ΕπικοινωνίεςΕπεξεργαστής 6GK7443-1EX20-0XE0

Siemens 6GK7443-1EX20-0XE0 | CP 443-1 Επεξεργαστής Επικοινωνιών — S7-400 Βιομηχανικό Ethernet, Διπλό RJ45 10/100 Mbit/s, Ελεγκτής PROFINET IO, 128 Συνδέσεις, SNMP V2 / DHCP / Διαγνωστικά Web

Επισκόπηση

Το Siemens 6GK7443-1EX20-0XE0 είναι ο επεξεργαστής επικοινωνιών CP 443-1 για το SIMATIC S7-400 — η μονάδα διεπαφής βιομηχανικού Ethernet που συνδέει το πλαίσιο S7-400 PLC απευθείας σε δίκτυα Ethernet 10/100 Mbit/s, ενώ ταυτόχρονα λειτουργεί ως ελεγκτής PROFINET IO για κατανεμημένα συστήματα εισόδου/εξόδου.

Στη ιεραρχία μονάδων του S7-400, ο CP 443-1 συνδέεται στο backplane δίπλα στις μονάδες CPU και αναλαμβάνει πλήρως το φορτίο επικοινωνίας του δικτύου ανεξάρτητα από την CPU, εκφορτώνοντας την επεξεργασία πρωτοκόλλων Ethernet ώστε η CPU να παραμένει εστιασμένη στην εκτέλεση του προγράμματος PLC της χωρίς επιβάρυνση επικοινωνίας που υποβαθμίζει την απόδοση του κύκλου σάρωσης.

Το πιο διακριτικό χαρακτηριστικό υλικού της έκδοσης EX20 είναι ο ενσωματωμένος, διπλής θύρας, διακόπτης πραγματικού χρόνου που βασίζεται στο τσιπ ERTEC 400.

Οι δύο θύρες RJ45 δεν είναι δύο ανεξάρτητες συνδέσεις δικτύου — μοιράζονται μία διεύθυνση IP και σχηματίζουν έναν διακόπτη που επιτρέπει στη μονάδα να συμμετέχει τόσο σε γραμμικές (daisy-chain) όσο και σε δακτυλιοειδείς τοπολογίες χωρίς εξωτερικό διακόπτη.

Αυτό είναι άμεσα σχετικό για εγκαταστάσεις PROFINET IO όπου η γραμμική τοπολογία μέσω συνδέσεων συσκευής-προς-συσκευή μειώνει το κόστος υλικού και τον χώρο στο ντουλάπι σε σύγκριση με αρχιτεκτονικές με καλωδίωση αστέρα που απαιτούν κεντρικό διακόπτη σε κάθε επίπεδο.

Η δακτυλιοειδής τοπολογία, όταν συνδυάζεται με το Πρωτόκολλο Πλεονασμού Μέσων (MRP), επιτρέπει στο δίκτυο να ανακάμπτει αυτόματα από μια μεμονωμένη βλάβη καλωδίου ή διακόπτη, διατηρώντας τις συσκευές PROFINET IO σε λειτουργία κατά τη διάρκεια συνθηκών σφάλματος.

Με 128 ενεργές συνδέσεις σε λειτουργία πολλαπλών πρωτοκόλλων, ο CP 443-1 EX20 μπορεί ταυτόχρονα να διατηρεί ένα μείγμα συνδέσεων ανταλλαγής δεδομένων S7, συνδέσεων TCP/IP socket, συνδέσεων ελεγκτή PROFINET IO και συνεδριών SEND/RECEIVE με συσκευές συμβατές με S5 — όλες ενεργές ταυτόχρονα και όλες διαχειριζόμενες ανεξάρτητα από τον δικό του επεξεργαστή του CP.

Ο CP εμφανίζεται στην CPU S7-400 ως τυπική μονάδα στο πλαίσιο, με την ανταλλαγή δεδομένων να γίνεται μέσω κοινών περιοχών μνήμης CPU που ορίζονται στο NetPro κατά τη διαμόρφωση.

