Η συμπαγή CPU με MPI 6ES7312-5BF04-0AB0 6ES7 312-5BF04-0AB0 6ES7312-5BFO4-OABO

Siemens 6ES7312-5BF04-0AB0 | SIMATIC S7-300 CPU 312C — Συμπαγής CPU με MPI, 10 Ψηφιακές Είσοδοι / 6 Ψηφιακές Έξοδοι, 2 Μετρητές Υψηλής Ταχύτητας 10kHz, 64KB Μνήμη Εργασίας, 24VDC, 80×125×130mm

Επισκόπηση

Η Siemens 6ES7312-5BF04-0AB0 είναι η SIMATIC S7-300 CPU 312C — η συμπαγής λύση PLC της Siemens που ενσωματώνει έναν επεξεργαστή PLC, ενσωματωμένες ψηφιακές εισόδους/εξόδους, εισόδους μετρητών υψηλής ταχύτητας και είσοδο τροφοδοσίας σε μία μονάδα πλάτους 80mm.

Για σχεδιαστές μηχανών που κατασκευάζουν οικονομικά αποδοτικούς πίνακες ελέγχου όπου ο χώρος του πίνακα είναι περιορισμένος και ο αριθμός των I/O είναι μέτριος, η 312C αλλάζει τον υπολογισμό της αρχιτεκτονικής του συστήματος. Αντί για μια μονάδα CPU συν μια ξεχωριστή μονάδα ψηφιακών εισόδων συν μια ξεχωριστή μονάδα ψηφιακών εξόδων, τρεις μονάδες συρρικνώνονται σε μία.

Η προσπάθεια καλωδίωσης μειώνεται, ο χώρος της ράγας στήριξης μειώνεται και το κόστος του συστήματος μειώνεται.

Το "C" στην CPU 312C είναι το κλειδί — σημαίνει Compact (Συμπαγής), διαφοροποιώντας αυτή τη σειρά από τις τυπικές (μη ενσωματωμένες) CPU S7-300 που δεν έχουν ενσωματωμένα I/O. Όλες οι CPU S7-300 της σειράς C ακολουθούν την ίδια προσέγγιση: η δυνατότητα του επεξεργαστή ταιριάζει με την κλίμακα της εφαρμογής, με ακριβώς τα απαραίτητα ενσωματωμένα I/O για να χειριστεί τις πιο συνηθισμένες άμεσες συνδέσεις χωρίς να απαιτούνται επιπλέον μονάδες.

Η σύνθεση I/O 10+6 της 312C καλύπτει τις ανάγκες μικρών μηχανών με μερικούς αισθητήρες, κουμπιά, διακόπτες ορίου και ψηφιακούς ενεργοποιητές — όλοι συνδέονται απευθείας στην ίδια τη μονάδα CPU — ενώ η διεπαφή MPI και η δυνατότητα επέκτασης με επιπλέον μονάδες σήματος χειρίζονται οτιδήποτε πιο σύνθετο.

Οι δύο είσοδοι μετρητών υψηλής ταχύτητας επεκτείνουν το πρακτικό εύρος της 312C σε εφαρμογές που οι κανονικές ψηφιακές είσοδοι δεν μπορούν να εξυπηρετήσουν.

Έξοδοι παλμών από κωδικοποιητές, αισθητήρες εγγύτητας που μετρούν κύκλους μηχανής, μετρητές ροής που παράγουν αλληλουχίες παλμών — όλα παράγουν σήματα που αλλάζουν πολύ γρήγορα για το κανονικό φίλτρο εισόδου 100ms και τον κύκλο σάρωσης της CPU για να τα καταγράψουν με ακρίβεια.

Οι είσοδοι HSC της 312C λειτουργούν ανεξάρτητα από τον κύκλο σάρωσης έως και 10kHz, μετρώντας παλμούς με ακρίβεια ανεξάρτητα από τον χρόνο εκτέλεσης του προγράμματος του PLC.

Βασικές Προδιαγραφές

Κάρτα Μικρομνήμης — Απαραίτητη Αποθήκευση Προγράμματος

Η CPU 312C απαιτεί μια Κάρτα Μικρομνήμης (MMC) για την αποθήκευση του προγράμματος, και αυτή η απαίτηση δεν είναι προαιρετική. Σε αντίθεση με παλαιότερες CPU S7-300 που είχαν ενσωματωμένο EPROM ή RAM με εφεδρική μπαταρία για τη διατήρηση του προγράμματος, η CPU 312C και όλες οι CPU S7-300 νεότερης γενιάς αποθηκεύουν τα προγράμματά τους στην Κάρτα Μικρομνήμης — μια μικρή κάρτα βασισμένη σε Flash που τοποθετείται στην μπροστινή όψη της CPU.

