Μονάδα Διεπαφής 6ES7151-3AA23-0AB0 6ES7 151-3AA23-0AB0 6ES7151-3AA23-OABO

 Siemens 6ES7151-3AA23-0AB0 | SIMATIC ET 200S IM 151-3 PN ST — PROFINET Interface Module, 100 Mbit/s, 2×RJ45, IRT 250µs, Shared Device, Media Redundancy, 63 Modules

Επισκόπηση

Το Siemens 6ES7151-3AA23-0AB0 είναι το IM 151-3 PN ST — η μονάδα διεπαφής PROFINET IO που μετατρέπει έναν σταθμό κατανεμημένης εισόδου/εξόδου ET 200S σε μια συσκευή PROFINET IO.

Στην αρχιτεκτονική ET 200S, η μονάδα διεπαφής είναι η πύλη δικτύου του σταθμού: διατηρεί το όνομα της συσκευής και τη διεύθυνση IP που έχει ανατεθεί από τον ελεγκτή PROFINET IO κατά την έναρξη λειτουργίας, διαχειρίζεται την κυκλική ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ του ελεγκτή και όλων των συνδεδεμένων ηλεκτρονικών μονάδων και μετατρέπει τα πλαίσια δεδομένων PROFINET στη μορφή του διαύλου πλάτης ET 200S που διαβάζουν και γράφουν οι μονάδες εισόδου/εξόδου του σταθμού.

Η ονομασία "ST" (Standard) διακρίνει αυτήν τη μονάδα από την παραλλαγή "HF" (High Feature). Η έκδοση ST υποστηρίζει επικοινωνία PROFINET με δυνατότητα IRT — Isochronous Real-Time, η οποία επιτρέπει ντετερμινιστική ανταλλαγή δεδομένων χωρίς τρεμόπαιγμα σε χρόνους ενημέρωσης έως και 250µs.

Αυτό τοποθετεί το IM 151-3 PN ST σταθερά στον τομέα των εφαρμογών ελέγχου κίνησης και μηχανών υψηλής ταχύτητας, όπου ο κύκλος ενημέρωσης PROFINET IO πρέπει να είναι στενά συγχρονισμένος με τον μηχανικό κύκλο του μηχανήματος.

Ο ενσωματωμένος διακόπτης 2 θυρών είναι αυτό που καθιστά πρακτική την τοπολογία γραμμής PROFINET στο πεδίο.

Αντί να εκτελείται ένα ξεχωριστό καλώδιο από τον διακόπτη του πίνακα σε κάθε σταθμό ET 200S, το καλώδιο δικτύου συνδέεται διαδοχικά από τη θύρα RJ45 ενός σταθμού στην επόμενη — ο διακόπτης μέσα στο IM 151-3 PN ST περνάει την κίνηση του δικτύου από την ανάντη στην κατάντη χωρίς να απαιτείται εξωτερικός διακόπτης σε κάθε σταθμό. 

Μια γραμμή παραγωγής είκοσι σταθμών μπορεί να λειτουργήσει σε μία μόνο διαδρομή καλωδίου PROFINET, με κάθε σταθμό συνδεδεμένο στον επόμενο.

Βασικές Προδιαγραφές

IRT — Isochronous Real-Time Communication

Το PROFINET προσφέρει τρεις κατηγορίες επικοινωνίας: τυπικό TCP/IP, RT (Real-Time) και IRT (Isochronous Real-Time).

Το IM 151-3 PN ST υποστηρίζει IRT — την υψηλότερη κατηγορία, που προορίζεται για εφαρμογές όπου ο κύκλος ενημέρωσης εισόδου/εξόδου πρέπει να συγχρονίζεται ακριβώς με ένα εξωτερικό γεγονός (συνήθως τον κύκλο παρεμβολής του ελεγκτή κίνησης ή τον χρόνο μηχανικού κύκλου ενός μηχανήματος).

Στη λειτουργία IRT, ένα δεσμευμένο εύρος ζώνης εντός του κύκλου αποστολής PROFINET διατίθεται αποκλειστικά σε δεδομένα IRT.

Αυτό το δεσμευμένο εύρος ζώνης προστατεύεται από παρεμβολές από άλλη κίνηση δικτύου — ακόμη και βαριά επικοινωνία στο παρασκήνιο δεν μπορεί να καθυστερήσει ή να διαταράξει τη μεταφορά δεδομένων IRT. 

Το αποτέλεσμα είναι ένας εγγυημένος, ντετερμινιστικός χρόνος ενημέρωσης με τρεμόπαιγμα μικροδευτερολέπτων αντί για χιλιοστά του δευτερολέπτου, που είναι η απαίτηση για έλεγχο κίνησης βάσει PROFINET, συντονισμένες πολυαξονικές κινήσεις και συστήματα επιθεώρησης υψηλής ταχύτητας.