Βασικές Προδιαγραφές

Υπηρεσίες Επικοινωνίας — Τι Παρέχει Κάθε Λειτουργία

Η αξία του CP 443-1 σε ένα δίκτυο εργοστασίου προέρχεται από το εύρος των τρόπων επικοινωνίας που υποστηρίζει ταυτόχρονα. Κάθε τρόπος εξυπηρετεί έναν διακριτό σκοπό ενσωμάτωσης:

Επικοινωνία S7 (PUT/GET) είναι το εγγενές πρωτόκολλο ανταλλαγής δεδομένων Siemens-προς-Siemens.

Επιτρέπει στις CPU S7-400 να διαβάζουν και να γράφουν δεδομένα απευθείας σε άλλους ελεγκτές S7 — S7-300, S7-400, ή S7-1500 μέσω πύλης — χρησιμοποιώντας μπλοκ προγράμματος PUT και GET.

Αυτό είναι το πρότυπο για τον συντονισμό μεταξύ PLC σε γραμμές παραγωγής πολλαπλών ελεγκτών, όπου ένας ελεγκτής πρέπει να διαβάζει τιμές διεργασίας ή να γράφει τιμές ρύθμισης σε έναν άλλο ελεγκτή μέσω του δικτύου του εργοστασίου.

Ανάκτηση/Εγγραφή παρέχει συμβατότητα προς τα πίσω με παλαιότερα συστήματα SIMATIC S5 που χρησιμοποιούν το παλαιότερο μοντέλο σύνδεσης S5.

Σε εργοστάσια όπου συνυπάρχουν συστήματα S7-400 και παλαιότερα S5, η δυνατότητα Ανάκτησης/Εγγραφής του CP 443-1 διατηρεί την επικοινωνία με το παλαιότερο υλικό χωρίς να απαιτεί εξοπλισμό μετατροπής πρωτοκόλλου.

SEND/RECEIVE (ανοιχτή επικοινωνία) υλοποιεί συνδέσεις TCP/IP ή ISO socket για επικοινωνία με συστήματα μη-Siemens — διακομιστές SCADA, πλατφόρμες MES, συστήματα ποιότητας, σημεία ενσωμάτωσης ERP και ελεγκτές τρίτων που επικοινωνούν μέσω τυπικού Ethernet.

Τα μπλοκ προγράμματος SEND και RECEIVE στην CPU S7-400 χειρίζονται τη μεταφορά δεδομένων προς και από τον CP για αυτές τις συνδέσεις.

Ελεγκτής PROFINET IO συνδέει κατανεμημένα συστήματα εισόδου/εξόδου — ET 200S, ET 200M, ET 200SP, μονάδες κίνησης με δυνατότητα PROFINET και όργανα — απευθείας στην CPU S7-400 μέσω του δικτύου Ethernet, χωρίς να απαιτείται ξεχωριστή υποδομή πεδίου PROFIBUS.

Ο CP 443-1 EX20 διαχειρίζεται την κυκλική ανταλλαγή δεδομένων IO με έως και 32 συσκευές PROFINET IO που υποστηρίζουν προτεραιοποιημένη εκκίνηση, και χειρίζεται όλη την επικοινωνία PROFINET πραγματικού χρόνου ανεξάρτητα από τον κύκλο του προγράμματος της CPU.

Ενσωματωμένος Διακόπτης ERTEC 400 — Τοπολογία και Πλεονασμός

Το τσιπ ERTEC 400 μέσα στον CP 443-1 EX20 είναι το ίδιο πυρίτιο που χρησιμοποιείται στους βιομηχανικούς διακόπτες SCALANCE X της Siemens για εφαρμογές PROFINET.

Η ενσωμάτωσή του στη μονάδα CP σημαίνει ότι οι δύο θύρες RJ45 στην πρόσοψη της μονάδας είναι διαχειριζόμενες θύρες διακόπτη που μοιράζονται τη μοναδική διεύθυνση Ethernet της μονάδας — όχι δύο ανεξάρτητες διεπαφές δικτύου.

Σε γραμμική τοπολογία, οι δύο θύρες του CP συνδέονται με τη συσκευή μπροστά και πίσω σε μια αλυσίδα, δημιουργώντας ένα ενιαίο τμήμα Ethernet που διαπερνά πολλαπλές συσκευές χωρίς να απαιτείται διακόπτης με καλωδίωση αστέρα σε κάθε κόμβο.

