Automatiseringssystemen bevinden zich op het besturingsniveau van de automatiseringspiramide. Ze verwerken de signalen van de sensoren en sturen de actuatoren aan. Ze geven gegevens door naar boven in de piramide, naar het managementsniveau.
Automatiseringssystemen worden doorgaans in schakelkasten geïnstalleerd en kunnen op een DIN-rail worden gemonteerd. Ze bestaan uit een centrale eenheid (1) die via de systeembus communiceert met de in-/uitgangsmodules (I/O-modules) (2 tot en met 8).
De centrale eenheid is verantwoordelijk voor de besturing en de communicatie op hoger niveau. Alle variabelen van de I/O-modules zijn hierin beschikbaar (zoals de temperaturen van de sensoren op de analoge ingangen). In de centrale verwerkingseenheid wordt gewoonlijk ook een PLC toegepast, zodat bijvoorbeeld stapreeksen kunnen worden verwerkt.
Automatiseringssystemen regelen en bewaken procesvariabelen. Hiervoor moeten temperatuur, druk, debiet, vochtigheid en andere fysische grootheden worden gemeten. De sensoren beschikken vaak over interne elektronica en geven de gemeten waarde af als een 4-tot-20-mA-signaal. De analoge ingangen van een automatiseringssysteem moeten daarom in ieder geval stroomsignalen kunnen verwerken.
De afgebeelde I/O-module (3) beschikt over 4 universele ingangen voor het ontvangen van stroomsignalen (4 tot 20 mA), maar is ook geschikt voor aansluiting van weerstandsthermometers en thermokoppels. De tweede analoge ingangsmodule (4) kan signalen van 8 weerstandsthermometers verwerken.
Doorgaans moeten ook binaire signalen – zoals de status van thermostaten, drukschakelaars en naderingsschakelaars – op de systemen worden aangesloten. Ook hiervoor moet de benodigde hardware aanwezig zijn (6 + 7).
Automatiseringssystemen beïnvloeden vaak procesvariabelen. Zo moeten bijvoorbeeld verwarming, bevochtiging en een frequentieomvormer voor het regelen van de motorsnelheid worden aangestuurd. De aansturing vindt doorgaans plaats via een stroomsignaal (4 tot 20 mA), wat betekent dat de interfècemodules analoge uitgangen (5) moeten bieden.
Actuatoren worden ook aangestuurd via binaire uitgangen, zoals relaisuitgangen (8) of logische uitgangen (6 + 7).
Procesvariabelen moeten in de processtappen op bepaalde niveaus worden gehandhaafd (bijv. 120 °C, 3 bar of 270 l/h). De centrale eenheid geeft de bijbehorende instelwaarden (setpoints) op en regelaars zorgen ervoor dat de variabelen in het systeem worden geregeld door het aansturen van verwarmingselementen, compressoren en pompen. In veel systemen zijn de regelaars in de PLC geïmplementeerd; dit zijn dan zogenaamde softwarematige regelaars. Het hier getoonde systeem maakt echter gebruik van hardwarematige regelaars (2). Dit concept biedt twee voordelen: de regelaars blijven de laatst ingestelde waarde handhaven, zelfs als de PLC uitvalt (grotere procesbetrouwbaarheid); daarnaast hoeven de werkelijke waarden en instelwaarden niet binnen de cyclus van de bemonsteringsfrequentie tussen de PLC en de regelaars te worden uitgewisseld (verkorting van de buscyclustijd).
Het afgebeelde systeem heeft een gecentraliseerde structuur. Alle kabels voor sensoren en actuatoren moeten centraal naar de schakelkast van het systeem worden geleid. Stel u echter een subsysteem voor dat zich op ongeveer 50 meter afstand van de schakelkast bevindt. In dit geval is er veel bekabelingswerk nodig, vooral als de sensoren en actuatoren analoog communiceren. Daarom is het bij veel automatiseringssystemen mogelijk om een deel van de I/O-modules in een onderverdeler te plaatsen en deze via de systeembus met het hoofdsysteem te verbinden. Hierdoor verandert een centraal automatiseringssysteem in een gedecentraliseerd systeem en wordt de hoeveelheid bekabelingswerk verminderd.
Effectieve procesautomatisering vereist continue systeembewaking, waarbij het systeem met alle procesvariabelen moet worden weergegeven. Ook moet het mogelijk zijn om wijzigingen in de visualisatie door te voeren, zoals het instellen van een andere gewenste waarde (setpoint). In het voorbeeld-systeem is de visualisatie opgezet binnen de geïmplementeerde PLC. Alle eindapparaten die zich in hetzelfde netwerk bevinden als de LAN-interface van de centrale eenheid, kunnen de visualisatie of de webserver van de PLC oproepen. Dit kunnen bijvoorbeeld browsertoepassingen of webpanels zijn.
Vaak is het gewenst om wereldwijd visualisatie of besturing mogelijk te maken via diverse eindapparaten. Hiervoor kan het systeem via een pc of smartphone worden benaderd in een cloudtoepassing.
Een automatiseringssysteem beschikt doorgaans over een PLC, die wordt geprogrammeerd in een programmeertaal zoals CFC of ST-code. Hiermee worden de signalen van de I/O-modules (die signalen ontvangen) gekoppeld en worden I/O-modules (die over uitgangen beschikken) aangestuurd. Op deze manier realiseert de PLC bijvoorbeeld een volgorderegeling.
De implementatie van een volledige automatiseringsoplossing is zeer omvangrijk. Om de inrichting te vereenvoudigen, is er voor het voorbeeldsysteem een configuratieprogramma beschikbaar; hiermee kunnen basisinstellingen worden uitgevoerd, zoals het afstemmen van analoge ingangen op de sensoren en het configureren van de functies van de regelmodules. Vervolgens wordt het project verder uitgewerkt via de PLC, waarbij gebruik wordt gemaakt van voorbeeldprojecten die ook een visualisatie bevatten. Dankzij deze werkwijze kost het opzetten van het automatiseringssysteem aanzienlijk minder tijd.
Bij veel toepassingen moet het mogelijk zijn om het verloop van procesvariabelen zoals temperatuur, druk, luchtvochtigheid enz. tijdens het productieproces te volgen. Daarom moeten alle relevante variabelen worden vastgelegd en herleidbaar zijn, bijvoorbeeld aan de hand van een ordernummer.
Het voorbeeld-systeem verstuurt de geregistreerde meetwaarden via het netwerk naar een server. De server is toegankelijk via een browsertoepassing op alle pc's in hetzelfde netwerk, zodat de gegevens kunnen worden geanalyseerd zoals in onderstaande afbeelding wordt getoond.
Daarnaast moet een automatiseringssysteem via een interface toegankelijk zijn voor andere systemen. Het voorbeeld-systeem kan daarom communiceren via een LAN-interface (netwerk), via PROFINET of via seriële interfaces.