سيمانز الجديدة S7 300 6ES7312-1AE14-0AB0 6ES73121AE140AB0 6ES7312-1AE14-OABO

سيمنس 6ES7312-1AE14-0AB0∙ سيماتيك S7-300 وحدة المعالجة المركزية 312، واجهة MPI، ذاكرة عمل 32KB، إمدادات متكاملة 24VDC، 0.1μs معالجة البت، 40 × 125 × 130mm

نظرة عامة

الـسيمنز 6ES7312-1AE14-0AB0هي وحدة المعالجة المركزية 312

في ضيقه، 40 ملم و 270 غراما، هو من بين أكثر وحدة المعالجة المركبة S7-300 من الناحية المادية مع توفير مجموعة تعليمات S7-300 الكاملة، واجهة الاتصال MPI القياسية،وأداء معالجة كافية للغالبية العظمى من التحكم في الآلات الصغيرة والمتوسطة ومهام أتمتة العمليات.

إن فهم المكان الذي تناسب فيه وحدة المعالجة المركزية 312 يتطلب فهم بنية مجموعة وحدة المعالجة المركزية S7-300.

تمتد عائلة من وحدة المعالجة المركبة (مثل وحدة المعالجة المركزية 312C ، التي دمجت إدخالًا وإخراجًا رقميًا) إلى وحدة المعالجة المركزية القياسية (مثل هذه وحدة المعالجة المركزية 312 ، دون إدخال وإخراج متكامل ولكن مرونة وحدات معينة كاملة) ،إلى وحدة المعالجة المركزية الأكثر قوة (وحدة المعالجة المركزية 314، 315، 317) مع ذاكرة أكبر وواجهات PROFIBUS DP المتكاملة.

The CPU 312 is the starting point of the standard CPU range — the choice when the task requires the modularity and engineering flexibility of the standard CPU architecture but does not require the larger memory، قدرة متعددة الرفوف، أو واجهات إضافية من وحدات المعالجة المركزية من النموذج الأعلى.

ذاكرة العمل 32 كيلوبايت هي القيود الأساسية لمعالج المعالجة المركزية 312 ، وهي تحدد التطبيقات التي تناسبها.

في 32 كيلوبايت، وحدة المعالجة المركزية 312 تستوعب البرامج الصغيرة والمتوسطة STEP 7 تلك التي تصل إلى عدة مئات من كتلة البرامج، منطق التحكم PLC القياسية، معالجة البيانات الأساسية،ومتوسطة متطلبات الاتصال.

إنه غير مناسب للبرامج التي تدير جداول وصفات كبيرة، أو مخازن تاريخية واسعة النطاق، أو خوارزميات رياضية معقدة تولد شفرة كائن كبيرة.وحدة المعالجة المركزية 314 (64KB)، CPU 315-2 DP (256KB) ، أو CPU 317-2 DP (1MB) هي الخيارات المناسبة.

المواصفات الرئيسية

0.1 μs المعالجة الثنائية ما يعنيه ذلك لفترات الدورة

0.1 ميكرو ثانية لكل تعليمات ثنائية في وحدة المعالجة المركزية 312 هي مقياس سرعة التنفيذ الأساسي للمعالج. في الممارسة العملية ، يخلط برنامج S7-300 النموذجي تعليمات ثنائية (اتصال / لفائف) ، عمليات الكلمات ،الحساب، و تكاليف الاتصالات

البرنامج الذي يحتوي على 1000 تعليمات ثنائية لديه وقت تنفيذ تعليمات خام 0.1ms ولكن وقت الدورة الإجمالية أطول لأن نظام التشغيل S7-300 يضيف تحديث صورة العملية (قراءة جميع المدخلات، كتابة جميع المخرجات) ، معالجة الاتصالات، والاختبار الذاتي على كل دورة.

بالنسبة لمعالج المركز المركزي 312 الذي يقوم بتشغيل برنامج بحجم معتدل في محطة رف واحدة مع وحدات رقمية وتناظرية قياسية S7-300 ، فإن أوقات الدورة النموذجية تقع في نطاق 5 ∼ 15 ميس اعتمادا على حجم البرنامج.عدد الوحدات النشطة، وحركة الاتصالات على واجهة MPI. لتطبيقات تحكم الآلة، يستهدف CPU 312 تسلسل الناقل، وتقفل الآلة،العمليات البسيطة للسلسلة وقت دورة 515ms كاف تماما.