Σε δακτυλιοειδή τοπολογία (όταν είναι ενεργοποιημένο το MRP), η δεύτερη θύρα της τελευταίας συσκευής συνδέεται πίσω στην πρώτη, σχηματίζοντας έναν κλειστό δακτύλιο.

Το πρότυπο MRP ορίζει πώς μια συσκευή στον δακτύλιο λειτουργεί ως Διαχειριστής Δακτυλίου, παρακολουθώντας συνεχώς την ακεραιότητα του δακτυλίου και ενεργοποιώντας μια εναλλακτική διαδρομή σε λιγότερο από 200 χιλιοστά του δευτερολέπτου όταν ανιχνεύεται διακοπή δακτυλίου.

Για συστήματα PROFINET IO όπου η διατήρηση της συνέχειας της επικοινωνίας IO είναι σημαντική — ιδιαίτερα σε εφαρμογές όπου η απώλεια δεδομένων αισθητήρων ή ενεργοποιητών κατά τη διάρκεια ενός σφάλματος θα μπορούσε να δημιουργήσει προβλήματα ασφάλειας ή προβλήματα ποιότητας διεργασίας — η δακτυλιοειδής τοπολογία με MRP παρέχει έναν οικονομικά αποδοτικό μηχανισμό πλεονασμού που χρησιμοποιεί μόνο τα καλώδια και τις θύρες που είναι ήδη παρόντα στην εγκατάσταση.

Λίστα Ελέγχου Πρόσβασης IP — Ασφάλεια σε Επίπεδο Δικτύου

Η λειτουργία λίστας ελέγχου πρόσβασης IP (ACL) επιτρέπει στον CP 443-1 να δέχεται ή να απορρίπτει εισερχόμενες συνδέσεις από συγκεκριμένες διευθύνσεις IP ή εύρη διευθύνσεων IP.

Αυτό παρέχει έλεγχο πρόσβασης σε επίπεδο δικτύου που περιορίζει ποια εξωτερικά συστήματα μπορούν να ξεκινήσουν συνδέσεις με την CPU S7-400 μέσω του CP.

Σε ένα περιβάλλον εργοστασίου όπου το δίκτυο OT (Operational Technology) συνδέεται με εταιρικά συστήματα IT ή υποδομές cloud, μια ACL IP στον CP δημιουργεί ένα καθορισμένο όριο: μόνο οι διακομιστές SCADA, οι σταθμοί εργασίας μηχανικών και τα συστήματα HMI με διαμορφωμένες διευθύνσεις IP μπορούν να δημιουργήσουν συνδέσεις, ενώ όλη η άλλη κίνηση δικτύου μπλοκάρεται στον CP.

Αυτό δεν αντικαθιστά μια σωστά σχεδιασμένη αρχιτεκτονική δικτύου με τείχη προστασίας και τμηματοποίηση δικτύου, αλλά παρέχει ένα ουσιαστικό επιπλέον επίπεδο προστασίας έναντι ακούσιας ή κακόβουλης πρόσβασης στο PLC μέσω της διεπαφής Ethernet.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Ο CP 443-1 EX20 έχει δύο θύρες RJ45. Μπορεί να συνδεθεί σε δύο διαφορετικά υποδίκτυα ταυτόχρονα;

Όχι. Οι δύο θύρες RJ45 είναι θύρες στον ενσωματωμένο διακόπτη ERTEC 400 της μονάδας και μοιράζονται μία μόνο διεύθυνση IP — δεν είναι δύο ανεξάρτητες διεπαφές δικτύου σε διαφορετικά υποδίκτυα. Και οι δύο θύρες ανήκουν στο ίδιο τμήμα Ethernet.

Ο σχεδιασμός διπλής θύρας υποστηρίζει γραμμικές και δακτυλιοειδείς τοπολογίες εντός ενός ενιαίου δικτύου. Για επικοινωνία πολλαπλών υποδικτύων (σύνδεση του S7-400 σε πολλαπλά ανεξάρτητα δίκτυα), θα απαιτούνταν πολλαπλές μονάδες CP 443-1 εγκατεστημένες στο ίδιο πλαίσιο S7-400.

Ε2: Οι μέγιστες ενεργές συνδέσεις αναφέρονται ως 128. Πώς κατανέμονται αυτές στις διάφορες λειτουργίες επικοινωνίας;

Το όριο των 128 συνδέσεων είναι το σύνολο όλων των ενεργών πρωτοκόλλων ταυτόχρονα.

