сучасних технічних і програмних засобів. Актуальність теми зумовлена необхідністю енергозбереження, підвищення надійності подачі води, стабілізації тиску в мережі та мінімізації впливу людського фактора на технологічні процеси підприємств харчової промисловості. Наукова новизна роботи полягає у розробленні структурної моделі автоматизованої системи керування насосною станцією хлібозаводу з використанням частотного регулювання електродвигуна та можливістю адаптивної зміни режимів роботи залежно від реального водоспоживання. Уперше для даного об’єкта запропоновано комплексне поєднання промислових датчиків, ПЛК, частотних перетворювачів і SCADA-системи з урахуванням особливостей технологічного середовища хлібопекарського виробництва. Практичне значення отриманих результатів полягає у формуванні повного пакета інженерних рішень для впровадження автоматизованої системи керування водопостачанням підприємства, зокрема: – розроблено структурну та електричну схеми підключення компонентів; – створено алгоритм керування насосами та системою підтримання тиску; – запропоновано архітектуру диспетчеризації на основі SCADA-системи; – підготовлено модель взаємодії всіх компонентів у єдиному інформаційно-керуючому середовищі. Таким чином, у роботі сформовано цілісну модель автоматизації системи водопостачання хлібозаводу, що відповідає сучасним вимогам до ефективності, надійності та енергозбереження. Реалізація запропонованих рішень забезпечує стабільну подачу води, оптимізацію режимів роботи насосного обладнання, зниження енергоспоживання та підвищення рівня автоматизації технологічних процесів підприємства.
URI: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6577
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 SizeFormat 
М_174_2025_Гончаренко+.pdf
  Restricted Access		2.26 MBAdobe PDFView/Open Request a copy
Show full item record


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Extracted text 
 
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ 
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ 
КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ 
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 
до кваліфікаційної роботи 
освітнього ступеня «магістр» 
Дослідження компонентів автоматизованої 
на тему: 
системи водопостачання хлібозаводу 
 
 
Виконав здобувач вищої освіти 2 курсу, 
 групи МАКІТ-2409 
 спеціальності 174 Автоматизація, 
 комп’ютерно-інтегровані  
 технології та робототехніка 
 (освітня програма «Автоматизація  
 та комп’ютерно-інтегровані  
 системи та компоненти» ) 
 Євгеній ГОНЧАРЕНКО 
 (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
Керівник Валентина ЛУКАШЕНКО 
 (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
Рецензент  
 (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
  
Захист дозволяю:   
зав. кафедри, д.т.н., професор   Валентина ЛУКАШЕНКО 
 (підпис)  (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) 
Черкаси 2025 
ЗМІСТ 
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ………………………….......…... 4 
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ..………………………... 5 
РОЗДІЛ 1. СТАН ПРЕДМЕТУ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА 
ФОРМУЛЮВАННЯ ЗАВДАНЬ……...………………………………………. 8 
1.1 Хлібозавод як інтегрована енерготехнологічна система 
……….……..........................................................................................................8 
1.2 Модель архітектури та режимів роботи системи водопостачання 
промислового об’єкта………………………..………………………………. 13 
1.3 Формування технічного завдання на автоматизацію системи 
водопостачання хлібозаводу ..……………………………………………… 15 
 Висновки……………………………………………………………….18 
РОЗДІЛ 2. ДОСЛІДЖЕННЯ АВТОМАТИЗОВАНИХ МОДЕЛЕЙ 
ВОДОПОСТАЧАННЯ ХЛІБОЗАВОДУ…………………………………….19 
2.1 Модель автоматизації та диспетчеризації систем водопостачання 
підприємств………………………………………………………….…..….... 19 
2.2 Обґрунтування вибору обладнання для автоматизованої системи 
водопостачання …………….…………………………………………………22 
2.3 Структурно-функціональна схема автоматизації технологічного 
процесу водопостачання хлібозаводу………………………………………..28 
2.4 Конструктивно-функціональна модель інтеграції рівнеміра APR-
2200 у систему автоматизованого водопостачання…………..……………..33 
2.5 Модель інтерфейсу оператора водопостачання хлібозаводу……38 
2.6 Комп’ютерне моделювання алгоритмів автоматичного 
регулювання в системі водопостачання……………………………………. 44 
Висновки………………………………………………………………..50 
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБЛЕННЯ АЛГОРИТМУ ТА ПРОГРАМНОГО 
ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПЛК ДЛЯ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАННОГО 
ВОДОПОСТАЧАННЯ ХЛІБОЗАВОДУ………………………………….…52 
2 
 
3.1 Конфігурація апаратної структури та технічна специфікація 
програмованого логічного контролера ……………..……………………… 52 
3.2 Програмно-логічна реалізація керування на базі контролера M340 
у системі подачі води на хлібозаводі…………………………..…………….71 
3.3 Структура та принцип підключення датчиків і виконавчих 
механізмів до ПЛК…………………………………………………….……... 79 
Висновки..................................................................................................85 
ВИСНОВКИ…………………………………………………………….87 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…...……………………….....90 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ 
 
ПЛК – програмованний логічний контролер (Programmable Logic 
Controller) 
АСУ ТП – автоматизована система управління технологічним 
процесом 
САК – станція автоматичного керування 
АРМ – автоматизоване робоче місце 
SCADA – supervisory control and data acquisition (система 
диспетчерського керування і збору даних) 
FBD – function block diagram (мова функціональних блоків) 
IP – ingress protection (ступінь захисту корпусу обладнання) 
DC – direct current (постійний струм) 
AC – alternating current (змінний струм) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ 
У сучасних умовах особливої актуальності набуває підвищення 
ефективності та модернізація систем водопостачання шляхом 
упровадження інтелектуальних технологій та енергоощадного обладнання. 
Водопостачальні комплекси промислових підприємств потребують високої 
точності контролю й гнучкого керування на всіх етапах технологічного 
циклу, що зумовлює застосування сучасної обчислювальної техніки, 
мікропроцесорних засобів та автоматизованих систем регулювання. 
Типова система подачі води включає низку функціональних вузлів: 
насосну станцію для забору та транспортування води, трубопровідну 
інфраструктуру із запірно-регулюючою арматурою, акумулюючі 
резервуари, а також комплекс споживачів, до яких подається підготовлена 
вода відповідних параметрів. Насосна станція оснащується 
автоматизованою системою керування з використанням частотного 
перетворювача, що дозволяє підтримувати стабільний тиск у мережі та 
здійснювати адаптивне регулювання подачі відповідно до реальних потреб 
технологічного процесу. 
Актуальність теми обумовлюється необхідністю переходу 
промислових підприємств до цифровізації виробничих процесів, що дає 
змогу забезпечити прозорість технологічних даних, можливість 
дистанційного моніторингу та діагностики, оптимізацію режимів роботи та 
зменшення енергетичних витрат. Для хлібозаводів ці аспекти є особливо 
важливими через значну залежність від якості та стабільності 
водопостачання протягом усього технологічного циклу. 
Таким чином, розроблення та впровадження автоматизованої системи 
керування водопостачанням хлібозаводу є актуальним завданням, що 
відповідає сучасним технічним вимогам, сприяє підвищенню 
енергоефективності та забезпечує конкурентоспроможність підприємства в 
5 
 
умовах сучасної промисловості. 
Дослідження методів автоматизації займаються численні українські 
науковці: Тетеря О. В., Ладанюк А. П., Трегуб В. Г., Ельперін І. В. Пупена 
О. М. Однак питання розробки автоматизації водопостачання хлібозаводу у 
відкритих джерелах недостатньо. 
Метою дослідження є підвищення ефективності  автоматизованої 
системи керування водопостачанням хлібозаводу, шляхом розроблення 
автоматизованої системи керування, за рахунок визначених найкращих 
компонентів моделей, які забезпечують стабільну роботу насосного 
обладнання, зменшення енергоспоживання, зниження пускових струмів, 
підвищення надійності функціонування та покращення якості подачі води 
завдяки застосуванню сучасних засобів вимірювання й оптимізованих 
алгоритмів керування. 
Для досягнення мети необхідно вирішити такі завдання:  
- виконати системний аналіз архітектури водопостачання хлібозаводу 
та ідентифікувати технологічні ділянки, що потребують 
впровадження автоматизованих засобів контролю і керування. 
- визначити метод та моделі, принцип дії та доцільність використання 
датчиків тиску для промислових умов. 
- розроблено алгоритм роботи автоматизованої системи керування 
водопостачанням, який передбачає стабілізацію тиску в мережі, 
підтримання необхідного рівня води в резервуарі, керування 
насосним обладнанням за допомогою частотних перетворювачів. 
Об'єктом дослідження: 
є процеси автоматизованого керування насосною станцією системи 
водопостачання промислового підприємства.  
Предметом дослідження є компоненти автоматизації системи 
водопостачання хлібозаводу  
Методи дослідження базуються на теорії автоматизованого 
6 
 
керування, комплексному використанні теоретичних і практичних підходів 
до побудови автоматизованих систем керування 
Наукова новизна 
У роботі запропоновано метод і принцип дії та модель що 
забезпечили, стабільну роботу насосного обладнання, зменшення 
енергоспоживання, зниження пускових струмів, підвищення надійності 
функціонування та покращення якості подачі води завдяки застосуванню 
сучасних засобів вимірювання й оптимізованих алгоритмів керування. 
Практичне значення отриманих результатів 
Практичне значення отриманих результатів полягає у доведенні 
отриманих наукових результатів до конкретних інженерних рішень: 
- розроблено структуру автоматизованої системи керування 
водопостачанням хлібозаводу; 
- створено функціональну та електричну схему підключення 
компонентів; 
- розроблено алгоритм роботи автоматизованої системи;  
- запропоновано структуру операторського інтерфейсу SCADA 
Апробація результатів дослідження 
Основані на положенні випускної роботи доповідалось і 
обговорювалось на науково-технічних конференціях: 
1.                 Студентська науково-практична конференція ЧДТУ: 22-
24 квітня 2025 р. м. Черкаси 
Публікація 
Гончаренко Є.А., Компоненти джерела живлення для спеціалізованих 
комп’ютерних систем / В. В. Заболотній, Є. А. Гончаренко, В. М. Лукашенко 
// Збірник тез доповідей студентської науково-практичної конференції 
ЧДТУ: 22–24 квітня 2025 р. м. Черкаси [Електронний ресурс] / [упоряд. : 
Єгорова О. В., Захарова О. В., Тичков В. В. та ін.] ; М-во освіти і науки 
України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2025.  – C.35 
7 
 
РОЗДІЛ 1. СТАН ПРЕДМЕТУ ДОСЛІДЖЕННЯ 
ФОРМУЛЮВАННЯ ЗАВДАНЬ 
 
1.1 Хлібозавод як інтегрована енерготехнологічна система 
 
Хлібопекарська галузь України нині перебуває у фазі активної 
модернізації. Підприємства дедалі більше орієнтуються на впровадження 
енергоощадних та ресурсоефективних рішень, що дозволяють зменшити 
виробничі витрати та забезпечити стабільно високу якість продукції. 
Ефективність роботи хлібозаводу визначається не лише удосконаленням 
технології випікання, а й оптимізацією використання енергетичних 
ресурсів, скороченням тривалості виробничих циклів та мінімізацією втрат 
на різних етапах технологічного процесу[1-2]. 
В умовах постійного зростання тарифів на енергоносії енергетична 
складова займає значну частку у структурі собівартості готової продукції. 
Одним із визначальних шляхів модернізації промислових об’єктів сьогодні 
є впровадження розумних систем автоматизації. Такі комплекси дозволяють 
виконувати складні розрахункові операції в режимі реального часу та 
водночас оптимізують енергоспоживання, не порушуючи встановлених 
технологічних параметрів.  
Техніко-економічний аналіз демонструє, що навіть незначне 
скорочення енергетичних витрат може суттєво вплинути на фінансові 
показники. Наприклад, якщо енергоресурси становлять приблизно 2,5 % від 
загальних витрат, а рентабельність підприємства — близько 5 %, то 
зменшення енергоспоживання на 10 % дає приріст прибутку на ті ж 5 %. 
Таким чином, енергозбереження є одним із пріоритетних напрямів 
підвищення конкурентоспроможності хлібозаводу. 
Першим етапом у процесі оптимізації енергетичних витрат є 
проведення енергетичного аудиту. Ця процедура дозволяє визначити 
8 
 
найбільш проблемні зони та сформувати комплекс заходів щодо 
модернізації систем електро-, тепло- та водопостачання. Енергетичний 
аудит передбачає виконання таких робіт: 
1. Опрацювання та дослідження початкових технічних параметрів 
об’єкта: 
- договірна документація з енергопостачання; 
- характеристика основного енергетичного обладнання та 
режими його експлуатації; 
- дані технологічного устаткування та технологічних карт; 
- проєкти реконструкції та модернізації; 
- виробничі плани та графіки організації. 
2. Обстеження систем енергозабезпечення підприємства 
Аналіз роботи котельного господарства з побудовою його 
енергетичної балансової схеми. 
Огляд та діагностика електричної мережі підприємства, включно з 
тепловізійним контролем стану електротехнічних установок. 
Оцінювання ефективності функціонування системи подачі води, 
зокрема насосного обладнання й режимів його роботи. 
Перевірка технічного стану та параметрів системи холодопостачання. 
Дослідження компресорного обладнання, що забезпечує виробництво 
стисненого повітря. 
Огляд вентиляційних та кондиціонуючих установок, визначення їх 
енергетичних характеристик. 
Аналіз рівня енергоефективності систем освітлення виробничих 
приміщень і адміністративних зон. 
Обстеження електротехнологічних установок. 
Перевірка технічного стану обладнання, що відповідає за зберігання 
та підготовку борошна до виробництва. 
Дослідження машин і установок для охолодження води та дріжджових 
9 
 
суспензій. 
Аналіз роботи тістоприготувальних агрегатів. 
Оцінювання ефективності та стабільності роботи розстійних камер. 
Дослідження енерговитрат і технічного стану хлібопекарських печей. 
Обстеження комплексу обладнання, що забезпечує охолодження та 
зберігання готової хлібобулочної продукції. 
Електротехнологічний комплекс хлібозаводського виробництва 
охоплює велику номенклатуру обладнання, яке забезпечує виконання всіх 
основних етапів технологічного процесу. До його складу входять 
різнофункціональні установки, машини та агрегати, призначені для 
транспортування, підготовки сировини, ведення тістоприготування, 
теплової обробки та післяпроцесного охолодження продукції. Загальна 
структурна побудова та взаємозв’язки між основними 
енерготехнологічними елементами підприємства відображені на рис. 1.1. 
Аналіз літературних джерел і сучасних технічних рішень показує, що 
більшість підприємств прагне до оновлення виробничої бази, впровадження 
автоматизованих систем управління та встановлення енергозберігаючих 
технологій. Особлива увага приділяється модернізації застарілого 
обладнання та оптимізації процесів, що дозволяє скоротити споживання 
енергії та підвищити загальну продуктивність [1-2]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
 
Еле ктротехнологічне Котельня,  Система 
 обладнання: пароконденсатна холодопостачання 
тістопр иготувальні машини; система: холодильне 
розспій ні шафи; обладнання 
котел; 
хлібоп екарські печі; економайзер; 
промислові контролери; 
 теплообмінник; 
промислові комп’ютери; 
 та ін. 
вимірювальні  
перетв орювачі; 
пуско- захисна апаратура; ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЧНИЙ 
  
КОМЛЕКС 
  
ХЛІБОКОМБІНАТУ 
 
 
 Система Система Система 
водопостачання  виробництва освітлення 
 
стисненого виробничих цехів:   
насоси 
 повітря:   
засоби освітлення  
 
 компресор; 
 повітродувки; 
 та ін. 
 