Η MMC εξυπηρετεί δύο λειτουργίες: αποθηκεύει το πρόγραμμα χρήστη (τη δομή OB/FC/FB/DB του STEP 7) μόνιμα χωρίς να απαιτείται εφεδρική μπαταρία, και μεταφέρει το firmware της CPU (το λειτουργικό σύστημα).

Όταν εφαρμόζεται τροφοδοσία σε μια CPU 312C που περιέχει μια MMC με έγκυρο πρόγραμμα, η CPU αντιγράφει το πρόγραμμα από την MMC στη μνήμη εργασίας και ξεκινά την εκτέλεση — χωρίς μπαταρία, χωρίς φόρτωση από συσκευή προγραμματισμού μετά την αρχική λήψη του προγράμματος.

Οι λειτουργικές επιπτώσεις είναι σημαντικές.

Μια MMC με ένα πλήρες πρόγραμμα μπορεί να μεταφερθεί από μια ενεργή CPU σε μια πανομοιότυπη εφεδρική CPU, και η εφεδρική αναλαμβάνει το πρόγραμμα χωρίς επιπλέον βήματα προγραμματισμού. Για τους κατασκευαστές μηχανών που πωλούν πολλές πανομοιότυπες μηχανές, αυτό σημαίνει ότι ένα αντίγραφο MMC χρησιμεύει ως εφεδρικό για ολόκληρο τον στόλο — εάν μια CPU αποτύχει στο πεδίο, η εφεδρική αναλαμβάνει σε λίγα λεπτά από την εφεδρική MMC.

Η MMC δεν περιλαμβάνεται με την CPU 312C και πρέπει να παραγγελθεί ξεχωριστά. Οι συνήθεις χωρητικότητες είναι 64KB, 128KB, 512KB, 2MB και 4MB — η κάρτα 64KB καλύπτει μικρά προγράμματα, ενώ μεγαλύτερες κάρτες επιτρέπουν την αποθήκευση πρόσθετων δεδομένων όπως συνταγές, ιστορικές τάσεις και τεκμηρίωση.

Μετρητές Υψηλής Ταχύτητας — Πέρα από τον Κανονικό Κύκλο Σάρωσης

Οι δύο ενσωματωμένες είσοδοι μετρητών υψηλής ταχύτητας της CPU 312C χρησιμοποιούν αποκλειστικούς μετρητές υλικού που λειτουργούν ασύγχρονα με τον κύκλο σάρωσης του PLC. Αυτή η μέτρηση υλικού διασφαλίζει ότι δεν χάνονται παλμοί ανεξάρτητα από το πόσο απασχολημένη είναι η εκτέλεση του προγράμματος της CPU ανά πάσα στιγμή — μια κρίσιμη απαίτηση για τη μέτρηση μήκους βάσει κωδικοποιητή, τη μέτρηση παρτίδων και τη μέτρηση ροής.

Με μέγιστη συχνότητα 10kHz, οι είσοδοι HSC μπορούν να μετρήσουν παλμούς που φτάνουν κάθε 100 μικροδευτερόλεπτα.

Αυτό αντιστοιχεί, για παράδειγμα, σε έναν κωδικοποιητή που παράγει 10.000 παλμούς ανά περιστροφή σε έναν άξονα που περιστρέφεται με 60 RPM — μια λογική προδιαγραφή για έναν τροχό μέτρησης ή έναν κωδικοποιητή θέσης σε έναν αργά κινούμενο μεταφορέα.

Για ταχύτερους άξονες ή κωδικοποιητές υψηλότερης ανάλυσης, το όριο των 10kHz γίνεται περιορισμός και θα χρειαζόταν ένας ταχύτερος μετρητής (διαθέσιμος σε μονάδες λειτουργίας όπως η FM 350).

Οι μετρητές μπορούν να λειτουργούν σε διάφορες λειτουργίες που ρυθμίζονται μέσω του STEP 7: απλή αύξηση (συσσωρεύει παλμούς από ένα συμβάν), αύξηση/μείωση (κατευθυνόμενη από μια δεύτερη είσοδο), μέτρηση συχνότητας (μετρά παλμούς σε καθορισμένο χρόνο πύλης και αναφέρει τη συχνότητα) και μέτρηση περιόδου. Κάθε λειτουργία εξυπηρετεί διαφορετικές εφαρμογές μέτρησης.

