Een compacte CPU met MPI 6ES7312-5BF04-0AB0 6ES7 312-5BF04-0AB0 6ES7312-5BFO4-OABO

Siemens 6ES7312-5BF04-0AB0 | SIMATIC S7-300 CPU 312C — Compacte CPU met MPI, 10 DI / 6 DQ, 2 snelle tellers 10kHz, 64KB werkgeheugen, 24VDC, 80×125×130mm

Overzicht

De Siemens 6ES7312-5BF04-0AB0 is de SIMATIC S7-300 CPU 312C — de compacte PLC-oplossing van Siemens die een PLC-processor, geïntegreerde digitale I/O, snelle teller-ingangen en een voedingingang in één 80 mm brede module combineert.

Voor machineontwerpers die kosteneffectieve schakelkasten bouwen waar paneelruimte beperkt is en het aantal I/O's bescheiden is, verandert de 312C de berekening van de systeemarchitectuur. In plaats van een CPU-module plus een aparte digitale ingangsmodule plus een aparte digitale uitgangsmodule, worden drie modules teruggebracht tot één.

De bedradingsinspanning neemt af, de ruimte op de montagerail neemt af en de systeemprijs neemt af.

De "C" in CPU 312C is de sleutel — het staat voor Compact, wat deze serie onderscheidt van de standaard (niet-geïntegreerde) S7-300 CPU's die geen ingebouwde I/O hebben. Alle S7-300 CPU's uit de C-serie volgen dezelfde aanpak: processorcapaciteit afgestemd op de schaal van de toepassing, met net genoeg geïntegreerde I/O om de meest voorkomende directe verbindingen af te handelen zonder extra modules te vereisen.

De 10+6 I/O-configuratie van de 312C dekt de behoeften van kleine machines met een handvol sensoren, drukknoppen, eindschakelaars en digitale actuatoren — allemaal rechtstreeks aangesloten op de CPU-module zelf — terwijl de MPI-interface en de mogelijkheid om uit te breiden met extra signaalmodules alles complexer afhandelen.

De twee snelle teller-ingangen breiden het praktische bereik van de 312C uit naar toepassingen die normale digitale ingangen niet kunnen bedienen.

Pulsuitgangen van encoders, naderingsschakelaars die machinecycli tellen, flowmeters die pulstreinen genereren — dit alles genereert signalen die te snel schakelen voor het normale 100 ms ingangsfilter en de scan-cyclus van de CPU om nauwkeurig vast te leggen.

De HSC-ingangen van de 312C werken onafhankelijk van de scan-cyclus tot 10 kHz en tellen pulsen nauwkeurig, ongeacht de uitvoeringstijd van het PLC-programma.

Belangrijkste specificaties

Micro Memory Card — Niet-onderhandelbare programmaopslag

De CPU 312C vereist een Micro Memory Card (MMC) voor programmageheugen, en deze vereiste is niet optioneel. In tegenstelling tot oudere S7-300 CPU's die een geïntegreerde EPROM of batterij-gevoede RAM hadden voor programmaretentie, slaan de CPU 312C en alle S7-300 CPU's van latere generaties hun programma's op de Micro Memory Card op — een kleine Flash-gebaseerde kaart die in het voorpaneel van de CPU wordt geschoven.

De MMC dient twee functies: hij slaat het gebruikersprogramma (de STEP 7 OB/FC/FB/DB-structuur) permanent op zonder batterijback-up, en hij bevat de firmware van de CPU (het besturingssysteem).

Wanneer er stroom wordt geleverd aan een CPU 312C met een MMC met een geldig programma, kopieert de CPU het programma van de MMC naar het werkgeheugen en begint met de uitvoering — geen batterij, geen laden vanaf een programmeerapparaat nodig na de eerste programma-download.

De operationele implicaties zijn significant.

Een MMC met een compleet programma kan worden verplaatst van een draaiende CPU naar een identieke vervangende CPU, en de vervanging neemt het programma over zonder extra programmeerstappen. Voor machinebouwers die veel identieke machines verschepen, betekent dit dat één MMC-kopie dient als back-up voor een complete vloot — als een CPU in het veld uitvalt, is de vervanging binnen enkele minuten vooraf geladen vanaf de back-up MMC.