Η κατανομή μεταξύ επικοινωνίας S7, SEND/RECEIVE ISO-on-TCP/ISO/UDP και PROFINET IO διαμορφώνεται στο NetPro και καταναλώνεται από την κοινή δεξαμενή. Οι συνδέσεις συσκευών PROFINET IO καταναλώνονται από την ίδια δεξαμενή με άλλες συνδέσεις.

Η πραγματική κατανομή εξαρτάται από τις συγκεκριμένες απαιτήσεις της εφαρμογής — ένα σύστημα με πολλές συσκευές PROFINET IO καταναλώνει περισσότερες συνδέσεις από τη δεξαμενή, αφήνοντας λιγότερες διαθέσιμες για S7 και SEND/RECEIVE ταυτόχρονα.

Το εγχειρίδιο λειτουργίας του CP 443-1 παρέχει λεπτομερείς πίνακες προϋπολογισμού συνδέσεων για τον σχεδιασμό της μέγιστης διαμόρφωσης.

Ε3: Μπορεί ο CP 443-1 EX20 να χρησιμοποιηθεί με πλεονάζουσες CPU S7-400H;

Ναι, ο EX20 μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μονάδα αντικατάστασης σε διαμορφώσεις H-CPU, συμπεριλαμβανομένων των H-CPU που εκτελούν firmware V4.0 και νεότερο.

Ωστόσο, υπάρχουν περιορισμοί: η λειτουργία SSEND/SRECV στη διεπαφή SEND/RECV δεν υποστηρίζεται με H-CPU, και το PROFINET IO δεν υποστηρίζεται με H-CPU. 

Για εφαρμογές συστημάτων H που απαιτούν PROFINET IO, πρέπει να καθοριστεί η προηγμένη έκδοση CP. Η επικοινωνία S7 και η τυπική SEND/RECEIVE σε άλλες λειτουργίες λειτουργούν σωστά με H-CPU.

Ε4: Ποιο λογισμικό διαμόρφωσης απαιτείται για τη ρύθμιση του CP 443-1 EX20;

Ο CP 443-1 EX20 διαμορφώνεται χρησιμοποιώντας το SIMATIC STEP 7 (Classic) με το εργαλείο διαμόρφωσης δικτύου NetPro.

Στο STEP 7, η μονάδα CP προστίθεται στη διαμόρφωση υλικού του S7-400, και στη συνέχεια χρησιμοποιείται το NetPro για τον ορισμό των συνδέσεων — αναθέσεις S7, SEND/RECEIVE, PROFINET IO, και όλες οι παράμετροι δικτύου, συμπεριλαμβανομένης της διεύθυνσης IP, του υποδικτύου, των ρυθμίσεων DHCP και της λίστας ελέγχου πρόσβασης IP. 

Το TIA Portal δεν διαμορφώνει εγγενώς τον CP 443-1 EX20 για S7-400. Το STEP 7 Classic παραμένει το κατάλληλο εργαλείο για αυτήν τη γενιά μονάδων.

Ε5: Ο 6GK7443-1EX20-0XE0 έχει διακοπεί. Ποιος είναι ο προτεινόμενος διάδοχος;

Η Siemens προτείνει τον CP 443-1 EX31 (6GK7443-1EX31-0XE0) ως διάδοχο του EX20.

Ο EX31 διατηρεί το ίδιο βασικό σύνολο χαρακτηριστικών και φυσική διεπαφή (διπλό RJ45, διακόπτης βασισμένος σε ERTEC), ενώ προσθέτει μια επικαλυμμένη πλακέτα κυκλωμάτων για λειτουργία σε περιβαλλοντικές θερμοκρασίες έως 70°C — ευρύτερο από το τυπικό εύρος λειτουργίας του EX20.

Ο EX31 είναι μια άμεση αντικατάσταση για τους EX30 και EX20 στις περισσότερες εφαρμογές.

Για νέα έργα S7-400, η Siemens συνιστά επίσης την αξιολόγηση της διαδρομής μετανάστευσης σε S7-1500 με την εγγενή ενσωμάτωση PROFINET, η οποία εξαλείφει την ανάγκη για ξεχωριστή μονάδα CP.