Los sistemas de automatización se encuentran en el nivel de control de la pirámide de automatización, procesan las señales de los sensores y controlan los actuadores. Transmiten los datos por la pirámide hasta el nivel de gestión empresarial.
Los sistemas de automatización suelen instalarse en armarios de control y pueden montarse en un carril DIN. Constan de una unidad central (1), que se comunica con los módulos de conexión (2 a 8) a través del bus del sistema.
La unidad central se encarga del control y de la comunicación de nivel superior. En ella están disponibles todas las variables de los módulos de conexión (como las temperaturas de los sensores en las entradas analógicas). Normalmente, en la unidad central también se utiliza un PLC para poder procesar, por ejemplo, secuencias de pasos.
Los sistemas de automatización controlan y supervisan las variables del proceso. Para ello, es necesario medir la temperatura, la presión, el caudal, la humedad y otras variables físicas. Los sensores suelen tener una electrónica interna y emiten el valor medido como una señal de 4 a 20 mA. Por lo tanto, las entradas analógicas de un sistema de automatización deben ser capaces, como mínimo, de evaluar señales de corriente.
El módulo de conexión (3) mostrado tiene 4 entradas universales para recibir señales de corriente (4 a 20 mA), pero también es adecuado para recibir termómetros de resistencia y termopares. El segundo módulo de entrada analógica (4) puede aceptar 8 termómetros de resistencia.
Por regla general, también deben registrarse en los sistemas señales binarias como el estado de termostatos, presostatos y sensores de proximidad. El hardware también debe estar disponible para este fin (6 + 7).
Los sistemas de automatización influyen a menudo en las variables del proceso. Hay que controlar la calefacción, la humidificación y, por ejemplo, un inversor para cambiar la velocidad de un motor. La actuación suele tener lugar a través de una señal de corriente (de 4 a 20 mA), lo que significa que los módulos de interfaz deben proporcionar salidas analógicas (5).
Los actuadores también se controlan a través de salidas binarias como salidas de relé (8) o salidas lógicas (6 + 7).
Las variables del proceso deben estar presentes en diferentes niveles en los pasos del proceso (por ejemplo, 120 °C, 3 bar o 270 l/h). La unidad central debe especificar los valores de consigna correspondientes y los controladores deben garantizar que las variables del sistema se regulan controlando los calentadores, los compresores y las bombas. En muchos sistemas, los controladores se implementan en el autómata programable, por lo que se denominan controladores de software. Sin embargo, el sistema que se muestra aquí tiene controladores de hardware (2). Este concepto tiene dos ventajas: Los controladores regulan hasta el último punto de consigna aunque falle el PLC (mayor fiabilidad del proceso); los valores reales y de consigna no tienen que transferirse entre el PLC y los controladores en el ciclo del tiempo de muestreo (reducción del tiempo de ciclo del bus).
La estructura del sistema ilustrado es centralizada. Todos los cables de los sensores/actuadores deben conducirse de forma centralizada hasta el armario de control del sistema. Sin embargo, imagine un subsistema situado a unos 50 metros del armario de control. En este escenario, los sensores/actuadores analógicos en particular requieren mucho cableado. Por este motivo, en muchos sistemas de automatización es posible colocar algunos de los módulos de conexión en un subdistribuidor y conectarlos al sistema principal a través del bus del sistema. Esto convierte un sistema de automatización central en un sistema descentralizado y reduce el esfuerzo de cableado.
La automatización eficaz de los procesos requiere una supervisión constante del sistema, por lo que éste debe visualizarse con todas las variables del proceso. También debe ser posible realizar cambios en la visualización, como establecer un punto de consigna diferente. En el sistema de ejemplo, la visualización se configura en el PLC implementado. Todos los dispositivos finales que se encuentren en la misma red que la interfaz LAN de la unidad central pueden llamar a la visualización o al servidor web del PLC. Los dispositivos finales pueden ser aplicaciones de navegador o paneles web.
A menudo, la visualización o el control deben ser posibles en todo el mundo en diferentes dispositivos finales. Para ello, se puede acceder al sistema en una aplicación en la nube a través de un PC o un smartphone.
Un sistema de automatización suele tener un PLC, que se programa en un lenguaje de programación como el código CFC o ST. Éste enlaza las señales de los módulos de interfaz (que reciben señales) y controla los módulos de interfaz (que tienen salidas). Así es como el PLC implementa el control de secuencias, por ejemplo.
La implementación de una solución de automatización completa es muy extensa. Para simplificar la configuración, existe un programa de configuración para el sistema de ejemplo, que puede realizar ajustes básicos como la adaptación de las entradas analógicas a los sensores y las funciones de los módulos de control. A continuación, el proyecto se amplía a través del autómata programable: aquí se utilizan proyectos de ejemplo que contienen una visualización. Este procedimiento hace que la configuración del sistema de automatización requiera mucho menos tiempo.
En muchas aplicaciones, debe ser posible seguir el curso de las variables del proceso: temperatura, presión, humedad, etc. durante el proceso de producción. Por lo tanto, todas las variables relevantes deben registrarse y ser trazables, por ejemplo con la ayuda de un número de pedido.
El sistema de muestreo transmite los valores medidos registrados a un servidor a través de la red. Se puede acceder al servidor a través de una aplicación de navegador en todos los PC de la misma red, de modo que los datos pueden analizarse como se muestra en el gráfico siguiente.
Además, un sistema de automatización debe ser accesible por otros sistemas a través de una interfaz. Por lo tanto, el sistema de ejemplo puede comunicarse a través de una interfaz LAN (red), a través de PROFINET o a través de interfaces serie.