KomunikacjaPROCESOR 6GK7443-1EX20-0XE0 6GK7 443-1EX20-0XE0 6GK7443-1EX2O-OXEO

Siemens 6GK7443-1EX20-0XE0 | Procesor komunikacyjny CP 443-1 — Industrial Ethernet S7-400, podwójny RJ45 10/100 Mbit/s, kontroler PROFINET IO, 128 połączeń, SNMP V2 / DHCP / diagnostyka sieciowa

Przegląd

Siemens 6GK7443-1EX20-0XE0 to procesor komunikacyjny CP 443-1 dla SIMATIC S7-400 — moduł interfejsu Industrial Ethernet, który podłącza szafę sterowniczą S7-400 bezpośrednio do sieci Ethernet 10/100 Mbit/s, jednocześnie działając jako kontroler PROFINET IO dla rozproszonych systemów we/wy.

W hierarchii modułów S7-400, CP 443-1 jest wkładany do płyty tylnej obok modułów CPU i przenosi cały ruch komunikacyjny sieci niezależnie od CPU, odciążając procesor CPU od przetwarzania protokołów Ethernet, dzięki czemu CPU pozostaje skupiony na wykonywaniu swojego programu sterownika PLC bez obciążenia komunikacyjnego pogarszającego wydajność cyklu skanowania.

Najbardziej charakterystyczną cechą sprzętową wariantu EX20 jest zintegrowany dwuportowy przełącznik czasu rzeczywistego oparty na chipie ERTEC 400.

Dwa porty RJ45 nie są dwoma niezależnymi połączeniami sieciowymi — dzielą jeden adres IP i tworzą przełącznik, który pozwala modułowi uczestniczyć zarówno w topologiach liniowych (łańcuchowych), jak i pierścieniowych bez zewnętrznego przełącznika.

Jest to bezpośrednio istotne dla instalacji PROFINET IO, gdzie topologia liniowa poprzez połączenia urządzeń zmniejsza koszty sprzętu i miejsce w szafie w porównaniu do architektur okablowanych w gwiazdę, wymagających centralnego przełącznika na każdym poziomie.

Topologia pierścieniowa, w połączeniu z protokołem Media Redundancy Protocol (MRP), pozwala sieci na automatyczne odzyskanie sprawności po awarii pojedynczego kabla lub przełącznika, utrzymując urządzenia PROFINET IO online w warunkach awarii.

Przy 128 aktywnych połączeniach w trybie wieloprotokołowym, CP 443-1 EX20 może jednocześnie utrzymywać mieszankę połączeń wymiany danych S7, połączeń gniazd TCP/IP, połączeń kontrolera PROFINET IO oraz sesji SEND/RECEIVE z urządzeniami kompatybilnymi z S5 — wszystkie aktywne jednocześnie i wszystkie zarządzane niezależnie przez własny procesor CP.

CP pojawia się dla CPU S7-400 jako standardowy moduł w szafie, z wymianą danych obsługiwaną przez wspólne obszary pamięci CPU zdefiniowane w NetPro podczas konfiguracji.

Kluczowe specyfikacje

Usługi komunikacyjne — co zapewnia każdy tryb

Wartość CP 443-1 w sieci zakładowej wynika z szerokiego zakresu trybów komunikacji, które obsługuje jednocześnie. Każdy tryb służy innemu celowi integracji:

Komunikacja S7 (PUT/GET) to natywny protokół wymiany danych Siemens-Siemens.

Pozwala on procesorom CPU S7-400 na odczyt i zapis danych bezpośrednio do innych sterowników S7 — S7-300, S7-400 lub S7-1500 przez bramkę — przy użyciu bloków programowych PUT i GET.

Jest to standard dla koordynacji między sterownikami PLC w liniach produkcyjnych z wieloma sterownikami, gdzie jeden sterownik musi odczytywać wartości procesowe lub zapisywać nastawy do innego sterownika w sieci zakładowej.

Pobieranie/Zapis zapewnia wsteczną kompatybilność z starszymi systemami SIMATIC S5, które używają starszego modelu połączeń S5.

