새로운 시멘스 통신 프로세서 6GK7443-1EX30-0XE0 또는 6GK74431EX300XE0

Siemens 6GK7443-1EX30-0XE0 | SIMATIC NET CP 443-1 — S7-400 통신 프로세서, PROFINET IO 컨트롤러, 듀얼 RJ45 IE 스위치, 10/100 Mbit/s, ISO/TCP/UDP, PROFIenergy

CP 443-1의 핵심 가치 — 전용 이더넷 처리

S7-400 CPU 제품군 — 플래그십 CPU 417-5H 포함 —은 표준으로 MPI 및 PROFIBUS DP 인터페이스를 통합합니다. 이들은 CPU 수준에서 통합 이더넷 또는 PROFINET 포트를 포함하지 않습니다.

S7-400에서 이더넷 또는 PROFINET 연결은 CP 443-1과 같은 통신 프로세서 모듈을 S7-400 랙에 설치해야 합니다.

이는 플랫폼 설계의 누락이 아니라, PROFINET이 지배적인 필드버스 성숙 이전에 설계된 고성능 공정 컨트롤러로서의 S7-400의 기원을 반영하는 아키텍처 선택입니다.

그 결과 CP 443-1은 전용 이더넷 프로세서로 존재합니다. 자체 ERTEC 400 네트워크 프로세서, 자체 RAM, 그리고 S7-400 CPU가 공정 제어 프로그램으로 무엇을 하고 있는지와 독립적으로 모든 이더넷 통신 작업을 처리하는 자체 프로그램을 가지고 있습니다.

복잡한 PID 캐스케이드 프로그램을 실행하는 CPU는 네트워크 트래픽으로 인해 느려지지 않습니다. CP 443-1은 모든 PROFINET IO 주기적 데이터 교환, 모든 TCP/IP 트랜잭션, 모든 S7 PUT/GET 요청, 그리고 모든 웹 진단 요청을 흡수하여 정의된 간격으로 S7-400 백플레인을 통해 CPU에 결과를 제시합니다.

이러한 아키텍처 분리는 S7-400 플랫폼이 새로운 플랫폼이 등장했음에도 불구하고 까다로운 공정 제어 환경에서 계속 배포되는 이유 중 하나입니다.

주요 사양

통합 2포트 스위치 — 외부 하드웨어 없는 라인 토폴로지

CP 443-1의 이더넷 인터페이스는 네트워크 스위치에 대한 단일 포트 연결이 아니라, ERTEC 400 네트워크 프로세서를 기반으로 하는 2포트 스위치 자체입니다.

이 차이는 PROFINET IO 네트워크의 배선 방식에 실질적인 영향을 미칩니다.

표준 PROFINET IO 설치에서 IO 장치는 각 연결에 필요한 중간 스위치 하드웨어 없이 장치의 통합 스위치 포트에서 다음 장치로 직접 라인(데이지 체인) 토폴로지로 배선할 수 있습니다.

CP 443-1의 두 RJ-45 포트는 정확히 이 토폴로지에 참여합니다. 한 포트는 업스트림(백본 스위치 또는 라인의 이전 장치 쪽)에 연결되고, 다른 포트는 다운스트림(체인의 다음 IO 장치 쪽)에 연결됩니다.

모든 PROFINET 장치가 물리적으로 가까운 기계 자동화 셀 및 소규모 플랜트 세그먼트의 경우, 이 라인 토폴로지 접근 방식은 배선을 단순하게 유지하고 케이블 길이를 짧게 하면서 각 연결에 대한 중간 네트워크 스위치의 비용과 패널 공간을 제거합니다.

더 넓은 플랜트 영역에 걸쳐 분산된 많은 PROFINET IO 장치가 있는 대규모 설치의 경우, 중앙 관리형 스위치를 통한 스타 토폴로지가 더 적합합니다. CP 443-1의 두 RJ-45 포트는 어느 포트를 통해서든 이 스타에 연결됩니다.

PROFINET IO 컨트롤러 — S7-400에서 필드 장치 관리

PROFINET IO 컨트롤러로 구성될 때, CP 443-1은 할당된 모든 PROFINET IO 장치(I-Device)와의 전체 주기적 데이터 교환을 담당합니다.

