Kompaktowy procesor z MPI 6ES7312-5BF04-0AB0 6ES7 312-5BF04-0AB0 6ES7312-5BFO4-OABO

Siemens 6ES7312-5BF04-0AB0 | SIMATIC S7-300 CPU 312C — Kompaktowy sterownik CPU z MPI, 10 wejść cyfrowych / 6 wyjść cyfrowych, 2 szybkie liczniki 10kHz, 64KB pamięci roboczej, 24VDC, 80×125×130mm

Przegląd

Siemens 6ES7312-5BF04-0AB0 to SIMATIC S7-300 CPU 312C — kompaktowe rozwiązanie PLC firmy Siemens, które łączy w sobie procesor PLC, zintegrowane wejścia/wyjścia cyfrowe, szybkie wejścia licznikowe i wejście zasilania w jednym module o szerokości 80 mm.

Dla projektantów maszyn budujących ekonomiczne panele sterowania, gdzie przestrzeń w panelu jest ograniczona, a liczba wejść/wyjść jest niewielka, 312C zmienia sposób myślenia o architekturze systemu. Zamiast modułu CPU plus oddzielnego modułu wejść cyfrowych plus oddzielnego modułu wyjść cyfrowych, trzy moduły zmniejszają się do jednego.

Nakład pracy związany z okablowaniem maleje, przestrzeń na szynie montażowej maleje, a koszt systemu maleje.

Litera "C" w CPU 312C jest kluczowa — oznacza Compact (kompaktowy), odróżniając tę serię od standardowych (niezintegrowanych) sterowników S7-300 CPU, które nie mają wbudowanych wejść/wyjść. Wszystkie sterowniki S7-300 serii C stosują to samo podejście: moc obliczeniowa dopasowana do skali aplikacji, z wystarczającą liczbą zintegrowanych wejść/wyjść do obsługi najczęściej spotykanych bezpośrednich połączeń bez konieczności stosowania dodatkowych modułów.

Uzupełnienie wejść/wyjść 312C wynoszące 10+6 zaspokaja potrzeby małych maszyn z kilkoma czujnikami, przyciskami, wyłącznikami krańcowymi i cyfrowymi elementami wykonawczymi — wszystkie podłączone bezpośrednio do samego modułu CPU —, podczas gdy interfejs MPI i możliwość rozbudowy o dodatkowe moduły sygnałowe obsługują wszystko, co bardziej złożone.

Dwa szybkie wejścia licznikowe rozszerzają praktyczny zasięg 312C do zastosowań, których zwykłe wejścia cyfrowe nie mogą obsłużyć.

Wyjścia impulsowe z enkoderów, czujniki zbliżeniowe zliczające cykle maszyn, przepływomierze generujące ciągi impulsów — wszystkie generują sygnały, które przełączają się zbyt szybko, aby normalny filtr wejściowy i cykl skanowania CPU o czasie 100 ms mogły je dokładnie zarejestrować.

Szybkie wejścia licznikowe 312C działają niezależnie od cyklu skanowania z częstotliwością do 10 kHz, dokładnie zliczając impulsy niezależnie od czasu wykonania programu PLC.

Kluczowe specyfikacje

Karta Micro Memory Card — Niezbędne przechowywanie programu

CPU 312C wymaga karty Micro Memory Card (MMC) do przechowywania programu, a wymóg ten nie podlega negocjacjom. W przeciwieństwie do starszych sterowników S7-300 CPU, które miały zintegrowany EPROM lub pamięć RAM podtrzymywaną bateryjnie do przechowywania programów, CPU 312C i wszystkie sterowniki S7-300 nowszej generacji przechowują swoje programy na karcie Micro Memory Card — małej karcie opartej na pamięci Flash, która jest wkładana do przedniego panelu sterownika CPU.

Karta MMC pełni dwie funkcje: przechowuje program użytkownika (strukturę STEP 7 OB/FC/FB/DB) trwale, bez potrzeby podtrzymywania bateryjnego, oraz zawiera oprogramowanie układowe sterownika CPU (system operacyjny).

Po podłączeniu zasilania do sterownika CPU 312C zawierającego kartę MMC z prawidłowym programem, sterownik CPU kopiuje program z karty MMC do pamięci roboczej i rozpoczyna jego wykonanie — bez baterii, bez ładowania z urządzenia programującego po pierwszym pobraniu programu.

Implikacje operacyjne są znaczące.

Karta MMC z kompletnym programem może zostać przeniesiona z działającego sterownika CPU do identycznego sterownika zamiennego, a zamiennik przejmuje program bez żadnych dodatkowych kroków programowania. Dla producentów maszyn wysyłających wiele identycznych maszyn oznacza to, że jedna kopia karty MMC służy jako kopia zapasowa dla całej floty — jeśli sterownik CPU ulegnie awarii w terenie, zamiennik zostanie wstępnie załadowany z kopii zapasowej karty MMC w ciągu kilku minut.

