CPU nhỏ gọn với MPI 6ES7312-5BF04-0AB0 6ES7 312-5BF04-0AB0 6ES7312-5BFO4-OABO

Siemens 6ES7312-5BF04-0AB0 | SIMATIC S7-300 CPU 312C — CPU nhỏ gọn với MPI, 10 DI / 6 DQ, 2 Bộ đếm tốc độ cao 10kHz, Bộ nhớ làm việc 64KB, 24VDC, 80×125×130mm

Tổng quan

Siemens 6ES7312-5BF04-0AB0 là SIMATIC S7-300 CPU 312C — giải pháp PLC nhỏ gọn của Siemens tích hợp bộ xử lý PLC, I/O kỹ thuật số tích hợp, đầu vào bộ đếm tốc độ cao và đầu vào nguồn vào một mô-đun rộng 80mm duy nhất.

Đối với các nhà thiết kế máy xây dựng bảng điều khiển điều khiển hiệu quả về chi phí, nơi không gian bảng điều khiển bị hạn chế và số lượng I/O vừa phải, 312C thay đổi cách tính toán kiến trúc hệ thống. Thay vì một mô-đun CPU cộng với một mô-đun đầu vào kỹ thuật số riêng biệt cộng với một mô-đun đầu ra kỹ thuật số riêng biệt, ba mô-đun thu gọn thành một.

Nỗ lực đấu dây giảm đi, không gian thanh ray lắp đặt giảm đi và chi phí hệ thống giảm đi.

Chữ "C" trong CPU 312C là chìa khóa — nó là viết tắt của Compact (Nhỏ gọn), phân biệt dòng này với các CPU S7-300 tiêu chuẩn (không tích hợp) không có I/O tích hợp. Tất cả các CPU S7-300 dòng C đều tuân theo cùng một cách tiếp cận: khả năng xử lý phù hợp với quy mô ứng dụng, với đủ I/O tích hợp để xử lý các kết nối trực tiếp phổ biến nhất mà không yêu cầu các mô-đun bổ sung.

Bộ I/O 10+6 của 312C đáp ứng nhu cầu của các máy nhỏ với một vài cảm biến, nút nhấn, công tắc giới hạn và bộ truyền động kỹ thuật số — tất cả đều được kết nối trực tiếp với chính mô-đun CPU — trong khi giao diện MPI và khả năng mở rộng với các mô-đun tín hiệu bổ sung xử lý bất kỳ thứ gì phức tạp hơn.

Hai đầu vào bộ đếm tốc độ cao mở rộng phạm vi thực tế của 312C vào các ứng dụng mà đầu vào kỹ thuật số thông thường không thể phục vụ.

Đầu ra xung từ bộ mã hóa, công tắc tiệm cận đếm chu kỳ máy, lưu lượng kế tạo chuỗi xung — tất cả đều tạo ra tín hiệu chuyển mạch quá nhanh để bộ lọc đầu vào 100ms thông thường và chu kỳ quét của CPU có thể ghi lại chính xác.

Đầu vào HSC của 312C hoạt động độc lập với chu kỳ quét ở tốc độ lên tới 10kHz, đếm xung chính xác bất kể thời gian thực thi chương trình của PLC.

Thông số kỹ thuật chính

Thẻ nhớ Micro — Lưu trữ chương trình không thể thương lượng

CPU 312C yêu cầu Thẻ nhớ Micro (MMC) để lưu trữ chương trình và yêu cầu này là tùy chọn. Không giống như các CPU S7-300 cũ hơn có EPROM tích hợp hoặc RAM có pin dự phòng để lưu giữ chương trình, CPU 312C và tất cả các CPU S7-300 thế hệ sau lưu trữ chương trình của chúng trên Thẻ nhớ Micro — một thẻ nhỏ dựa trên Flash cắm vào bảng điều khiển phía trước của CPU.

MMC phục vụ hai chức năng: nó lưu trữ chương trình người dùng (cấu trúc OB/FC/FB/DB của STEP 7) một cách bền vững mà không cần sao lưu bằng pin, và nó mang firmware của CPU (hệ điều hành).

Khi cấp nguồn cho CPU 312C chứa MMC có chương trình hợp lệ, CPU sẽ sao chép chương trình từ MMC vào bộ nhớ làm việc và bắt đầu thực thi — không cần pin, không cần tải từ thiết bị lập trình sau khi tải chương trình ban đầu.

Ý nghĩa hoạt động là rất quan trọng.

Một MMC có chương trình hoàn chỉnh có thể được di chuyển từ CPU đang chạy sang CPU thay thế giống hệt và CPU thay thế sẽ tiếp quản chương trình mà không cần thêm bước lập trình nào. Đối với các nhà sản xuất máy vận chuyển nhiều máy giống hệt nhau, điều này có nghĩa là một bản sao MMC đóng vai trò sao lưu cho toàn bộ đội máy — nếu CPU bị lỗi trên thực địa, CPU thay thế sẽ được tải trước từ MMC sao lưu trong vài phút.