حلقات درجة حرارة العملية، تنظيم الضغط، وغيرها من متغيرات العملية الديناميكية البطيئة تتغير على نطاق زمني من الثواني إلى الدقائق،جعل وقت دورة مسح PLC غير ذي صلة بأداء الحلقة (الذي يهيمن عليه وقت استجابة جهاز الإرسال وديناميكية الصمام).

العمليات الميكانيكية السريعة فقط (التصنيف السريع ، التحكم في الصحافة ، عمليات الاختيار السريع) تتطلب أوقات دورة PLC أقل من 5ms ،وتخدم هذه التطبيقات من قبل وحدة المعالجة المركزية عالية الأداء مع ذاكرة أكبر بكثير وقدرات معالجة انقطاع مخصصة، ليس وحدة المعالجة المركزية 312.

بطاقة ذاكرة ميكرو تخزين البرامج بدون بطارية

The CPU 312 requires a Micro Memory Card (MMC) for programme storage — the flash-based card that serves simultaneously as load memory (storing the complete programme that is downloaded from STEP 7) and as the persistent storage mechanism that eliminates the need for a backup batteryفي كل مرة يتم فيها تشغيل وحدة المعالجة المركزية 312، فإنها تقرأ البرنامج من MMC إلى ذاكرة الذاكرة العاملة وتبدأ في التنفيذ. البرنامج على MMC غير متقلب، فإنه يستمر من خلال دورات الطاقة إلى أجل غير مسمى.مع سييمنس تحديد الحد الأدنى للاحتفاظ بالبيانات لمدة 10 سنوات على MMC.

هذه العملية الخالية من البطارية هي ميزة صيانة حقيقية على أجيال وحدة المعالجة المركزية القديمة التي تطلب استبدال البطارية بانتظام للحفاظ على البرنامج من خلال انقطاع التيار الكهربائي. A discharged or failed backup battery in an older S7-300 or S5 CPU resulted in complete programme loss at the next power interruption — a service event that could require hours of programme reload and system restart in a production environment.

تحيد بنية MMC عن وضع الفشل هذا تمامًا. MMC هي النسخة الاحتياطيةيمكن نقلها إلى محطة برمجة للحصول على نسخة احتياطية أو إلى وحدة معالجة مركزية بديلة للتحميل المسبق.

يقبل سوكيت الخدمة ذو 6 أحرف على الجانب الأمامي من وحدة المعالجة المركزية 312 S7-300 MMCs القياسية (بطاقات الذاكرة الصغيرة SIMATIC ، عائلة 6ES7953-8LXXX-0AA0) بسعة من 64KB إلى 8MB.

واجهة MPI القدرات والقيود

يوفر وحدة المعالجة المركزية 312 واجهة MPI واحدة بدون PROFIBUS DP ، بدون PROFINET ، بدون Ethernet المتكاملة.

هذا الحد من واجهة هو أهم معايير الاختيار: إذا كان التطبيق يتطلب من وحدة المعالجة المركزية للعمل كاستاذ PROFIBUS DP (تحكم محطات I / O عن بعد، محركات الأقراص،أو أدوات على شبكة PROFIBUS)، فإن وحدة المعالجة المركزية 312 ليست الخيار الصحيح. سوف تكون هناك حاجة إلى وحدة معالجة مع واجهة PROFIBUS DP متكاملة (وحدة المعالجة المركزية 315-2 DP، وحدة المعالجة المركزية 317-2 DP) أو إضافة معالج اتصال CP 342-5.

ما توفره واجهة MPI هو:

برنامج الوصول إلى المحطة:يتم توصيل محطة عمل STEP 7 إلى وحدة المعالجة المركزية من خلال محول جهاز كمبيوتر شخصي (6ES7972-0CB20-0XA0 أو ما يعادلها من USB) عبر منفذ MPI لتنزيل البرامج والمراقبة عبر الإنترنت والتشخيص.

اتصال HMI:تتصل لوحات مشغلات أوب و TP من Siemens عبر MPI لعرض بيانات العملية وقبول مدخلات المشغل. بالنسبة لـ MES ذات لوحة واحدة ، فإن اتصال MPI فعال من حيث التكلفة وبسيط.