W zakładach, gdzie współistnieją systemy S7-400 i starsze systemy S5, funkcja Pobieranie/Zapis CP 443-1 utrzymuje komunikację ze starszym sprzętem bez konieczności stosowania urządzeń do konwersji protokołów.

SEND/RECEIVE (komunikacja otwarta) implementuje połączenia gniazd TCP/IP lub ISO do komunikacji z systemami innymi niż Siemens — serwerami SCADA, platformami MES, systemami jakości, punktami integracji ERP i sterownikami firm trzecich, które komunikują się przez standardowy Ethernet.

Bloki funkcyjne SEND i RECEIVE w programie CPU S7-400 obsługują przekazywanie danych do i z CP dla tych połączeń.

Kontroler PROFINET IO podłącza rozproszone systemy we/wy — ET 200S, ET 200M, ET 200SP, napędy z obsługą PROFINET i instrumenty — bezpośrednio do CPU S7-400 przez sieć Ethernet, bez potrzeby stosowania oddzielnej infrastruktury magistrali terenowej PROFIBUS.

CP 443-1 EX20 zarządza cykliczną wymianą danych IO z maksymalnie 32 urządzeniami PROFINET IO, które obsługują priorytetowe uruchamianie, i obsługuje całą komunikację PROFINET w czasie rzeczywistym niezależnie od cyklu programu CPU.

Zintegrowany przełącznik ERTEC 400 — topologia i redundancja

Chip ERTEC 400 w CP 443-1 EX20 to ten sam układ scalony, który jest używany w przemysłowych przełącznikach Siemens SCALANCE X do zastosowań PROFINET.

Jego integracja z modułem CP oznacza, że dwa porty RJ45 na panelu czołowym modułu są zarządzanymi portami przełącznika, dzielącymi pojedynczy adres Ethernet modułu — nie są to dwa niezależne interfejsy sieciowe.

W topologii liniowej, dwa porty CP łączą się z urządzeniem z przodu i z tyłu w łańcuchu, tworząc jeden segment Ethernet, który przechodzi przez wiele urządzeń bez konieczności stosowania przełącznika okablowanego w gwiazdę w każdym węźle.

W topologii pierścieniowej (po włączeniu MRP), drugi port ostatniego urządzenia łączy się z pierwszym, tworząc zamknięty pierścień.

Standard MRP definiuje, w jaki sposób jedno urządzenie w pierścieniu działa jako Menedżer Pierścienia, stale monitorując integralność pierścienia i aktywując alternatywną ścieżkę w czasie krótszym niż 200 milisekund po wykryciu przerwania pierścienia.

Dla systemów PROFINET IO, gdzie ciągłość komunikacji IO jest ważna — szczególnie w zastosowaniach, gdzie utrata danych z czujników lub siłowników podczas awarii może prowadzić do problemów z bezpieczeństwem lub jakością procesu — topologia pierścieniowa z MRP zapewnia ekonomiczny mechanizm redundancji, który wykorzystuje tylko kable i porty już obecne w instalacji.

Lista kontroli dostępu IP — bezpieczeństwo na poziomie sieci

Funkcja listy kontroli dostępu IP (ACL) pozwala CP 443-1 na akceptowanie lub odrzucanie przychodzących połączeń z określonych adresów IP lub zakresów adresów IP.

Zapewnia to kontrolę dostępu na poziomie sieci, która ogranicza, które systemy zewnętrzne mogą inicjować połączenia z CPU S7-400 przez CP.

W środowisku zakładowym, gdzie sieć OT (technologia operacyjna) łączy się z korporacyjnymi systemami IT lub infrastrukturą chmurową, lista ACL IP na CP tworzy zdefiniowaną granicę: tylko serwery SCADA, stacje inżynierskie i systemy HMI z skonfigurowanymi adresami IP mogą nawiązywać połączenia, podczas gdy cały inny ruch sieciowy jest blokowany na poziomie CP.

Nie jest to zamiennik prawidłowo zaprojektowanej architektury sieciowej z zaporami ogniowymi i segmentacją sieci, ale zapewnia znaczącą dodatkową warstwę ochrony przed niezamierzonym lub złośliwym dostępem do sterownika PLC przez interfejs Ethernet.