IO 장치 — Siemens ET 200SP, ET 200M, ET 200MP 스테이션, PROFINET 인터페이스가 있는 드라이브, 안전 장치, 계측 장치 및 기타 PROFINET 호환 필드 장치 —는 CP 443-1과 주기적으로 프로세스 데이터를 교환하며, CP 443-1은 수신된 장치 데이터를 S7-400 CPU의 프로세스 이미지에 매핑하고 CPU의 출력 데이터를 장치에 다시 씁니다.

이는 S7-400 CPU가 특수 통신 블록이나 네트워크 기본 요소 없이 표준 PLC 명령(입력 이미지 주소 읽기, 출력 이미지 주소 쓰기)을 사용하여 PROFINET IO 데이터에 액세스한다는 것을 의미합니다. CP 443-1은 모든 PROFINET 프로토콜 메커니즘을 투명하게 처리합니다.

구성는 STEP 7(또는 지원되는 구성의 경우 TIA Portal)에서 IO 장치의 GSDML 파일을 사용하여 수행됩니다. 엔지니어는 어떤 IO 장치가 CP 443-1에 연결되는지 지정하고, IO 장치 주소를 할당하며, 장치의 입력/출력 모듈을 PLC 주소에 매핑합니다.

다운로드 후, CP 443-1은 구성된 모든 IO 장치 연결을 자동으로 설정하고 유지합니다.

PROFIenergy — 조정된 에너지 관리

PROFIenergy는 컨트롤러에서 여러 필드 장치에 걸쳐 조정된 에너지 관리를 가능하게 하는 PROFINET 애플리케이션 프로파일입니다.

계획된 생산 중단 — 교대 근무, 주말, 계획된 유지 보수 기간 — 동안 PLC는 모든 연결된 장치에 PROFIenergy 명령을 동시에 보내 정상 대기 수준 이하로 전력 소비를 줄이는 정의된 절전 또는 절전 모드로 진입하도록 지시할 수 있습니다.

CP 443-1의 PROFIenergy 지원은 S7-400이 에너지 관리 코디네이터로 참여할 수 있음을 의미합니다. 드라이브는 정지 상태로 감속하고 냉각 팬을 비활성화하도록 명령받을 수 있습니다. IO 스테이션은 내부 전원 공급 장치의 출력을 부분 부하로 줄일 수 있습니다. 기계 부품이 있는 장치는 브레이크를 해제하고 위치를 잠그도록 지시받을 수 있습니다.

생산이 재개되면, 단일 PROFIenergy 웨이크 명령은 모든 장치를 조정된 시퀀스로 작동 준비 상태로 복원합니다. 모든 장치가 동시에 시작될 때 공급 회로를 과부하할 수 있는 혼란스러운 동시 전원 켜기를 방지합니다.

에너지 비용이 상당한 운영 비용인 제조 시설 및 ISO 50001 에너지 관리 규정 준수를 추구하는 시설의 경우, CP 443-1을 통한 PROFIenergy는 수동 개입이나 사용자 정의 기계 코드를 요구하지 않고 구조화된 에너지 절감을 구현하기 위한 컨트롤러 수준의 인프라를 제공합니다.

네트워크 보안 — IP 액세스 제어 목록 및 보안 웹 액세스

CP 443-1은 IP 액세스 제어 목록(IP ACL)을 구현하여 플랜트 엔지니어가 CP 443-1과 이를 통해 S7-400 CPU와 통신할 수 있도록 허용된 IP 주소 또는 주소 범위를 정의할 수 있도록 합니다.

허용 목록에 없는 주소는 조용히 삭제됩니다. 응답, 오류 메시지 또는 장치가 존재한다는 표시가 없습니다.

이 간단하지만 효과적인 화이트리스트 메커니즘은 동일한 네트워크 세그먼트의 무단 스테이션이 컨트롤러를 쿼리하거나, 매개변수를 수정하거나, 승인된 엔지니어링 터미널 및 감독 시스템에 제한되어야 하는 데이터에 액세스하는 것을 방지합니다.

플랜트 네트워크 사이버 보안이 실제 운영상의 우려 사항인 시대 — 이론적인 위험이 아니라 전 세계 산업 설치에서 생산 중단 및 안전 사고의 문서화된 원인 — IP ACL은 PLC 랙 외부의 방화벽 장치를 요구하지 않고 컨트롤러 수준에서 첫 번째 방어선을 제공합니다.

