лекция 6

1.

Автоматтандырудың
бағдарламалық жасақтама
Автоматтандырудағы
бағдарламалық жасақтама
технологиялары мен олардың
қолданылуы

2.

Дәріс жоспары
01
Автоматизациядағы БЖ рөлі
Бағдарламалық жасақтаманың
автоматтандырылған
жүйелердегі орны мен
маңыздылығы
04
Процестерді модельдеу
Автоматизацияланған
жүйелерді моделдеу және
симуляция технологиялары
07
02
03
Негізгі тілдер мен орталар
PLC контроллерлерін
Автоматизацияда қолданылатын бағдарламалау
программалау тілдері мен
Өнеркәсіптік контроллерлерді
дамыту орталары
бағдарламалау әдістері мен
стандарттары
05
06
SCADA жүйелері
Интеграция мысалдары
Диспетчерлік басқару және
Нақты автоматизацияланған
деректерді жинау жүйелері
жүйелердегі БЖ
интеграциясының практикалық
мысалдары
Салыстырмалы талдау
Әртүрлі құралдардың артықшылықтары мен кемшіліктерін талдау

3.

Автоматтандырудағы бағдарламалық жасақтаманың рөлі
Бағдарламалық жасақтама (БЖ) автоматтандырылған жүйелердің
«миы» болып табылады. Сенсорлар ақпарат берсе, атқарушы
құрылғылар команданы орындаса, БЖ жүйенің барлық буындарын бір
тұтасқа біріктіреді.
БЖ-ның негізгі міндеттері:
• Нақты уақыт режимінде процестерді басқару - жүйе
миллисекундтық дәлдікпен әрекет етуі тиіс
• Сигналдар мен деректерді өңдеу - сенсорлардан келетін
аналогтық және сандық сигналдарды талдау
• Алгоритмдер бойынша шешім қабылдау - алдын ала жазылған
логикалық ережелер негізінде автоматты шешімдер
• Визуализация және бақылау - адам-машина интерфейсі арқылы
жүйемен өзара әрекеттесу
Мысал: Өндірістік орау конвейерінде роботтандырылған
манипулятор тауарды жылжытады. БЖ жылдамдықты
бақылайды, камера арқылы орамның дұрыстығын тексереді
(кескінді өңдеу алгоритмі), ал SCADA статистиканы көрсетеді.
Автоматтандырылған жүйедегі БЖ-ның рөлі

4.

Негізгі бағдарламалау тілдері мен орталары
Автоматтандыру саласында әртүрлі тапсырмаларға арналған көптеген бағдарламалау
тілдері мен дамыту орталары қолданылады:
Тіл/Орта
Ерекшеліктері
Автоматизациядағы қолданылуы
C/C++
Жоғары жылдамдық, «темір»ге
тікелей қол жеткізу, ықшам
бағдарламалар
Қарапайымдық, кітапханалардың көп
саны (NumPy, Pandas, TensorFlow)
Микроконтроллерлер, ендірілген жүйелер,
критикалық уақытта жұмыс істейтін
жүйелер
Аналитика, машиналық оқыту, сигналдарды
өңдеу, деректерді талдау
Matlab/Simulink
Қуатты математикалық функциялар,
көрнекі модельдеу мүмкіндіктері
Күрделі басқару жүйелері, сигналдарды
өңдеу, жүйелерді модельдеу
LabVIEW
Графикалық бағдарламалау (блоксхемалар арқылы)
Ғылыми эксперименттер, өлшеу кешендері,
зертханалық жұмыстар
PLC-бағдарламалар
Контроллерлерге арналған
стандартталған тіл (Ladder Logic, ST)
Өнеркәсіптік қондырғыларды басқару
(конвейерлер, насостар)
Python

5.

