Mô-đun giao diện 6ES7151-3AA23-0AB0 6ES7 151-3AA23-0AB0 6ES7151-3AA23-OABO

 Siemens 6ES7151-3AA23-0AB0 | SIMATIC ET 200S IM 151-3 PN ST — Mô-đun giao diện PROFINET, 100 Mbit/s, 2×RJ45, IRT 250µs, Thiết bị chia sẻ, Dự phòng phương tiện, 63 mô-đun

Tổng quan

Mô-đun Siemens 6ES7151-3AA23-0AB0 là IM 151-3 PN ST — mô-đun giao diện PROFINET IO, biến trạm I/O phân tán ET 200S thành thiết bị PROFINET IO.

Trong kiến trúc ET 200S, mô-đun giao diện là cổng mạng của trạm: nó giữ tên thiết bị và địa chỉ IP được gán bởi bộ điều khiển PROFINET IO trong quá trình vận hành, quản lý trao đổi dữ liệu tuần hoàn giữa bộ điều khiển và tất cả các mô-đun điện tử được kết nối, và chuyển đổi các khung dữ liệu PROFINET sang định dạng bus backplane của ET 200S mà các mô-đun I/O của trạm đọc và ghi.

Chỉ định "ST" (Standard - Tiêu chuẩn) phân biệt mô-đun này với biến thể "HF" (High Feature - Tính năng cao). Phiên bản ST hỗ trợ giao tiếp PROFINET với khả năng IRT — Isochronous Real-Time (Thời gian thực đồng bộ), cho phép trao đổi dữ liệu xác định, không bị giật ở thời gian cập nhật ngắn tới 250µs.

Điều này đặt IM 151-3 PN ST vào lĩnh vực điều khiển chuyển động và các ứng dụng máy tốc độ cao, nơi chu kỳ cập nhật PROFINET IO phải được đồng bộ chặt chẽ với chu kỳ cơ khí của máy.

Bộ chuyển mạch 2 cổng tích hợp là yếu tố làm cho cấu trúc đường truyền PROFINET trở nên khả thi trong thực tế.

Thay vì chạy một cáp riêng từ bộ chuyển mạch bảng điều khiển đến mỗi trạm ET 200S, cáp mạng được nối tiếp từ cổng RJ45 của trạm này sang trạm tiếp theo — bộ chuyển mạch bên trong IM 151-3 PN ST chuyển tiếp lưu lượng mạng từ thượng nguồn xuống hạ nguồn mà không yêu cầu bộ chuyển mạch bên ngoài tại mỗi trạm. 

Một dây chuyền sản xuất hai mươi trạm có thể hoạt động trên một đường cáp PROFINET duy nhất, với mỗi trạm được kết nối với trạm tiếp theo.

Thông số kỹ thuật chính

IRT — Giao tiếp Thời gian thực đồng bộ

PROFINET cung cấp ba lớp giao tiếp: TCP/IP tiêu chuẩn, RT (Real-Time - Thời gian thực), và IRT (Isochronous Real-Time - Thời gian thực đồng bộ).

IM 151-3 PN ST hỗ trợ IRT — lớp cao nhất, dành cho các ứng dụng mà chu kỳ cập nhật I/O phải được đồng bộ chính xác với sự kiện bên ngoài (thường là chu kỳ nội suy của bộ điều khiển chuyển động hoặc thời gian chu kỳ cơ khí của máy).

Trong hoạt động IRT, băng thông được phân bổ trong chu kỳ gửi PROFINET được dành riêng cho dữ liệu IRT.

Băng thông được phân bổ này được bảo vệ khỏi sự can thiệp của lưu lượng mạng khác — ngay cả giao tiếp nền nặng cũng không thể làm chậm hoặc gián đoạn truyền dữ liệu IRT. 

Kết quả là thời gian cập nhật được đảm bảo, xác định với độ giật micro giây thay vì mili giây, đây là yêu cầu đối với điều khiển chuyển động dựa trên PROFINET, các ổ đĩa đa trục phối hợp và hệ thống kiểm tra tốc độ cao.

Thời gian cập nhật tối thiểu 250µs của IM 151-3 PN ST đại diện cho chu kỳ IRT ngắn nhất có thể đạt được với mô-đun này.

Thời gian cập nhật nhanh hơn yêu cầu biến thể HF (High Feature).

Thiết bị chia sẻ — Một trạm ET 200S, Hai bộ điều khiển

Thiết bị chia sẻ là một tính năng PROFINET cho phép một trạm IM 151-3 PN ST được truy cập bởi hai bộ điều khiển PROFINET IO riêng biệt đồng thời.

Mỗi bộ điều khiển được gán một tập hợp con các mô-đun của trạm — ví dụ, bộ điều khiển A đọc và ghi vào các mô-đun 1–4, bộ điều khiển B đọc và ghi vào các mô-đun 5–8. Mỗi bộ điều khiển chỉ nhìn thấy tập hợp con của riêng mình, và IM 151-3 PN ST quản lý việc phân chia dữ liệu một cách minh bạch.

Khả năng này được sử dụng trong các kiến trúc máy mà bộ điều khiển an toàn và bộ điều khiển tiêu chuẩn chia sẻ cùng một phần cứng I/O phân tán — bộ điều khiển an toàn truy cập các mô-đun I/O an toàn, và bộ điều khiển tiêu chuẩn truy cập các mô-đun I/O tiêu chuẩn, tất cả trong một trạm ET 200S duy nhất.

Nó loại bỏ nhu cầu về một trạm ET 200S thứ hai, tách biệt vật lý cho I/O an toàn, tiết kiệm chi phí phần cứng và không gian bảng điều khiển.

Lưu ý: Thiết bị chia sẻ không khả dụng kết hợp với tùy chọn "tính năng cao" IRT.