Często zadawane pytania

P1: CP 443-1 EX20 ma dwa porty RJ45. Czy może połączyć się z dwoma różnymi podsieciami jednocześnie?

Nie. Dwa porty RJ45 to porty zintegrowanego przełącznika ERTEC 400 modułu i dzielą pojedynczy adres IP — nie są to dwa niezależne interfejsy sieciowe w różnych podsieciach. Oba porty należą do tego samego segmentu Ethernet.

Konstrukcja z dwoma portami obsługuje topologie liniowe i pierścieniowe w ramach jednej sieci. Do komunikacji wielopodsieciowej (podłączania S7-400 do wielu niezależnych sieci) wymagane byłyby wielokrotne moduły CP 443-1 zainstalowane w tej samej szafie S7-400.

P2: Maksymalna liczba aktywnych połączeń wynosi 128. Jak jest ona rozłożona na różne tryby komunikacji?

Limit 128 połączeń to suma wszystkich aktywnych trybów protokołów jednocześnie.

Alokacja między komunikacją S7, SEND/RECEIVE ISO-on-TCP/ISO/UDP i PROFINET IO jest konfigurowana w NetPro i pobierana ze wspólnej puli. Połączenia urządzeń PROFINET IO są pobierane z tej samej puli co inne połączenia.

Rzeczywista alokacja zależy od konkretnych wymagań aplikacji — system z wieloma urządzeniami PROFINET IO zużywa więcej połączeń z puli, pozostawiając mniej dostępnych dla S7 i SEND/RECEIVE jednocześnie.

Instrukcja obsługi CP 443-1 zawiera szczegółowe tabele budżetu połączeń do planowania maksymalnej konfiguracji.

P3: Czy CP 443-1 EX20 może być używany z redundantnymi CPU S7-400H?

Tak, EX20 może być używany jako moduł zamienny w konfiguracjach H-CPU, w tym z H-CPU działającymi z oprogramowaniem układowym V4.0 i nowszym.

Istnieją jednak ograniczenia: tryb SSEND/SRECV na interfejsie SEND/RECV nie jest obsługiwany z H-CPU, a PROFINET IO nie jest obsługiwany z H-CPU. 

Dla aplikacji systemów H wymagających PROFINET IO, należy określić zaawansowany wariant CP. Komunikacja S7 i standardowe SEND/RECEIVE w innych trybach działają poprawnie z H-CPU.

P4: Jakie oprogramowanie konfiguracyjne jest wymagane do ustawienia CP 443-1 EX20?

CP 443-1 EX20 jest konfigurowany za pomocą SIMATIC STEP 7 (Classic) z narzędziem do konfiguracji sieci NetPro.

W STEP 7 moduł CP jest dodawany do konfiguracji sprzętowej S7-400, a następnie NetPro jest używany do definiowania połączeń — przypisań S7, SEND/RECEIVE, PROFINET IO oraz wszystkich parametrów sieciowych, w tym adresu IP, podsieci, ustawień DHCP i listy kontroli dostępu IP. 

TIA Portal nie konfiguruje natywnie CP 443-1 EX20 dla S7-400; STEP 7 Classic pozostaje odpowiednim narzędziem dla tej generacji modułów.

P5: 6GK7443-1EX20-0XE0 został wycofany z produkcji. Jaki jest zalecany następca?

Siemens zaleca CP 443-1 EX31 (6GK7443-1EX31-0XE0) jako następcę EX20.

EX31 zachowuje ten sam podstawowy zestaw funkcji i interfejs fizyczny (podwójny RJ45, przełącznik oparty na ERTEC), dodając jednocześnie powlekaną płytkę drukowaną do pracy w temperaturach otoczenia do 70°C — szerszych niż standardowy zakres roboczy EX20.

EX31 jest zamiennikiem typu drop-in dla EX30 i EX20 w większości zastosowań.

Dla nowych projektów S7-400, Siemens zaleca również ocenę ścieżki migracji do S7-1500 z jego natywną integracją PROFINET, która eliminuje potrzebę stosowania oddzielnego modułu CP.