MMC không đi kèm với CPU 312C và phải đặt hàng riêng. Dung lượng phổ biến là 64KB, 128KB, 512KB, 2MB và 4MB — thẻ 64KB phù hợp với các chương trình nhỏ, trong khi các thẻ lớn hơn cho phép lưu trữ dữ liệu bổ sung như công thức, xu hướng lịch sử và tài liệu.

Bộ đếm tốc độ cao — Vượt ra ngoài chu kỳ quét thông thường

Hai đầu vào bộ đếm tốc độ cao tích hợp của CPU 312C sử dụng bộ đếm phần cứng chuyên dụng hoạt động không đồng bộ với chu kỳ quét PLC. Việc đếm bằng phần cứng này đảm bảo rằng không có xung nào bị bỏ lỡ bất kể chương trình CPU bận rộn như thế nào tại bất kỳ thời điểm nào — một yêu cầu quan trọng đối với đo chiều dài dựa trên bộ mã hóa, đếm lô và đo lưu lượng.

Với tần số tối đa 10kHz, đầu vào HSC có thể đếm các xung đến mỗi 100 micro giây.

Điều này tương ứng, ví dụ, với một bộ mã hóa tạo ra 10.000 xung mỗi vòng quay trên trục quay ở tốc độ 60 vòng/phút — một thông số hợp lý cho bánh xe đo hoặc bộ mã hóa vị trí trên băng tải di chuyển chậm.

Đối với trục quay nhanh hơn hoặc bộ mã hóa có độ phân giải cao hơn, giới hạn 10kHz trở thành một hạn chế và bộ đếm nhanh hơn (có sẵn trong các mô-đun chức năng như FM 350) sẽ cần thiết.

Các bộ đếm có thể hoạt động ở nhiều chế độ có thể cấu hình thông qua STEP 7: đếm lên đơn giản (tích lũy xung từ một sự kiện), đếm lên/xuống (hướng được điều khiển bởi đầu vào thứ hai), đo tần số (đếm xung trong một khoảng thời gian cổng xác định và báo cáo tần số) và đo chu kỳ. Mỗi chế độ phục vụ các ứng dụng đo lường khác nhau.

Giao diện MPI — Lập trình và Mạng

MPI (Multi-Point Interface) trên CPU 312C là một giao diện truyền thông có khả năng nhưng hiệu quả về chi phí, xử lý các nhu cầu mạng thiết yếu của CPU:

Truy cập lập trình: Một thiết bị lập trình STEP 7 kết nối với cổng MPI của CPU thông qua bộ chuyển đổi PC (USB hoặc RS232) để tải xuống, tải lên, giám sát trực tuyến và chẩn đoán chương trình. Đây là cách sử dụng cơ bản và phổ biến nhất của cổng MPI.

Kết nối HMI: Các thiết bị HMI Siemens OP (Bảng điều khiển vận hành) và TP (Bảng điều khiển cảm ứng) kết nối với CPU 312C qua MPI để hiển thị dữ liệu quy trình và chấp nhận đầu vào của người vận hành. Kết nối MPI đơn giản và chi phí thấp hơn PROFIBUS cho các kết nối HMI-CPU đơn lẻ.

Truyền thông PLC-PLC: Nhiều PLC S7-300 hoặc S7-400 có thể chia sẻ mạng MPI, trao đổi dữ liệu thông qua giao tiếp S7 (dịch vụ PUT/GET).

Đây là một giải pháp thay thế cho PROFIBUS cho các mạng nhỏ mà tốc độ cao và số lượng nút lớn hơn của PROFIBUS không cần thiết.

Giao diện MPI không hỗ trợ hoạt động chủ hoặc khách PROFIBUS DP — để kết nối PROFIBUS, CPU 312C sẽ yêu cầu một mô-đun bộ xử lý truyền thông CP 342-5 bổ sung.

Đây là một điểm khác biệt có ý nghĩa khi chỉ định hệ thống: nếu yêu cầu kết nối PROFIBUS DP làm khách với bộ điều khiển cấp cao hơn, giao diện chỉ MPI của CPU 312C phải được bổ sung.

Câu hỏi thường gặp

Q1: CPU 312C có 10 đầu vào kỹ thuật số và 6 đầu ra kỹ thuật số tích hợp. Có thể thêm nhiều I/O hơn không và bằng cách nào?

Có. I/O tích hợp được bổ sung bằng cách cài đặt các mô-đun tín hiệu S7-300 (dòng SM) trên cùng một thanh ray lắp đặt với CPU.

