Yeni Siemens S7 300 6ES7312-1AE14-0AB0 6ES73121AE140AB0 6ES7312-1AE14-OABO

Siemens 6ES7312-1AE14-0AB0 | SIMATIC S7-300 CPU 312 — Merkezi İşlem Birimi, MPI Arayüzü, 32KB Çalışma Belleği, Entegre 24VDC Besleme, 0.1µs Bit İşleme, 40×125×130mm

Genel Bakış

Siemens 6ES7312-1AE14-0AB0 SIMATIC S7-300 ailesinin giriş seviyesi standart (kompakt olmayan) CPU'su olan CPU 312'dir.

En dar 40mm ve 270g ağırlığıyla, tam S7-300 komut setini, standart MPI iletişim arayüzünü ve küçük ila orta ölçekli makine kontrolü ve proses otomasyon görevlerinin büyük çoğunluğu için yeterli işlem performansını sunarken, fiziksel olarak en kompakt S7-300 CPU'ları arasındadır.

CPU 312'nin nereye uyduğunu anlamak, S7-300 CPU serisinin yapısını anlamayı gerektirir.

Aile, entegre dijital G/Ç'ye sahip CPU 312C gibi kompakt CPU'lardan, entegre G/Ç'si olmayan ancak tam modüler esnekliğe sahip bu CPU 312 gibi standart CPU'lara ve daha büyük belleklere ve entegre PROFIBUS DP arayüzlerine sahip daha güçlü CPU'lara (CPU 314, 315, 317) kadar uzanır. 

CPU 312, standart CPU serisinin başlangıç noktasıdır; görev, standart CPU mimarisinin modülerliğini ve mühendislik esnekliğini gerektirdiğinde ancak daha büyük bellek, çoklu raf yeteneği veya daha yüksek model CPU'ların ek arayüzlerini gerektirmediğinde tercih edilir.

32KB çalışma belleği, CPU 312'nin birincil kısıtlamasıdır ve uygun olduğu uygulamaları tanımlar.

32KB ile CPU 312, küçük ila orta ölçekli STEP 7 programlarını barındırır; birkaç yüz program bloğu, standart PLC kontrol mantığı, temel veri işleme ve orta düzey iletişim gereksinimleri olan programlar.

Büyük tarif tablolarını, kapsamlı tarihçi tamponlarını veya büyük nesne kodu üreten karmaşık matematiksel algoritmaları yöneten programlar için uygun değildir. Bu tür uygulamalar için CPU 314 (64KB), CPU 315-2 DP (256KB) veya CPU 317-2 DP (1MB) uygun seçeneklerdir.

Anahtar Özellikler

0.1 µs İkili İşleme — Döngü Süreleri İçin Anlamı

CPU 312'nin ikili komut başına 0.1 µs'si, işlemcinin temel yürütme hızı ölçüsüdür. Pratikte, tipik bir S7-300 programı ikili (kontak/bobin) komutları, kelime işlemlerini, aritmetiği ve iletişim yükünü karıştırır.

1.000 ikili komuta sahip bir programın ham komut yürütme süresi 0.1ms'dir — ancak toplam döngü süresi daha uzundur çünkü S7-300 işletim sistemi her döngüye bir işlem görüntüsü güncellemesi (tüm girişleri okuma, tüm çıkışları yazma), iletişim işleme ve kendi kendine test yükü ekler.

Standart S7-300 dijital ve analog modüllerle tek raflı bir istasyonda orta büyüklükte bir program çalıştıran bir CPU 312 için, tipik döngü süreleri program boyutuna, aktif modül sayısına ve MPI arayüzündeki iletişim trafiğine bağlı olarak 5–15ms aralığında değişir. CPU 312'nin hedeflediği makine kontrol uygulamaları — konveyör sıralama, makine kilitleme, basit parti işlemleri — için 5–15ms'lik bir döngü süresi tamamen yeterlidir.