De MMC is niet inbegrepen bij de CPU 312C en moet apart worden besteld. Gangbare capaciteiten zijn 64KB, 128KB, 512KB, 2MB en 4MB — de 64KB kaart is geschikt voor kleine programma's, terwijl grotere kaarten opslag van aanvullende gegevens zoals recepten, historische trends en documentatie mogelijk maken.

Snelle tellers — Voorbij de normale scan-cyclus

De twee geïntegreerde snelle teller-ingangen van de CPU 312C maken gebruik van speciale hardware-tellers die asynchroon werken met de PLC-scan-cyclus. Deze hardware-telling zorgt ervoor dat geen pulsen worden gemist, ongeacht hoe druk de programma-uitvoering van de CPU op een bepaald moment is — een kritieke vereiste voor encoder-gebaseerde lengtemeting, batch-telling en flowmeting.

Met een maximale frequentie van 10 kHz kunnen de HSC-ingangen pulsen tellen die elke 100 microseconden aankomen.

Dit komt bijvoorbeeld overeen met een encoder die 10.000 pulsen per omwenteling produceert op een as die op 60 RPM draait — een redelijke specificatie voor een meetwiel of positie-encoder op een langzaam bewegende transportband.

Voor snellere assen of encoders met een hogere resolutie wordt de limiet van 10 kHz een beperking en zou een snellere teller (beschikbaar in functiemodules zoals de FM 350) nodig zijn.

De tellers kunnen in verschillende modi werken die configureerbaar zijn via STEP 7: eenvoudige optelling (accumuleert pulsen van een gebeurtenis), optel/aftel-telling (richting gestuurd door een tweede ingang), frequentiemeting (telt pulsen over een gedefinieerde poorttijd en rapporteert frequentie), en periode-meting. Elke modus dient verschillende meettoepassingen.

MPI-interface — Programmering en Netwerken

De MPI (Multi-Point Interface) op de CPU 312C is een kosteneffectieve maar capabele communicatie-interface die de essentiële netwerkbehoeften van de CPU afhandelt:

Programmatoegang: Een STEP 7 programmeerterminal wordt via een PC-adapter (USB of RS232) aangesloten op de MPI-poort van de CPU voor programma-download, -upload, online monitoring en diagnostiek. Dit is het meest basale en universeel vereiste gebruik van de MPI-poort.

HMI-verbinding: Siemens OP (Operator Panel) en TP (Touch Panel) HMI-apparaten worden via MPI aangesloten op de CPU 312C om procesgegevens weer te geven en operatorinvoer te accepteren. De MPI-verbinding is eenvoudiger en goedkoper dan PROFIBUS voor enkele HMI-naar-CPU-verbindingen.

PLC-naar-PLC-communicatie: Meerdere S7-300 of S7-400 PLC's kunnen een MPI-netwerk delen en gegevens uitwisselen via S7-communicatie (PUT/GET-services).

Dit is een alternatief voor PROFIBUS voor kleine netwerken waar de hogere snelheid en het grotere aantal knooppunten van PROFIBUS niet nodig zijn.

De MPI-interface ondersteunt geen PROFIBUS DP master- of slave-werking — voor PROFIBUS-connectiviteit zou de CPU 312C een extra CP 342-5 communicatieprocessor-module vereisen.

Dit is een belangrijk onderscheid bij het specificeren van het systeem: als PROFIBUS DP slave-verbinding met een hogere controller vereist is, moet de MPI-only interface van de CPU 312C worden aangevuld.

Veelgestelde vragen

V1: De CPU 312C heeft 10 digitale ingangen en 6 digitale uitgangen ingebouwd. Kunnen er meer I/O's worden toegevoegd en hoe?

Ja. De geïntegreerde I/O wordt aangevuld door S7-300 signaalmodules (SM-serie) op dezelfde montagerail als de CPU te installeren.

Standaard S7-300 digitale en analoge signaalmodules — SM 321 digitale ingangen, SM 322 digitale uitgangen, SM 323 gecombineerde DI/DQ, SM 331/332 analoge I/O — worden allemaal via de S7-300 backplane bus op de CPU aangesloten. De CPU 312C ondersteunt één uitbreidingsrek via een IM 365 interface-modulepaar als er extra montagerailruimte nodig is. 