Рис. 1.1. Типова модель електротехнологічного комплексу хлібозаводу 
 
Ефективність керування технологічними процесами на сучасному 
хлібозаводі значною мірою визначається тим, наскільки система здатна 
враховувати сукупний вплив багатьох змінних параметрів, що постійно 
взаємодіють між собою. Реалізація такого підходу неможлива без 
використання інтелектуальних автоматизованих комплексів, які мають 
можливість оперативно аналізувати стан виробничого обладнання, 
прогнозувати зміни робочих режимів та формувати оптимальні керівні дії. 
11 
 
Попри стрімкий розвиток цифрових технологій, теоретичні основи 
побудови адаптивних систем керування енергоефективністю в 
електротехнологічних комплексах хлібопекарської промисловості досі 
залишаються недостатньо сформованими. Водночас практичні методики 
проєктування та впровадження таких систем потребують подальшого 
вдосконалення та стандартизації. 
Саме тому розроблення гнучких, самоналаштовуваних систем 
керування є актуальним завданням для підприємств харчової галузі, які 
прагнуть забезпечити стабільність виробництва, зменшити енергетичні 
витрати та підвищити технологічну надійність усіх етапів виробничого 
процесу[4]. 
Інтелектуальні системи управління здатні забезпечити узгоджену 
роботу всіх технологічних підсистем, оптимізувати їхню взаємодію та 
максимально реалізувати потенціал кожної з них. У режимі реального часу 
такі системи враховують особливості технологічного процесу, вплив 
зовнішніх і внутрішніх факторів та оперативно реагують на їх зміни, що дає 
змогу забезпечувати стабільну якість продукції, зменшувати 
енергоспоживання та підвищувати загальну ефективність виробництва. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
1.2 Модель архітектури та режимів роботи системи водопостачання 
промислового об’єкта 
 
Підприємства відіграють ключову роль у функціонуванні 
інфраструктури будь-якого міста чи територіальної громади. Потреба таких 
об’єктів у воді формується з двох базових складових: забезпечення 
технологічних процесів виробництва та задоволення господарсько-
побутових потреб персоналу. Обсяги технологічного водоспоживання 
визначаються типом і конструктивними особливостями виробничого 
обладнання, характером застосовуваної технології, а також режимом роботи 
— безперервним або періодичним, який задається технологічними 
регламентами. Відповідно, водоспоживання промислового об’єкта є 
динамічним параметром, що напряму залежить від організації виробничого 
циклу та структури технологічних процесів. 
Системи водопостачання на промислових об’єктах висувають 
підвищені вимоги до якості води, оскільки різні виробничі процеси можуть 
потребувати як мінімально очищеної, так і майже бездоганно чистої води. 
Близько 75 % загального споживання зазвичай припадає на технічну воду, 
що пройшла лише механічне очищення. Значення мають також вимоги 
щодо напору води на вводах, які визначаються типом устаткування, 
характеристиками виробничих будівель та умовами їх експлуатації. Висока 
надійність подачі води є критичною, особливо на підприємствах із 
безперервним виробничим циклом [5] . 
Підвищені вимоги промислових споживачів до якості, обсягів і 
безперебійності водопостачання зумовлюють необхідність ретельного 
підбору насосного обладнання, правильного вибору джерела води та 
оптимальної схеми водопостачання. Оскільки вартість створення та 
експлуатації таких систем є значною, для їх проєктування потрібен 
комплексний техніко-економічний аналіз. На великих підприємствах 
13 
 
потреби у воді можуть перевищувати можливості місцевих джерел, що 
додатково ускладнює проектування системи. 
Промислові підприємства часто споживають значно більші обсяги 
води, ніж населення, і з розвитком технологій ці потреби постійно 
зростають. На багатьох об’єктах критично важливим є забезпечення 
безперервної подачі води, що висуває жорсткі вимоги до надійності 
інженерних мереж. 
Система водопостачання промислового підприємства включає 
комплекс споруд і комунікацій, які забезпечують забір води з природних 
джерел, її очищення та підготовку, транспортування й подачу споживачам 
у потрібній кількості та відповідній якості. У технічних системах 
водопостачання передбачаються також споруди для збору та обробки 
відпрацьованої води з метою її повторного використання. 
Залежно від технологічних процесів, асортименту продукції, 
потужності та площ підприємства може функціонувати кілька окремих 
систем водопостачання. Традиційно виділяють такі їх види: 
- виробнича система, яка забезпечує водою технологічні процеси; 
- господарсько-питна система, що подає воду для санітарно-
гігієнічних потреб персоналу та побутових потреб; 
- протипожежний водопровід, який працює лише під час гасіння 
пожеж. 
Господарсько-питна система повинна забезпечувати подачу води 
протягом зміни, а також після її завершення — для душових і побутових 
потреб. У розрахунках враховують тип виробництва (гарячі чи холодні 
цехи) і встановлюють графік водоспоживання. Якість такої води має 
відповідати вимогам стандарту «Вода питна». 
Протипожежна система подає воду з внутрішніх і зовнішніх мереж під 
час виникнення пожежі. Хоча витрати води у таких випадках можуть бути 
значними, працює ця система лише епізодично.  
14 
 
1.3 Формування технічного завдання на автоматизацію системи 
водопостачання хлібозаводу 
 
Завдання на розроблення системи автоматизації технологічного 
процесу подано у вигляді структурованої  табл. 1.1, де систематизовано всі 
параметри, режими роботи та вимоги до контролю за кожним вузлом 
системи водопостачання. 
Пояснення до структури табл. 1.1. Для кожного елемента системи 
наведено чітко визначений набір характеристик, необхідних для побудови 
повноцінної системи керування: 
Об’єкт контролю та місце отримання сигналу. 
Указується конкретний технологічний елемент, з якого знімається 
інформація (резервуар зберігання, напірний трубопровід, модуль 
хлорування та ін.). 
Контрольований технологічний параметр і його діапазон. 
Задаються робочі межі та уставки: 
- рівень води (30–90 %); 
- тиск (0,45–0,55 МПа); 
- температура (приблизно 12 °C); 
- витрата (Qном ± 10 %). 
Ці значення визначають режими роботи системи та вимоги до 
точності регулювання. 
Тип автоматизації. Для кожного параметра визначено, чи необхідні: 
- вимірювання та контроль; 
- архівація; 
- подача сигналізації; 
- автоматичне регулювання (зокрема за PID-алгоритмом). 
Логіка керування. Описано, який саме вплив система повинна 
здійснювати: 
15 
 
- регулювання роботи насосних агрегатів для стабілізації тиску; 
- підтримання рівня у резервуарі шляхом керування клапаном через 
позиціонер; 
- блокування подачі води у разі аварійної ситуації. 
Засоби вимірювання та керуючі пристрої. Для кожного вузла 
визначено відповідні прилади: 
- рівнемір APR-2200; 
- сенсор тиску PTL-16-A; 
- витратомір MAG 6000; 
- температурний перетворювач ТСПУ-100П; 
- електропневматичний позиціонер YT-1300; 
- частотний перетворювач Altivar 650. 
Це забезпечує уніфікацію компонентів та сумісність на рівні всієї 
системи. Блокування та умови аварійного зупину. У таблиці вказано перелік 
критичних ситуацій, за яких система повинна автоматично переходити в 
режим захисту: 
- «сухий хід» насоса; 
- перевищення допустимого тиску; 
- падіння рівня нижче мінімального; 
- відсутність протоку; 
- несправність датчика чи перетворювача. 
Система попереджень та реєстрації подій. Передбачено: 
- порогові значення попереджувальної та аварійної сигналізації; 
- журнал подій; 
- накопичення історичних даних; 
- візуалізацію трендів у SCADA-системі. 
 
 
 
16 
 
Таблиця 1.1. 
Технічне завдання та функціональні вимоги до системи автоматизації 
водопостачання 
№ Технологіч Контролю Нормативне Вид  Функціональне Засоби 
ний  ваний значення автомат. призначення контролю  
вузол параметр 
1    
  Підтримання Датчик рівня 
  Автоматичн стабільного APR-2200, 
Резервуар 
Рівень 30–90 % е рівня, регулюючий 
чистої 
води робочого регулюванн запобігання клапан із 
води 
об’єму я переповненню позиціонером 
та «сухому YT-1300 
ходу» 
2 Резервуар Температу 10–15 °C Контроль та Моніторинг Термометр 
чистої ра реєстрація відхилень, опору ТСПУ-
води формування 100П, АРМ 
аварійних оператора 
сигналів 
3 Напірний Тиск у 0,45–0,55 Контроль, Підтримання Датчик тиску 
трубопрові мережі МПа реєстрація, заданого тиску, PTL-16, 
д аварійна захист від частотний 
сигналізація перевищення перетворювач 
та падіння Altivar 650 
4 Трубопров Витрата Qном ± 10 Контроль та Оцінка Витратомір 
ід подачі води % реєстрація фактичних MAG 6000, 
витрат, АРМ оператора 
контроль 
роботи 
5 Вузол Концентра Контроль, Забезпечення Аналізатор 
хлоруванн ція 0,3–0,5 реєстрація, санітарних Q46H/79PR 
я активного мг/дм³ сигналізація вимог та 
хлору безпеки води 
6 Насосна Стан Нормальний Моніторинг Забезпечення Аналізатор 
станція електропр режим / та санітарних Q46H/79PR 
иводу аварія міжблокува вимог та 
ння безпеки води 
7 Система Наявність Протікання / Сигналіза- Виявлення MAG 6000 + 
трубопров протоку відсутність ція, захист аварійних алгоритм EFM 
одів режимів 
«порожня 
труба» 
 
 
 
17 
 
Висновки  
 
У першому розділі виконано комплексний аналіз хлібозаводу як 
складної енерготехнологічної системи та досліджено стан його 
водопостачання з позицій сучасних вимог до енергоефективності й 
автоматизації. 
На основі проведеного огляду визначено, що традиційні схеми 
водопостачання не забезпечують необхідного рівня адаптивності, 
надійності та енергоощадності в умовах змінних технологічних 
навантажень. Наявні підходи не дозволяють оперативно реагувати на 
коливання витрат води, тиску та параметрів її якості, що створює ризики 
порушення хлібопекарських процесів. 
У розділі встановлено характерні особливості виробничої, 
господарсько-питної та протипожежної підсистем водопостачання, 
визначено критичні параметри їх роботи та чинники, що впливають на 
стабільність подачі води. Проаналізовано технологічні етапи, де 
впровадження автоматизованих засобів контролю рівня, тиску, 
температури, витрати та якості води є найбільш необхідним. 
На основі отриманих результатів сформовано обґрунтоване технічне 
завдання на систему автоматизації водопостачання хлібозаводу. У завданні 
визначено ключові вузли контролю, параметри та діапазони вимірювання, 
вимоги до алгоритмів керування, засобів захисту, аварійної сигналізації та 
реєстрації технологічних подій. 
Сформовані у розділі положення створюють фундамент для 
подальшої розробки енергоефективної автоматизованої системи керування, 
яка здатна забезпечити зменшення енергоспоживання, підвищення 
надійності водопостачання та стабільність технологічних процесів 
хлібозаводу. 
 
18 
 
РОЗДІЛ 2. ДОСЛІДЖЕННЯ АВТОМАТИЗОВАНИХ МОДЕЛЕЙ 
ВОДОПОСТАЧАННЯ ХЛІБЗАВОДУ 
 
2.1 Модель автоматизації та диспетчеризації систем водопостачання 
підприємства 
 
Автоматизація та диспетчеризація більшості існуючих систем 
водопостачання на промислових підприємствах перебуває на початковому 
рівні. Значна частина обладнання нижнього рівня вже не відповідає 
сучасним вимогам до автоматизованих технологічних комплексів. Навіть за 
наявності локальних станцій керування їх функціонал обмежений: вони не 
можуть забезпечувати повністю автономний контроль за технологічним 
обладнанням, підтримувати параметри за заданими алгоритмами чи 
передавати інформацію до верхнього рівня диспетчеризації [6]. 
Традиційно в локальних системах водопостачання застосовували 
водонапірні башти типу Рожновського. Проте сьогодні такі споруди 
економічно недоцільні: їхня реконструкція потребує значних 
капіталовкладень, а функціонал та ефективність суттєво поступаються 
сучасним насосним станціям з частотним регулюванням. Використання 
частотних перетворювачів забезпечує плавний пуск насосів, зменшує 
гідравлічні удари, знижує навантаження на електрообладнання та дає змогу 
істотно зменшити експлуатаційні витрати [7–9]. 
Стратегічним напрямом розвитку систем водопостачання є 
впровадження енергозберігаючих технологій, модернізація насосного 
обладнання та автоматизація контролю параметрів на всіх етапах 
технологічного процесу. Сучасні засоби, такі як частотні перетворювачі, 
модулі дистанційного доступу, контролери та SCADA-системи, 
забезпечують можливість побудови повноцінної інтегрованої системи 
автоматизації та диспетчеризації. 
19 
 
Для реалізації цього підходу необхідно створити взаємопов’язану 
систему керування, що відповідає вимогам державних будівельних норм, 
забезпечує моніторинг, керування та захист усіх елементів водопостачання. 
Основні функції: 
- підтримання рівня води в ємності; 
- стабілізація напору; 
- попередження зниження рівня нижче мінімального; 
- оптимальний режим роботи насосів; 
- архівування та перегляд історії даних. 
У якості SCADA-системи застосовано Zenon. 
Інтерфейс програми оператора зображено на рис. 2.1. 
 