Proses sıcaklık döngüleri, basınç regülasyonu ve diğer yavaş dinamik proses değişkenleri saniyeler ila dakikalar ölçeğinde değişir, bu da PLC tarama döngü süresini döngü performansı için önemsiz hale getirir (bu, verici yanıt süresi ve valf dinamikleri tarafından domine edilir).

Yalnızca hızlı mekanik işlemler (yüksek hızlı ayırma, pres kontrolü, hızlı alma-yerleştirme işlemleri) 5ms'nin altındaki PLC döngü süreleri gerektirir ve bu uygulamalar, önemli ölçüde daha büyük belleklere ve özel kesme işleme yeteneklerine sahip yüksek performanslı CPU'lar tarafından hizmet verilir, CPU 312 tarafından değil.

Mikro Bellek Kartı — Piller Olmadan Program Depolama

CPU 312, program depolama için bir Mikro Bellek Kartı (MMC) gerektirir — flaş tabanlı kart, hem yükleme belleği (STEP 7'den indirilen tam programı depolayan) hem de yedek pil ihtiyacını ortadan kaldıran kalıcı depolama mekanizması olarak hizmet eder. CPU 312 her açıldığında, programı MMC'den çalışma RAM'ine okur ve yürütmeye başlar. MMC'deki program uçucudur — güç döngüleri boyunca süresiz olarak kalır, Siemens MMC'de minimum 10 yıllık veri saklama süresi belirtir.

Bu pilsiz çalışma, programı güç kesintileri sırasında korumak için düzenli pil değişimi gerektiren eski CPU nesillerine göre gerçek bir bakım avantajıdır. Eski bir S7-300 veya S5 CPU'da deşarj olmuş veya arızalı bir yedek pil, bir sonraki güç kesintisinde tam program kaybına neden olurdu — üretim ortamında saatlerce program yükleme ve sistem yeniden başlatma gerektirebilecek bir servis olayı.

MMC mimarisi bu arıza modunu tamamen ortadan kaldırır. MMC yedektir — çalışan bir CPU'dan MMC'yi çıkarmak, programı kartta bozulmadan saklar, bu da yedekleme için bir programlama terminaline veya ön yükleme için bir yedek CPU'ya taşınabilir.

CPU 312'nin önündeki 6 karakterlik servis soketi, 64KB ila 8MB kapasiteli standart S7-300 MMC'leri (SIMATIC Mikro Bellek Kartları, 6ES7953-8LXXX-0AA0 ailesi) kabul eder.

MPI Arayüzü — Yetenekler ve Sınırlamalar

CPU 312 tek bir MPI arayüzü sağlar — PROFIBUS DP yok, PROFINET yok, entegre Ethernet yok.

Bu arayüz sınırlaması en önemli seçim kriteridir: uygulama, CPU'nun PROFIBUS DP ana denetleyicisi olarak hareket etmesini gerektiriyorsa (PROFIBUS ağındaki uzak G/Ç istasyonlarını, sürücüleri veya cihazları kontrol etme), CPU 312 doğru seçim değildir. Entegre bir PROFIBUS DP arayüzüne sahip bir CPU (CPU 315-2 DP, CPU 317-2 DP) veya bir CP 342-5 iletişim işlemcisi eklenmesi gerekirdi.

MPI arayüzünün sağladığı şunlardır:

Programlama terminali erişimi: Bir STEP 7 iş istasyonu, program indirme, çevrimiçi izleme ve teşhis için MPI bağlantı noktası üzerinden bir PC adaptörü (6ES7972-0CB20-0XA0 veya USB eşdeğeri) aracılığıyla CPU'ya bağlanır.

HMI bağlantısı: Siemens OP ve TP operatör panelleri, proses verilerini görüntülemek ve operatör girdilerini kabul etmek için MPI üzerinden bağlanır. Tek panelli MES için MPI bağlantısı uygun maliyetli ve basittir.