Ο ελάχιστος χρόνος ενημέρωσης 250µs του IM 151-3 PN ST αντιπροσωπεύει τον μικρότερο δυνατό κύκλο IRT που μπορεί να επιτευχθεί με αυτήν τη μονάδα.

Ταχύτεροι χρόνοι ενημέρωσης απαιτούν την παραλλαγή HF (High Feature).

Shared Device — Ένας σταθμός ET 200S, δύο ελεγκτές

Το Shared Device είναι μια λειτουργία PROFINET που επιτρέπει σε έναν σταθμό IM 151-3 PN ST να προσπελαύνεται από δύο ξεχωριστούς ελεγκτές PROFINET IO ταυτόχρονα.

Σε κάθε ελεγκτή ανατίθεται το δικό του υποσύνολο των μονάδων του σταθμού — ο ελεγκτής Α διαβάζει και γράφει στις μονάδες 1–4, ο ελεγκτής Β διαβάζει και γράφει στις μονάδες 5–8, για παράδειγμα. Κάθε ελεγκτής βλέπει μόνο το δικό του υποσύνολο, και το IM 151-3 PN ST διαχειρίζεται τον διαμερισμό των δεδομένων με διαφανή τρόπο.

Αυτή η δυνατότητα χρησιμοποιείται σε αρχιτεκτονικές μηχανών όπου ένας ελεγκτής ασφαλείας και ένας τυπικός ελεγκτής μοιράζονται το ίδιο υλικό κατανεμημένης εισόδου/εξόδου — ο ελεγκτής ασφαλείας προσπελαύνεται στις μονάδες εισόδου/εξόδου ασφαλείας, και ο τυπικός ελεγκτής προσπελαύνεται στις τυπικές μονάδες εισόδου/εξόδου, και τα δύο εντός ενός μόνο σταθμού ET 200S.

Εξαλείφει την ανάγκη για έναν δεύτερο, φυσικά ξεχωριστό σταθμό ET 200S για την είσοδο/έξοδο ασφαλείας, εξοικονομώντας κόστος υλικού και χώρο στον πίνακα.

Σημείωση: Το Shared Device δεν είναι διαθέσιμο σε συνδυασμό με την επιλογή IRT "high flexibility".

Media Redundancy — Προστασία Τοπολογίας Δακτυλίου

Το IM 151-3 PN ST υποστηρίζει το Πρωτόκολλο Πλεονασμού Μέσων PROFINET (MRP), το οποίο επιτρέπει στον σταθμό ET 200S να συμμετέχει σε ένα δίκτυο PROFINET με τοπολογία δακτυλίου. Σε διαμόρφωση δακτυλίου, τα καλώδια δικτύου σχηματίζουν έναν κλειστό βρόχο μέσω όλων των συσκευών, με έναν αποκλειστικό Διαχειριστή Πλεονασμού Μέσων (συνήθως την CPU S7-300 ή S7-400) να παρακολουθεί την ακεραιότητα του δακτυλίου.

Εάν σπάσει ένα τμήμα καλωδίου, το MRP επαναδιαμορφώνει τον δακτύλιο για να δρομολογήσει την κίνηση μέσω της εναλλακτικής διαδρομής εντός του τυπικού χρόνου μεταγωγής 200ms, εξαλείφοντας το μοναδικό σημείο αστοχίας που αντιπροσωπεύει μια τοπολογία γραμμής.

Για περιβάλλοντα παραγωγής όπου η ζημιά στο καλώδιο δικτύου είναι ένας ρεαλιστικός κίνδυνος — περιβάλλοντα μηχανουργείων με περονοφόρα ανυψωτικά, αγωγοί καλωδίων υπό δονήσεις ή εξωτερικές εγκαταστάσεις με έκθεση στις καιρικές συνθήκες — ο πλεονασμός μέσων μέσω τοπολογίας δακτυλίου μειώνει σημαντικά την πιθανότητα ένα σφάλμα δικτύου να προκαλέσει διακοπή λειτουργίας του μηχανήματος.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του IM 151-3 PN ST και του IM 151-3 PN HF;

Η έκδοση ST (Standard) υποστηρίζει IRT με ελάχιστο χρόνο ενημέρωσης 250µs. Η έκδοση HF (High Feature) μειώνει τον ελάχιστο κύκλο IRT σε 125µs και υποστηρίζει πρόσθετες λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένου του προφίλ επικοινωνίας ασφαλείας PROFIsafe για άμεση ενσωμάτωση μονάδων F.

Εάν η εφαρμογή δεν απαιτεί κύκλους IRT κάτω των 250µs ή άμεση υποστήριξη PROFIsafe μέσω της μονάδας διεπαφής, η έκδοση ST είναι η σωστή και πιο οικονομική επιλογή.