PLC контроллерлерін бағдарламалау
PLC (Programmable Logic Controller) - процестерді басқаруға арналған
арнайы компьютер. Бұл өнеркәсіптік автоматизацияның негізгі элементі
болып табылады.
IEC 61131-3 стандартының тілдері:
Ladder Diagram (LD)
Релейлік логика негізіндегі графикалық тіл, электриктерге түсінікті
Function Block (FBD)
Функционалдық блоктар арқылы логиканы сипаттау
Structured Text (ST)
Pascal тіліне ұқсас жоғары деңгейлі бағдарламалау тілі
Sequential Function Chart
Процестердің қадамдық сипаттамасы, күрделі логика үшін
LD мысалы: Сұйықтық деңгейін бақылау:
егер деңгей < 20% → насосты қосу, егер > 80% → насосты өшіру.
Бұл қарапайым логика релейлік схема түрінде жазылады.

6.

Процестерді модельдеу және симуляция
Модельдеу мен симуляция нақты өндіріске енгізілгенге дейін жүйелерді тексеру үшін қажет.
Бұл әдіс қауіпсіздік пен шығындарды азайтуға мүмкіндік береді.
Matlab/Simulink
AnyLogic
Modelica/OpenModelica
Үлкен математикалық мүмкіндіктер, нақты
жабдықпен интеграция. Сигналдарды
өңдеу, басқару жүйелерін жобалау үшін
кеңінен қолданылады. Кемшілігі - қымбат
лицензия.
Дискретті және агенттік модельдерді
қолдайды. Көлік ағымдарын, өндіріс
процестерін модельдеуге өте ыңғайлы.
Үйренуге қиын, бірақ қуатты
мүмкіндіктері бар.
Ашық кодты, тегін орта. Физикалық
жүйелерді модельдеуге арналған.
Өнеркәсіптік қолдауы шектеулі, бірақ
академиялық жобалар үшін тамаша.
Практикалық мысал: Simulink-те пештегі температура динамикасы модельделеді. ПИД-реттеуіші виртуалды ортада
сыналады - бұл нақты пешпен эксперимент жасағаннан арзан және қауіпсіз.
Модельдеу процесі бірнеше кезеңнен тұрады: жүйенің математикалық моделін құру, параметрлерді анықтау, симуляцияны жүргізу
және нәтижелерді талдау. Дұрыс жасалған модель нақты жүйенің мінез-құлқын 95%-дан жоғары дәлдікпен болжай алады.

7.

SCADA жүйелері
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) –
диспетчерлік басқару және деректерді жинау жүйелері.
Бұл өнеркәсіптік автоматандырудың жоғары деңгейі
болып табылады.
SCADA функциялары:
Жабдықтың жұмысын бақылау - барлық датчиктер мен механизмдердің күйін қадағалау
Деректерді архивтеу - ұзақ мерзімді деректерді сақтау және талдау
Визуализация (HMI) - адам-машина интерфейсі арқылы көрнекі басқару
Нақты уақыт режимінде басқару - операторлардың тікелей араласуы
Танымал SCADA жүйелері: Wonderware, WinCC (Siemens), Ignition, TRACE MODE, MasterSCADA.
Аналитикалық есеп: Зауытта 100 температура мен қысым датчиктері бар
делік.
SCADA мүмкіндіктері: 1 с/рет деректер жинау, 1 жылдық архив (≈ 3 млрд
өлшем), статистиканы талдау және аномалияларды анықтау.

8.

БЖ интеграциясының
практикалық мысалдары
Ақылды үй жүйесі
Қозғалыс датчиктері → контроллер (Raspberry Pi Python-да) →
жарық беруді басқару. Температура, ылғалдылық, қауіпсіздік
жүйелерін біріктіру.
Сусын зауыты
PLC насостар мен клапандарды басқарады; SCADA процесті
визуализациялайды; деректер ERP-жүйесіне беріледі. Толық
автоматизацияланған өндіріс.
Дрон автопилоты
C++ тіліндегі микроконтроллер моторларды басқарады; Matlab
траекторияны модельдейді; Python камерадан кескінді өңдейді.
Әрбір мысал көп деңгейлі архитектураны көрсетеді: төменгі деңгей
(датчиктер, актуаторлар), орташа деңгей (контроллерлер, логика) және
жоғары деңгей (басқару, мониторинг). Интеграция әртүрлі протоколдар
арқылы жүзеге асырылады: Modbus, Profibus, Ethernet/IP, OPC UA.