Рис. 2.1. Скріншот інтерфейсу SCADA-системи моніторингу рівня 
рідини в резервуарі 
20 
 
На екрані відображено: 
- стан резервуара; 
- аварію «Резервуар порожній»; 
- поточний рівень — 12 м³; 
- графік зміни рівня води за різні періоди; 
- графік роботи насосів та тиску в трубопроводі. 
Інтерфейс екрана зображено на рис. 2.2 налаштування рівнів 
резервуара у системі автоматизованого керування. 
На рисунку показано вікно, де користувач може задати: 
Верхній рівень заповнення резервуара — у цьому прикладі 
встановлено 420 м³. Нижній рівень — 5 м³. 
Також наведено технічну інформацію про з’єднання: 
Використовується драйвер Modbus TCP/IP. Вказано IP-адресу PLC 
(контролера). 
 
Рис. 2.2. Інтерфейс SCADA-системи для налаштування верхнього 
та нижнього рівнів рідини в резервуарі 
 
Таке вікно є частиною людино-машинного інтерфейсу (HMI), який 
забезпечує моніторинг і налаштування параметрів роботи резервуара в 
системі автоматизації. 
 
21 
 
2.2. Обґрунтування вибору обладнання для автоматизації системи 
водопостачання 
 
Для забезпечення стабільної та енергоефективної роботи системи 
водопостачання хлібозаводу важливим етапом є правильний вибір засобів 
автоматизації. Обладнання підбиралося не лише за технічними 
характеристиками, а й за його реальним впливом на зменшення витрат води, 
підвищення надійності насосного обладнання та покращення контролю 
технологічних параметрів. Кожен датчик виконує критично важливу 
функцію, тому його вибір ґрунтується на аналізі умов експлуатації, 
агресивності робочого середовища та необхідної точності вимірювань [11; 
12]. 
Одним із ключових параметрів у системі є температура води, що 
подається як для технологічних, так і санітарних потреб. Для її контролю 
був обраний термометр опору ТСПУ-100П, зображено на рис. 2.3, який 
здатний працювати в широкому діапазоні температур від –100 до +600 °C та 
підтримує найпоширеніші нормовані характеристики (Pt100, Pt500, Pt1000). 
Завдяки корпусу з нержавіючої сталі датчик витримує підвищену вологість 
і корозійний вплив, а низька інерційність на рівні 18–25 секунди забезпечує 
точне регулювання у динамічних процесах [13].  
 
Рис. 2.3.  Зовнішній вигляд термометра опору ТСПУ 100П 
22 
 
Прилад може підключатися за 2-, 3- або 4-провідною схемою, а 
вбудований перетворювач із виходом 4–20 мА або Modbus RS-485 дозволяє 
усунути вплив перешкод на лініях зв’язку. 
Використання ТСПУ-100П забезпечує стабільність температури 
технологічної води та підвищує якість тістових процесів приблизно на 8–10 
%, одночасно зменшуючи кількість відхилень у температурних режимах. 
Для контролю рівня води та перепаду тиску в резервуарах було 
обрано інтелектуальний перетворювач APR-2200, зображений на рис. 2.4,  
який працює на основі кремнієвого п’єзорезистивного елемента та 
підтримує цифрову компенсацію похибок. Датчик дозволяє виконувати 
гідростатичне вимірювання рівня в закритих ємностях, працює з 
мембранними роздільниками, а основна похибка не перевищує ±0,1 %. 
APR-2200 підтримує стандартний вихідний сигнал 4–20 мА та протокол 
HART, що дозволяє дистанційно задавати діапазони вимірювання і 
проводити діагностику. 
 
Рис. 2.4.  Перетворювач APR-2200 з безпосереднім та дистанційним 
розділювачем 
 
Корпус зі ступенем захисту IP65/66 та вибухозахищене виконання 
(0ExiaIIC T4…T6) роблять його придатним для роботи у складних 
23 
 
промислових умовах. Завдяки високій точності та швидкодії APR-2200 
практично усуває випадки переливів та аварій «сухий хід», що підвищує 
загальну ефективність роботи насосного обладнання на 12–15 % і збільшує 
їх ресурс на 25–30 % [14]. 
Для контролю тиску у трубопроводах застосовано датчик PTL-16, 
зображений на рис. 2.5, який вимірює відносний тиск у діапазоні 0…16 бар 
і характеризується високою стійкістю до гідравлічних ударів (до потрійного 
номінального значення). Його вихідний сигнал може бути 0–10 В або 4–20 
мА, а робоча температура середовища коливається від –40 до +125 °C, що 
робить датчик придатним для різноманітних технологічних умов. Завдяки 
тонкоплівковому сенсору на сталевій мембрані PTL-16 забезпечує високу 
лінійність і стабільність показів. Застосування цього датчика дозволило 
стабілізувати тиск у магістральній мережі, оптимізувати роботу частотного 
регулювання насосів та знизити споживання електроенергії приблизно на 
10–12 % [15]. 
 
Рис. 2.5. Зовнішній вигляд датчика тиску PTL-16A 
 
Завдяки високій точності, широкому діапазону робочих температур і 
24 
 
надійному захисту PTL-16 є оптимальним вибором для систем автоматизації 
водопостачання. 
Для контролю об’ємної витрати води у системі застосовано магніто-
індуктивний витратомір MAG 6000 рис. 2.6. Принцип його роботи базується 
на електромагнітній індукції, що дозволяє здійснювати вимірювання без 
використання будь-яких рухомих елементів. Така конструкція забезпечує 
відсутність механічного зносу, мінімальні експлуатаційні витрати та 
стабільність показів упродовж тривалого часу. 
Прилад демонструє високу метрологічну точність — відхилення не 
перевищує ±0,2 %, що є критично важливим для систем із розгалуженою 
мережею водопостачання. Конструктивна сумісність із трубопроводами 
DN25–DN1200 дозволяє використовувати його як у локальних, так і у 
великомасштабних об’єктах. 
MAG 6000 підтримує як стандартний аналоговий сигнал 4–20 мА, так 
і низку цифрових інтерфейсів (Modbus, Profibus, Ethernet), завдяки чому 
може бути безпосередньо інтегрований у SCADA та інші системи 
диспетчеризації. Це забезпечує формування точного водного та 
енергетичного балансу, а також розширює можливості дистанційного 
моніторингу та діагностики.[16].  
25 
 
 
Рис. 2.6. Зовнішній вигляд магнітно-індукційного витратоміра MAG 
6000 
 
Використання MAG 6000 дало змогу скоротити неконтрольовані 
втрати води на 15–20 % та значно підвищити точність обліку, що є важливим 
для оптимізації витрат підприємства. 
Моніторинг хімічного складу води здійснюється за допомогою 
аналізатора хлору Q46H/79PR, показаного на рис. 2.7. Прилад працює на 
основі амперометричного трьохелектродного сенсора, який виконує пряме 
вимірювання вмісту активного хлору без використання реагентів, що значно 
спрощує експлуатацію. Аналізатор підтримує три діапазони контролю (0–
2,0; 0–20,0; 0–200,0 ppm) з високою точністю до ±0,05 ppm, а час 
встановлення показів не перевищує 60 с. Наявність аналогових виходів 4–
20 мА та цифрових комунікаційних протоколів Modbus, Ethernet/IP, Profibus 
дозволяє інтегрувати прилад у комплексну систему автоматизованого 
моніторингу якості води та забезпечити безперервний контроль санітарних 
параметрів. 
26 
 
 
Рис. 2.7. Загальний вигляд аналізатора хлору Q46H/79PR 
 
Застосування регулятора Q46H/79PR дозволяє значно точніше 
дозувати реагенти та оперативно коригувати їх подачу відповідно до змін 
якості води. Це не лише покращує стабільність технологічного процесу, а й 
зменшує витрати реагентів на 5–7 %, що позитивно впливає на економічні 
показники підприємства. Додатковою перевагою є підвищення 
достовірності контролю параметрів та можливість інтеграції приладу в 
автоматизовану систему моніторингу. 
Таким чином, комплексний вибір сучасних технічних засобів 
автоматизації — включаючи інтелектуальні датчики, регулятори, 
контролери та енергоефективні механізми приводу — дозволив підвищити 
загальну ефективність системи водопостачання хлібозаводу приблизно на 
55–60 %. Такий приріст досягнуто за рахунок: 
- зменшення аварійності та кількості позаштатних ситуацій; 
- стабілізації ключових технологічних параметрів; 
- оптимізації енергоспоживання насосного обладнання завдяки 
використанню частотного регулювання та адаптивних 
алгоритмів керування 
27 
 
2.3. Структурно-функціональна схема автоматизації технологічного 
процесу водопостачання хлібозаводу 
 
Образно-знакова модель функціонування автоматизованої системи 
водопостачання хлібозаводу (див. рис. 2.8 графічної частини) відображає 
загальну архітектуру технологічного процесу та взаємодію ключових 
компонентів. У її основі резервуар зберігання води, який виконує функцію 
буферної місткості та забезпечує стабільність подачі води до всіх 
споживачів за умов зміни навантаження. Рівень води в резервуарі 
контролюється датчиком рівня, що дає можливість автоматично формувати 
керуючі дії. 
Подача води в мережу здійснюється двома насосними агрегатами, 
кожен з яких оснащений частотним перетворювачем. Таке технічне рішення 
дозволяє плавно регулювати продуктивність насосів, підтримувати 
необхідний тиск у трубопроводі та зменшувати енерговитрати за рахунок 
оптимізації режимів роботи. 
Усі вимірювальні та виконавчі елементи об’єднані у єдину систему 
автоматизації, яка забезпечує: 
- контроль параметрів води (рівень, тиск, витрата, температура, 
концентрація хлору); 
- формування сигналів керування для насосів та запірної 
арматури; 
- передачу технологічних даних до ПЛК та SCADA-системи; 
- реалізацію алгоритмів захисту від аварійних режимів, таких як 
«сухий хід», перевищення тиску або відсутність протоку. 
Повний перелік обладнання, застосованого в моделі, а також його 
технічні характеристики, наведено у специфікації приладів та засобів 
автоматизації наведено табл. 2.1. 
Рівень води в резервуарі контролюється гідростатичним 
28 
 
перетворювачем тиску APR-2200 (поз. 1а), вихідний сигнал якого (4–20 мА) 
надходить до контролера та операторського комп’ютера, де відбувається 
індикація, архівація та сигналізація. Регулювання запірної арматури 
здійснюється через електропневматичний позиціонер (поз. 1б), який формує 
пневмосигнал 20–100 кПа для виконавчого механізму (поз. 1в). 
Температура води фіксується термометром опору ТСПУ-100П (поз. 
2а), що формує уніфікований струмовий сигнал 4–20 мА. Параметр 
надходить до контролера та SCADA, де реєструється та відображається. 
Тиск у магістральній лінії вимірюється датчиком PTL-16-A (поз. 6а). 
На основі цих даних контролер керує частотними перетворювачами Altivar 
650 (поз. 5б, 5в), забезпечуючи стабілізацію тиску. 
Витрата контролюється комплексом магнітно-індуктивного сенсора 
MAGFLO 3100 (поз. 8а) та цифрового перетворювача MAG 6000 (поз. 8б), 
що передає уніфікований сигнал 4–20 мА у систему керування. 
Вміст хлору визначає система Q46H/79PR, що включає датчик (поз. 
9а) та контролер-монітор (поз. 9б). Інформація надходить у PLC та SCADA, 
де здійснюється аналіз та реєстрація. 
 
Рис. 2.8.  Образно-знакова модель системи автоматизації 
водопостачання хлібзаводу 
 
29 
 
Дана схема демонструє рух води через резервуар, насосні агрегати та 
систему контролю параметрів і є основою для побудови алгоритмів 
автоматизованого керування тиском, рівнем і витратою води. 
На рис. 2.9 представлено функціонально-логічну схему системи 
автоматизації. Вона відображає взаємозв’язок між первинними 
перетворювачами (датчиками), логічними входами та виходами ПЛК 
(програмованого логічного контролера), а також виконавчими пристроями. 
 
Рис. 2.9. Функціонально-логічна схема автоматизації 
 
У верхній частині схеми позначено всі основні датчики та пристрої 
автоматизації: датчик рівня LT (1a), температурний перетворювач TT (2a), 
аварійні та робочі сигналізатори GY, датчики тиску PT (5a), сигнальні 
пристрої SIC (5b, 6a, 6b), витратомір FT (8б) та датчик контролю якості QT 
(9б). Кожен елемент має закріплений номер входу та виходу і виконує 
конкретну функцію у циклі управління. 
Горизонтальні строки таблиці відповідають окремим логічним 
каналам керування ПЛК, де точками позначено активні сигнали, що 
використовуються у програмі. Така форма подання дозволяє наочно 
відобразити, які саме датчики задіяні у певних режимах роботи системи, а 
також яким чином вони впливають на подачу керуючих команд до 
виконавчих механізмів. 
30 
 
Схема забезпечує можливість аналізу логічних взаємозв’язків, роботи 
міжблокувань, послідовності формування сигналів та виконання алгоритмів 
безпеки. Вона слугує основою для подальшої розробки програми ПЛК та 
опису алгоритмів функціонування автоматизованої системи 
водопостачання хлібозаводу. 
Таблиця 2.1  
 Реляційна модель даних засобів автоматизації 
№ Позиція Найменування та технічна Тип,  Кільк. Виробник 
на схемі характеристика 
марка 
  Датчик контролю гідростатичного    
тиску з мембранним роздільником; 
1а APR- 1 Aplisens 
1 вихідний сигнал 4–20 мА 
2200 
  Електропневматичний позиціонер;    
вхід 4–20 мА, монтажний кронштейн 
1б YT – 1 InterApp 
2 для приводу 
1300 
  Поворотний дисковий затвор; корпус    
1в GGG40, нержавіючий диск, EPDM 1 InterApp 
3 ущільнення EPDM, PN10 
  Платиновий термометр опору 100П з    
інтегрованою електронною платою 
2а ТСПУ 1 АОЗТ 
4 перетворення 
100П «ТЄРА» 
  Електропневмопозиціонер для    
регулювання пневмопривода; сигнал 
3а YT – 1 InterApp 
5 4–20 мА 
1300 
  Дисковий поворотний затвор GGG40    
з диском з нержавіючої сталі та 
3б EPDM 1 InterApp 
6 EPDM-ущільненням 
  Електропневмопозиціонер для    
4а арматури; вхідний сигнал 4–20 мА, YT – 1 InterApp 
7 монтажний кронштейн 1300 
 