더 깊은 보안을 위해, 플랜트 네트워크 아키텍처는 여전히 관리형 스위치 및 방화벽을 통한 분할을 구현해야 합니다. IP ACL은 이를 대체하는 것이 아니라 보완합니다.

FAQ

Q1: 단일 S7-400 랙에 몇 개의 CP 443-1 모듈을 설치할 수 있으며, 더 많은 CP를 추가하면 PROFINET 성능이 향상됩니까?

S7-400 랙은 여러 CP 443-1 모듈을 지원하며, 정확한 개수는 랙 유형과 스테이션의 총 모듈 수에 따라 달라집니다.

성능 측면에서: 여러 CP 443-1 장치를 설치하면 각 CP 443-1이 자체 할당된 PROFINET IO 장치 세트를 독립적으로 관리하므로 전반적인 PROFINET IO 처리량이 향상됩니다.

하나의 CP 443-1이 64개의 PROFINET IO 장치를 관리하고 이것이 네트워크 부하로 인해 허용되지 않는 IO 업데이트 주기 시간을 유발하는 경우, 두 번째 CP 443-1을 추가하고 장치를 분산하면 각 CP의 장치 수가 줄어들고 주기 시간이 비례적으로 단축됩니다.

그러나 각 CP 443-1은 독립적인 PROFINET IO 컨트롤러입니다. 다른 CP 443-1 장치와 결합하여 단일 더 큰 컨트롤러를 형성하지는 않습니다.

CP 443-1에 대한 Siemens 제품 설명서에는 CP당 최대 IO 장치 수와 최대 IO 데이터 볼륨이 명시되어 있습니다. 단일 S7-400 스테이션에서 최대 4개의 CP 443-1 모듈을 PROFINET IO 컨트롤러로 작동할 수 있습니다(다른 모듈 유형과의 총 제한).

각 CP 443-1은 자체 독립 PROFINET 네트워크를 지원하거나 스위치 토폴로지를 통해 네트워크를 공유할 수 있습니다.

Q2: CP 443-1을 S7-400H 이중화 시스템에 사용할 수 있으며, H 시스템 CPU 전환 중에 PROFINET IO는 어떻게 작동합니까?

CP 443-1은 S7 통신(파트너 PLC, SCADA 시스템 및 PC 기반 감독 시스템과의 PUT/GET)을 위해 S7-400H 시스템에 설치 및 작동할 수 있습니다.

이중화 H 시스템의 PROFINET IO의 경우, S7-400H는 특정 PROFINET IO 이중화 아키텍처(IO 장치의 시스템 이중화 S2 또는 R1)를 사용하며, 여기서 IO 장치는 주 CPU의 CP와 백업 CPU의 CP에 동시에 두 개의 PROFINET IO 컨트롤러 연결을 가집니다.

주 CPU가 실패하고 백업이 인계될 때, IO 장치는 데이터 손실이나 장치 재시작 트리거 없이 백업으로 PROFINET 통신을 원활하게 리디렉션합니다.

이는 S7-400H PROFINET 이중화를 지원하는 IO 장치가 필요합니다(모든 PROFINET IO 장치가 이를 지원하는 것은 아닙니다. 각 장치 유형에 대해 장치의 GSDML 파일 및 S7-400H PROFINET 구성과의 문서화된 호환성을 확인해야 합니다).

미디어 이중화 프로토콜(MRP)은 PROFINET 네트워크 자체에 사용될 수도 있으며, 컨트롤러 수준의 이중화 외에 케이블 수준에서 링 토폴로지 이중화를 제공합니다.

Q3: Fast Startup이란 무엇이며, 어떤 애플리케이션에서 중요합니까?

Fast Startup은 전원 켜기 후 IO 장치가 CP 443-1과의 PROFINET 연결을 설정하는 데 필요한 시간을 크게 줄이는 PROFINET 기능입니다.

표준 PROFINET에서 장치는 IO 장치가 컨트롤러와 프로세스 데이터를 교환할 수 있기 전에 여러 협상 단계(IP 주소 할당, LLDP 토폴로지 검색, AR 설정)를 거치며, 이는 총 몇 초가 걸립니다.

Fast Startup이 구성되면, 이 프로세스는 비휘발성 저장소에 장치의 IP 매개변수를 사전 구성하고 검색 단계를 건너뛰어 가속화됩니다. 시작 시간을 1초 미만으로 줄입니다.