Karta MMC nie jest dołączona do sterownika CPU 312C i musi być zamówiona osobno. Typowe pojemności to 64KB, 128KB, 512KB, 2MB i 4MB — karta 64KB wystarcza do małych programów, podczas gdy większe karty pozwalają na przechowywanie dodatkowych danych, takich jak receptury, trendy historyczne i dokumentacja.

Szybkie liczniki — Poza normalnym cyklem skanowania

Dwa zintegrowane szybkie wejścia licznikowe sterownika CPU 312C wykorzystują dedykowane sprzętowe liczniki, które działają asynchronicznie w stosunku do cyklu skanowania PLC. To sprzętowe zliczanie zapewnia, że żadne impulsy nie zostaną pominięte, niezależnie od tego, jak bardzo obciążony jest program sterownika CPU w danym momencie — jest to kluczowy wymóg w przypadku pomiaru długości opartego na enkoderach, zliczania partii i pomiaru przepływu.

Przy maksymalnej częstotliwości 10 kHz, szybkie wejścia licznikowe mogą zliczać impulsy, które docierają co 100 mikrosekund.

Odpowiada to na przykład enkoderowi generującemu 10 000 impulsów na obrót wału pracującego z prędkością 60 obr./min — rozsądna specyfikacja dla koła pomiarowego lub enkodera położenia na wolno poruszającym się przenośniku.

Dla szybszych wałów lub enkoderów o wyższej rozdzielczości, limit 10 kHz staje się ograniczeniem i potrzebny byłby szybszy licznik (dostępny w modułach funkcyjnych, takich jak FM 350).

Liczniki mogą działać w kilku trybach konfigurowalnych za pomocą STEP 7: proste zliczanie w górę (akumuluje impulsy z zdarzenia), zliczanie w górę/w dół (kierunek kontrolowany przez drugie wejście), pomiar częstotliwości (zlicza impulsy w określonym czasie bramki i raportuje częstotliwość) oraz pomiar okresu. Każdy tryb służy do różnych zastosowań pomiarowych.

Interfejs MPI — Programowanie i sieci

Interfejs MPI (Multi-Point Interface) w sterowniku CPU 312C to ekonomiczny, ale wydajny interfejs komunikacyjny, który obsługuje podstawowe potrzeby sieciowe sterownika CPU:

Dostęp do programowania: Terminal programistyczny STEP 7 łączy się z portem MPI sterownika CPU za pomocą adaptera PC (USB lub RS232) w celu pobierania, wysyłania, monitorowania online i diagnostyki programu. Jest to najbardziej podstawowe i uniwersalnie wymagane zastosowanie portu MPI.

Połączenie HMI: Urządzenia HMI Siemens OP (Operator Panel) i TP (Touch Panel) łączą się ze sterownikiem CPU 312C przez MPI w celu wyświetlania danych procesowych i akceptowania danych wejściowych od operatora. Połączenie MPI jest prostsze i tańsze niż PROFIBUS w przypadku pojedynczych połączeń HMI-CPU.

Komunikacja PLC-PLC: Wiele sterowników PLC S7-300 lub S7-400 może współdzielić sieć MPI, wymieniając dane za pomocą komunikacji S7 (usługi PUT/GET).

Jest to alternatywa dla PROFIBUS w małych sieciach, gdzie wyższa prędkość i większa liczba węzłów PROFIBUS nie są potrzebne.

Interfejs MPI nie obsługuje trybu master lub slave PROFIBUS DP — w celu zapewnienia łączności PROFIBUS, sterownik CPU 312C wymagałby dodatkowego modułu procesora komunikacyjnego CP 342-5.

Jest to istotne rozróżnienie przy specyfikacji systemu: jeśli wymagane jest połączenie PROFIBUS DP slave z kontrolerem wyższego poziomu, interfejs MPI sterownika CPU 312C musi zostać uzupełniony.

FAQ

P1: Sterownik CPU 312C ma wbudowane 10 wejść cyfrowych i 6 wyjść cyfrowych. Czy można dodać więcej wejść/wyjść i jak?

Tak. Zintegrowane wejścia/wyjścia są uzupełniane przez instalację modułów sygnałowych S7-300 (seria SM) na tej samej szynie montażowej co sterownik CPU.

Standardowe moduły sygnałowe cyfrowe i analogowe S7-300 — wejścia cyfrowe SM 321, wyjścia cyfrowe SM 322, kombinowane wejścia/wyjścia cyfrowe SM 323, wejścia/wyjścia analogowe SM 331/332 — wszystkie łączą się ze sterownikiem CPU przez magistralę tylną S7-300. Sterownik CPU 312C obsługuje jeden stojak rozszerzeń za pomocą pary modułów interfejsu IM 365, jeśli potrzebna jest dodatkowa przestrzeń na szynie montażowej. 

