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Controlador lógico programável PLC
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| Lugar de origem | Alemanha |
| Marca | SIMENS |
| Certificação | CE RoHS |
| Número do modelo | 6ES7312-1AE14-0AB0 |
O Siemens 6ES7312-1AE14-0AB0 é a CPU 312 — a CPU padrão de entrada (não compacta) da família SIMATIC S7-300.
Em sua menor largura, 40mm e 270g, está entre as CPUs S7-300 fisicamente mais compactas, ao mesmo tempo em que oferece o conjunto completo de instruções S7-300, a interface de comunicação MPI padrão e desempenho de processamento suficiente para a grande maioria das tarefas de controle de máquinas e automação de processos de pequeno a médio porte.
Para entender onde a CPU 312 se encaixa, é preciso entender a estrutura da linha de CPUs S7-300.
A família abrange desde CPUs compactas (como a CPU 312C, que possui I/O digital integrado) até CPUs padrão (como esta CPU 312, sem I/O integrado, mas com flexibilidade modular completa), até CPUs mais poderosas (CPU 314, 315, 317) com memórias maiores e interfaces PROFIBUS DP integradas.
A CPU 312 é o ponto de partida da linha de CPUs padrão — a escolha quando a tarefa exige a modularidade e a flexibilidade de engenharia da arquitetura de CPU padrão, mas não requer a memória maior, a capacidade de múltiplos racks ou interfaces adicionais de CPUs de modelos superiores.
A memória de trabalho de 32KB é a principal limitação da CPU 312 e define as aplicações para as quais ela é adequada.
Com 32KB, a CPU 312 acomoda programas STEP 7 de pequeno a médio porte — aqueles com até algumas centenas de blocos de programa, lógica de controle PLC padrão, manipulação básica de dados e requisitos de comunicação moderados.
Não é adequada para programas que gerenciam grandes tabelas de receitas, buffers de histórico extensos ou algoritmos matemáticos complexos que geram grande código objeto. Para essas aplicações, as CPUs CPU 314 (64KB), CPU 315-2 DP (256KB) ou CPU 317-2 DP (1MB) são as escolhas apropriadas.
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Memória de Trabalho | 32 KB |
| Interface | 1 × MPI |
| Fonte Integrada | 24VDC |
| Processamento de Bits | 0.1 µs |
| Contagem de Blocos | 1.024 máx. |
| Contadores | 256 |
| Imagem de Processo | 128 bytes de I/O |
| Racks de Expansão | 1 máx. |
| Conexões | 6 total |
| Dimensões (L×A×P) | 40×125×130mm |
| Peso | 270g |
| Status | Peça de reposição descontinuada |
Os 0.1 µs por instrução binária da CPU 312 são a métrica fundamental de velocidade de execução do processador. Na prática, um programa S7-300 típico mistura instruções binárias (contato/bobina), operações de palavra, aritmética e sobrecarga de comunicação.
Um programa com 1.000 instruções binárias tem um tempo de execução de instrução bruta de 0.1ms — mas o tempo de ciclo total é maior porque o sistema operacional S7-300 adiciona uma atualização da imagem de processo (leitura de todas as entradas, escrita de todas as saídas), processamento de comunicação e sobrecarga de autoteste a cada ciclo.
Para uma CPU 312 executando um programa de tamanho moderado em uma estação de rack único com módulos digitais e analógicos S7-300 padrão, os tempos de ciclo típicos ficam na faixa de 5–15ms, dependendo do tamanho do programa, número de módulos ativos e tráfego de comunicação na interface MPI. Para as aplicações de controle de máquinas que a CPU 312 visa — sequenciamento de esteiras, intertravamento de máquinas, processos de batelada simples — um tempo de ciclo de 5–15ms é totalmente adequado.
Loops de temperatura de processo, regulação de pressão e outras variáveis de processo de dinâmica lenta mudam em uma escala de tempo de segundos a minutos, tornando o tempo de varredura do PLC irrelevante para o desempenho do loop (que é dominado pelo tempo de resposta do transmissor e pela dinâmica da válvula).
Apenas processos mecânicos rápidos (classificação de alta velocidade, controle de prensas, operações rápidas de pick-and-place) exigem tempos de ciclo de PLC abaixo de 5ms, e essas aplicações são atendidas por CPUs de alto desempenho com memórias significativamente maiores e capacidades dedicadas de processamento de interrupção, não pela CPU 312.