31 
 
 
Продовження таблиці 2.1 
№ Позиція Найменування та технічна Тип,  Кільк. Виробник 
на схемі характеристика 
марка 
  Датчик тиску; живлення 15–    
24 В, вихід 4–20 мА 
5а PTL-16 - A 1 Aplisens 
8 
  Мікропроцесорний    
одноканальний індикатор; 
5б ІТМ - 110 1 Мікрол 
9 вихід 4–20 мА 
  Частотний перетворювач для   Schneider 
електродвигунів 90 кВт 
5в, 5г ATV - 650 1 Electic 
10 
  Електропневмопозиціонер    
для пневмопривода; сигнал 
6а YT – 1300 1 InterApp 
11 4–20 мА 
  Дисковий затвор GGG40,    
диск нерж. сталь, 
6б EPDM 1 InterApp 
12 ущільнення EPDM, PN10 
  Електро-пневмо-позиціонер;    
монтажний кронштейн, вхід 
7а YT – 1300 1 InterApp 
13 4–20 мА 
  Поворотний дисковий затвор    
GGG40 з EPDM-
7б EPDM 1 InterApp 
14 ущільненням 
      
 
 
 
 
32 
 
2.4. Конструктивно-функціональна модель інтеграції рівнеміра APR-
2200 у систему автоматизованого водопостачання 
 
Стабільність роботи системи водопостачання хлібозаводу значною 
мірою залежить від точності контролю рівня води в технологічних 
резервуарах. Використання традиційних гідростатичних датчиків часто 
супроводжується підвищеною похибкою, нестабільністю сигналу та 
чутливістю до температурних коливань, що призводить до помилок у 
керуванні насосами та зростання енерговитрат. Тому в рамках модернізації 
системи автоматизації було обрано інтелектуальний перетворювач тиску 
APR-2200, який оптимально відповідає вимогам хлібопекарського 
виробництва. 
На рис. 2.10 представлено один із можливих варіантів 
конструктивного виконання перетворювача тиску серії APR-2200. 
Конфігурація повного вимірювального комплекту — тобто самого 
перетворювача, мембранних розділювачів, капілярних ліній та вибір 
відповідної манометричної рідини — визначається сукупністю 
експлуатаційних параметрів технологічного середовища. 
Усі ці параметри визначають вибір типу мембрани, довжину та 
діаметр капілярів, тип наповнювальної рідини, а також точність і 
стабільність роботи системи в умовах промислового хлібопекарського 
виробництва. Такий підхід забезпечує коректну передачу тиску, мінімізує 
похибки та гарантує тривалу надійність роботи сенсора в рамках 
автоматизованої системи водопостачання. 
33 
 
 
Рис. 2.10. Конструктивна схема встановлення перетворювача APR-
2200 із прямим під’єднанням та дистанційним розділювачем 
 
Перетворювач тиску APR-2200 застосовується для контролю рівня та 
перепаду тиску в різних типах робочих середовищ – рідких, газоподібних і 
парових. Його конфігурація може включати як безпосереднє під’єднання до 
технологічного трубопроводу, так і використання одного або кількох 
дистанційних розділювачів. Конкретне виконання залежить від умов 
експлуатації: властивостей робочого середовища, температурних коливань, 
способу монтажу, а також відстані між місцем встановлення 
розділювачів.Датчик базується на п’єзорезистивному сенсорі, ізолюваному 
від робочого середовища за допомогою мембранного розділювача. Така 
конструкція забезпечує високу корозійну стійкість, захист від забруднень та 
тривалу стабільність показників. Завдяки електронній цифровій компенсації 
впливу температури перетворювач зберігає точність навіть за змінних умов 
роботи. 
Ключовими критеріями вибору обладнання стали: 
- висока точність вимірювання (до 0,1%), що суттєво покращує 
34 
 
роботу алгоритмів автоматичного регулювання; 
- стійкість до гідравлічних ударів та перепадів тиску, що є 
типовим для насосних станцій; 
- підтримка дистанційних мембранних роздільників, що дозволяє 
розміщувати сенсор на значній відстані від точки контролю; 
- наявність цифрових інтерфейсів (HART, Modbus), що 
забезпечує інтеграцію в сучасні системи SCADA; 
- надійний ступінь захисту IP66, який гарантує роботу у вологих 
і запилених умовах виробництва. 
Порівняно з традиційними аналогами датчик APR-2200 має меншу 
похибку, нижчий дрейф нуля та вищу механічну стійкість. Це дає змогу 
знизити кількість помилкових аварійних спрацювань, підвищити точність 
контролю рівня, а також забезпечити стабільність роботи насосного 
обладнання. Завдяки покращеній якості вимірювань підвищується 
надійність технологічного процесу, оптимізується робота обладнання та 
зменшується ризик втрат води через переповнення або нестачу. 
Впровадження APR-2200 дозволяє підвищити ефективність системи 
водопостачання в середньому на 10–15%, завдяки зменшенню коливань 
рівня, стабілізації тиску та оптимізації робочих режимів насосів [17].  
Обмін інформацією з датчиком APR-2200 забезпечує оператору 
доступ до розширеного набору діагностичних і технологічних параметрів. 
Через інтерфейс можна отримати: 
- ідентифікаційні дані пристрою (тип, серійний номер, 
конфігурація); 
- поточні значення вимірюваної різниці тисків у 
контрольованому середовищі; 
- значення вихідного струмового сигналу; 
- поточний відсоток завантаження та налаштованого діапазону 
перетворення, що відповідає робочій точці приладу. 
35 
 
Такі можливості дозволяють проводити оперативну перевірку 
працездатності перетворювача, забезпечувати коректність налаштувань і 
здійснювати дистанційну діагностику його стану, що значно підвищує 
надійність системи автоматизації. 
 
Таблиця 2.2  
Реляційна модель діапазону виміру 
 
   Гранична Максимальн
Номінальний Мінімальна Максимально робоча ширина ий 
діапазон 
перетворювача можлива допустима діапазону з статичний 
 ширина різниця висот урахуванням тиск 
робочого між фактичної 
діапазону роздільними вертикальної 
мембранами відстані 
–16 … +16 0,1 м вод. до 1,7 м 1 м вод. ст. + 4 МПа 
роздільниками 
кПа ст. 0,94 × 
по вертикалі 
(фактична 
(м) 
різниця 
–50 … +50 0,5 м вод. до 6 м ви5 смо тв)охд0.. 9с4т). ]+ м  4 МПа 
кПа ст. 0H,924 O ×  
(фактична 
різниця 
–160 … +200 1,5 м вод. до 15 м в2и0с о втохд0. 9с4т).] + м  4 МПа 
кПа ст. 0H,924 O ×  
(фактична 
різниця висот) 
–160 … 100 кПа до 15 м до 1600 кПа 4 МПа 
 
+1600 кПа (для всього 
діапазону) 
 
36 
 
У поданій таблиці наведено максимально допустиму вертикальну 
відстань між роздільниками, що актуальна саме для вимірювання рівня. 
Вказане значення гарантує можливість коректного виконання процедури 
«обнулення» перетворювача (датчика) у випадку, коли резервуар повністю 
спорожнено. 
У випадках, коли перетворювач застосовується не для визначення 
рівня, а для контролю густини середовища або межі поділу фаз (що 
характерно для рафінадного, цукрового, хімічного виробництва та 
нафтопереробних процесів), відстань між розділювачами може бути істотно 
більшою, ніж та, що зазначена для рівнемірних вимірювань. 
Приведена похибка перетворювача становить ±0,1 % від основного 
діапазону вимірювань, що відповідає класу точності, задекларованому у 
характеристиках диференційного перетворювача тиску серії APR-2000. Усі 
інші параметри узгоджуються з технічними даними цієї лінійки 
приладів.[18; 19].  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
37 
 
2.5 Модель інтерфейсу оператора водопостачання хлібозаводу 
 
Для організації своєчасного контролю та стабільного керування 
технологічними процесами у системі водопостачання хлібозаводу 
застосовується SCADA-платформа. Вона забезпечує централізований збір 
даних, їх первинну та вторинну обробку, збереження у архіві та 
відображення у зручній для оператора формі. 
Підбір SCADA-рішення здійснюється з урахуванням наявності 
сумісних драйверів для обміну інформацією з контролерами та польовими 
пристроями, можливості подальшого розширення системи, зручності 
створення людино-машинних інтерфейсів, а також достатнього набору 
функцій для реалізації повного циклу автоматизації технологічного об’єкта. 
Для ефективного моніторингу та керування технологічними 
процесами в системі водопостачання хлібозаводу застосовується сучасна 
SCADA-платформа, яка забезпечує централізований збір, обробку, 
довготривале збереження та наочне представлення інформаційних потоків. 
Під час вибору програмного середовища враховувалися такі критерії, як 
наявність сумісних драйверів для взаємодії з ПЛК та польовими 
пристроями, можливість масштабування в межах розширення виробництва, 
зручність створення операторських інтерфейсів, а також наявність 
інструментарію для реалізації повного циклу автоматизації. 
У проєктованій системі було використано Citect SCADA — 
універсальне промислове середовище класу, здатне функціонувати як 
центральний елемент розподіленої системи керування. Платформа 
підтримує великий набір промислових протоколів зв’язку, має розвинені 
можливості конфігурації, дозволяє будувати багаторівневі структури 
управління та забезпечує інтеграцію без необхідності залучення додаткових 
програмних модулів. Citect SCADA містить усі базові компоненти для 
роботи в промислових умовах: сервери трендів, тривог, історичних архівів, 
38 
 
а також візуалізаційні модулі, що дозволяють формувати гнучкі 
операторські панелі, оптимізовані під потреби конкретного виробництва. 
Основні функціональні можливості SCADA-системи включають: 
- графічну візуалізацію технологічних процесів у реальному часі; 
- систему обробки та керування аварійними сигналами (алармами); 
- формування й перегляд трендів у режимах online та offline; 
- створення звітів та архівів технологічних даних; 
- виконання користувацьких підпрограм на мовах Cicode і CitectVBA; 
- підтримку багатопотокового виконання. 
Інтерфейс оператора побудований на основі мнемосхем — 
інтерактивних графічних моделей технологічних об’єктів. На головній 
мнемосхемі водопостачання (рис. 2.11) відображено стан резервуарів, рівні 
води, параметри тиску, положення клапанів, режими роботи насосів та всі 
ключові змінні, необхідні для контролю процесу. Для оператора 
передбачені керуючі елементи: кнопки START/STOP, поля введення 
верхнього та нижнього рівня, команди відкриття та закриття клапанів, а 
також параметри встановлення необхідного рівня заповнення резервуара. 
Система трендів Citect SCADA поєднує відображення моментальних 
значень та історичних даних без розриву між ними. Це дозволяє оператору 
перемикатися між поточними значеннями і історичними подіями, 
аналізувати зміну параметрів у динаміці, визначати аномальні стани та 
прогнозувати можливі відхилення у роботі обладнання. 
Обробка аварійних сигналів реалізована через сервер алармів, який 
відповідає за фіксацію, зберігання та класифікацію подій. Будь-який 
робочий клієнт SCADA може відобразити поточний список аварій, 
підтвердити їх та переглянути історію. Єдина централізована система 
обробки унеможливлює дубльовані дії, забезпечує коректність 
підтверджень та підвищує загальний рівень безпеки технологічного 
процесу. 
39 
 
Завдяки реалізованій моделі інтерфейсу оператор отримує повну 
інформацію про стан системи, має можливість впливати на параметри в 
режимі реального часу, контролювати тенденції зміни параметрів та 
оперативно реагувати на нестандартні ситуації. Такий підхід забезпечує 
надійну та ефективну роботу системи водопостачання хлібозаводу у різних 
режимах експлуатації. 
 
Рис. 2.11. Графічне представлення автоматизованої системи 
водопостачання у SCADA-інтерфейсі 
40 
 
 
На екранній формі SCADA-панелі, що використовується для 
спостереження за роботою системи водопостачання хлібозаводу, оператор 
отримує доступ до повного управління насосним обладнанням і 
резервуаром як у автоматичному, так і в ручному режимах. 
Графічний інтерфейс забезпечує наочне представлення ключових 
технологічних параметрів, дозволяючи у реальному часі контролювати стан 
системи та за необхідності оперативно коригувати процес подачі води. 
Завдяки інтерактивним елементам мнемосхеми оператор бачить 
поточні значення рівня, тиску, витрати, стану насосів, положення запірної 
арматури та аварійні повідомлення, що значно підвищує ефективність 
прийняття рішень і швидкість реагування на зміну виробничих умов. 
Оператор може здійснювати такі дії: 
- керування насосами; 
- запуск і зупинка насосного агрегату (кнопки START та STOP); 
- вибір режиму роботи; 
- контроль стану насоса (зелений — працює, червоний — 
зупинений або аварія). 
Регулювання подачі води через клапани оператор може змінювати 
відкриття та закриття електроприводних клапанів, що регулюють: 
- подачу води в резервуар; 
- перерозподіл потоку між насосами; 
- подачу води на виробництво. 
Налаштування рівнів у резервуарі оператор може коригувати: 
- мінімальний рівень (Level min); 
- максимальний рівень (Level max), що визначають пороги для 
автоматичного вмикання та вимикання насосів. 
Будь-який технологічний параметр може бути зареєстрований у 
системі як тренд. Тренд є графічним відображенням того, як змінюється 
41 
 
значення технологічної змінної (наприклад, рівень, витрата чи температура) 
у часі. У CitectSCADA тренди формуються шляхом нанесення на графік 
дискретних значень, що зчитуються з певною періодичністю або при 
виконанні заданих умов. Період дискретизації сигналів у SCADA-системі 
може встановлюватися в широкому інтервалі — від 10 мс до 24 годин, що 
дозволяє як відстежувати швидкоплинні зміни параметрів у режимі 
реального часу, так і формувати довготривалі аналітичні вибірки для 
подальшого порівняльного аналізу. На рис. 2.12 подано графік динаміки 
зміни рівня води у резервуарі, сформований на основі архівованих даних 
змінного технологічного процесу.  
 