Całkowita pojemność wejść/wyjść systemu jest ograniczona liczbą dostępnych gniazd modułowych i zakresem adresowania wejść/wyjść sterownika CPU.

P2: Jaka jest różnica między CPU 312C a (niekompaktowym) CPU 312 i kiedy należy wybrać każdy z nich?

CPU 312 (niekompaktowy) nie ma zintegrowanych wejść/wyjść — jest to czysty moduł CPU, który zapewnia jedynie interfejs MPI i połączenie z modułami sygnałowymi na magistrali tylnej. Jego zaletą jest elastyczność: każde gniazdo może być dowolnie przypisane do wymaganego typu modułu, bez stałych wejść/wyjść.

CPU 312C zawiera 10 DI i 6 DQ oraz dwa szybkie liczniki, które są zawsze obecne.

Jeśli maszyna potrzebuje dokładnie lub w przybliżeniu 10 DI i 6 DQ plus szybkich liczników, 312C dostarcza je bez potrzeby dodatkowych modułów. 

Jeśli maszyna potrzebuje głównie wejść/wyjść analogowych lub bardzo innego stosunku DI/DQ, stałe wejścia/wyjścia 312C zapewniają mniejszą elastyczność, a niekompaktowy sterownik CPU z dowolnie wybranymi modułami sygnałowymi może być lepszą konfiguracją.

P3: Czy wyjścia cyfrowe sterownika CPU 312C mogą bezpośrednio sterować cewkami styczników 24VDC i zaworami elektromagnetycznymi?

Zintegrowane wyjścia cyfrowe sterownika CPU 312C są typu tranzystorowego 24VDC, przystosowane do obciążeń 24VDC. Każde wyjście może bezpośrednio dostarczać prąd wymagany do sterowania standardowymi cewkami przekaźników 24VDC (zazwyczaj 50–200mA) i pilotami zaworów elektromagnetycznych 24VDC (100–300mA), pod warunkiem, że prąd obciążenia na wyjście mieści się w określonym zakresie.

W przypadku większych obciążeń (główne styczniki silnikowe z cewkami 24V, większe elektromagnesy) lub obciążeń AC (cewki zasilane napięciem 230VAC), należy stosować przekaźniki pośredniczące. 

Prąd wyjściowy na kanał sterownika CPU oraz całkowity prąd modułu należy zweryfikować w stosunku do podłączonych obciążeń podczas fazy projektowania.

P4: Czy sterownik CPU 312C obsługuje PROFIBUS DP i jeśli tak, to w jakiej roli?

Interfejs MPI sterownika CPU 312C nie obsługuje PROFIBUS DP. Jeśli wymagana jest łączność PROFIBUS DP — czy to w celu działania sterownika CPU jako master DP sterującego zdalnymi wejściami/wyjściami, czy też w celu działania sterownika CPU jako slave DP podłączonego do kontrolera wyższego poziomu — należy zainstalować zewnętrzny moduł procesora komunikacyjnego (CP 342-5 dla DP master lub CP 342-5 FO dla PROFIBUS światłowodowego) na szynie montażowej obok sterownika CPU.

W przypadku nowych projektów, w których łączność PROFIBUS jest wymogiem, sterownik CPU z zintegrowanym interfejsem PROFIBUS DP (takim jak CPU 314C-2 DP) eliminuje potrzebę stosowania dodatkowego modułu CP.

P5: Jaka jest zalecana ścieżka migracji ze sterownika CPU 312C na obecną platformę Siemens?

Siemens zaleca serię SIMATIC S7-1500 jako platformę następcy dla S7-300, w tym kompaktowe warianty sterowników CPU. CPU 1511C-1 PN lub CPU 1512C-1 PN (z kompaktowej serii S7-1500) zapewniają porównywalną zintegrowaną funkcjonalność wejść/wyjść ze znacznie zwiększoną wydajnością, natywnym PROFINET IO, rozszerzoną pamięcią roboczą i inżynierią TIA Portal.

Migracja wymaga przepisania programu STEP 7 w TIA Portal — nie ma zautomatyzowanej bezpośredniej konwersji —, ale Siemens udostępnia narzędzia do migracji w TIA Portal, które mogą pomóc w restrukturyzacji i adaptacji starszych programów.

W przypadku maszyn, które muszą pozostać na S7-300 ze względów kompatybilności wstecznej, Siemens nadal zapewnia wsparcie w zakresie części zamiennych przez dziesięć lat od daty wycofania produktu.