Компактный процессор с MPI 6ES7312-5BF04-0AB0 6ES7 312-5BF04-0AB0 6ES7312-5BFO4-OABO

Siemens 6ES7312-5BF04-0AB0 | SIMATIC S7-300 CPU 312C — Компактный ЦПУ с MPI, 10 дискретных входов / 6 дискретных выходов, 2 высокоскоростных счетчика 10 кГц, 64 КБ оперативной памяти, 24 В постоянного тока, 80x125x130 мм

Обзор

Siemens 6ES7312-5BF04-0AB0 — это SIMATIC S7-300 CPU 312C — компактное решение Siemens для ПЛК, объединяющее процессор ПЛК, интегрированные цифровые входы/выходы, входы высокоскоростных счетчиков и вход питания в одном модуле шириной 80 мм.

Для разработчиков машин, создающих экономичные панели управления с ограниченным пространством и умеренным количеством входов/выходов, 312C меняет подход к архитектуре системы. Вместо модуля ЦПУ плюс отдельного модуля цифровых входов плюс отдельного модуля цифровых выходов, три модуля сжимаются в один.

Уменьшается объем проводки, экономится место на монтажной рейке, снижается стоимость системы.

Буква «C» в CPU 312C является ключевой — она означает Compact (Компактный), отличая эту серию от стандартных (неинтегрированных) ЦПУ S7-300, которые не имеют встроенных входов/выходов. Все ЦПУ S7-300 серии C следуют одному и тому же подходу: производительность процессора соответствует масштабу приложения, с достаточным количеством интегрированных входов/выходов для обработки наиболее распространенных прямых подключений без необходимости использования дополнительных модулей.

Комплект входов/выходов 312C (10+6) удовлетворяет потребности небольших машин с несколькими датчиками, кнопками, концевыми выключателями и цифровыми исполнительными механизмами — все они подключаются непосредственно к самому модулю ЦПУ — в то время как интерфейс MPI и возможность расширения с помощью дополнительных сигнальных модулей обрабатывают все более сложные задачи.

Два входа высокоскоростных счетчиков расширяют практический диапазон 312C для приложений, которые не могут обслуживаться обычными цифровыми входами.

Импульсные выходы энкодеров, датчики приближения, подсчитывающие циклы машины, расходомеры, генерирующие импульсные последовательности — все это генерирует сигналы, которые переключаются слишком быстро для обычного фильтра входов ЦПУ (100 мс) и цикла сканирования, чтобы точно их захватить.

Входы HSC 312C работают независимо от цикла сканирования с частотой до 10 кГц, точно подсчитывая импульсы независимо от времени выполнения программы ПЛК.

Ключевые характеристики

Карта Micro Memory Card — Обязательное хранение программы

ЦПУ 312C требует карту Micro Memory Card (MMC) для хранения программы, и это требование не является необязательным. В отличие от старых ЦПУ S7-300, которые имели встроенный EPROM или ОЗУ с резервным питанием от батареи для сохранения программы, ЦПУ 312C и все ЦПУ S7-300 последующих поколений хранят свои программы на карте Micro Memory Card — небольшой карте на основе флэш-памяти, которая вставляется в переднюю панель ЦПУ.

MMC выполняет две функции: она постоянно хранит пользовательскую программу (структуру STEP 7 OB/FC/FB/DB) без необходимости резервного питания от батареи, и она содержит прошивку ЦПУ (операционную систему).

При подаче питания на ЦПУ 312C с установленной MMC с действительной программой, ЦПУ копирует программу из MMC в оперативную память и начинает выполнение — без батареи, без загрузки с программирующего устройства после первоначальной загрузки программы.

Операционные последствия значительны.

MMC с полной программой может быть перемещена из работающего ЦПУ на идентичный запасной ЦПУ, и запасной ЦПУ возьмет на себя выполнение программы без каких-либо дополнительных шагов программирования. Для производителей машин, которые поставляют множество идентичных машин, это означает, что одна копия MMC служит резервной копией для всего парка — если ЦПУ выходит из строя в полевых условиях, замена может быть предварительно загружена из резервной MMC за считанные минуты.