Διεπαφή MPI — Προγραμματισμός και Δικτύωση

Η MPI (Multi-Point Interface) στην CPU 312C είναι μια οικονομικά αποδοτική αλλά ικανή διεπαφή επικοινωνίας που χειρίζεται τις βασικές ανάγκες δικτύωσης της CPU:

Πρόσβαση προγραμματισμού: Ένας τερματικός σταθμός προγραμματισμού STEP 7 συνδέεται στη θύρα MPI της CPU μέσω ενός προσαρμογέα PC (USB ή RS232) για λήψη, μεταφόρτωση, διαδικτυακή παρακολούθηση και διάγνωση προγράμματος. Αυτή είναι η πιο βασική και καθολικά απαιτούμενη χρήση της θύρας MPI.

Σύνδεση HMI: Συσκευές HMI Siemens OP (Operator Panel) και TP (Touch Panel) συνδέονται στην CPU 312C μέσω MPI για την εμφάνιση δεδομένων διεργασίας και τη λήψη εισόδων χειριστή. Η σύνδεση MPI είναι απλούστερη και χαμηλότερου κόστους από το PROFIBUS για συνδέσεις ενός HMI με CPU.

Επικοινωνία PLC-προς-PLC: Πολλά PLC S7-300 ή S7-400 μπορούν να μοιράζονται ένα δίκτυο MPI, ανταλλάσσοντας δεδομένα μέσω επικοινωνίας S7 (υπηρεσίες PUT/GET).

Αυτή είναι μια εναλλακτική λύση στο PROFIBUS για μικρά δίκτυα όπου η υψηλότερη ταχύτητα και ο μεγαλύτερος αριθμός κόμβων του PROFIBUS δεν είναι απαραίτητα.

Η διεπαφή MPI δεν υποστηρίζει λειτουργία master ή slave PROFIBUS DP — για συνδεσιμότητα PROFIBUS, η CPU 312C θα χρειαζόταν μια επιπλέον μονάδα επικοινωνίας CP 342-5.

Αυτή είναι μια ουσιαστική διάκριση κατά την προδιαγραφή του συστήματος: εάν απαιτείται σύνδεση slave PROFIBUS DP με ένα ανώτερο σύστημα ελέγχου, η διεπαφή μόνο MPI της CPU 312C πρέπει να συμπληρωθεί.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Η CPU 312C έχει 10 ψηφιακές εισόδους και 6 ψηφιακές εξόδους ενσωματωμένες. Μπορούν να προστεθούν περισσότερα I/O, και πώς;

Ναι. Τα ενσωματωμένα I/O συμπληρώνονται με την εγκατάσταση μονάδων σήματος S7-300 (σειρά SM) στην ίδια ράγα στήριξης με την CPU.

Τυπικές μονάδες σήματος S7-300 ψηφιακές και αναλογικές — SM 321 ψηφιακές εισόδους, SM 322 ψηφιακές εξόδους, SM 323 συνδυασμένες DI/DQ, SM 331/332 αναλογικές I/O — όλες συνδέονται στην CPU μέσω της πίσω διαύλου S7-300. Η CPU 312C υποστηρίζει ένα ράφι επέκτασης μέσω ενός ζεύγους μονάδων διεπαφής IM 365 εάν απαιτείται επιπλέον χώρος ράγας στήριξης. 

Η συνολική χωρητικότητα I/O του συστήματος περιορίζεται από τον αριθμό των διαθέσιμων υποδοχών μονάδων και το εύρος διευθυνσιοδότησης I/O της CPU.

Ε2: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της CPU 312C και της (μη συμπαγούς) CPU 312, και πότε πρέπει να επιλέγεται η καθεμία;

Η CPU 312 (μη συμπαγής) δεν έχει ενσωματωμένα I/O — είναι μια καθαρή μονάδα CPU που παρέχει μόνο τη διεπαφή MPI και τη σύνδεση με μονάδες σήματος στον πίσω δίαυλο. Το πλεονέκτημά της είναι η ευελιξία: κάθε υποδοχή μπορεί να εκχωρηθεί ελεύθερα στον απαιτούμενο τύπο μονάδας, χωρίς σταθερά I/O.

Η CPU 312C περιλαμβάνει 10 DI και 6 DQ και τα δύο HSC, τα οποία είναι πάντα παρόντα.