PLC'den PLC'ye iletişim: Birden fazla S7-300 CPU, bir MPI ağını paylaşabilir ve S7 temel iletişimi (SFC 65/66 küresel veriler için) veya S7 iletişimi (SFB 8/9 BSEND/BRCV veya SFB 12/13 BSEND/BRCV) aracılığıyla veri alışverişi yapabilir, bu da PROFIBUS olmadan basit çoklu denetleyici koordinasyonunu sağlar.

Küresel veriler: Aynı MPI ağındaki S7 denetleyicileri arasında döngüsel veri alışverişi için 4 adede kadar küresel veri dairesi tanımlanabilir — açık iletişim programlaması olmadan PLC'ler arasında durum değişkenlerini paylaşmak için basit bir mekanizma.

CPU 312'nin 6 bağlantı sınırı (PG, OP ve S7 bağlantılarının toplamı), eşzamanlı olarak aktif MPI ağ katılımcılarının sayısını sınırlar.

Bir programlama terminali, bir HMI paneli ve bir S7 iletişim bağlantısı olan bir istasyonda, bağlantı sınırı zaten neredeyse dolmuştur.

Program Yapısı ve Blok Tipleri

CPU 312, 1.024 blok toplam sınırı dahilinde tam STEP 7 blok tabanlı program yapısını destekler.

Blok tipleri şunlardır:

OB'ler (Organizasyon Blokları): İşletim sistemi ile kullanıcı programı arasındaki arayüz. OB1 ana döngüsel programdır. OB35 döngüsel bir kesmedir (varsayılan 100ms). OB40 modüllerden gelen bir donanım kesmesidir. OB82 bir teşhis kesmesidir.

OB100 başlangıç OB'sidir. OB'ler, S7-300 işletim sisteminin olaylara yanıt olarak kullanıcı kodunu çağırdığı tanımlanmış giriş noktalarıdır.

FB'ler (Fonksiyon Blokları) ve FC'ler (Fonksiyonlar): Kullanıcı tarafından oluşturulan yeniden kullanılabilir program modülleri. FB'ler, FB'nin statik değişkenlerini depolayan ilgili örnek veri bloklarına sahiptir; FC'ler durumsuz fonksiyonlardır.

Her ikisi de OB'lerden veya diğer FB'ler/FC'lerden çağrılarak yapılandırılmış bir program hiyerarşisi oluşturulabilir.

DB'ler (Veri Blokları): Veri depolama alanları — tesis genelindeki değişkenler için paylaşılan veri blokları, FB'ler için örnek veri blokları ve kalıcı veri depolama.

32KB çalışma belleğinde, tüm OB'ler + FB'ler + FC'ler + DB'ler birlikte 32KB'a sığmalıdır.

Deneyimli S7-300 mühendisleri bellek bütçe yönetimine aşinadır — STEP 7 Çevrimiçi menüsü gerçek zamanlı çalışma belleği kullanımını sağlar ve program boyutu hedefleri, 32KB sınırını geliştirmenin sonlarında keşfetmekten kaçınmak için projenin başında belirlenmelidir.

SSS

S1: CPU 312'de PROFIBUS DP arayüzü yok. Uygulama gerektiriyorsa PROFIBUS saha cihazlarıyla nasıl iletişim kurabilir?

CPU 312 sistemine PROFIBUS DP ana denetleyici yeteneği eklemenin standart yaklaşımı, S7-300 rafına bir CP 342-5 iletişim işlemcisi modülü (6GK7342-5DA02-0XE0) kurmaktır.

CP 342-5 tam bir PROFIBUS DP ana denetleyici arayüzü sağlar ve CPU 312'nin MPI bağlantı noktasından bağımsız olarak çalışır. CPU 312'nin programı açısından bakıldığında, CP 342-5 S7-300 arka paneli aracılığıyla CPU ile veri alışverişi yapar ve programcı, CPU 312'nin veri blokları ile CP 342-5'in PROFIBUS G/Ç görüntüsü arasında veri aktarmak için fonksiyon çağrılarını (CP 342-5 fonksiyon kütüphanesinden FC1 DP_SEND ve FC2 DP_RECV) kullanır.