MMC не входит в комплект поставки ЦПУ 312C и должна заказываться отдельно. Распространенные емкости: 64 КБ, 128 КБ, 512 КБ, 2 МБ и 4 МБ — карта на 64 КБ подходит для небольших программ, в то время как более крупные карты позволяют хранить дополнительные данные, такие как рецепты, исторические тренды и документация.

Высокоскоростные счетчики — за пределами обычного цикла сканирования

Два встроенных входа высокоскоростных счетчиков ЦПУ 312C используют выделенные аппаратные счетчики, которые работают асинхронно с циклом сканирования ПЛК. Это аппаратное счетное устройство гарантирует, что никакие импульсы не будут пропущены, независимо от того, насколько загружено выполнение программы ЦПУ в любой момент времени — критически важное требование для измерения длины на основе энкодера, подсчета партий и измерения расхода.

При максимальной частоте 10 кГц входы HSC могут подсчитывать импульсы, поступающие каждые 100 микросекунд.

Это соответствует, например, энкодеру, генерирующему 10 000 импульсов на оборот вала, вращающегося со скоростью 60 об/мин — разумная спецификация для измерительного колеса или датчика положения на медленно движущемся конвейере.

Для более быстрых валов или энкодеров с более высоким разрешением ограничение в 10 кГц становится препятствием, и потребуется более быстрый счетчик (доступный в функциональных модулях, таких как FM 350).

Счетчики могут работать в нескольких режимах, настраиваемых через STEP 7: простое суммирование (накапливает импульсы от события), суммирование/вычитание (направление контролируется вторым входом), измерение частоты (подсчитывает импульсы за определенное время стробирования и сообщает частоту) и измерение периода. Каждый режим обслуживает различные измерительные приложения.

Интерфейс MPI — Программирование и сетевое взаимодействие

MPI (Multi-Point Interface) на ЦПУ 312C — это экономичный, но функциональный коммуникационный интерфейс, который обеспечивает основные сетевые потребности ЦПУ:

Доступ для программирования: Терминал программирования STEP 7 подключается к порту MPI ЦПУ через адаптер ПК (USB или RS232) для загрузки, выгрузки программы, онлайн-мониторинга и диагностики. Это наиболее базовое и универсально необходимое использование порта MPI.

Подключение HMI: Устройства HMI Siemens OP (Operator Panel) и TP (Touch Panel) подключаются к ЦПУ 312C через MPI для отображения данных процесса и приема операторских вводов. Подключение MPI проще и дешевле, чем PROFIBUS, для одиночных подключений HMI к ЦПУ.

Связь ПЛК с ПЛК: Несколько ПЛК S7-300 или S7-400 могут совместно использовать сеть MPI, обмениваясь данными через связь S7 (сервисы PUT/GET).

Это альтернатива PROFIBUS для небольших сетей, где более высокая скорость и большее количество узлов PROFIBUS не требуются.

Интерфейс MPI не поддерживает работу в качестве мастера или подчиненного устройства PROFIBUS DP — для подключения PROFIBUS ЦПУ 312C потребуется дополнительный коммуникационный процессорный модуль CP 342-5.

Это важное отличие при спецификации системы: если требуется подключение подчиненного устройства PROFIBUS DP к контроллеру более высокого уровня, интерфейс ЦПУ 312C, поддерживающий только MPI, должен быть дополнен.

Часто задаваемые вопросы

В1: ЦПУ 312C имеет 10 встроенных цифровых входов и 6 цифровых выходов. Можно ли добавить больше входов/выходов и как?

Да. Интегрированные входы/выходы дополняются установкой сигнальных модулей S7-300 (серия SM) на ту же монтажную рейку, что и ЦПУ.

Стандартные цифровые и аналоговые сигнальные модули S7-300 — SM 321 цифровые входы, SM 322 цифровые выходы, SM 323 комбинированные DI/DQ, аналоговые входы/выходы SM 331/332 — все подключаются к ЦПУ через шину обратной связи S7-300. ЦПУ 312C поддерживает один расширительный блок через пару модулей интерфейса IM 365, если требуется дополнительное пространство на монтажной рейке. 