이 기능은 기계 재시작 시간이 중요한 애플리케이션에서 주로 중요합니다. 자동차 조립 스테이션(각 초의 시작 시간이 생산 비용을 발생시킴), 기계 작동자가 시작 버튼을 누르고 기계가 즉시 생산되기를 기대하는 포장 기계, 그리고 e-stop 이벤트 후 빠른 재시작이 생산 손실을 최소화하는 안전 애플리케이션입니다.

시작 시간이 중요 변수가 아닌 대부분의 고정 설치(기계가 주말 내내 꺼져 있었고, 재시작에 몇 초 더 걸리는 것은 무시할 수 있음)의 경우, 표준 PROFINET 시작이 완전히 적절합니다.

Q4: 확장 웹 진단 기능은 어떻게 작동하며, 어떤 정보를 표시할 수 있습니까?

CP 443-1은 플랜트 네트워크의 모든 표준 웹 브라우저를 통해 액세스할 수 있는 내장 웹 서버를 호스팅합니다. 클라이언트 PC에 소프트웨어를 설치할 필요가 없으며 STEP 7도 필요하지 않습니다. 확장 웹 진단 디스플레이에는 다음이 포함됩니다. CP 443-1 자체의 상태 및 구성(IP 주소, 펌웨어 버전, MAC 주소, 작동 상태), 구성된 모든 PROFINET IO 장치의 상태(정상적으로 통신 중인 장치, 오류가 있는 장치, 각 장치가 보고하는 오류 유형), ET 200S 및 ET 200M 스테이션의 모듈 수준 진단(슬롯에 오류가 있는 경우), 그리고 S7-400 CPU의 진단 버퍼(타임스탬프가 있는 경보 이벤트, 하드웨어 오류, 시스템 이벤트).

Siemens는 또한 플랜트 엔지니어가 CP 443-1의 내부 데이터 액세스를 통해 S7-400 CPU의 데이터 블록에서 가져온 추가 정보(사용자 정의 프로세스 데이터 값, 생산 카운트, 기계 상태)를 표시하는 사용자 정의 웹 페이지를 만들 수 있도록 합니다.

이러한 사용자 페이지는 HMI SCADA 클라이언트 설치 없이 플랜트 네트워크의 모든 PC에서 액세스할 수 있는 기본 운영자 디스플레이 역할을 할 수 있습니다.

Q5: CP 443-1은 TCP/IP 외에 UDP/IP도 지원합니다. TCP 대신 UDP가 필요한 자동화 사용 사례는 무엇입니까?

TCP/IP는 데이터의 안정적이고 순서가 지정된 오류 검사 전송을 제공합니다. 전송 중에 패킷이 손실되면 TCP는 애플리케이션이 데이터를 보기 전에 자동으로 다시 전송합니다. 이는 TCP를 S7 통신(PUT/GET), FTP 파일 전송 및 모든 바이트의 데이터가 올바르게 도착해야 하는 모든 교환에 이상적입니다.

반대로 UDP/IP는 재전송, 순서 보장, 배달 확인을 제공하지 않습니다. 단순히 패킷을 보내고 계속 진행합니다. UDP의 가치는 낮은 지연 시간에 있습니다. 승인 및 재전송 오버헤드 없이 UDP 패킷은 더 빨리 도착하거나(손실되면 조용히 폐기됨) 시간 엄수가 신뢰성보다 더 중요할 때 허용됩니다.

산업 자동화에서 UDP는 실시간 프로세스 데이터 브로드캐스팅(마스터가 여러 수신자에게 프로세스 값을 보내고, 다음 업데이트가 빠르게 따라오기 때문에 하나의 업데이트 손실이 허용되는 경우), 시간 동기화 프로토콜(NTP/SNTP는 시간 패킷이 최신이어야 하고 오래된 패킷의 재전송으로 지연되지 않아야 하므로 UDP 사용), 그리고 감독 시스템이 빠른 쿼리를 보내고 TCP 재전송 주기를 기다리는 것보다 즉각적인 응답을 선호하는 일부 SCADA 폴링 애플리케이션에 사용됩니다.

CP 443-1은 둘 다 지원하며, 엔지니어링 팀은 이러한 절충안을 기반으로 각 통신 관계에 적합한 전송 프로토콜을 선택합니다.