Bu yaklaşım, CPU 312'nin değerli 8 modül yuvasından birini tüketir ve CP 342-5'in ek maliyeti (liste fiyatında CPU 312'yi aşar), genellikle bir CPU 312 sistemine CP eklemek yerine PROFIBUS DP'yi entegre eden bir CPU 315-2 DP'ye yükseltmeyi daha ekonomik hale getirir. CP 342-5 yaklaşımı, PROFIBUS yeteneği eklenmesi gereken ancak tam CPU değişimi haklı çıkarılmayan mevcut CPU 312 kurulumları için uygundur.

S2: Tek bir istasyonda CPU 312'nin işleyebileceği maksimum analog ve dijital G/Ç noktası sayısı nedir ve bu çalışma belleği veya donanım tarafından mı sınırlıdır?

Donanım sınırı, CPU 312 için bellek sınırından daha kısıtlayıcıdır.

İşlem görüntüsü boyutu — girişler için 128 bayt ve çıkışlar için 128 bayt — maksimum adreslenebilir G/Ç'yi belirler: 128 bayt × 8 bit = 1.024 dijital giriş (I 0.0'dan I 127.7'ye) ve 1.024 dijital çıkış (Q 0.0'dan Q 127.7'ye) veya aynı bayt aralığında analog ve dijital adreslemenin eşdeğer bir karışımı.

Donanım sınırı modül yuvası sayısıdır: merkezi rafta 8 yuva + izin verilen tek genişletme rafında 8 yuva = toplam 16 modül konumu. 2 baytlık 16 kanallı dijital modüllerle, 16 modül 32 bayt dijital G/Ç sağlar — işlem görüntüsü sınırının oldukça altında.

Her biri 16 bayt olan 8 kanallı analog modüllerle (8 kanal × analog kelime başına 2 bayt), 16 analog modül 256 bayt tüketir — işlem görüntüsü sınırını aşar. Pratikte, 16 yuvalı bir istasyonda dijital ve analog modüllerin karışık bir kurulumu, 128 baytlık işlem görüntüsü sınırına kolayca sığar.

32KB çalışma belleği program karmaşıklığını sınırlar ancak CPU 312'nin hedeflediği ölçekteki kurulumlar için nadiren G/Ç adreslemesini sınırlar.

S3: CPU 312 güç kaybettiğinde veri bloğu kalıcı verilerine ne olur ve veri saklamada Mikro Bellek Kartı'nın rolü nedir?

CPU 312'nin bellek mimarisinde, çalışma RAM'i (32KB) aktif yürütme belleğidir — çalışan programı ve tüm mevcut değişken değerlerini tutar. Çalışma RAM'i uçucudur: güç kesildiğinde içeriğini kaybeder.

Mikro Bellek Kartı, uçucu olmayan Flash bellektir ve yalnızca programın yükleme belleği kopyasını tutar. Kritik olarak, veri bloklarının içeriği — STEP 7'nin veri bloğu özelliklerinde kalıcı olarak işaretlenmiş olsalar bile — çalışma sırasında MMC'ye otomatik olarak kaydedilmez.

CPU 312'deki kalıcı veri, CPU'daki kapasitör destekli bir devre tarafından kısa güç kesintileri boyunca korunur (güç kaybı sırasında CPU saatini koruyan aynı dahili kapasitör), ancak bu kapasitör verileri yalnızca sınırlı bir süre tutar (oda sıcaklığında tipik olarak saatlerce).

CPU, kapasitörün deşarj olması için yeterince uzun süre kapatılırsa, kalıcı veri kaybolur. Verilerin uzun süreli güç kesintilerine dayanması gereken uygulamalar için — üretim sayaçları, parti kimlik numaraları, birikmiş toplamlar — program bu değerleri periyodik olarak kalıcı olmayan bir veri bloğuna yazmalı ve tüm veri bloğunu SFC 84 (WRIT_DBL, Yükleme Belleğine Veri Bloğu Yaz) kullanarak MMC'ye kopyalamalıdır.