De totale I/O-capaciteit van het systeem wordt beperkt door het aantal beschikbare module-slots en het I/O-adresbereik van de CPU.

V2: Wat is het verschil tussen de CPU 312C en de (niet-compacte) CPU 312, en wanneer moet elk worden gekozen?

De CPU 312 (niet-compact) heeft geen geïntegreerde I/O — het is een pure CPU-module die alleen de MPI-interface en de verbinding met signaalmodules op de backplane biedt. Het voordeel is flexibiliteit: elke slot kan vrij worden toegewezen aan het vereiste moduletype, zonder vaste I/O.

De CPU 312C bevat 10 DI en 6 DQ en de twee HSC's, die altijd aanwezig zijn.

Als een machine precies of ongeveer 10 DI en 6 DQ plus snelle tellers nodig heeft, levert de 312C die zonder extra modules te nodig hebben. 

Als een machine voornamelijk analoge I/O of een zeer andere DI/DQ-verhouding nodig heeft, biedt de vaste I/O van de 312C minder flexibiliteit, en de niet-compacte CPU met vrij gekozen signaalmodules kan de betere configuratie zijn.

V3: Kunnen de digitale uitgangen van de CPU 312C direct 24VDC spoelcontactoren en solenoïdekleppen aansturen?

De geïntegreerde digitale uitgangen van de CPU 312C zijn van het type 24VDC transistor, geschikt voor 24VDC belastingen. Elke uitgang kan de stroom leveren die nodig is om standaard 24VDC relaisspoelen (typisch 50–200mA) en 24VDC solenoïdekleppiloten (100–300mA) direct aan te sturen, mits de belastingsstroom per uitgang binnen de gespecificeerde rating valt.

Voor grotere belastingen (hoofd motorcontactoren met 24V spoelen, grotere solenoïden) of AC-belastingen (spoelen die op 230VAC worden bediend), moeten tussenliggende relais worden gebruikt. 

De uitgangsstroom per kanaal van de CPU en de totale module-stroom moeten tijdens de ontwerpfase worden geverifieerd tegen de aangesloten belastingen.

V4: Ondersteunt de CPU 312C PROFIBUS DP, en zo ja, in welke rol?

De MPI-interface van de CPU 312C ondersteunt geen PROFIBUS DP. Als PROFIBUS DP-connectiviteit vereist is — hetzij voor de CPU om als DP-master te fungeren die externe I/O aanstuurt, hetzij voor de CPU om als DP-slave te fungeren die is aangesloten op een hogere controller — moet een externe communicatieprocessor-module (CP 342-5 voor DP-master, of CP 342-5 FO voor glasvezel PROFIBUS) op de montagerail naast de CPU worden geïnstalleerd.

Voor nieuwe ontwerpen waarbij PROFIBUS-connectiviteit een vereiste is, vermijdt een CPU met een geïntegreerde PROFIBUS DP-interface (zoals de CPU 314C-2 DP) de noodzaak van een extra CP-module.

V5: Wat is het aanbevolen migratiepad van de CPU 312C naar een huidig Siemens-platform?

Siemens beveelt de SIMATIC S7-1500-serie aan als het opvolgerplatform voor de S7-300, inclusief de compacte CPU-varianten. De CPU 1511C-1 PN of CPU 1512C-1 PN (uit de S7-1500 compacte serie) bieden vergelijkbare geïntegreerde I/O-functionaliteit met aanzienlijk verbeterde prestaties, native PROFINET IO, uitgebreid werkgeheugen en TIA Portal engineering.

De migratie vereist het herschrijven van het STEP 7-programma in TIA Portal — er bestaat geen geautomatiseerde directe conversie — maar Siemens biedt migratieondersteuningstools in TIA Portal die kunnen helpen bij het herstructureren en aanpassen van legacy-programma's.

Voor machines die om redenen van legacy-compatibiliteit op S7-300 moeten blijven, blijft Siemens reserveonderdelenondersteuning tien jaar na de uitfasering van het product beschikbaar.