新型シメンスS7 300 6ES7312-1AE14-0AB0 6ES73121AE140AB0 6ES7312-1AE14-OABO

シーメンス 6ES7312-1AE14-0AB0 | SIMATIC S7-300 CPU 312 — 中央処理装置、MPIインターフェイス、32KBワークメモリ、統合24VDC電源、0.1µsビット処理、40×125×130mm

概要

「シーメンス 6ES7312-1AE14-0AB0」は、SIMATIC S7-300ファミリーのエントリーレベル標準（非コンパクト）CPUであるCPU 312です。

最も狭い40mm、270gで、S7-300 CPUの中で最も物理的にコンパクトな部類に入りながら、S7-300命令セット全体、標準MPI通信インターフェイス、そして大多数の小規模から中規模の機械制御およびプロセスオートメーションタスクに十分な処理性能を提供します。

CPU 312がどのように位置づけられるかを理解するには、S7-300 CPUレンジの構造を理解する必要があります。

このファミリーは、コンパクトCPU（統合デジタルI/Oを備えたCPU 312Cなど）から、標準CPU（このCPU 312のように統合I/Oはないが、完全なモジュール式柔軟性を備えている）、より強力なCPU（CPU 314、315、317）まで、より大きなメモリと統合PROFIBUS DPインターフェイスを備えています。

CPU 312は、標準CPUレンジの出発点です。タスクが標準CPUアーキテクチャのモジュール性とエンジニアリングの柔軟性を必要とするが、より大きなメモリ、マルチラック機能、または上位モデルCPUの追加インターフェイスを必要としない場合に選択されます。

32KBのワークメモリはCPU 312の主な制約であり、それが適したアプリケーションを定義します。

32KBでは、CPU 312は小規模から中規模のSTEP 7プログラムに対応できます。数百のプログラムブロック、標準PLC制御ロジック、基本的なデータ処理、および適度な通信要件を持つプログラムです。

大規模なレシピテーブル、広範なヒストリアンバッファ、または大きなオブジェクトコードを生成する複雑な数学的アルゴリズムを管理するプログラムには適していません。そのようなアプリケーションには、CPU 314（64KB）、CPU 315-2 DP（256KB）、またはCPU 317-2 DP（1MB）が適切な選択肢となります。

主な仕様

0.1 µs バイナリ処理 — スキャンタイムへの影響

CPU 312のバイナリ命令あたり0.1µsは、プロセッサの基本的な実行速度の指標です。実際には、典型的なS7-300プログラムは、バイナリ（接点/コイル）命令、ワード操作、算術演算、および通信オーバーヘッドを組み合わせています。

1,000個のバイナリ命令を持つプログラムの生の命令実行時間は0.1msですが、S7-300オペレーティングシステムがプロセスイメージの更新（すべての入力を読み取り、すべての出力を書き込む）、通信処理、およびセルフテストのオーバーヘッドを各サイクルに追加するため、総スキャンタイムは長くなります。

CPU 312で、標準S7-300デジタルおよびアナログモジュールを使用し、シングルラックステーションで中程度のサイズのプログラムを実行する場合、典型的なスキャンタイムは、プログラムサイズ、アクティブモジュールの数、およびMPIインターフェイス上の通信トラフィックによって異なりますが、5〜15msの範囲になります。CPU 312が対象とする機械制御アプリケーション（コンベアシーケンス、機械インターロック、簡単なバッチプロセス）では、5〜15msのスキャンタイムで十分です。

プロセス温度ループ、圧力制御、およびその他の低速ダイナミックプロセス変数は、秒から分単位のタイムスケールで変化するため、PLCのスキャンタイムはループパフォーマンス（送信機応答時間とバルブダイナミクスによって支配される）とは無関係です。

5ms未満のPLCスキャンタイムを必要とするのは、高速機械プロセス（高速ソート、プレス制御、高速ピッキング＆プレイス操作）のみであり、これらのアプリケーションは、CPU 312ではなく、大幅に大きなメモリと専用の割り込み処理機能を備えた高性能CPUによって対応されます。

マイクロメモリカード — バッテリーなしのプログラムストレージ

CPU 312は、プログラムストレージのためにマイクロメモリカード（MMC）を必要とします。これはフラッシュベースのカードで、ロードメモリ（STEP 7からダウンロードされた完全なプログラムを格納する）と、バックアップバッテリーの必要性をなくす永続ストレージメカニズムを同時に務めます。CPU 312の電源が入るたびに、MMCからワークRAMにプログラムを読み込み、実行を開始します。MMC上のプログラムは不揮発性であり、電源サイクルを無期限に持続し、シーメンスはMMCで最低10年間のデータ保持を保証しています。

このバッテリーフリー動作は、プログラムを停電時に保持するために定期的なバッテリー交換が必要だった古いCPU世代と比較して、真のメンテナンス上の利点です。古いS7-300またはS5 CPUでバッテリーが放電または故障した場合、次の停電時にプログラムが完全に失われる可能性があり、生産環境でのプログラムの再ロードとシステムの再起動に数時間かかるサービスイベントにつながる可能性があります。

MMCアーキテクチャは、この障害モードを完全に排除します。MMCがバックアップです。実行中のCPUからMMCを取り外すと、プログラムはカード上にそのまま保持され、バックアップのためにプログラミング端末に、またはプリロードのために交換用CPUに持ち運ぶことができます。

CPU 312の前面にある6文字のサービスソケットは、64KBから8MBの容量の標準S7-300 MMC（SIMATIC Micro Memory Cards、6ES7953-8LXXX-0AA0ファミリー）を受け入れます。