A CPU 312 requer um Cartão de Memória Micro (MMC) para armazenamento de programa — o cartão baseado em flash que serve simultaneamente como memória de carga (armazenando o programa completo que é baixado do STEP 7) e como o mecanismo de armazenamento persistente que elimina a necessidade de uma bateria de backup. Toda vez que a CPU 312 é ligada, ela lê o programa do MMC para a RAM de trabalho e inicia a execução. O programa no MMC é não volátil — ele persiste através de ciclos de energia indefinidamente, com a Siemens especificando uma retenção de dados mínima de 10 anos no MMC.
Esta operação sem bateria é uma vantagem genuína de manutenção em relação às gerações anteriores de CPUs que exigiam a substituição regular da bateria para preservar o programa durante falhas de energia. Uma bateria de backup descarregada ou falha em uma CPU S7-300 ou S5 mais antiga resultava na perda completa do programa na próxima interrupção de energia — um evento de serviço que poderia exigir horas de recarga do programa e reinício do sistema em um ambiente de produção.
A arquitetura MMC elimina completamente este modo de falha. O MMC é o backup — remover o MMC de uma CPU em execução preserva o programa intacto no cartão, que pode ser levado a um terminal de programação para backup ou a uma CPU de substituição para pré-carregamento.
O soquete de serviço de 6 caracteres na frente da CPU 312 aceita MMCs S7-300 padrão (SIMATIC Micro Memory Cards, família 6ES7953-8LXXX-0AA0) em capacidades de 64KB a 8MB.
A CPU 312 fornece uma única interface MPI — sem PROFIBUS DP, sem PROFINET, sem Ethernet integrado.
Esta limitação de interface é o critério de seleção mais importante: se a aplicação requer que a CPU atue como mestre PROFIBUS DP (controlando estações de I/O remotas, drives ou instrumentos em uma rede PROFIBUS), a CPU 312 não é a escolha certa. Seria necessária uma CPU com interface PROFIBUS DP integrada (CPU 315-2 DP, CPU 317-2 DP) ou a adição de um processador de comunicação CP 342-5.
O que a interface MPI fornece é:
Acesso ao terminal de programação: Uma estação de trabalho STEP 7 se conecta à CPU através de um adaptador PC (6ES7972-0CB20-0XA0 ou equivalente USB) via a porta MPI para download de programa, monitoramento online e diagnóstico.
Conexão HMI: Painéis de operador Siemens OP e TP se conectam via MPI para exibir dados de processo e aceitar entradas do operador. Para MES de painel único, a conexão MPI é econômica e simples.
Comunicação PLC-a-PLC: Múltiplas CPUs S7-300 podem compartilhar uma rede MPI e trocar dados através de comunicação básica S7 (SFC 65/66 para dados globais) ou comunicação S7 (SFB 8/9 BSEND/BRCV ou SFB 12/13 BSEND/BRCV), permitindo coordenação simples entre múltiplos controladores sem PROFIBUS.
Dados globais: Até 4 círculos de dados globais podem ser definidos para troca cíclica de dados entre controladores S7 na mesma rede MPI — um mecanismo simples para compartilhar variáveis de status entre PLCs sem programação de comunicação explícita.
O limite de 6 conexões da CPU 312 (total de conexões PG, OP e S7) restringe o número de participantes ativos simultaneamente na rede MPI.
Em uma estação com um terminal de programação, um painel HMI e um link de comunicação S7, o limite de conexão já está quase atingido.
A CPU 312 suporta a estrutura completa de programa baseada em blocos do STEP 7 dentro de seu limite total de 1.024 blocos.
Os tipos de blocos são:
OBs (Blocos de Organização): A interface entre o sistema operacional e o programa do usuário. OB1 é o programa cíclico principal. OB35 é uma interrupção cíclica (100ms padrão). OB40 é uma interrupção de hardware de módulos. OB82 é uma interrupção de diagnóstico.
OB100 é o OB de inicialização. OBs são os pontos de entrada definidos através dos quais o sistema operacional S7-300 chama o código do usuário em resposta a eventos.
