Modulo de interface 6ES7151-3AA23-0AB0 6ES7 151-3AA23-0AB0 6ES7151-3AA23-OABO

 Siemens 6ES7151-3AA23-0AB0 | SIMATIC ET 200S IM 151-3 PN ST — Módulo de Interface PROFINET, 100 Mbit/s, 2×RJ45, IRT 250µs, Dispositivo Compartilhado, Redundância de Mídia, 63 Módulos

Visão Geral

O Siemens 6ES7151-3AA23-0AB0 é o IM 151-3 PN ST — o módulo de interface PROFINET IO que transforma uma estação de E/S distribuída ET 200S em um dispositivo PROFINET IO.

Na arquitetura ET 200S, o módulo de interface é o gateway de rede da estação: ele armazena o nome do dispositivo e o endereço IP atribuídos pelo controlador PROFINET IO durante a comissionamento, gerencia a troca de dados cíclica entre o controlador e todos os módulos eletrônicos conectados, e converte os quadros de dados PROFINET para o formato do barramento de fundo de escala da ET 200S que os módulos de E/S da estação leem e escrevem.

A designação "ST" (Standard) distingue este módulo da variante "HF" (High Feature). A versão ST suporta comunicação PROFINET com capacidade IRT — Isochronous Real-Time, que permite troca de dados determinística e sem jitter com tempos de atualização tão curtos quanto 250µs.

Isso coloca o IM 151-3 PN ST firmemente no domínio de controle de movimento e aplicações de máquinas de alta velocidade onde o ciclo de atualização PROFINET IO deve ser estritamente sincronizado com o ciclo mecânico da máquina.

O switch integrado de 2 portas é o que torna a topologia de linha PROFINET prática em campo.

Em vez de executar um cabo separado do switch do painel para cada estação ET 200S, o cabo de rede é conectado em série de uma porta RJ45 da estação para a próxima — o switch dentro do IM 151-3 PN ST passa o tráfego de rede de montante para jusante sem exigir um switch externo em cada estação. 

Uma linha de produção de vinte estações pode operar em um único caminho de cabo PROFINET, com cada estação conectada à próxima.

Especificações Principais

Comunicação IRT — Isochronous Real-Time

PROFINET oferece três classes de comunicação: TCP/IP padrão, RT (Real-Time) e IRT (Isochronous Real-Time).

O IM 151-3 PN ST suporta IRT — a classe mais alta, reservada para aplicações onde o ciclo de atualização de E/S deve ser precisamente sincronizado com um evento externo (tipicamente o ciclo de interpolação do controlador de movimento ou o tempo do ciclo mecânico de uma máquina).

Em operação IRT, uma largura de banda reservada dentro do ciclo de envio PROFINET é alocada exclusivamente para dados IRT.

Essa largura de banda reservada é protegida contra interferência de outro tráfego de rede — mesmo comunicação pesada em segundo plano não pode atrasar ou interromper a transferência de dados IRT. 

O resultado é um tempo de atualização garantido e determinístico com um jitter de microssegundos em vez de milissegundos, o que é o requisito para controle de movimento baseado em PROFINET, drives multi-eixo coordenados e sistemas de inspeção de alta velocidade.

O tempo de atualização mínimo de 250µs do IM 151-3 PN ST representa o ciclo IRT mais curto possível alcançável com este módulo.

Tempos de atualização mais rápidos exigem a variante HF (High Feature).

Dispositivo Compartilhado — Uma Estação ET 200S, Dois Controladores

Dispositivo Compartilhado é um recurso PROFINET que permite que uma estação IM 151-3 PN ST seja acessada por dois controladores PROFINET IO separados simultaneamente.

Cada controlador é atribuído a seu próprio subconjunto dos módulos da estação — o controlador A lê e escreve nos módulos 1-4, o controlador B lê e escreve nos módulos 5-8, por exemplo. Cada controlador vê apenas seu próprio subconjunto, e o IM 151-3 PN ST gerencia a partição de dados de forma transparente.

Essa capacidade é usada em arquiteturas de máquinas onde um controlador de segurança e um controlador padrão compartilham o mesmo hardware de E/S distribuída — o controlador de segurança acessa os módulos de E/S à prova de falhas, e o controlador padrão acessa os módulos de E/S padrão, ambos dentro de uma única estação ET 200S.

Elimina a necessidade de uma segunda estação ET 200S fisicamente separada para as E/S de segurança, economizando custo de hardware e espaço no painel.

Nota: Dispositivo Compartilhado não está disponível em combinação com a opção "alta flexibilidade" IRT.