Các mô-đun tín hiệu kỹ thuật số và tương tự S7-300 tiêu chuẩn — SM 321 đầu vào kỹ thuật số, SM 322 đầu ra kỹ thuật số, SM 323 DI/DQ kết hợp, SM 331/332 I/O tương tự — tất cả đều kết nối với CPU thông qua bus backplane S7-300. CPU 312C hỗ trợ một rack mở rộng thông qua cặp mô-đun giao diện IM 365 nếu cần thêm không gian thanh ray lắp đặt. 

Tổng dung lượng I/O của hệ thống bị giới hạn bởi số lượng khe cắm mô-đun có sẵn và phạm vi địa chỉ I/O của CPU.

Q2: Sự khác biệt giữa CPU 312C và CPU 312 (không nhỏ gọn) là gì và khi nào nên chọn mỗi loại?

CPU 312 (không nhỏ gọn) không có I/O tích hợp — nó là một mô-đun CPU thuần túy chỉ cung cấp giao diện MPI và kết nối với các mô-đun tín hiệu trên bus backplane. Ưu điểm của nó là tính linh hoạt: mỗi khe cắm có thể được gán tự do cho loại mô-đun cần thiết, không có I/O cố định.

CPU 312C bao gồm 10 DI và 6 DQ cùng hai HSC, luôn có sẵn.

Nếu một máy cần chính xác hoặc gần bằng 10 DI và 6 DQ cộng với bộ đếm tốc độ cao, 312C cung cấp những thứ đó mà không cần mô-đun bổ sung. 

Nếu một máy chủ yếu cần I/O tương tự hoặc tỷ lệ DI/DQ rất khác, I/O cố định của 312C cung cấp ít tính linh hoạt hơn và CPU không nhỏ gọn với các mô-đun tín hiệu được chọn tự do có thể là cấu hình tốt hơn.

Q3: Đầu ra kỹ thuật số của CPU 312C có thể trực tiếp điều khiển cuộn dây contactor và van điện từ 24VDC không?

Đầu ra kỹ thuật số tích hợp của CPU 312C là loại transistor 24VDC, được định mức cho tải 24VDC. Mỗi đầu ra có thể cung cấp dòng điện cần thiết để điều khiển trực tiếp cuộn dây relay 24VDC tiêu chuẩn (thường là 50–200mA) và các đầu mồi van điện từ 24VDC (100–300mA), miễn là dòng tải trên mỗi đầu ra nằm trong định mức được chỉ định.

Đối với tải lớn hơn (contactor động cơ chính có cuộn dây 24V, van điện từ lớn hơn) hoặc tải AC (cuộn dây hoạt động ở 230VAC), phải sử dụng relay trung gian. 

Dòng điện đầu ra trên mỗi kênh của CPU và dòng mô-đun tổng cộng nên được xác minh so với các tải được kết nối trong giai đoạn thiết kế.

Q4: CPU 312C có hỗ trợ PROFIBUS DP không và nếu có, ở vai trò nào?

Giao diện MPI của CPU 312C không hỗ trợ PROFIBUS DP. Nếu yêu cầu kết nối PROFIBUS DP — cho dù CPU đóng vai trò là chủ DP điều khiển I/O từ xa, hay CPU đóng vai trò là khách DP được kết nối với bộ điều khiển cấp cao hơn — một mô-đun bộ xử lý truyền thông bên ngoài (CP 342-5 cho chủ DP, hoặc CP 342-5 FO cho PROFIBUS sợi quang) phải được cài đặt trên thanh ray lắp đặt cùng với CPU.

Đối với các thiết kế mới yêu cầu kết nối PROFIBUS, CPU có giao diện PROFIBUS DP tích hợp (như CPU 314C-2 DP) sẽ tránh được nhu cầu về mô-đun CP bổ sung.

Q5: Lộ trình di chuyển được đề xuất từ CPU 312C sang nền tảng Siemens hiện tại là gì?

Siemens đề xuất dòng SIMATIC S7-1500 làm nền tảng kế nhiệm cho S7-300, bao gồm cả các biến thể CPU nhỏ gọn. CPU 1511C-1 PN hoặc CPU 1512C-1 PN (từ dòng nhỏ gọn S7-1500) cung cấp chức năng I/O tích hợp tương đương với hiệu suất được cải thiện đáng kể, PROFINET IO gốc, bộ nhớ làm việc mở rộng và kỹ thuật TIA Portal.

Việc di chuyển yêu cầu viết lại chương trình STEP 7 trong TIA Portal — không có chuyển đổi trực tiếp tự động nào tồn tại — nhưng Siemens cung cấp các công cụ hỗ trợ di chuyển trong TIA Portal có thể hỗ trợ cấu trúc lại và điều chỉnh các chương trình cũ.

Đối với các máy phải giữ nguyên trên S7-300 vì lý do tương thích di sản, Siemens tiếp tục hỗ trợ phụ tùng thay thế trong mười năm sau ngày ngừng sản xuất sản phẩm.