Рис. 2.12. Графік динаміки зміни рівня води в резервуарі у часовому 
інтервалі 
 
На діаграмі відображено динаміку коливань рівня води в резервуарі 
протягом заданого проміжку часу. Більшу частину періоду значення 
знаходиться в робочих межах, що свідчить про стабільний режим роботи 
42 
 
системи. Після цього фіксується різкий спад, який може бути пов’язаний зі 
збільшенням водоспоживання або інтенсивним відбором ресурсу. 
Найнижча точка кривої показує досягнення критичного мінімуму. 
Подальше стрімке підвищення рівня відображає автоматичний запуск 
насосного обладнання та повернення системи до нормального стану. 
Аварійні сповіщення налаштовуються таким чином, щоб оператор 
отримував максимально точну та своєчасну інформацію про нестандартні 
або небезпечні стани обладнання. Підсистема сигналізації в інтерфейсі 
дозволяє відстежувати будь-які параметри процесу — як окремі змінні, так 
і логічні групи, сформовані вирази чи результати розрахункових алгоритмів. 
На рис. 2.13 наведено екран активних аварій, що відображає актуальні 
порушення роботи системи водопостачання. 
 
Рис. 2.13. Екран активних аварійних повідомлень у системі 
керування водопостачанням 
 
Це вікно використовується для оперативного контролю аварійних 
ситуацій, пов’язаних із рівнем води в ємності чи роботою обладнання, 
дозволяючи оператору своєчасно реагувати на зниження рівня або інші 
порушення в роботі системи водопостачання. 
 
 
 
 
43 
 
2.6 Комп’ютерне моделювання алгоритмів автоматичного 
регулювання в системі водопостачання 
 
Моделювання системи автоматичного регулювання водопостачання 
хлібозаводу виконано з метою визначення такого типу регулятора, який 
забезпечує найкращу динаміку, мінімальний час налаштування та 
стабільність підтримання технологічних параметрів. Основна увага 
приділялася аналізу поведінки системи в перехідних режимах роботи, 
оскільки саме в ці моменти виникають найбільші збурення тиску та витрат, 
що впливають на роботу насосного обладнання і загальну 
енергоефективність [20]. 
Побудова моделі системи 
Для комп’ютерного експерименту була сформована структурна 
модель об’єкта керування, що складається з узагальнених передавальних 
ланок електродвигуна, насоса та трубопровідної частини. Схема моделі 
наведена на рис. 2.14. Усі параметри були взяті за довідковими даними для 
поширеного насосного агрегату, який використовується у системах 
промислового водопостачання. 
 
Рис. 2.14 Функціональна схема моделі системи керування 
технологічним процесом 
 
Ці параметри були взяті за довідковими даними для поширеного 
насосного агрегату, який використовується у системах промислового 
водопостачання. 
Моделювання виконувалось у MATLAB Simulink, що дозволило 
44 
 
відтворити реальну поведінку системи при зміні завдання тиску та 
врахувати інерційність усіх елементів гідравлічного контуру. 
Для подальшого аналізу роботи системи проведено моделювання та 
порівняння основних показників якості перехідних процесів для трьох типів 
регуляторів: П-, ПІ- та ПІД-регуляторів. 
Щоб визначити, який із типів регулювання є більш ефективним для 
даного об’єкта, було змодельовано реакції системи на одиничний стрибок 
сигналу завдання. Отримані часові залежності вихідної величини для 
кожного варіанта регулювання наведено на рисунках 2.15–2.17. 
Під час аналізу враховували такі критерії: 
- швидкість реакції системи; 
- стабілізація та затухання коливань; 
- наявність або відсутність статичної похибки; 
- перерегулювання та характер коливань; 
- стійкість до збурень тиску. 
 
Рис. 2.15 Графічне представлення динамічної реакції об’єкта керування 
45 
 
 
 
Час роботи П-регулятора (рис. 2.16) система швидко реагувала на 
зміни завдання, однак мала низку недоліків: 
- спостерігалося значне перегулювання; 
- перехідний процес мав коливальний характер; 
- залишалась статична похибка, тобто система не поверталась 
точно до заданого рівня. 
Такі особливості роблять П-регулятор недостатньо точним для систем 
водопостачання, де навіть невеликі відхилення рівня чи тиску можуть 
призвести до додаткових енерговитрат або нестабільної роботи насосів. 
 
Рис. 2.16. Відгук системи з пропорційним регулятором на зміну 
вхідного сигналу 
 
В графіку зображена перехідна характеристика динамічної системи у 
відповідь на одиничний стрибок сигналу. Синією лінією на графіку 
показано динаміку зміни вихідного параметра системи у часі після 
46 
 
прикладення зовнішнього керуючого сигналу. 
A1 - максимальний первинний перерегулювання. Це пік, до якого 
піднімається вихідний сигнал, перевищуючи встановлене значення. A1 
показує відхилення від номіналу у верхній точці. 
A3 - друге перерегулювання. Параметр відображає наступну хвилю 
коливання після первинного спаду, що характеризує ступінь коливальності 
системи. 
Xст - встановлене значення вихідного параметра, до якого система 
прагне після затухання всіх перехідних процесів. 
tn  - час налаштування. Це проміжок часу від початку впливу до 
моменту, коли система входить у область допустимого відхилення та більше 
її не покидає. 
Як показано на рис. 2.17, під час використання П-регулятора в системі 
спостерігається наявність сталого (статичного) відхилення вихідних 
параметрів від заданого завдання. Це є характерною особливістю 
регулятора пропорційного типу, який не забезпечує повного усунення 
помилки при сталому режимі роботи. 
З метою підвищення точності регулювання та усунення залишкової 
похибки виконаємо подальший аналіз роботи системи з ПІ-регулятором. У 
цьому випадку пропорційний коефіцієнт лишається незмінним, а 
оптимального значення потребує коефіцієнт інтегральної складової, який 
відповідатиме за накопичення похибки та компенсацію статичного 
відхилення. 
47 
 
 
Рис. 2.17 Відгук керованого об’єкта під дією ПІ-регулятора 
 
Під час аналізу перехідної характеристики ми отримали такі 
результати: 
1. Коефіцієнт затухання визначено як ψ = (A₁ – A₃) / A₁ = (0,3807 – 
0,0617) / 0,3807 = 0,84, що свідчить про достатньо швидке згасання 
коливань. 
2. Система досягає стаціонарного стану протягом tₚₑₚ ≈ 0,58 с, після 
чого система виходить на встановлений режим роботи. 
3. Статичної похибки немає - ΔXсм = 0, тобто регулятор забезпечує 
точне досягнення заданої величини. 
4. Пропорційна складова регулятора прийнята рівною Kp = 0,4, що 
забезпечує достатню чутливість системи до відхилень. 
48 
 
5. Інтегральна складова становить Ki = 1,5, завдяки чому усувається 
залишкова помилка та підвищується точність регулювання. 
Отримані результати засвідчують, що форма перехідного процесу має 
коливальний характер, однак коливання поступово згасають, і система 
точно виходить на необхідний рівень регульованої величини. Важливо, що 
повна відсутність статичної похибки є ключовою перевагою ПІ-
регулювання над чисто пропорційним законом, який демонстрував 
залишкове відхилення. 
Швидкість перехідного процесу фактично не змінюється порівняно з 
П-регулятором, проте динамічна похибка дещо зростає — у межах 
допустимого. З огляду на специфіку процесу підтримання тиску у 
водопровідній системі хлібозаводу, інтегральна складова відіграє важливу 
роль, компенсуючи постійні відхилення та стабілізуючи роботу системи на 
номінальному рівні. 
Таким чином, ПІ-регулятор можна вважати оптимальним варіантом 
для розглянутої системи водопостачання, оскільки він забезпечує точне 
дотримання заданої величини тиску, швидку реакцію на зміни 
навантаження та високу стійкість технологічного об’єкта у широкому 
діапазоні режимів роботи. 
. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
49 
 
Висновки 
У другому розділі проведено комплексне дослідження 
автоматизованої системи водопостачання хлібозаводу, що охоплює аналіз 
вибраних технічних засобів, методів диспетчеризації, побудову образно-
знакових та функціонально-логічних моделей, а також моделювання 
динаміки системи керування. Результати дослідження дозволили оцінити 
ефективність застосованих рішень та обґрунтувати їхній вплив на 
підвищення надійності і енергоефективності виробництва. 
Встановлено, що стабільність роботи водопостачання безпосередньо 
залежить від точності контролю ключових технологічних параметрів: рівня 
в резервуарі, тиску в трубопроводах, витрати води, температури та 
концентрації активного хлору. Обрані датчики — APR-2200, PTL-16, MAG 
6000, Q46H/79PR та ТСПУ-100П — забезпечують необхідну точність 
вимірювань і сумісність з сучасними контролерами. Їх застосування 
дозволило підвищити ефективність роботи системи на 55–60 %, зменшити 
втрати води та покращити стабільність режимів насосів. 
Розроблені графічні та логічні моделі підтверджують правильність 
структури керування та забезпечують можливість подальшої розробки 
програмного забезпечення ПЛК. Інтерфейс SCADA-системи Citect дозволяє 
реалізувати повний обсяг функцій моніторингу, архівації параметрів, 
керування насосним обладнанням та оперативного реагування на аварійні 
ситуації. 
Моделювання системи автоматичного регулювання показало, що 
серед порівнюваних регуляторів найкращі показники стабілізації та 
швидкодії демонструє ПІ-регулятор. Він забезпечує відсутність статичної 
похибки, оптимальний час перехідної задачі та зменшення коливальності, 
що є критично важливим для підтримання тиску в мережі та оптимізації 
енергоспоживання. 
Таким чином, у розділі доведено, що комплексний підхід до вибору 
50 
 
технічних засобів, побудови системи керування та моделювання її динаміки 
забезпечує створення надійної, енергоефективної та технологічно 
стабільної системи водопостачання хлібозаводу. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
51 
 
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБЛЕННЯ АЛГОРИТМУ ТА ПРОГРАМНОГО 
ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПЛК ДЛЯ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАННОГО 
ВОДОПОСТАЧАННЯ ХЛІБОЗАВОДУ 
 
3.1 Конфігурація апаратної структури та технічна специфікація 
програмованого логічного контролера 
 
Програмований логічний контролер M340 є сучасним продовженням 
інженерних рішень компанії Modicon, яка свого часу розробила перший у 
світі промисловий ПЛК. За рівнем функціональності та продуктивності 
M340 займає проміжне місце в модельному ряду Schneider Electric, 
розташовуючись між контролерами Twido та Premium (рис. 3.1). 
Архітектурно контролер успадковує ключові технічні рішення старших 
моделей — зокрема Premium та високопродуктивного контролера Quantum, 
що забезпечує сумісність підходів до проєктування та масштабованість 
системи [21]. 
Для розробки програмного забезпечення M340 використовується 
середовище Unity Pro, спільне для всіх контролерів середнього та верхнього 
рівня Schneider Electric. Дана платформа підтримує повний набір стандартів 
програмування за IEC 61131-3, зокрема: 
- мовy інструкцій (Instruction List, LI); 
- релейно-контактні схеми (Ladder Diagram, LD); 
- функціональні блок-схеми (FBD); 
- послідовні функціональні блоки (SFC); 
- структурований текст (ST). 
Завдяки цьому M340 забезпечує високу уніфікацію програмування, 
гнучкість конфігурації та зручність інтеграції у сучасні системи 
автоматизації. 
52 
 
 
Рис. 3.1. Аппаратний модуль ПЛК M340 у зовнішньому виконанні 
 
Механічною основою апаратної частини контролера Modicon M340 є 
монтажна шина (кошик), на яку встановлюються блок живлення, 
процесорний модуль і модулі розширення. Конструкція передбачає 
можливість об’єднання до чотирьох таких кошиків в одну систему під 
керуванням єдиного центрального процесора. Виносні секції можуть 
розміщуватися на відстані до 30 метрів, що дозволяє формувати розподілену 
систему введення-виведення без застосування додаткових польових шин. 
Усі модулі, окрім блоку живлення, мають однакову ширину і 
займають один слот, що спрощує конфігурацію та модернізацію. Один 
кошик містить до 12 місць, і за умови встановлення живлення та процесора 
доступні 11 слотів для модулів вводу-виводу. У типовому виконанні така 
система займає в електрошкафу площу не більше 100×500×160 мм. 
Контролер M340 підтримує розширений набір промислових 
протоколів обміну, що забезпечує його гнучку інтеграцію в різні системи 
автоматизації. До переліку підтримуваних інтерфейсів належать 
Крім того, контролер дозволяє підключати операторські панелі серії 
XBT GT через USB-інтерфейс, що значно спрощує налаштування та 
діагностику обладнання, не потребуючи додаткових комунікаційних карт 
або модулів. 
53 
 
Процесорні модулі поділяються на дві основні категорії. 
До першої належить BMX P34 1000, який оснащений вбудованим 
портом RS-485 (Modbus RTU). 
До другої, більш продуктивної лінійки контролерів належать моделі 
серії BMX P34 2xxx. Вони вирізняються розширеною комунікаційною 
архітектурою та можливістю комбінованої роботи з різними інтерфейсами. 
Залежно від модифікації, процесор може одночасно містити кілька типів 
портівКожен процесор обладнаний картою пам’яті SD, яка 
використовується для резервного копіювання користувацької програми, 
символів, коментарів та постійних параметрів. У конфігураціях з Modbus 
TCP/IP карта може містити Web-додатки, включно з вбудованим Web-
сервером для віддаленого моніторингу. 
Продуктивність M340 становить: 
- до 5400 булевих інструкцій/мс для модуля P34 1000; 
- до 8100 булевих інструкцій/мс для серії P34 2xxx. 
 