الاتصال بين PLC إلى PLC:ويمكن لعدة وحدة معالجة مركزية S7-300 مشاركة شبكة MPI وتبادل البيانات من خلال الاتصال الأساسي S7 (SFC 65/66 للبيانات العالمية) أو الاتصال S7 (SFB 8/9 BSEND/BRCV أو SFB 12/13 BSEND/BRCV) ،تمكين التنسيق البسيط لعدة أجهزة التحكم دون PROFIBUS.

بيانات عالمية:Up to 4 global data circles can be defined for cyclic data exchange between S7 controllers on the same MPI network — a simple mechanism for sharing status variables between PLCs without explicit communication programming.

يحد الحد المحدد لـ 6 اتصالات في وحدة المعالجة المركزية 312 (مجموع اتصالات PG و OP و S7) من عدد المشاركين في شبكة MPI النشطين في وقت واحد.

في محطة مع محطة برمجة واحدة، لوحة HMI واحدة، وخط اتصال S7 واحد، حد الاتصال قد تم بالفعل تقريبا.

هيكل البرنامج وأنواع الكتل

تدعم وحدة المعالجة المركزية 312 كامل بنية البرنامج القائمة على الكتل STEP 7 ضمن حدود مجموع الكتل 1,024.

أنواع الكتل هي:

المجموعات التنظيمية:واجهة بين نظام التشغيل وبرنامج المستخدم. OB1 هو البرنامج الدوري الرئيسي. OB35 هو انقطاع دوري (100ms افتراضي). OB40 هو انقطاع أجهزة من الوحدات.OB82 هو انقطاع تشخيصي.

أوب 100 هو أوب بدء التشغيل. أوب هي نقاط الدخول المحددة من خلالها يقوم نظام التشغيل S7-300 باستدعاء رمز المستخدم استجابة للأحداث.

المجموعات الفعلية (FBs) و المجموعات الفعلية (FCs):وحدات البرامج القابلة لإعادة الاستخدام التي يخلقها المستخدم. تحتوي FBs على كتل بيانات الحالة المرتبطة التي تخزن المتغيرات الثابتة لـ FB ؛ FCs هي وظائف بلا حالة.

يمكن استدعاء كلاهما من OBs أو من FBs / FCs الأخرى لإنشاء هرمية برنامج منظمة.

البيانات (كتل البيانات):مجالات تخزين البيانات: كتل البيانات المشتركة للمتغيرات على مستوى المصنع، وكتل بيانات الحالة لـ FB، وتخزين البيانات الاحتياطي.

في ذاكرة عمل 32KB ، يجب أن تتسع جميع OBs + FBs + FCs + DBs مجتمعة في 32KB.

المهندسون ذوو الخبرة في S7-300 على دراية بإدارة ميزانية الذاكرة ️ قائمة STEP 7 على الإنترنت توفر استخدام الذاكرة العاملة في الوقت الحقيقي ،يجب أن يتم تحديد أهداف حجم البرنامج في وقت مبكر من المشروع لتجنب اكتشاف حد 32KB في وقت متأخر من التطوير.

الأسئلة الشائعة

س1: لا تحتوي وحدة المعالجة المركزية 312 على واجهة PROFIBUS DP. كيف يمكنها التواصل مع أجهزة الميدان PROFIBUS إذا كان التطبيق يتطلب ذلك؟

النهج القياسي لإضافة قدرة PROFIBUS DP الرئيسية إلى نظام CPU 312 هو تثبيت وحدة معالج الاتصالات CP 342-5 (6GK7342-5DA02-0XE0) في رف S7-300.

يوفر CP 342-5 واجهة PROFIBUS DP الرئيسية الكاملة ويعمل بشكل مستقل عن منفذ MPI في وحدة المعالجة المركزية 312. من منظور البرنامج في وحدة المعالجة المركزية 312،CP 342-5 تبادل البيانات مع وحدة المعالجة المركزية من خلال S7-300 خلفية، ويستخدم المبرمج مكالمات الوظائف (FC1 DP_SEND و FC2 DP_RECV من مكتبة الوظائف CP 342-5) لنقل البيانات بين كتل البيانات في وحدة المعالجة المركزية 312 وصورة PROFIBUS I/O في وحدة المعالجة المركزية 342-5.