FBs (Blocos de Função) e FCs (Funções): Módulos de programa reutilizáveis criados pelo usuário. FBs têm blocos de dados de instância associados que armazenam as variáveis estáticas do FB; FCs são funções sem estado.
Ambos podem ser chamados de OBs ou de outros FBs/FCs para criar uma hierarquia de programa estruturada.
DBs (Blocos de Dados): Áreas de armazenamento de dados — blocos de dados compartilhados para variáveis de toda a planta, blocos de dados de instância para FBs e armazenamento de dados retentivos.
Em uma memória de trabalho de 32KB, todos os OBs + FBs + FCs + DBs combinados devem caber em 32KB.
Engenheiros experientes em S7-300 estão familiarizados com o gerenciamento de orçamento de memória — o menu STEP 7 Online fornece utilização em tempo real da memória de trabalho, e as metas de tamanho do programa devem ser estabelecidas no início do projeto para evitar descobrir o limite de 32KB no final do desenvolvimento.
P1: A CPU 312 não possui interface PROFIBUS DP. Como ela pode se comunicar com dispositivos de campo PROFIBUS se a aplicação exigir?
A abordagem padrão para adicionar capacidade de mestre PROFIBUS DP a um sistema CPU 312 é instalar um módulo de processador de comunicação CP 342-5 (6GK7342-5DA02-0XE0) no rack S7-300.
O CP 342-5 fornece uma interface mestre PROFIBUS DP completa e opera independentemente da porta MPI da CPU 312. Da perspectiva do programa da CPU 312, o CP 342-5 troca dados com a CPU através do backplane S7-300, e o programador usa chamadas de função (FC1 DP_SEND e FC2 DP_RECV da biblioteca de funções do CP 342-5) para transferir dados entre os blocos de dados da CPU 312 e a imagem de I/O PROFIBUS do CP 342-5.
Essa abordagem consome um dos preciosos 8 slots de módulo da CPU 312, e o custo adicional do CP 342-5 (que excede a própria CPU 312 em preço de lista) muitas vezes torna mais econômico atualizar para uma CPU 315-2 DP (que tem PROFIBUS DP integrado) do que adicionar o CP a um sistema CPU 312. A abordagem do CP 342-5 é apropriada para instalações existentes de CPU 312 onde a adição de capacidade PROFIBUS é necessária, mas a substituição completa da CPU não é justificada.
P2: Qual é o número máximo de pontos de I/O analógicos e digitais que a CPU 312 pode processar em uma única estação, e isso é limitado pela memória de trabalho ou pelo hardware?
O limite de hardware é mais restritivo do que o limite de memória para a CPU 312.
O tamanho da imagem de processo — 128 bytes para entradas e 128 bytes para saídas — determina o I/O máximo endereçável: 128 bytes × 8 bits = 1.024 entradas digitais (I 0.0 a I 127.7) e 1.024 saídas digitais (Q 0.0 a Q 127.7), ou uma mistura equivalente de endereçamento analógico e digital dentro da mesma faixa de bytes.
O limite de hardware é a contagem de slots de módulo: 8 slots no rack central + 8 slots no único rack de expansão permitido = 16 posições totais de módulo. Com módulos digitais de 16 canais a 2 bytes cada, 16 módulos fornecem 32 bytes de I/O digital — bem dentro do limite da imagem de processo.
Com módulos analógicos de 8 canais a 16 bytes cada (8 canais × 2 bytes por palavra analógica), 16 módulos analógicos consumiriam 256 bytes — excedendo o limite da imagem de processo. Na prática, uma instalação mista de módulos digitais e analógicos em uma estação de 16 slots não tem dificuldade em se encaixar no limite da imagem de processo de 128 bytes.
A memória de trabalho de 32KB restringe a complexidade do programa, mas raramente o endereçamento de I/O para a escala de instalações que a CPU 312 visa.
P3: O que acontece com os dados retentivos do bloco de dados quando a CPU 312 perde energia, e qual é o papel do Cartão de Memória Micro na retenção de dados?
Na arquitetura de memória da CPU 312, a RAM de trabalho (32KB) é a memória de execução ativa — ela contém o programa em execução e todos os valores de variáveis atuais. A RAM de trabalho é volátil: ela perde seu conteúdo quando a energia é removida.