У контролерах серії M340 передбачена широка номенклатура модулів 
введення та виведення, що дозволяє гнучко адаптувати систему під 
конкретні вимоги автоматизації. Архітектура модулярного типу забезпечує 
можливість поєднання різних типів каналів у межах одного 
автоматизованого комплексу. 
Дискретні модулі введення/виведення підтримують конфігурації від 8 
до 64 каналів, що дає змогу підключати значну кількість польових датчиків 
та виконавчих механізмів. Вони сумісні з діапазонами живлення 24 В, 48 В, 
110 В (AC/DC) та 220 В AC, що робить їх універсальними для промислових 
систем різного класу. 
До спеціалізованих модулів належать: 
- високошвидкісні лічильники для енкодерів (push-pull); 
- SSI-інтерфейси; 
54 
 
- модулі керування рухом (PTO) для роботи із сервоприводами. 
Для роботи в агресивних або нестабільних умовах доступне 
виконання з поліуретановим покриттям плат, що розширює температурний 
діапазон експлуатації від стандартних 0…+60 °C до –25…+70 °C. 
Модулі дискретного введення та виведення для контролера M340 
оснащуються змінними клемними блоками, що значно полегшує монтаж та 
подальше обслуговування. Для під’єднання сигналів можуть 
використовуватися два типи комутаційних елементів. 
Вони забезпечують: 
- надійний збір сигналів; 
- узгодження рівнів; 
- гальванічну розв’язку; 
- фільтрацію та захист від наведень. 
На виходах модулі формують керуючі сигнали відповідно до команд 
процесора, забезпечуючи стабільне й безпечне керування виконавчими 
механізмами. 
Модулі дискретного вводу та виводу серії BMX DDI / DDO / DRA 
виконані у стандартному корпусі на один слот. Конструкція модуля 
передбачає міцний зовнішній кожух, який надійно ізолює та захищає 
внутрішню електроніку, відповідаючи вимогам класу захисту IP20. Для 
запобігання випадковому зміщенню або випадінню модуля під час роботи в 
конструкції передбачені спеціальні фіксувальні гвинти, що гарантують 
стабільність його закріплення в корзині контролера. Модулі аналогового 
вводу 
BMX ART 0414 / 0814 - модулі з 4 та 8 ізольованими каналами, 
призначені для підключення термопар і температурних сенсорів (Pt, JPt, Ni, 
Cu), а також резистивних перетворювачів. Роздільна здатність — 15 біт + 
знак. 
BMX AMI 0410 - модуль із 4 ізольованими високошвидкісними 
55 
 
каналами, придатний для роботи з напруговими й струмовими сигналами; 
має роздільність 16 біт. 
BMX AMI 0800 / 0810 - модулі з 8 неізольованими швидкодіючими 
каналами, з роздільністю 15 біт + знак. 
Модулі аналогового виводу 
BMX AMO 0210 - два ізольовані канали, високий рівень вихідних 
сигналів (напруга/струм), роздільність 15 біт + знак. 
BMX AMO 0410  чотири ізольовані аналогові виходи з такою ж 
роздільністю. 
BMX AMO 0802  вісім неізольованих каналів, орієнтованих на задачі 
масового виводу даних. 
Модуль комбінованого введення-виведення 
BMX AMM 0600  4 канали вводу та 2 канали виводу (неізольовані), з 
роздільною здатністю від 12 до 14 біт залежно від діапазону та типу сигналу. 
У модулях аналогового вводу-виводу обладнано роз'ємом під 20-
контактну знімну клемну колодку, за винятком модулів аналогового вводу 
BMX ART 0414/0814 з термопарами / датчиками температури, які 
забезпечені 40- контактним з'єднувальним роз'ємом [22]. 
Всі аналогові модулі займають один слот монтажних шасі BMX XBP 
ppp. Ці модулі можна встановлювати в будь-який слот монтажного шасі, 
крім перших двох (PS і 00), які зарезервовані для установки модуля 
живлення BMX CPS pp0 і процесорного модуля BMX P34 pp0, відповідно. 
Забезпечення аналогових модулів електроживленням здійснюється по 
об’єднуючій шині (3,3 і 24 В). 
У конфігурації Modicon M340 з одним монтажним шасі максимальна 
кількість аналогових каналів залежить від кількості доступних слотів 
монтажного шасі (до 11 слотів). 
Для процесу водопостачання хлібозаводу відповідно до обраних 
технічних засобів автоматизації було скомпоновано контролер у 
56 
 
середовищі UNITY PRO. Його компонування наведено у табл. 3.1 та на 
рис. 3.2.  
Таблиця 3.1 
Реляційна модель компонентів контролера М340 
Основні технічні 
Найменування характеристики 
Позначення модуля К- сть модуля 
Сумісність із 
модулями серії M340 
Шасі термін служби – 12 
XBP 0600 1 контролера місяців 
CPS 2000 1 Вхідна напруга 
Модуль 100…240 V AC, 
живлення споживана потужність 
20 Вт 
P34 2020 1 Центральний 
Підтримка 
процесорний 
інтерфейсів RS-485/RS-
модуль 
232C, послідовний об. 
AMI 0810 1 8 ізольованих 
Аналоговий аналогових каналів 
модуль вводу 
AMO 0802 1 8 ізольованих 
Аналоговий 
аналогових каналів 
модуль виводу 
DDO 1602 1 16 ізольованих 
Дискретний 
аналогових каналів 
модуль вводу 
BMX FTB 2820 1 28-контактне 
Знімна клемна колопдікдак лючення до модулів 
 
BMX FTB 200 3 в2в0о-дкуо-нвтиавкотднуи й 
інтерфейс для 
під’єднання польових 
Знімна клемна колодка 
сигналів 
 
 
57 
 
 
Рис. 3.2. Комплект модулів M340, застосований для реалізації 
автоматизованого управління подачею води 
 
У складі шини встановлено такі модулі:  
- CPS 2000 модуль живлення контролера. 
- P34 2020 центральний процесорний модуль (CPU). 
- AMI 0810 аналоговий модуль вводу (8 каналів). 
- AMO 0802 / 0410 аналогові модулі виводу. 
- DDO 1602 дискретний модуль виводу (16 каналів). 
З правого боку показані вільні слоти для можливого розширення 
системи. 
На рис. 3.3 подано зовнішній вигляд процесорного модуля BMX P34 
2020, який оснащено вбудованим інтерфейсом Ethernet Modbus/TCP. Його 
лицьова панель містить низку індикаторів і роз’ємів, що забезпечують 
контроль роботи та підключення обладнання. 
Основні елементи передньої панелі: фіксуючий гвинт (позначення 0) 
призначений для жорсткого встановлення модуля в слот шасі. 
Світлодіодний індикаторний блок, кількість індикаторів залежить від 
58 
 
модифікації (8 або 10). Серед них: 
- RUN (зелений) — підтверджує виконання прикладної програми; 
- ERR (червоний) — сигналізує про помилку модуля або системи; 
- I/O (червоний) — вказує на несправність модулів 
введення/виведення; 
- SER COM (жовтий) — відображає активність Modbus по 
послідовному каналу; 
- CARD ERR (червоний) — відсутність, пошкодження або збій 
карти пам’яті; 
- ETH ACT (зелений) — активність у мережі Ethernet 
Modbus/TCP; 
- ETH STS (зелений) — стан підключення Ethernet; 
- ETH 100 (червоний) — режим швидкості Ethernet (10/100 
Мбіт/с). 
Роз’єм USB Mini-B, що використовується для під’єднання 
програматора або операторської панелі Magelis. 
Слот для карти пам’яті, який дозволяє зберігати резервні копії 
конфігурацій і програм. Поблизу розташований світлодіод, який інформує 
про стан доступу до карти. 
Порт RJ45 Ethernet для підключення до мережі TCP/IP зі швидкістю 
10BASE-T або 100BASE-TX. 
Роз’єм для послідовного інтерфейсу Modbus (RS-232C/RS-485), через 
який можна організувати обмін даними або підключити зовнішні серійні 
пристрої. 
Таким чином, процесорний модуль BMX P34 2020 оснащений 
широким набором комунікаційних можливостей та індикаторів, що 
спрощують діагностику, налаштування та інтеграцію в систему 
автоматизації водопостачання. 
Процесорний модуль CPS 2000 встановлюється першим, його 
59 
 
характеристика наведена у табл. 3.2. 
 
Рис. 3.3. Зовнішній вигляд процесорного модуля BMX P34 2020 
 
Зовнішній вигляд процесорного модуля BMX P34 2020, який є 
основним елементом контролера серії Modicon M340. 
Модуль має світлодіодні індикатори, порти Ethernet та USB для 
підключення до мережі та комп’ютера, а також слот для карти пам’яті, що 
використовується для збереження програми керування [23]. 
 
Таблиця 3.2. 
 Реляційна модель характеристики процесорного модуля CPS 2000 
Параметр Значення 
Напруга живлення(ОС) 24В 
Памя’ть  4096 кбайт 
Робоча памя’ть  3584 кбайт 
- інтегрована 256 кбайт 
Час обробки процесора  
- для бітових операцій 0.12 мкс 
- для операцій зі словами 0.25 мкс 
 
60 
 
Характеристики аналового модуля AMI 0810 подано в таблиці 3.3, а 
принципова схема його підключення відображена на рисунку 3.4. Цей 
модуль застосовується для перетворення аналогових сигналів у цифрову 
форму, що дає змогу передавати їх у контролер для подальшої обробки. Він 
відіграє роль проміжної ланки між фізичними вимірювальними датчиками 
та обчислювальною частиною системи, забезпечуючи точне та стабільне 
АЦ-перетворення. 
Таблиця 3.3. 
 Реляційна модель характеристики аналогового модуля AMI 0810. 
Параметр Значення 
Modicon M340 AMI 0810 
Загальна кількість входів 8 
Роздільна здатність 15 біт + знак 
Напруга живлення електроніки модуля 5V DC від внутрішньої 
шини 
- Гальванічне розділення  
 
 
Рис. 3.4. Схема під’єднання вимірювальних перетворювачів до 
аналогового модуля BMX AMI 0810 
61 
 
 
- Клеми  3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 та 17 відповідають вихідним сигналам I0–
I7, формованим модулем у струмовому режимі. 
- Клеми 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 та 16 є відповідними загальними контактами 
(Com), через які замикається контур вимірювального або виконавчого 
пристрою. 
Усі лінії струмового підключення обладнані заземленням через 
загальну шину (Earthing Bar), що забезпечує захист від паразитних наведень, 
статичних зарядів і електромагнітних завад. 
Підключення навантаження (датчиків, перетворювачів, керованих 
пристроїв) здійснюється послідовно у струмовій петлі, що гарантує сталість 
сигналу навіть при значній довжині кабелю. 
Модуль аналогових виходів призначений для виконання функції 
цифро-аналогового перетворення, тобто перетворення внутрішнього 
цифрового сигналу контролера у відповідний аналоговий вихідний сигнал, 
який подається на виконавчі механізми або пристрої регулювання. Технічні 
параметри модулів AMO 0802 та AMO 0410 наведені у табл. 3.4 – 3.5, а їх 
типові схеми підключення представлені на рис. 3.5 – 3.6. 
 
Таблиця 3.4. 
Реляційна модель характеристики аналогового модуля AMO 0802 
Параметр Значення 
Загальна кількість входів 8 
Роздільна здатність 15 біт + знак 
Напруга живлення електроніки 5V DC від внутрішньої шини 
модуля 
62 
 
 
Рис. 3.5. Підключення датчиків до аналогового вихідного модуля AMO 
0802 
 
Підключення здійснюється за принципом струмової петлі (0–20 мА 
або 4–20 мА), що забезпечує надійну передачу сигналу та високу 
завадостійкість у промислових умовах. Кожен канал модуля має окремий 
спільний контакт (Com0–Com7), який відповідає за підключення 
відповідного датчика. Для підвищення електробезпеки та стабільності 
роботи передбачено заземлення (Earthing Bar), що запобігає виникненню 
потенційних різниць між каналами [24; 29]. 
Таблиця 3.5 
Реляційна модель характеристики аналогового модуля AMO 0410 
 
Параметр Значення 
Modicon M340 AMI 0410 
Загальна кількість виходів 4 
63 
 
 
Продовження таблиці 3.5 
Параметр Значення 
Роздільна здатність 15 біт + знак 
Гальванічне розділення  
Між каналами і внутрішньої + 
шини контролера 
Дані для вибору датчиків  
Параметри вхідних сигналів  
канала підключення: 
Тип Струм 
Датчик сили струму ±20mA; 0…20mA; 4…20mA 
Довжина кабелю  BMX FTA 0 
(1,5, 3 та 5м) 
Фронтальний з’єднувач 20 - полюсний 
 
Аналоговий вихідний модуль AMI 0410 забезпечує високу точність 
передавання сигналів завдяки роздільній здатності 15 біт + знак та підтримці 
струмових діапазонів ±20 мА, 0,…20 мА і 4,…20 мА. 
Наявність гальванічного розділення підвищує електробезпеку системи, а 
використання фронтального 20-пінового з’єднувача спрощує підключення 
датчиків і монтаж у складі контролера Modicon M340. 
64 
 
 
Рис. 3.6. Схема під’єднання вимірювальних перетворювачів до 
аналогового вихідного модуля AMO 0410 
 
 Модуль дискретного виводу сигналів використовується задля 
перетворення внутрішніх логічних сигналів контролера в його вихідні 
дискретні сигнали. У табл. 3.6 наведено загальна характеристика модуля 
DDО 1602, а схема підключення показана на рис. 3.7. 
 
 
 
 
 
 
65 
 
Таблиця 3.6 
Структурована характеристика дискретного модуля DDO 1602 
Параметр Значення 
Modicon M340 DD0 1602 
Фронтальний з’єднувач 20 - полюсний 
Напруга дискретного виходу 24V 19…30V DC 
Струм дискретного виходу 0.5 A 
Струм на канал 0.625 A 
Струм на модуль 10A 
 
Модуль DDO 1602 приймає сигнали з контролера і перетворює їх у 
вихідні керуючі сигнали для підключених пристроїв  - наприклад, щоб 
увімкнути лампу, відкрити клапан або запустити двигун. 
 
Рис. 3.7. Схема приєднання виконавчих пристроїв до дискретного 
вихідного модуля DDO 1602 
66 
 
На рисунку показано схему підключення зовнішніх виконавчих 
пристроїв (датчиків або навантажень) до дискретного вихідного модуля 
DDO 1602. Модуль має 16 незалежних вихідних каналів (Q0–Q15), кожен з 
яких може керувати окремим виконавчим елементом. 
Схема демонструє типову організацію підключення дискретних 
виходів ПЛК, де кожен канал комутує живлення на виконавчий пристрій 
відповідно до програмної команди контролера. 
На рис. 3.8 подано схему підключення датчиків рівня води в 
резервуарі, температури води, тиску води, витрати води та рівня хлору у воді 
до модуля BMX AMI 0810. Кожен датчик формує аналоговий сигнал 
стандарту 4 -20 мА, який подається на відповідний вхід модуля. Живлення 
системи здійснюється від блоку живлення 24 V DC, а захист забезпечують 
запобіжники FU2–FU5. Додатково на схемі показано індикатор HL1 та 
вимірювальний прилад ITM-110, що відображає параметри процесу . 
         Кожен канал має свій загальний контакт (Com) для з’єднання з 
модулем AMI 0810, що забезпечує стабільну роботу системи й точне 
зчитування параметрів середовища. 
67 
 
 
Рис. 3.8.  Образно-знакова модель з’вязків 
відповідних датчиків до входів модуля BMX AMI 0810 
 
LT 1а – датчик рівня води в резервуарі; 
ТТ 2а – датчик температури води в резервуарі; 
РТ 5а – датчик тиску води; 
ІТМ-100 5б – індикатор – вимірювач; 
FT 8б – витратомір; 
QT 9б – датчик хлору у воді. 
На рис. 3.9 наведено схему підключення електропневматичних 
клапанів до вихідного модуля BMX AMO 0802, який формує аналоговий 
сигнал керування (4 - 20 мА). Кожен канал модуля відповідає за окремий 
клапан подачі води - до резервуара або споживачів (позначення 1в, 36, 46, 
68 
 
66, 76). Клапани живляться від пневматичної системи (компресора) з тиском 
600 кПа, а електричне керування здійснюється сигналом від контролера 
через відповідні канали (COM0–COM7). На схемі також показано 
підключення ліній живлення (+24 В і 0 В) та захисне заземлення. Така схема 
забезпечує плавне регулювання подачі води, контроль тиску та синхронну 
роботу всіх клапанів у системі автоматизації. 
 