Başlangıçta, OB100 MMC'den veri bloğunu SFC 82 (CREA_DBL veya benzeri) kullanarak okur. Bu açık MMC yazma/okuma prosedürü, biraz daha uzun başlangıç/kapanış rutinleri pahasına gerçek uçucu olmayan depolama sağlar.

S4: CPU 312 TIA Portal ile programlanabilir mi, yoksa STEP 7 V5.x mi gereklidir?

Öncelikle STEP 7 V5.5 SP1 veya daha yenisi (klasik STEP 7, TIA Portal değil) CPU 312 için yerel programlama ortamıdır.

TIA Portal, standart ürün yapılandırmasında S7-300 CPU 312 için yerel destek içermez — TIA Portal'ın S7-300 desteği, Siemens'in açıkça TIA Portal S7-300 kütüphanesine dahil ettiği belirli CPU modellerini kapsar ve eski CPU 312 (özellikle 1AE14 donanım sürümü) tam olarak desteklenmeyebilir. 

Bazı mühendisler, Siemens Industry Online Support'tan temin edilebilen HSP (Donanım Destek Paketi) dosyaları aracılığıyla S7-300 eski cihaz desteği ile TIA Portal kullanmışlardır, ancak bu yaklaşım, bir üretim projesi için kullanılmadan önce belirli TIA Portal sürümü ve CPU 312 firmware sürümüne karşı doğrulanmalıdır.

TIA Portal'ın gerekli mühendislik ortamı olduğu yeni projeler için Siemens, TIA Portal'da açıkça desteklenen bir S7-300 CPU'su (örneğin, daha yeni firmware sürümlerinde CPU 315-2 PN/DP veya CPU 317-2 DP) seçilmesini veya TIA Portal'ın birincil hedefi olan S7-1500 platformuna geçilmesini önermektedir.

S5: CPU 312'den mevcut bir Siemens platformuna geçiş için önerilen yol nedir ve geçiş ne kadar karmaşıktır?

Siemens'in S7-300'den geçiş için resmi önerisi SIMATIC S7-1500 platformudur. CPU 312'nin tipik uygulama profili için — küçük bağımsız makineler, basit proses kontrolü, tek raflı kurulumlar — S7-1500 CPU 1511-1 PN yaklaşık fonksiyonel değişimdir: önemli ölçüde daha fazla çalışma belleği (150KB), entegre PROFINET IO, daha hızlı işlem (48ns ikili) ve TIA Portal mühendisliği sunar.

Geçiş çabası önemsiz değildir: STEP 7 programı TIA Portal için yeniden yapılandırılmalı ve yeniden yazılmalıdır (otomatik kod dönüştürme yoktur — STEP 7 Classic ve TIA Portal farklı programlama paradigmaları ve blok yapıları kullanır, ancak komut seti dil düzeyinde büyük ölçüde uyumludur).

Donanım G/Ç yeniden tasarlanmalıdır (S7-300 modülleri S7-1500 ile uyumlu değildir) ve MPI'ye bağlı herhangi bir HMI, PROFINET veya Ethernet bağlantısına yükseltilmeli veya değiştirilmelidir. 

Tam geçiş mühendislik yatırımını karşılayamayan siteler için, STEP 7 V5.x ile mevcut CPU 312'yi yedek parçalarla sürdürmek geçerli bir uzun vadeli stratejidir — Siemens, üretimden sonra 10 yıl yedek parça bulunabilirliği taahhüt eder (yaklaşık 2033'e kadar) ve S7-300 sistemlerinin kurulu tabanı, bu zaman çizelgesinin çok ötesinde donanım ve destek uzmanlığı için ikincil bir piyasayı sürdürecek kadar büyüktür.