هذا النهج يستهلك واحداً من ثمانية فتحات من وحدة المعالجة المركزية 312 and the additional cost of the CP 342-5 (which exceeds the CPU 312 itself in list price) often makes it more economical to upgrade to a CPU 315-2 DP (which has PROFIBUS DP integrated) rather than adding the CP to a CPU 312 systemنهج CP 342-5 مناسب لتركيبات وحدة المعالجة المركزية 312 الموجودة حيث هناك حاجة إلى إضافة قدرة PROFIBUS ولكن لا يبرر استبدال وحدة المعالجة المركزية الكاملة.

س2: ما هو الحد الأقصى لعدد نقاط الإدخال / الإخراج التناظرية والرقمية التي يمكن أن تعالجها وحدة المعالجة المركزية 312 في محطة واحدة ، وهل يقتصر هذا على ذاكرة العمل أو على الأجهزة؟

الحد الأليف أكثر تقييداً من الحد من الذاكرة لمعالج الـ 312

يحدد حجم صورة العملية 128 بايت للمداخلات و 128 بايت للمخرجات الحد الأقصى للإدخالات / الإخراجات القابلة للعنوان: 128 بايت × 8 بت = 1,024 مدخل رقمي (I 0.0 إلى I 127.7) و 1 ،024 مخرجات رقمية (Q 0).0 إلى Q 127.7) ، أو مزيج معادل من التوجيهات التناظرية والرقمية ضمن نفس نطاق البايت.

الحد الأساسي هو عدد فتحات الوحدة: 8 فتحات في الرف المركزي + 8 فتحات في الرف التوسعي المسموح به = 16 موقفًا إجماليًا للوحدة. مع الوحدات الرقمية ذات القنوات الـ 16 بـ 2 بايت لكل منهما ،16 وحدة توفر 32 بايت من الإدخال / الإخراج الرقمي.

مع وحدات التناظرية ذات 8 قنوات بـ 16 بايت لكل منها (8 قنوات × 2 بايت لكل كلمة تناظرية) ، ستستهلك 16 وحدة تناظرية 256 بايت لا يعاني تركيب مختلط من وحدات رقمية وتناظرية في محطة 16 فتحة من صعوبة في الوصول إلى حدود صورة العملية 128 بايت.

تعيق ذاكرة العمل 32KB تعقيد تعقيد البرنامج ولكن نادراً ما يتم التعامل مع إدخال وإخراج لمستوى التثبيتات التي تستهدفها وحدة المعالجة المركزية 312.

س3: ماذا يحدث للبيانات الاحتفاظية للكتل البيانات عندما تفقد وحدة المعالجة المركزية 312 الطاقة، وما هو دور بطاقة الذاكرة الصغيرة في الاحتفاظ بالبيانات؟

في بنية ذاكرة وحدة المعالجة المركزية 312، ذاكرة الوصول العشوائي (32 كيلوبايت) هي ذاكرة التنفيذ النشطة ‬ وهي تحتوي على البرنامج قيد التشغيل وجميع القيم المتغيرة الحالية. ذاكرة الوصول العشوائي متقلبة:فقد محتوياته عندما يتم إيقاف الطاقة.

بطاقة الذاكرة الصغيرة هي ذاكرة فلاش غير متقلبة وتحتوي فقط على نسخة ذاكرة الحمل للبرنامج.محتويات كتلة البيانات حتى لو تم وضع علامة "احتفاظ" في خصائص كتلة البيانات في الخطوة 7 لا يتم حفظها تلقائيًا في MMC أثناء التشغيل.

يتم الحفاظ على البيانات المتبقية في وحدة المعالجة المركزية 312 من خلال انقطاع قصير للطاقة بواسطة دائرة مدعومة بمكثف في وحدة المعالجة المركزية (المكثف الداخلي نفسه الذي يحافظ على ساعة وحدة المعالجة المركزية أثناء فقدان الطاقة) ،لكن هذا المكثف يحمل البيانات لفترة محدودة فقط (عادة ساعات في درجة حرارة الغرفة).