Рис. 3.10. Образно-знакова модель з’вязків модуля BMX до елементів 
керування 
69 
 
 
Елементами керування є відповідні клапани: 
1в – клапан подачі води до резервуару; 
3б – клапан подачі води; 
4б – клапан подачі води; 
6б – клапан подачі води; 
7б – клапан подачі води; 
Схема наочно демонструє, як вихідні сигнали ПЛК через модуль AMO 
0802 перетворюються на фізичну дію виконавчих механізмів  пневматичних 
клапанів, що здійснюють керування потоками води в технологічному 
процесі. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
70 
 
3.2 Програмно-логічна реалізація керування на базі контролера M340 у 
системі подачі води на хлібозаводі 
 
Програмування ПЛК (PLC) передбачає реалізацію алгоритмів 
керування технологічними процесами за допомогою стандартизованих мов, 
визначених міжнародним стандартом IEC 61131-3. Даний стандарт 
регламентує вимоги до апаратного забезпечення, програмних засобів, 
інтерфейсів обміну, методів тестування та структури програм користувача . 
Цикл роботи ПЛК M340 
Після подачі живлення контролер виконує самодіагностику, перевірку 
конфігурації та ініціалізацію внутрішніх ресурсів. Якщо користувацька 
програма збережена в постійній пам’яті, PLC переходить до основного 
циклу роботи, який повторюється безперервно: 
- Початок циклу. 
- Зчитування стану всіх фізичних входів. 
- Виконання користувацької логіки керування. 
- Формування та запис стану виходів. 
- Обслуговування апаратних ресурсів (таймери, комунікація, 
внутрішні діагностичні процеси). 
- Контроль системного таймера та тривалості циклу. 
- Перехід до нового циклу. 
Такий принцип забезпечує детерміновану роботу контролера та 
синхронність усіх операцій керування. 
Для автоматизації роботи насосної станції та резервуара було 
сформовано логічний алгоритм, який керує подачею води, роботою клапанів 
і насосів, а також підтримує стабільний тиск у трубопроводі [25]. 
Послідовність роботи алгоритму: 
Після натискання кнопки START система ініціює повне відкриття 
клапана, що забезпечує подачу води в резервуар. Оператор попередньо 
71 
 
встановлює допустимі межі рівня — мінімальне та максимальне значення, в 
рамках яких повинна працювати система. 
У режимі автоматичного керування активуються запірні механізми 
3б, 4б, 6б та 7б, що забезпечує формування основних потоків та 
оптимальний розподіл води по технологічній схемі. Завдяки цьому 
підтримується стабільний гідравлічний режим і безперебійна робота 
системи водопостачання. 
Після досягнення рівня 50% система автоматично зменшує витрату, 
встановлюючи клапан подачі на 50% відкриття. 
При досягненні верхнього порога рівня активується контур 
регулювання рівня резервуара. 
Контролер встановлює цільове значення тиску у магістралі та активує 
регулятор стабілізації старту двигуна М1 (через частотний перетворювач). 
Якщо тиск падає нижче встановленого значення — вмикається 
регулятор частоти швидкості двигуна М2. 
При натисканні кнопки STOP PLC закриває всі задвижки та повністю 
остановлює роботу двигунів, переводячи систему у безпечний стан. 
Після завершення компонування контролера виконується детальний 
опис усіх змінних, що використовуються у програмному проєкті, а також 
налаштування окремих модулів, які відповідають за функціонування 
системи водопостачання хлібозаводу. 
У процесі конфігурації задаються параметри роботи процесорного 
модуля, дискретних та аналогових модулів введення/виведення, а також 
визначаються адреси, типи сигналів і режими їх обробки. 
Графічні інтерфейси налаштування контролера та його модулів 
наведені на рис. 3.11–3.12, де відображено структуру апаратної конфігурації 
та параметри кожного підключеного елемента. 
72 
 
 
Рис. 3.11. Вікно налаштувань процесорного модуля CPU 340-20 у 
середовищі конфігурації 
 
Ця конфігурація використовується для задання режиму роботи, обсягу 
доступної пам’яті та параметрів ініціалізації процесора, що є необхідним 
етапом перед програмуванням і введенням контролера в експлуатацію. 
 
Рис. 3.12. Конфігурація модуля аналогових входів BMX AMI 0810 
 
Конфігурація дозволяє налаштувати роботу аналогових входів 
контролера для коректного зчитування даних від підключених датчиків у 
73 
 
системі автоматизації. 
На рис. 3.13 показано конфігурацію модуля аналогових виходів. 
Цей модуль використовується для передачі аналогових сигналів 
(наприклад, 4 - 20 мА) від контролера до виконавчих механізмів або 
регулюючих пристроївтаких як клапани, приводи чи регулятори швидкості. 
 
 
Рис. 3.13. Вікно налаштування параметрів роботи процесорного модуля 
CPU 340-20 у середовищі конфігурації 
 
Відповідно до алгоритму було розроблено програму на мові 
функціональних блоків FBD та має назву Main. Перелік змінних відповідно 
до розроблених схем та функціональних блоків, що використовуються у 
програмі показано на рис. 3.14. 
74 
 
 
Рис. 3.14. Системний перелік ключових змінних, що використовуються в 
алгоритмах керування водопостачанням 
 
На рисунку зображено основні параметри, що описують стан об’єктів 
системи: 
- Name - назва змінної (наприклад, L_rezerv, T_rezerv, P_vody), 
- Type - тип даних (INT, BOOL, REAL тощо), 
- Address - адреса в пам’яті контролера (%IW, %QW, %MW), 
- Comment  коментар із поясненням фізичного значення змінної. 
На рис. 3.15 показано перелік функціональних блоків, що 
використовуються в програмі керування системою водопостачання. 
 
Рис. 3.15. Набір функціональних блоків, залучених у роботі системи 
керування подачею води 
75 
 
 
Ці функціональні блоки забезпечують автоматичне підтримання 
заданих параметрів системи за допомогою сигналів з аналогових датчиків і 
виконавчих пристроїв. Конфігурація цих блоків є важливою частиною 
програмного забезпечення ПЛК, оскільки вона визначає алгоритми 
регулювання та стабільність роботи всього процесу водопостачання [26]. 
Основний програмний алгоритм наведено на рис. 3.16. Для перевірки 
стану кнопки START застосовується порівняльний блок EQ: на його вхід 
IN1 подається відповідний сигнал, що дозволяє визначити факт активації 
команди запуску. 
 
Рис. 3.16. Фрагмент головного алгоритму керування системою 
водопостачання хлібозаводу 
76 
 
У програмі контролера логіка роботи запуску та зупинки насосної 
станції реалізована через блок порівняння EQ. На його перший вхід (IN1) 
передається поточний стан кнопки START, а на другий (IN2) — фіксоване 
значення «1», що використовується як умова активації. Коли ці два значення 
збігаються, система інтерпретує це як команду на запуск. 
У цьому випадку формується сигнал на відкриття всіх керованих 
клапанів. Для цього використовується блок MOVE: на його вхід EN 
подається логічний сигнал про дозвіл роботи, а на вхід IN передається 
значення «100», що відповідає повному відкриттю виконавчих органів. 
Аналогічно працює й команда STOP. Якщо кнопка STOP активована 
та блок EQ фіксує відповідність формальних вхідних сигналів, контролер 
формує протилежну команду — через той самий блок MOVE клапани 
переводяться у закрите положення, а частотні перетворювачі отримують 
команду на зупинку. 
Рівнем у резервуарі керує функціональний блок PI_B (ПІ-регулятор) з 
іменем L_rez. У канал PV передається виміряне значення рівня L_rezerv, а 
на вхід SP — задана уставка L_rezerv_SP. Робота регулятора в 
автоматичному режимі забезпечується параметром MAN_AUTO=TRUE. 
Всі параметри та ліміти ПІ-регулятора визначаються через структуру 
PARA, у якій задаються межі допустимих значень для входів та виходів, а 
також налаштування алгоритму. Приклад візуалізації та доступних 
параметрів регулятора наведено на рис. 3.17. 
77 
 
 
Рис. 3.17. Інтерфейс налаштування параметрів ПІ-регулятора, 
що керує рівнем води в резервуарі 
 
Цей рисунок показує вікно налаштування параметрів ПІ-регулятора 
рівня в резервуарі. У таблиці відображені основні змінні регулятора: межі 
вхідного та вихідного сигналів, коефіцієнт підсилення, час інтегрування.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
78 
 
3.3 Структура та принцип підключення датчиків і виконавчих 
механізмів до ПЛК 
 
Підключення датчиків та виконавчих механізмів до 
мікропроцесорного контролера є ключовим етапом побудови 
автоматизованої системи водопостачання хлібозаводу. Усі сигнальні та 
силові ланцюги формуються відповідно до функціонального призначення 
обладнання, особливостей використовуваних датчиків та вимог до 
електробезпеки. Для цього застосовуються спеціалізовані модулі вводу та 
виводу, кожен з яких виконує свою роль у структурі керування. 
Підключення датчиків до модулів аналогового вводу. Аналогові 
сигнали від первинних перетворювачів надходять на модуль BMX AMI 
0810, який призначений для роботи з уніфікованими сигналами типу 4–20 
мА. Це дозволяє забезпечити високу точність зчитування показників та 
зменшити вплив електромагнітних завад у промислових умовах. 
До цього модуля підключаються: 
- датчики рівня типу APR-2200; 
- датчики тиску PTL-16-A; 
- термометри опору ТСПУ-100П; 
- витратоміри MAG6000. 
Усі первинні перетворювачі живляться від окремого джерела +24 
VDC, що подає напругу через запобіжники FU2–FU5. Номінали 
запобіжників підбираються індивідуально: 
0,5 А – для витратомірів та сенсорів з підвищеним споживанням; 
0,1 А – для термометрів опору та датчиків рівня. 
Це дозволяє захистити сигнальні кола від струмових перенавантажень 
та короткого замикання. Для спрощення технічного обслуговування всі лінії 
живлення маркуються діапазоном 814–820, а сигнальні лінії — 100–109, що 
дає можливість швидко ідентифікувати конкретний канал на схемах та в 
79 
 
монтажному шафовому обладнанні. 
Підключення виконавчих механізмів до модулів аналогового виходу 
Для керування виконавчими пристроями використовується модуль 
аналогових виходів BMX AMO 0802, який формує сигнали 4–20 мА для: 
- електропневматичних позиціонерів YT-130; 
- регулювальних клапанів; 
- механізмів плавного відкриття/закриття засувок; 
- систем дозування. 
Підключення до цих механізмів реалізовано окремими лініями з 
маркуванням 300–311, що дозволяє не лише чітко розмежувати кола 
керування, а й забезпечує інтеграцію виконавчих модулів у загальну ланку 
зворотного зв’язку. 
Підключення частотних перетворювачів. У системі застосовуються 
частотні перетворювачі ATV650 Schneider Electric, які виконують плавне 
регулювання обертів двигунів насосних агрегатів. Управління ними 
здійснюється через аналоговий вхід AI2, куди подається сигнал 4–20 мА з 
модуля AMO 0802. 
Живлення вхідного кола здійснюється через запобіжники FU6–FU7 
номіналом 0,1 А, що гарантує захист електроніки перетворювача. Сигнальні 
лінії між контролером та частотним перетворювачем мають позначення 
312–317. 
Трифазне силове живлення підводиться до перетворювача окремими 
магістралями: 
- лінії 900–905 — подача фази та нуля від силового щита; 
- лінії 909–914 — вихід до теплових реле двигунів. 
Підключення електродвигунів та захист. Електродвигуни насосів 
підключаються через теплові реле КК1–КК6, які забезпечують 
автоматичний захист від: 
- перевантаження; 
80 
 
- міжфазного перекосу; 
- надмірного струмового споживання. 
Це дозволяє уникнути поломок двигунів та зменшує ризик аварійних 
ситуацій. Вихідні лінії на двигуни мають маркування 906–908 та 915–917, 
що упорядковує монтаж і полегшує діагностику [28]. 
Структура та перелік обладнання. Уся апаратура, яка бере участь у 
формуванні та обробці сигналів, систематизована у табл. 3.7. 
Таблиця 3.7  
Перелік застосованих технічних засобів у схемі підключення 
Позначенн Найменування обладнання Кіль Тип 
я на схемі кість вихідного 
сигналу 
 
1а 1 
Гідростатичний вимірювач рівня APR-220 4-20 мА 
 
2а Термометр опору ТСПУ 100П 1 
4-20 мА 
5а 1 
Датчик контролю тиску PTL-16-A 4-20 мА 
 
5б Панельний індикатор ITM-110 1 
4-20 мА 
1б, 3а, 4а, Електропневматичні позиціонери для керування 5 
6а, 7а арматурою 
4 - 20мА 
5 4 - 20мА 
Поворотні дискові затвори (арматура типу «метелик») 
1в, 3б, 4б,  
6б, 7б 
5в, 5г Частотний перетворювач ATV650 (Schneider Electric) 2  
 
FU6- FU7 Запобіжники з плавкою вставкою 0,1 А 2 
 
КК1-КК4 Теплові реле захисту 4 
QF1-QF2 Триполюсний автоматичний вимикач 25 А, 380 В 2  
ВМХ Модуль аналогових виходів (8 каналів) 1  
АМО 0410 
BMX FTB 20-контактна з’ємна клемна колодка зі затискачами 1  
2010 
 
81 
 
Наведено: 
- повний перелік датчиків та виконавчих механізмів; 
- їх кількість; 
- тип вихідного сигналу; 
- місце встановлення та функціональне призначення. 
Це дозволяє отримати повне уявлення про обсяги використаного 
обладнання, а також забезпечує можливість легкої модернізації чи 
розширення системи в майбутньому. 
Система подачі води на хлібозаводі працює за принципом стабілізації 
необхідного тиску в мережі. Підтримання цього тиску забезпечується двома 
частотними перетворювачами, які регулюють швидкість обертання насосів, 
збільшуючи або зменшуючи подачу залежно від реального 
водоспоживання. Детальна розширена схема та графічне відображення 
підключень представлені на рис. 3.18. 
 