9.

Құралдардың салыстырмалы талдауы
Тапсырмаға байланысты БЖ таңдау - автоматизация инженерінің маңызды дағдысы:
Тапсырма
Оңтайлы БЖ
Станокты басқару
PLC (Ladder Diagram) - стандартталған, сенімді
Машиналық көру
Python (OpenCV) - кітапханалар мен қоғамдастық
Күрделі матмодельдер
Matlab/Simulink - математикалық аппарат
Өлшеу кешендері
LabVIEW - графикалық интерфейс
Өндірісті мониторинг
SCADA жүйелері - арнайы мақсат
Деректерді талдау
Python/R - машиналық оқыту
Нақты уақыттағы басқару
C/C++ - жоғары өнімділік
85%
67%
43%
Өнеркәсіпте PLC қолданысы
Python автоматизациядағы
өсуі (соңғы 3 жыл)
SCADA жүйелерінің
жаңартылу қажеттілігі

10.

Болашақтағы трендтер мен даму бағыттары
1. Жасанды интеллект пен машиналық оқыту
AI/ML технологиялары автоматизацияға кіріп, болжауға негізделген
техникалық қызмет көрсету (predictive maintenance), адаптивті басқару
жүйелері мен аномалияларды анықтауды мүмкін етеді. Нейрондық желілер
күрделі өндіірістік процестерді оңтайландыруда қолданыла бастады.
2. Бұлттық технологиялар
Industrial IoT және Edge Computing дамуымен бұлттық SCADA шешімдері
танымал болуда. AWS IoT, Microsoft Azure IoT, Google Cloud IoT сияқты
платформалар өнеркәсіптік деректерді өңдеуге арналған арнайы қызметтер
ұсынады.
3. AI интеграциясы, цифрлық егіздер (Digital Twins) кең таралуы
Толық автономды өндіріс орталықтары, квантты есептеулер
5G желілерінің өнеркәсіпке енуі, ультра төмен кідіріс
2024-2025
1
2
2027-2030
3
2025-2027

11.

Қауіпсіздік мәселелері мен стандарттар
Өнеркәсіптік автоматизацияда кибер-қауіпсіздік өте маңызды мәселе болып табылады:
IEC 62443 стандарты
Желілік қорғаныс
Өнеркәсіптік автоматизация мен
басқару жүйелерінің қауіпсіздігі.
Қауіп-қатерлерді бағалау, қорғау
деңгейлері, қауіпсіздік
архитектурасы.
Firewall, VPN, сегментация
арқылы өндіріс желілерін қорғау.
OT (Operational Technology) пен IT
желілерін бөлу.
Қол жеткізуді басқару
Аутентификация, авторизация, аудит (AAA). Рөлдік қол жеткізу
модельдері (RBAC), биометриялық аутентификация.
Статистика: Өнеркәсіптік жүйелерге шабуылдар жылда 25%-ға
өсуде. Ransomware шабуылдары орташа есеппен 14 күнге өндірісті
тоқтатады.
Қауіпсіздік шаралары: бағдарламалық жасақтаманы үнемі жаңарту, пароль
саясаты, персоналды оқыту, резервтік көшірмелер жасау, инциденттерге
жауап беру жоспарын құру. Zero Trust архитектурасы әрбір қол жетімділік
сұрауын тексереді.

12.

Қорытынды
Негізгі тұжырымдар:
• БЖ автоматандырудың датчиктер, атқарушы құрылғылар мен адам
арасындағы байланыстырушы функция атқарады
• «Төменгі деңгейлі» (C) тілдерден жоғары деңгейлі аналитикалық (Matlab, Python)
тілдерге дейін кең спектр
• Процестерді симуляциялау тәуекелдер мен шығындарды азайтуға мүмкіндік береді
• SCADA диспетчерлеу үшін кілтті құрал болып табылады
• Болашақта БЖ-ның AI мен бұлттық технологиялармен күшті интеграциясы күтіледі