O Cartão de Memória Micro é memória Flash não volátil e contém apenas a cópia da memória de carga do programa. Criticamente, o conteúdo dos blocos de dados — mesmo que marcados como retentivos nas propriedades do bloco de dados do STEP 7 — não são salvos automaticamente no MMC durante a operação.
Dados retentivos na CPU 312 são preservados através de breves interrupções de energia por um circuito com suporte de capacitor na CPU (o mesmo capacitor interno que mantém o relógio da CPU durante a perda de energia), mas este capacitor retém dados apenas por um tempo limitado (geralmente horas à temperatura ambiente).
Se a CPU for desligada por tempo suficiente para o capacitor descarregar, os dados retentivos são perdidos. Para aplicações onde os dados devem sobreviver a longas interrupções de energia — contadores de produção, números de lote, totais acumulados — o programa deve periodicamente gravar esses valores em um bloco de dados não retentivo e copiar todo o bloco de dados para o MMC usando SFC 84 (WRIT_DBL, Escrever Bloco de Dados na Memória de Carga).
Na inicialização, o OB100 lê o bloco de dados do MMC usando SFC 82 (CREA_DBL ou similar). Este procedimento explícito de gravação/leitura no MMC fornece armazenamento verdadeiramente não volátil ao custo de rotinas de inicialização/desligamento ligeiramente mais longas.
P4: A CPU 312 pode ser programada com TIA Portal, ou é necessário STEP 7 V5.x?
Principalmente STEP 7 V5.5 SP1 ou posterior (STEP 7 clássico, não TIA Portal) é o ambiente de programação nativo para a CPU 312.
O TIA Portal não inclui suporte nativo para a CPU S7-300 312 em sua configuração de produto padrão — o suporte S7-300 do TIA Portal abrange modelos de CPU específicos que a Siemens incluiu explicitamente na biblioteca S7-300 do TIA Portal, e a CPU 312 mais antiga (especialmente a versão de hardware 1AE14) pode não ser totalmente suportada.
Alguns engenheiros usaram o TIA Portal com o suporte a dispositivos legados S7-300 através de arquivos HSP (Hardware Support Package) disponíveis no Siemens Industry Online Support, mas essa abordagem deve ser verificada em relação à versão específica do TIA Portal e à versão de firmware da CPU 312 antes de se comprometer com ela para um projeto de produção.
Para novos projetos onde o TIA Portal é o ambiente de engenharia necessário, a Siemens recomenda selecionar uma CPU S7-300 da linha explicitamente suportada no TIA Portal (como CPU 315-2 PN/DP ou CPU 317-2 DP em versões de firmware posteriores) ou migrar para a plataforma S7-1500, que é o alvo principal do TIA Portal.
P5: Qual é o caminho de migração recomendado da CPU 312 para uma plataforma Siemens atual, e quão complexa é a migração?
A recomendação oficial da Siemens para migração de S7-300 é para a plataforma SIMATIC S7-1500. Para o perfil de aplicação típico da CPU 312 — máquinas autônomas pequenas, controle de processo simples, instalações de rack único — a CPU S7-1500 1511-1 PN é o substituto funcional aproximado: ela fornece significativamente mais memória de trabalho (150KB), PROFINET IO integrado, processamento mais rápido (48ns binário) e engenharia TIA Portal.
O esforço de migração não é trivial: o programa STEP 7 deve ser reestruturado e reescrito para TIA Portal (não existe conversão automática de código — STEP 7 Classic e TIA Portal usam paradigmas de programação e estruturas de blocos diferentes, embora o conjunto de instruções seja amplamente compatível no nível da linguagem).
O I/O de hardware deve ser redesenhado (módulos S7-300 não são compatíveis com S7-1500), e quaisquer HMIs conectados via MPI devem ser substituídos ou atualizados para conectividade PROFINET ou Ethernet.
Para locais que não podem arcar com o investimento de engenharia de migração completa, manter a CPU 312 existente no STEP 7 V5.x com peças de reposição é uma estratégia viável a longo prazo — a Siemens se compromete com 10 anos de disponibilidade de peças de reposição pós-descontinuação (até aproximadamente 2033), e a base instalada de sistemas S7-300 é grande o suficiente para sustentar um mercado secundário de hardware e expertise de suporte bem além desse período.
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