Рис. 3.18. Схема детального під’єднання датчика тиску PTL-16-A 
через вимірювальний модуль ITM-110 до аналогового входу 
82 
 
 
На поданому рисунку наведено варіант електричного підключення 
датчика тиску PTL-16-A до аналогового модуля вводу BMX AMI 0810 із 
використанням проміжного індикатора ITM-110. Струмовий сигнал 
діапазону 4–20 мА проходить через захисний запобіжник FU4 (0,1 А), після 
чого подається на модуль ITM-110 для відображення виміряного значення. 
Далі цей же сигнал передається на відповідні клеми модуля контролера 
(позиції 106–107). На схемі також позначено підключення джерела 
живлення 24 VDC, лінії 220 В та всі необхідні сигнальні та заземлювальні 
провідники. 
Структурну схему реалізації підключення датчика тиску PTL-16-A до 
модуля аналогових входів через індикаторний модуль наведено на рис. 3.19. 
 
 
Рис. 3.19.  Схематичне відображення підключення датчика тиску через 
модуль індикації  
83 
 
Для контролю тиску в системі застосовується датчик тиску PTL-16-A, 
який формує стандартний струмовий сигнал. Як вторинний індикатор 
обрано прилад ITM-110 виробництва «Мікрол». Налаштування ITM-110 
може виконуватися як через кнопки на передній панелі, так і через 
гальванічно ізольований інтерфейс RS-485 за протоколом Modbus, що дає 
можливість використовувати пристрій як віддалений модуль відображення 
параметрів. Усі встановлені параметри зберігаються у незалежній 
енергонезалежній пам’яті. Контролером у системі виступає Modicon M340. 
Згідно зі схемою, живлення датчика PTL-16-A подається від блока 
живлення на 24 В / 5 А, який забезпечує подачу позитивного потенціалу на 
відповідний висновок датчика. Його вихідний аналоговий сигнал 
спрямовується на клему 27 ITM-110, тоді як клема 28 приладу отримує 
живлення 24 В. Після обробки у вимірювальному модулі ITM-110 сигнал 
передається на входи 7 і 8 аналогового модуля BMX AMI 0810. 
У схемі також реалізована індикація аварійного зниження тиску за 
допомогою контрольної лампи на щиті керування. На елемент HL1 
подається керуючий сигнал із клеми 31 ITM-110, а також живлення, що 
забезпечує візуальне сповіщення оператора про критичні ситуації. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
84 
 
Висновки  
 
У третьому розділі було розроблено повну архітектуру системи 
автоматизації процесу водопостачання хлібозаводу на базі промислового 
контролера Modicon M340. Сформовано структуру апаратних засобів, 
включно з вибором оптимальної конфігурації модулів вводу-виводу, засобів 
живлення, комунікаційних інтерфейсів та периферійних компонентів, що 
забезпечують стабільність і масштабованість системи. 
Було створено алгоритм функціонування системи, який охоплює 
роботу насосних агрегатів, керування електропневматичними клапанами, 
підтримання необхідного рівня у резервуарі та стабілізацію тиску в 
магістралі. Алгоритм реалізований у вигляді програмного коду на мові 
функціональних блоків (FBD) відповідно до стандарту IEC 61131-3. 
Показано конфігурацію та параметризацію основних функціональних 
блоків, зокрема ПІ-регуляторів, логічних елементів, блоків порівняння та 
командних структур. 
Особливу увагу приділено інтеграції датчиків та виконавчих 
механізмів у систему керування. Наведено структуру підключення 
аналогових та дискретних сигналів до модулів AMI 0810, AMO 0802 та DDO 
1602, включно з маркуванням ліній, вибором номіналів запобіжників, 
організацією живлення та заземлення. Продемонстровано схеми взаємодії 
ПЛК з частотними перетворювачами, індикаторними модулями та 
пневматичними клапанами, що забезпечує повний технологічний контроль 
процесу водопостачання. 
У результаті виконаної роботи розроблено комплексне програмно-
апаратне рішення, яке забезпечує: 
- точне та стабільне регулювання параметрів технологічного 
процесу; 
- високу надійність передавання сигналів 4–20 мА у промислових 
85 
 
умовах; 
- можливість масштабування та подальшої модернізації системи; 
- інтеграцію із SCADA-системою для моніторингу, діагностики 
та архівування даних; 
- підвищення енергоефективності роботи насосного обладнання 
завдяки частотному регулюванню. 
Таким чином, розділ 3 сформував завершений комплекс технічних 
рішень, що дозволяють реалізувати ефективну, безпечну та 
енергооптимізовану систему автоматизації водопостачання хлібозаводу. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
86 
 
ВИСНОВКИ 
 
У виконаній кваліфікаційній роботі проведено комплексне 
дослідження, спрямоване на підвищення ефективності функціонування 
системи водопостачання хлібозаводу шляхом розроблення та 
обґрунтування моделі автоматизованої системи керування насосною 
станцією на основі сучасних технічних і програмних засобів. Актуальність 
теми зумовлена необхідністю енергозбереження, підвищення надійності 
подачі води, стабілізації тиску в мережі та мінімізації впливу людського 
фактора на технологічні процеси підприємств харчової промисловості. 
У першому розділі досліджено хлібозавод як енерготехнологічний 
комплекс, визначено структуру та особливості роботи системи 
водопостачання, а також сформульовано вимоги до автоматизації. Аналіз 
показав, що традиційні підходи до керування насосними станціями не 
забезпечують необхідної адаптивності, вимагають значних енергетичних 
витрат та не гарантують достатньої точності регулювання параметрів. 
Обґрунтовано доцільність впровадження інтелектуальних систем, здатних 
автоматично реагувати на зміни технологічних навантажень та мінімізувати 
людський фактор. 
У другому розділі сформовано модель автоматизації водопостачання, 
виконано вибір сучасних технічних засобів — датчиків рівня, тиску, 
витрати, температури, аналізаторів якості води, частотних перетворювачів, 
а також ПЛК M340 та SCADA-системи Citect. Побудовано образно-знакові, 
структурні та функціонально-логічні моделі, що визначають архітектуру 
всієї системи. Окрема увага приділена розробці моделі інтерфейсу 
оператора, який забезпечує візуалізацію параметрів у реальному часі, 
підтримку аварійних режимів та можливість оперативного втручання у 
роботу обладнання. Результати підтверджують, що використання сучасних 
датчиків (APR-2200, PTL-16, MAG 6000, Q46H/79PR та ТСПУ-100П) 
87 
 
дозволило зменшити похибки вимірювання, покращити стабільність 
регулювання та підвищити надійність роботи насосної станції.  
У рамках моделювання системи керування було досліджено динамічні 
характеристики об’єкта. Встановлено, що для підтримання стабільного 
тиску у трубопроводі оптимальним є застосування ПІ-регулятора, який 
забезпечує відсутність статичної похибки, мінімальний час перехідного 
процесу та високу стійкість системи до збурень. Отримані результати 
підтвердили можливість досягнення енергозбереження та зниження 
навантажень на обладнання за рахунок правильно обраного алгоритму 
керування. 
У третьому розділі розроблено повний алгоритм роботи 
автоматизованої системи, описано структуру ПЛК, специфікацію модулів, 
схему підключення датчиків та виконавчих механізмів. Реалізовано логіку 
керування процесом заповнення резервуара, стабілізації тиску, роботою 
насосних агрегатів та аварійним захистом. Створений програмний модуль 
на основі мови функціональних блоків (FBD) забезпечує надійну роботу 
системи у штатних та перехідних режимах. 
Підсумовуючи результати дослідження, можна стверджувати, що 
розроблена автоматизована система: 
- забезпечує стабільну подачу води на всіх етапах виробництва; 
- підвищує енергоефективність роботи насосного обладнання на 
25–35 %; 
- зменшує ризики аварій, пов’язаних із перепадом тиску, «сухим 
ходом» насосів та переповненням резервуарів; 
- підвищує точність вимірювань та оперативність контролю 
технологічних параметрів; 
- створює умови для подальшої модернізації підприємства та 
інтеграції у більш масштабні системи диспетчеризації. 
 
88 
 
Наукова новизна роботи полягає у розробленні структурної моделі 
автоматизованої системи керування насосною станцією хлібозаводу з 
використанням частотного регулювання електродвигуна та можливістю 
адаптивної зміни режимів роботи залежно від реального водоспоживання. 
Уперше для даного об’єкта запропоновано комплексне поєднання 
промислових датчиків, ПЛК, частотних перетворювачів і SCADA-системи з 
урахуванням особливостей технологічного середовища хлібопекарського 
виробництва. 
Практичне значення отриманих результатів полягає у формуванні 
повного пакета інженерних рішень для впровадження автоматизованої 
системи керування водопостачанням підприємства, зокрема: 
– розроблено структурну та електричну схеми підключення компонентів; 
– створено алгоритм керування насосами та системою підтримання тиску; 
– запропоновано архітектуру диспетчеризації на основі SCADA-системи; 
– підготовлено модель взаємодії всіх компонентів у єдиному інформаційно-
керуючому середовищі. 
Таким чином, у роботі сформовано цілісну модель автоматизації 
системи водопостачання хлібозаводу, що відповідає сучасним вимогам до 
ефективності, надійності та енергозбереження. Реалізація запропонованих 
рішень забезпечує стабільну подачу води, оптимізацію режимів роботи 
насосного обладнання, зниження енергоспоживання та підвищення рівня 
автоматизації технологічних процесів підприємства. 
 
 
 
 
 
 
 
89 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 
 
1. Слободяник В. О., Тетеря О. В. Енергоефективність систем 
водопостачання харчових підприємств // Наукові праці ОНАХТ. – 2020. – 
№2. – С. 112–118. Режим доступу: 
https://dspace.op.edu.ua/handle/123456789/6712 
2. Тетеря О. В. Автоматизація технологічних процесів харчових 
виробництв : навч. посіб. – Київ : КПІ ім. І. Сікорського, 2020. – 132–138 с. 
3. Момотюк В. В., Козирський В. В. Енергоаудит хлібокомбінату – 
основа розробки енергозберігаючих технологій Науковий вісник НУБіП 
України. Серія : Техніка та енергетика АПК. – 2016. – С. 125–129. 
Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/nvnau_tech_2016_242_21 
4. Ладанюк А. П., Мартинов О. В. Енергетична ефективність насосних 
станцій водопостачання : монографія. – Київ : КПІ, 2020. – 98 с. 
5. Ладанюк А. П., Трегуб В. Г. Автоматизація технологічних процесів  
підручник. – Київ : Ліра-К, 2018. – 368 с. 
6. Vijeo Citect Technical Overview – Square D. – Schneider Electric. – 
Режим доступу: https://www.yumpu.com/en/document/view/2926326/ 
vijeo-citect-technical-overview-square-d 
7. Автоматизація та диспетчеризація водопостачання. Режим доступу: 
https://www.novus-cybernetic.com/poslugy/avtomatyzatsiia-vodopostachannia 
8. Svaltera. Автоматизація систем водопостачання. Режим доступу: 
https://www.svaltera.ua/solutions/projects/10183.php 
9. Svaltera. Система автоматизованого управління веєрною насосною 
станцією. Режим доступу: https://www.svaltera.ua/solutions/projects/9237.php 
10. Трегуб В. Г. Проектування систем автоматизації : навч. посіб. – 
Київ : Ліра-К, 2014. – 342 с. 
11. Тетеря О. В., Слободяник В. О. Автоматизація технологічних 
процесів харчових виробництв : підручник. – Київ : КПІ, 2020. – 248 с. 
90 
 
12. Ладанюк А. П., Мартинов О. В. Проектування систем 
автоматизації технологічних процесів : навч. посіб. – Київ : КПІ, 2019. 312с. 
13. Термоперетворювачі : техн. документація. Режим доступу: 
https://tera.com.ua/commonfiles/t-sensors.pdf 
14. Aplisens. Інтелектуальний перетворювач перепаду тиску APR-2200 
: техн. опис. Режим доступу: https://aplisens.com.ua/ru/prod/11 
15. HK Instruments. Датчик тиску PTL-16-A : техн. опис. 
Режим доступу: https://hkinstruments.fi/wp-content/uploads/2019/09/PTL-
Series_Datasheet-RUS-2.1.pdf 
16. Siemens. MAG 6000 : технічна документація. Режим доступу: 
https://www.avigan.com.ua/page/magflo-mag-5000-i-magflo-mag6000/mp/783/ 
17. InterApp. Пневмоприводи : техн. опис. Режим доступу: 
https://www.kck.ua/dir/actuators/pneumatic/pnevmoprivody-kompanii-
interapp.html 
18. Бур’ян С. О. Енергоефективні електромеханічні системи насосних 
станцій : автореф. дис. – Київ, 2012. – 24 с. 
19. Бур’ян С. О. Екстремальні енергоефективні електромеханічні 
системи автоматизації… : автореф. дис. – Київ, 2012. – 24 с. 
20. Svaltera. Автоматизація насосних станцій водопостачання : 
технічний опис. – 2022. Режим доступу: https://www.svaltera.ua 
21. Schneider Electric. Water & Wastewater Solutions Catalogue. – Rueil-
Malmaison, 2011. – 44 с. 
22. ДСТУ ISO 50001:2020. Системи енергетичного менеджменту. 
Вимоги та настанови. – Київ : Мінекономіки України, 2021. – 54 с. 
23. Трегуб В. Г. Основи автоматизованого керування технологічними 
процесами : підручник. – Київ : Ліра-К, 2017. – 280 с. 
24. Ельперін І. В. Промислові контролери. Частина 2 : навч. посіб. – 
Київ : НУХТ, 2012. – 106 с. 
25. Modicon M340 : технічний опис. Режим доступу: 
91 
 
https://www.electrocentr.com.ua/products/plc/m340.html 
26. Пупена О. М., Ельперін І. В. Програмування промислових 
контролерів у середовищі Unity Pro : навч. посіб. – Київ : Ліра-К, 2013. – 
340с. 
27. Schneider Electric. Citect SCADA – Technical Overview. Режим 
доступу: https://www.se.com/th/en/download/document/CSIM2016/ 
28. Ельперін І. В. Промислові контролери. Частина 1 : навч. посіб. – 
Київ : НУХТ, 2010. – 150 с. 
92