Dự phòng phương tiện — Bảo vệ cấu trúc vòng

IM 151-3 PN ST hỗ trợ Giao thức Dự phòng Phương tiện PROFINET (MRP), cho phép trạm ET 200S tham gia vào mạng PROFINET cấu trúc vòng. Trong cấu hình vòng, cáp mạng tạo thành một vòng kín qua tất cả các thiết bị, với một Trình quản lý Dự phòng Phương tiện chuyên dụng (thường là CPU S7-300 hoặc S7-400) giám sát tính toàn vẹn của vòng.

Nếu một đoạn cáp bị đứt, MRP sẽ cấu hình lại vòng để định tuyến lưu lượng qua đường dẫn thay thế trong thời gian chuyển đổi tiêu chuẩn 200ms, loại bỏ điểm lỗi duy nhất mà cấu trúc đường truyền đại diện.

Đối với môi trường sản xuất mà hư hỏng cáp mạng là rủi ro thực tế — môi trường xưởng máy có xe nâng, máng cáp bị rung động, hoặc lắp đặt ngoài trời tiếp xúc với thời tiết — dự phòng phương tiện thông qua cấu trúc vòng giúp giảm đáng kể khả năng lỗi mạng gây ra thời gian ngừng hoạt động của máy.

Câu hỏi thường gặp

Q1: Sự khác biệt giữa IM 151-3 PN ST và IM 151-3 PN HF là gì?

Phiên bản ST (Standard - Tiêu chuẩn) hỗ trợ IRT với thời gian cập nhật tối thiểu là 250µs. Phiên bản HF (High Feature - Tính năng cao) giảm chu kỳ IRT tối thiểu xuống 125µs và hỗ trợ các tính năng bổ sung bao gồm hồ sơ giao tiếp an toàn PROFIsafe để tích hợp trực tiếp các mô-đun F.

Nếu ứng dụng không yêu cầu chu kỳ IRT dưới 250µs hoặc hỗ trợ PROFIsafe trực tiếp qua mô-đun giao diện, thì ST là lựa chọn đúng và tiết kiệm chi phí hơn.

Q2: IM 151-3 PN ST có thể thay thế IM 151-1 PROFIBUS cũ trong trạm ET 200S hiện có không?

Phần cứng trạm ET 200S vật lý (mô-đun đầu cuối, mô-đun điện tử) tương thích với cả mô-đun giao diện PN và DP.

Việc thay thế IM 151-1 (PROFIBUS) bằng IM 151-3 (PROFINET) yêu cầu: cấu hình lại kết nối mạng của trạm từ PROFIBUS sang PROFINET trong cấu hình phần cứng của bộ điều khiển, gán tên thiết bị PROFINET cho IM mới, và xác minh rằng dự án của bộ điều khiển PROFINET bao gồm trạm ET 200S trong cấu hình mạng PROFINET của nó. 

Các mô-đun điện tử và dây nối trường của chúng không thay đổi.

Q3: Tên thiết bị được gán cho IM 151-3 PN ST như thế nào?

Bộ điều khiển PROFINET IO gán tên thiết bị trong quá trình vận hành — có thể tự động bằng cách phát hiện Cấu trúc liên kết của Siemens (qua dữ liệu LLDP) hoặc thủ công thông qua chức năng "Gán tên thiết bị" của STEP 7 / TIA Portal.

Sau khi được gán, tên được lưu trữ cả trong dự án của bộ điều khiển và trên chính IM 151-3 PN ST (được sao lưu trên thẻ nhớ SIMATIC Micro Memory Card nếu có).

Tính năng Khởi động Ưu tiên cho phép trạm thiết lập giao tiếp nhanh hơn sau khi bật nguồn bằng cách giữ lại tên thiết bị mà không yêu cầu chuỗi khám phá lại hoàn chỉnh.

Q4: Trạm hỗ trợ 63 mô-đun. Ngân sách dòng điện bus backplane của ET 200S có giới hạn điều này không?

Có. Ngân sách năng lượng của trạm ET 200S được xác định bởi các mô-đun nguồn được lắp đặt (loại PM-E, PM-D), và mỗi mô-đun điện tử tiêu thụ dòng điện từ bus backplane ở điện áp cung cấp định mức.

Số lượng mô-đun có thể được lắp đặt thực tế bị giới hạn bởi: (a) tổng dòng điện bus backplane có sẵn từ các mô-đun nguồn được lắp đặt, (b) chiều rộng trạm tối đa 2m, và (c) tối đa 63 mô-đun.

Các cấu hình thực tế hiếm khi đạt tới 63 mô-đun trước khi ngân sách dòng điện bus backplane hoặc giới hạn chiều rộng trạm đạt tới trước. Thiết kế trạm nên bao gồm tính toán ngân sách dòng điện bus backplane so với tất cả các định mức dòng điện của mô-đun được lắp đặt.

Q5: IM 151-3 PN ST có hỗ trợ thay nóng các mô-đun điện tử ET 200S trong quá trình hoạt động không?

Có. Một trong những tính năng thiết kế cốt lõi của hệ thống ET 200S là khả năng tháo và lắp các mô-đun điện tử khi trạm được cấp nguồn và giao tiếp — điều này được thực hiện nhờ kiến trúc hai phần của mô-đun đầu cuối (vẫn còn) và mô-đun điện tử (có thể thay thế).

IM 151-3 PN ST tạo ra các ngắt lắp/tháo mô-đun để thông báo cho bộ điều khiển PROFINET IO khi có thay đổi mô-đun.

Chương trình người dùng của bộ điều khiển có thể phản hồi các ngắt này để thực hiện phản hồi được kiểm soát — ví dụ, thay thế bằng giá trị đầu ra mặc định an toàn khi mô-đun vắng mặt.