Εάν μια μηχανή χρειάζεται ακριβώς ή περίπου 10 DI και 6 DQ συν μετρητές υψηλής ταχύτητας, η 312C τα παρέχει χωρίς να χρειάζονται επιπλέον μονάδες. 

Εάν μια μηχανή χρειάζεται κυρίως αναλογικά I/O ή πολύ διαφορετική αναλογία DI/DQ, τα σταθερά I/O της 312C παρέχουν λιγότερη ευελιξία, και η μη συμπαγής CPU με ελεύθερα επιλεγμένες μονάδες σήματος μπορεί να είναι η καλύτερη διαμόρφωση.

Ε3: Μπορούν οι ψηφιακές έξοδοι της CPU 312C να οδηγήσουν απευθείας πηνία επαφέων 24VDC και βαλβίδες σωληνοειδών;

Οι ενσωματωμένες ψηφιακές έξοδοι της CPU 312C είναι τύπου transistor 24VDC, ονομαστικής ισχύος για φορτία 24VDC. Κάθε έξοδος μπορεί να παρέχει το ρεύμα που απαιτείται για την οδήγηση τυπικών πηνίων ρελέ 24VDC (συνήθως 50–200mA) και πιλότων βαλβίδων σωληνοειδών 24VDC (100–300mA) απευθείας, υπό την προϋπόθεση ότι το ρεύμα φορτίου ανά έξοδο είναι εντός της καθορισμένης ονομαστικής τιμής.

Για μεγαλύτερα φορτία (κύριοι επαφείς κινητήρα με πηνία 24V, μεγαλύτερα σωληνοειδή) ή φορτία AC (πηνία που λειτουργούν στα 230VAC), πρέπει να χρησιμοποιούνται ενδιάμεσα ρελέ. 

Το ρεύμα εξόδου της CPU ανά κανάλι και το συνολικό ρεύμα της μονάδας πρέπει να επαληθεύονται έναντι των συνδεδεμένων φορτίων κατά τη φάση σχεδιασμού.

Ε4: Υποστηρίζει η CPU 312C PROFIBUS DP, και αν ναι, σε ποιον ρόλο;

Η διεπαφή MPI της CPU 312C δεν υποστηρίζει PROFIBUS DP. Εάν απαιτείται συνδεσιμότητα PROFIBUS DP — είτε για να λειτουργεί η CPU ως master DP ελέγχοντας απομακρυσμένα I/O, είτε για να λειτουργεί η CPU ως slave DP συνδεδεμένη σε ένα ανώτερο σύστημα ελέγχου — πρέπει να εγκατασταθεί μια εξωτερική μονάδα επικοινωνίας (CP 342-5 για master DP, ή CP 342-5 FO για οπτική ίνα PROFIBUS) στη ράγα στήριξης δίπλα στην CPU.

Για νέους σχεδιασμούς όπου η συνδεσιμότητα PROFIBUS είναι απαίτηση, μια CPU με ενσωματωμένη διεπαφή PROFIBUS DP (όπως η CPU 314C-2 DP) αποφεύγει την ανάγκη για επιπλέον μονάδα CP.

Ε5: Ποια είναι η προτεινόμενη διαδρομή μετανάστευσης από την CPU 312C σε μια τρέχουσα πλατφόρμα Siemens;

Η Siemens προτείνει τη σειρά SIMATIC S7-1500 ως την πλατφόρμα διαδοχής για την S7-300, συμπεριλαμβανομένων των συμπαγών παραλλαγών CPU. Η CPU 1511C-1 PN ή η CPU 1512C-1 PN (από τη συμπαγή σειρά S7-1500) παρέχουν συγκρίσιμη ενσωματωμένη λειτουργικότητα I/O με σημαντικά βελτιωμένη απόδοση, εγγενές PROFINET IO, εκτεταμένη μνήμη εργασίας και μηχανική TIA Portal.

Η μετανάστευση απαιτεί την επανεγγραφή του προγράμματος STEP 7 στο TIA Portal — δεν υπάρχει αυτοματοποιημένη άμεση μετατροπή — αλλά η Siemens παρέχει εργαλεία υποστήριξης μετανάστευσης στο TIA Portal που μπορούν να βοηθήσουν στην αναδιάρθρωση και προσαρμογή παλαιών προγραμμάτων.

Για μηχανές που πρέπει να παραμείνουν στην S7-300 για λόγους συμβατότητας με παλαιότερες εκδόσεις, η υποστήριξη ανταλλακτικών της Siemens συνεχίζεται για δέκα χρόνια μετά την ημερομηνία σταδιακής κατάργησης του προϊόντος.