إذا تم إيقاف تشغيل وحدة المعالجة المركزية لفترة طويلة بما فيه الكفاية حتى يتم تفريغ المكثف ، يتم فقدان البيانات المتبقية.الإجماليات المتراكمة يجب على البرنامج كتابة هذه القيم بشكل دوري إلى كتلة بيانات غير محتفظة ونسخ كتلة البيانات بأكملها إلى MMC باستخدام SFC 84 (WRIT_DBL، كتابة كتلة البيانات لتحميل الذاكرة).

عند بدء التشغيل ، يقرأ OB100 كتلة البيانات من MMC باستخدام SFC 82 (CREA_DBL أو مماثلة).يوفر هذا الإجراء الصريح للكتابة والقراءة في MMC تخزينًا غير متقلب حقيقيًا بتكلفة روتينات بدء تشغيل / إيقاف أطول قليلاً.

السؤال 4: هل يمكن برمجة وحدة المعالجة المركزية 312 باستخدام بوابة TIA، أم أن STEP 7 V5.x مطلوب؟

في المقام الأول STEP 7 V5.5 SP1 أو أحدث (Classic STEP 7 ، وليس TIA Portal) هي بيئة البرمجة الأصلية لمعالج المعالجة المركزية 312.

TIA Portal does not include native support for the S7-300 CPU 312 in its standard product configuration — TIA Portal's S7-300 support covers specific CPU models that Siemens has explicitly included in the TIA Portal S7-300 library، و قد لا تكون وحدة المعالجة المركزية القديمة 312 (وخاصة إصدار 1AE14 للأجهزة) مدعومة بالكامل.

استخدم بعض المهندسين بوابة TIA مع دعم الجهاز القديم S7-300 من خلال ملفات HSP (حزمة دعم الأجهزة) المتاحة من Siemens Industry Online Support ،ولكن يجب التحقق من هذا النهج مقابل إصدار TIA Portal المحدد وإصدار برمجيات CPU 312 قبل الالتزام به لمشروع الإنتاج.

بالنسبة للمشاريع الجديدة حيث بوابة TIA هي بيئة الهندسة المطلوبة،توصي شركة سيمنز باختيار وحدة معالجة مركزية S7-300 من النطاق المدعوم صراحة في بوابة TIA (مثل وحدة معالجة المركزية 315-2 PN / DP أو وحدة معالجة المركزية 317-2 DP في إصدارات البرمجيات الثابتة اللاحقة) أو الهجرة إلى منصة S7-1500والذي هو الهدف الرئيسي لموقع "تيا"

السؤال 5: ما هو مسار الهجرة الموصى به من وحدة المعالجة المركزية 312 إلى منصة سيمنز الحالية، وما مدى تعقيد الهجرة؟

توصية سيمنز الرسمية للانتقال من S7-300 إلى منصة SIMATIC S7-1500.المنشآت ذات الرف الواحد ✓ وحدة المعالجة المركزية S7-1500 1511-1 PN هي البديل الوظيفي التقريبي: يوفر ذاكرة عمل أكثر بكثير (150 كيلوبايت) ، مدمجة PROFINET IO ، معالجة أسرع (48ns ثنائية) ، وهندسة بوابة TIA.

جهود الهجرة ليست تافهةيجب إعادة هيكلة برنامج STEP 7 وإعادة كتابته لبوابة TIA (لا توجد تحويلات آلية للشفرة)، على الرغم من أن مجموعة التعليمات متوافقة إلى حد كبير على مستوى اللغة).

يجب إعادة تصميم إدخال/إخراج الأجهزة (وحدات S7-300 غير متوافقة مع S7-1500) ، ويجب استبدال أي HMI متصلة MPI أو تحديثها إلى اتصال PROFINET أو Ethernet.

بالنسبة للمواقع التي لا تستطيع تحمل استثمار الهندسة من الهجرة الكاملة، والحفاظ على وحدة المعالجة المركزية الحالية 312 على خطوة 7 V5.x مع قطع الغيار هي استراتيجية قابلة للحياة على المدى الطويل Siemens تلتزم بـ 10 سنوات من توفر قطع الغيار بعد التوقف عن الإنتاج (حتى حوالي عام 2033)، والقاعدة المثبتة من أنظمة S7-300 كبيرة بما فيه الكفاية للحفاظ على سوق ثانوية للأجهزة وخبرات الدعم بعد ذلك بوقت طويل.