Системи автоматизації знаходяться на рівні керування піраміди автоматизації. Вони обробляють сигнали від датчиків і керують виконавчими механізмами, а також передають дані вгору по піраміді — на рівень корпоративного управління.
Системи автоматизації зазвичай встановлюються в шафах керування та монтуються на DIN-рейку. Вони складаються з центрального модуля (1), який обмінюється даними з модулями підключення (2–8) через системну шину.
Центральний модуль відповідає за керування та вищорівневу комунікацію. У ньому доступні всі змінні з модулів підключення (наприклад, значення температури від датчиків на аналогових входах). Як правило, у центральному модулі також використовується ПЛК, що дозволяє, наприклад, обробляти послідовності керування та програмні алгоритми.
Системи автоматизації керують технологічними змінними та контролюють їх. Для цього необхідно вимірювати температуру, тиск, витрату, вологість та інші фізичні величини. Датчики часто мають вбудовану електроніку та видають виміряне значення у вигляді сигналу від 4 до 20 мА. Тому аналогові входи системи автоматизації повинні принаймні мати можливість оцінювати сигнали струму.
Показаний модуль підключення (3) має 4 універсальні входи для прийому сигналів струму (4–20 мА), але він також підходить для підключення термометрів опору та термопар. Другий модуль аналогового вводу (4) може приймати 8 термометрів опору.
Як правило, у системах також повинні фіксуватися бінарні сигнали, такі як стан термостатів, реле тиску та датчиків наближення. Для цієї мети також має бути передбачене відповідне обладнання (6 + 7).
Системи автоматизації часто впливають на технологічні змінні. Необхідно керувати опаленням, зволоженням і, наприклад, інвертором для зміни швидкості двигуна. Приведення в дію зазвичай відбувається за допомогою сигналу струму (4–20 мА), що означає, що інтерфейсні модулі повинні мати аналогові виходи (5).
Виконавчі механізми (актуатори) також керуються через бінарні виходи, такі як релейні виходи (8) або логічні виходи (6 + 7).
Технологічні параметри повинні підтримуватися на заданих рівнях на різних етапах процесу (наприклад, 120 °C, 3 бар або 270 л/год). Центральний модуль задає відповідні уставки, а регулятори забезпечують підтримання цих параметрів у системі шляхом керування нагрівачами, компресорами та насосами.
У багатьох системах регулятори реалізуються в ПЛК — у такому разі це так звані програмні регулятори. Однак у показаній тут системі застосовані апаратні регулятори (2). Ця концепція має дві переваги:
Структура зображеної системи є централізованою. Всі кабелі датчиків/приводів повинні бути прокладені централізовано до шафи управління системою. Однак уявіть собі підсистему, яка розташована на відстані близько 50 метрів від шафи управління. У цьому випадку, зокрема, аналогові датчики/приводи вимагають великої кількості кабелів. З цієї причини в багатьох системах автоматизації можна розмістити деякі модулі підключення в розподільній шафі і підключити їх до основної системи через системну шину. Це перетворює центральну систему автоматизації на децентралізовану систему і зменшує обсяг прокладання кабелів.
Ефективна автоматизація процесів вимагає послідовного моніторингу системи, завдяки чому система повинна відображатися з усіма змінними процесів. Також має бути можливим вносити зміни у візуалізацію, такі як встановлення іншого заданого значення. У прикладі системи візуалізація налаштована в імплементованому контролері ПЛК. Всі кінцеві пристрої, що знаходяться в тій же мережі, що і LAN-інтерфейс центрального блоку, можуть відкривати візуалізацію або веб-сервер ПЛК-контролера. Кінцевими пристроями можуть бути браузерні додатки або інтернет-панелі.
Візуалізація або управління повинні бути можливими в усьому світі на різних кінцевих пристроях. Для цього можна отримати доступ до системи в хмарі за допомогою комп'ютера або смартфона.
Система автоматизації зазвичай має контролер ПЛК, який запрограмований на мові програмування, такій як CFC або код ST. Він поєднує сигнали модулів інтерфейсу (які приймають сигнали) і керує модулями інтерфейсу (які мають виходи). Таким чином контролер ПЛК реалізує, наприклад, послідовне керування.
Впровадження повного рішення з автоматизації є дуже обширним. Щоб спростити конфігурацію, існує конфігураційна програма для зразкової системи, яка може виконати основні налаштування, такі як налаштування аналогових входів для датчиків і функцій модулів контролера. Потім проект розширюється за допомогою контролера ПЛК - тут використовуються зразкові проекти, що містять візуалізацію. Ця процедура значно скорочує час, необхідний для конфігурації системи автоматизації.
У багатьох застосуваннях необхідно мати можливість відстежувати перебіг таких процесних змінних, як температура, тиск, вологість тощо, під час виробничого процесу. Тому всі важливі змінні повинні реєструватися та бути ідентифікованими, наприклад за номером замовлення.
Система збору даних передає зареєстровані виміряні значення на сервер через мережу. Доступ до сервера можливий за допомогою браузерного застосунку з усіх комп’ютерів у тій самій мережі, завдяки чому дані можуть аналізуватися так, як показано на наведеній нижче графіці.
Крім того, система автоматизації повинна бути доступною для інших систем через інтерфейси. Тому прикладна система може обмінюватися даними через LAN-інтерфейс (мережу), через PROFINET або через послідовні інтерфейси.