Redundância de Mídia — Proteção de Topologia em Anel

O IM 151-3 PN ST suporta o Protocolo de Redundância de Mídia PROFINET (MRP), que permite que a estação ET 200S participe de uma rede PROFINET com topologia em anel. Em uma configuração em anel, os cabos de rede formam um loop fechado através de todos os dispositivos, com um Gerenciador de Redundância de Mídia dedicado (tipicamente a CPU S7-300 ou S7-400) monitorando a integridade do anel.

Se um segmento de cabo quebrar, o MRP reconfigura o anel para rotear o tráfego através do caminho alternativo dentro do tempo de comutação padrão de 200ms, eliminando o ponto único de falha que uma topologia de linha representa.

Para ambientes de produção onde o dano do cabo de rede é um risco realista — ambientes de oficina mecânica com empilhadeiras, bandejas de cabos sujeitas a vibração, ou instalações externas com exposição às intempéries — a redundância de mídia através de topologia em anel reduz significativamente a probabilidade de uma falha de rede causar tempo de inatividade da máquina.

FAQ

P1: Qual é a diferença entre o IM 151-3 PN ST e o IM 151-3 PN HF?

A versão ST (Standard) suporta IRT com um tempo de atualização mínimo de 250µs. A versão HF (High Feature) reduz o ciclo IRT mínimo para 125µs e suporta recursos adicionais, incluindo o perfil de comunicação à prova de falhas PROFIsafe para integração direta de módulos F.

Se a aplicação não exigir ciclos IRT abaixo de 250µs ou suporte PROFIsafe direto através do módulo de interface, o ST é a escolha correta e mais econômica.

P2: O IM 151-3 PN ST pode substituir o antigo PROFIBUS IM 151-1 em uma estação ET 200S existente?

O hardware físico da estação ET 200S (módulos de terminal, módulos eletrônicos) é compatível com módulos de interface PN e DP.

Substituir um IM 151-1 (PROFIBUS) por um IM 151-3 (PROFINET) requer: reconfigurar a conexão de rede da estação de PROFIBUS para PROFINET na configuração de hardware do controlador, atribuir um nome de dispositivo PROFINET ao novo IM e verificar se o projeto do controlador PROFINET inclui a estação ET 200S em sua configuração de rede PROFINET. 

Os módulos eletrônicos e sua fiação de campo permanecem inalterados.

P3: Como o nome do dispositivo é atribuído ao IM 151-3 PN ST?

O controlador PROFINET IO atribui o nome do dispositivo durante o comissionamento — automaticamente usando a detecção de topologia da Siemens (via dados LLDP) ou manualmente através da função "Atribuir nome de dispositivo" do STEP 7 / TIA Portal.

Uma vez atribuído, o nome é armazenado tanto no projeto do controlador quanto no próprio IM 151-3 PN ST (feito backup em um cartão SIMATIC Micro Memory Card, se houver).

O recurso Prioritized Startup permite que a estação estabeleça comunicação mais rapidamente após a reinicialização, retendo o nome do dispositivo sem exigir uma sequência completa de redescoberta.

P4: A estação suporta 63 módulos. O ET 200S tem um orçamento de corrente de barramento de fundo de escala que limita isso?

Sim. O orçamento de energia da estação ET 200S é determinado pelos módulos de energia instalados (tipos PM-E, PM-D), e cada módulo eletrônico consome corrente do barramento de fundo de escala na tensão de alimentação nominal.

O número de módulos que podem ser realmente instalados é limitado por: (a) a corrente total de fundo de escala disponível dos módulos de energia instalados, (b) a largura máxima da estação de 2m, e (c) o máximo de 63 módulos.

Configurações práticas raramente atingem 63 módulos antes que o orçamento de corrente de fundo de escala ou o limite de largura da estação sejam atingidos primeiro. O projeto da estação deve incluir um cálculo de orçamento de corrente de fundo de escala contra todas as classificações de corrente dos módulos instalados.

P5: O IM 151-3 PN ST suporta hot-swap de módulos eletrônicos ET 200S durante a operação?

Sim. Uma das características de design principais do sistema ET 200S é a capacidade de remover e inserir módulos eletrônicos enquanto a estação está energizada e comunicando — isso é habilitado pela arquitetura de duas partes do módulo de terminal (que permanece) e do módulo eletrônico (que pode ser trocado).

O IM 151-3 PN ST gera interrupções de inserção/remoção de módulo que notificam o controlador PROFINET IO quando ocorre uma mudança de módulo.

O programa de usuário do controlador pode responder a essas interrupções para implementar uma resposta controlada — por exemplo, substituindo um valor de saída padrão seguro enquanto um módulo está ausente.