Общая емкость входов/выходов системы ограничена количеством доступных слотов для модулей и диапазоном адресации входов/выходов ЦПУ.

В2: В чем разница между ЦПУ 312C и (некомпактным) ЦПУ 312, и когда следует выбирать каждый из них?

ЦПУ 312 (некомпактный) не имеет интегрированных входов/выходов — это чистый модуль ЦПУ, который обеспечивает только интерфейс MPI и подключение к сигнальным модулям на шине обратной связи. Его преимущество — гибкость: каждый слот может быть свободно назначен требуемому типу модуля, без фиксированных входов/выходов.

ЦПУ 312C включает 10 DI и 6 DQ, а также два HSC, которые всегда присутствуют.

Если машине требуется ровно или примерно 10 DI и 6 DQ плюс высокоскоростные счетчики, 312C обеспечивает их без необходимости дополнительных модулей. 

Если машине требуются в основном аналоговые входы/выходы или очень разное соотношение DI/DQ, фиксированные входы/выходы 312C обеспечивают меньшую гибкость, и некомпактный ЦПУ со свободно выбранными сигнальными модулями может быть лучшей конфигурацией.

В3: Могут ли цифровые выходы ЦПУ 312C напрямую управлять контакторами с катушками 24 В постоянного тока и соленоидными клапанами?

Интегрированные цифровые выходы ЦПУ 312C являются транзисторными типа 24 В постоянного тока, рассчитанными на нагрузки 24 В постоянного тока. Каждый выход может напрямую подавать ток, необходимый для управления стандартными катушками реле 24 В постоянного тока (обычно 50–200 мА) и пилотами соленоидных клапанов 24 В постоянного тока (100–300 мА), при условии, что ток нагрузки на выход находится в пределах указанного рейтинга.

Для более крупных нагрузок (контакторы главных двигателей с катушками 24 В, более крупные соленоиды) или нагрузок переменного тока (катушки, работающие от 230 В переменного тока) должны использоваться промежуточные реле. 

Ток выхода ЦПУ на канал и общий ток модуля должны быть проверены на соответствие подключенным нагрузкам на этапе проектирования.

В4: Поддерживает ли ЦПУ 312C PROFIBUS DP, и если да, то в какой роли?

Интерфейс MPI ЦПУ 312C не поддерживает PROFIBUS DP. Если требуется подключение PROFIBUS DP — либо для того, чтобы ЦПУ действовал как мастер DP, управляющий удаленными входами/выходами, либо для того, чтобы ЦПУ действовал как подчиненное устройство DP, подключенное к контроллеру более высокого уровня — необходимо установить внешний коммуникационный процессорный модуль (CP 342-5 для мастера DP или CP 342-5 FO для оптоволоконного PROFIBUS) на монтажную рейку рядом с ЦПУ.

Для новых разработок, где требуется подключение PROFIBUS, ЦПУ со встроенным интерфейсом PROFIBUS DP (например, CPU 314C-2 DP) избавляет от необходимости использования дополнительного модуля CP.

В5: Каков рекомендуемый путь миграции с ЦПУ 312C на текущую платформу Siemens?

Siemens рекомендует серию SIMATIC S7-1500 в качестве преемника платформы S7-300, включая компактные варианты ЦПУ. ЦПУ 1511C-1 PN или ЦПУ 1512C-1 PN (из серии компактных S7-1500) обеспечивают сопоставимую функциональность интегрированных входов/выходов со значительно улучшенной производительностью, нативным PROFINET IO, расширенной оперативной памятью и инжинирингом TIA Portal.

Миграция требует переписывания программы STEP 7 в TIA Portal — автоматической прямой конвертации не существует — но Siemens предоставляет инструменты поддержки миграции в TIA Portal, которые могут помочь в реструктуризации и адаптации устаревших программ.

Для машин, которые должны оставаться на S7-300 по причинам совместимости с устаревшими системами, Siemens продолжает поддерживать запасные части в течение десяти лет после даты вывода продукта из эксплуатации.