Ε2: Μπορεί το IM 151-3 PN ST να αντικαταστήσει το παλαιότερο PROFIBUS IM 151-1 σε έναν υπάρχοντα σταθμό ET 200S;

Το φυσικό υλικό του σταθμού ET 200S (μονάδες τερματικών, ηλεκτρονικές μονάδες) είναι συμβατό τόσο με μονάδες διεπαφής PN όσο και με DP.

Η αντικατάσταση ενός IM 151-1 (PROFIBUS) με ένα IM 151-3 (PROFINET) απαιτεί: επαναδιαμόρφωση της σύνδεσης δικτύου του σταθμού από PROFIBUS σε PROFINET στη διαμόρφωση υλικού του ελεγκτή, ανάθεση ονόματος συσκευής PROFINET στη νέα IM και επαλήθευση ότι το έργο του ελεγκτή PROFINET περιλαμβάνει τον σταθμό ET 200S στη διαμόρφωση του δικτύου PROFINET. 

Οι ηλεκτρονικές μονάδες και η καλωδίωση πεδίου τους παραμένουν αμετάβλητες.

Ε3: Πώς ανατίθεται το όνομα της συσκευής στο IM 151-3 PN ST;

Ο ελεγκτής PROFINET IO αναθέτει το όνομα της συσκευής κατά την έναρξη λειτουργίας — είτε αυτόματα χρησιμοποιώντας την ανίχνευση τοπολογίας της Siemens (μέσω δεδομένων LLDP) είτε χειροκίνητα μέσω της λειτουργίας "Assign device name" του STEP 7 / TIA Portal.

Μόλις ανατεθεί, το όνομα αποθηκεύεται τόσο στο έργο του ελεγκτή όσο και στην ίδια την IM 151-3 PN ST (με εφεδρεία σε κάρτα SIMATIC Micro Memory Card, εάν υπάρχει).

Η λειτουργία Prioritized Startup επιτρέπει στον σταθμό να δημιουργήσει επικοινωνία ταχύτερα μετά από επαναφορά τροφοδοσίας, διατηρώντας το όνομα της συσκευής χωρίς να απαιτείται πλήρης ακολουθία επανεύρεσης.

Ε4: Ο σταθμός υποστηρίζει 63 μονάδες. Έχει το ET 200S ένα όριο στον προϋπολογισμό ρεύματος του διαύλου πλάτης που το περιορίζει;

Ναι. Ο προϋπολογισμός ισχύος του σταθμού ET 200S καθορίζεται από τις εγκατεστημένες μονάδες τροφοδοσίας (τύπου PM-E, PM-D), και κάθε ηλεκτρονική μονάδα αντλεί ρεύμα από τον δίαυλο πλάτης στην ονομαστική τάση τροφοδοσίας.

Ο αριθμός των μονάδων που μπορούν να εγκατασταθούν στην πραγματικότητα περιορίζεται από: (α) το συνολικό διαθέσιμο ρεύμα διαύλου πλάτης από τις εγκατεστημένες μονάδες τροφοδοσίας, (β) το μέγιστο πλάτος σταθμού 2m, και (γ) το μέγιστο 63 μονάδων.

Οι πρακτικές διαμορφώσεις σπάνια φτάνουν τις 63 μονάδες πριν φτάσει πρώτα το όριο του προϋπολογισμού ρεύματος διαύλου πλάτης ή του πλάτους σταθμού. Ο σχεδιασμός του σταθμού πρέπει να περιλαμβάνει έναν υπολογισμό προϋπολογισμού ρεύματος διαύλου πλάτης έναντι όλων των ονομαστικών ρευμάτων των εγκατεστημένων μονάδων.

Ε5: Υποστηρίζει το IM 151-3 PN ST hot-swap ηλεκτρονικών μονάδων ET 200S κατά τη λειτουργία;

Ναι. Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά σχεδιασμού του συστήματος ET 200S είναι η δυνατότητα αφαίρεσης και εισαγωγής ηλεκτρονικών μονάδων ενώ ο σταθμός είναι τροφοδοτούμενος και επικοινωνεί — αυτό επιτυγχάνεται από την αρχιτεκτονική δύο μερών της μονάδας τερματικού (που παραμένει) και της ηλεκτρονικής μονάδας (που μπορεί να αντικατασταθεί).

Το IM 151-3 PN ST παράγει διακοπές εισαγωγής/αφαίρεσης μονάδας που ειδοποιούν τον ελεγκτή PROFINET IO όταν συμβαίνει αλλαγή μονάδας.

Το πρόγραμμα χρήστη του ελεγκτή μπορεί να ανταποκριθεί σε αυτές τις διακοπές για να υλοποιήσει μια ελεγχόμενη απόκριση — για παράδειγμα, αντικαθιστώντας μια ασφαλή προεπιλεγμένη τιμή εξόδου ενώ μια μονάδα απουσιάζει.