MPIインターフェイス — 機能と制限

CPU 312は単一のMPIインターフェイスを提供します。PROFIBUS DP、PROFINET、統合イーサネットはありません。

このインターフェイスの制限は最も重要な選択基準です。アプリケーションがCPUにPROFIBUS DPマスターとして機能すること（PROFIBUSネットワーク上のリモートI/Oステーション、ドライブ、または機器を制御する）を要求する場合、CPU 312は適切な選択肢ではありません。統合PROFIBUS DPインターフェイスを備えたCPU（CPU 315-2 DP、CPU 317-2 DP）またはCP 342-5通信プロセッサの追加が必要になります。

MPIインターフェイスが提供するものは次のとおりです。

プログラミング端末アクセス: STEP 7ワークステーションは、PCアダプター（6ES7972-0CB20-0XA0またはUSB相当品）を介してMPIポート経由でCPUに接続し、プログラムのダウンロード、オンライン監視、および診断を行います。

HMI接続: シーメンスOPおよびTPオペレーターパネルはMPI経由で接続し、プロセスデータを表示し、オペレーターの入力を受け付けます。単一パネルMESの場合、MPI接続はコスト効率が高くシンプルです。

PLC間通信: 複数のS7-300 CPUはMPIネットワークを共有し、S7基本通信（グローバルデータ用のSFC 65/66）またはS7通信（SFB 8/9 BSEND/BRCVまたはSFB 12/13 BSEND/BRCV）を介してデータを交換できます。これにより、PROFIBUSなしで簡単なマルチコントローラー連携が可能になります。

グローバルデータ: 同じMPIネットワーク上のS7コントローラー間で周期的なデータ交換のために最大4つのグローバルデータサークルを定義できます。これは、明示的な通信プログラミングなしでPLC間でステータス変数を共有するための簡単なメカニズムです。

CPU 312の6接続制限（PG、OP、およびS7接続の合計）は、同時にアクティブなMPIネットワーク参加者の数を制限します。

1つのプログラミング端末、1つのHMIパネル、および1つのS7通信リンクがあるステーションでは、接続制限はすでにほぼ満たされています。

プログラム構造とブロックタイプ

CPU 312は、1,024ブロックの合計制限内で、完全なSTEP 7ブロックベースのプログラム構造をサポートします。

ブロックタイプは次のとおりです。

OB（組織ブロック）: オペレーティングシステムとユーザープログラム間のインターフェイスです。OB1はメインの周期プログラムです。OB35は周期割り込み（デフォルト100ms）です。OB40はモジュールからのハードウェア割り込みです。OB82は診断割り込みです。

OB100は起動OBです。OBは、イベントに応答してS7-300オペレーティングシステムがユーザーコードを呼び出す定義済みのエントリポイントです。

FB（ファンクションブロック）およびFC（ファンクション）: ユーザー作成の再利用可能なプログラムモジュールです。FBは、FBの静的変数を格納するインスタンスデータブロックに関連付けられています。FCはステートレスファンクションです。

どちらもOBまたは他のFB/FCから呼び出して、構造化されたプログラム階層を作成できます。

DB（データブロック）: データストレージ領域です。プラント全体の変数の共有データブロック、FBのインスタンスデータブロック、および保持データストレージです。

32KBのワークメモリでは、すべてのOB + FB + FC + DBを合わせて32KBに収める必要があります。

経験豊富なS7-300エンジニアはメモリ予算管理に精通しています。STEP 7オンラインメニューはリアルタイムのワークメモリ使用率を提供し、開発の後半で32KBの制限を発見することを避けるために、プロジェクトの早い段階でプログラムサイズ目標を設定する必要があります。

FAQ

Q1: CPU 312にはPROFIBUS DPインターフェイスがありません。アプリケーションで必要な場合、PROFIBUSフィールドデバイスとどのように通信できますか？

CPU 312システムにPROFIBUS DPマスター機能を追加する標準的なアプローチは、S7-300ラックにCP 342-5通信プロセッサモジュール（6GK7342-5DA02-0XE0）をインストールすることです。

CP 342-5は完全なPROFIBUS DPマスターインターフェイスを提供し、CPU 312のMPIポートとは独立して動作します。CPU 312のプログラムの観点からは、CP 342-5はS7-300バックプレーンを介してCPUとデータを交換し、プログラマは関数呼び出し（CP 342-5関数ライブラリのFC1 DP_SENDおよびFC2 DP_RECV）を使用して、CPU 312のデータブロックとCP 342-5のPROFIBUS I/Oイメージ間でデータを転送します。

このアプローチは、CPU 312の貴重な8つのモジュールスロットの1つを消費し、CP 342-5の追加コスト（リスト価格でCPU 312自体を超える）は、CPU 312システムにCPを追加するよりも、CPU 315-2 DP（PROFIBUS DPが統合されている）にアップグレードする方が経済的であることが多いです。CP 342-5アプローチは、PROFIBUS機能の追加が必要だがCPU全体の交換は正当化されない既存のCPU 312インストールに適しています。

Q2: 単一ステーションでCPU 312が処理できるアナログおよびデジタルI/Oポイントの最大数はいくつですか？これはワークメモリまたはハードウェアによって制限されますか？

ハードウェアの制限は、CPU 312のメモリの制限よりも厳しいです。

プロセスイメージサイズ（入力128バイト、出力128バイト）は、最大アドレス指定可能なI/Oを決定します。128バイト×8ビット=1,024デジタル入力（I 0.0からI 127.7）、および1,024デジタル出力（Q 0.0からQ 127.7）、または同じバイト範囲内でのアナログとデジタルのアドレス指定の同等の組み合わせです。

ハードウェアの制限はモジュールスロット数です。中央ラックの8スロット+許可された単一拡張ラックの8スロット=合計16モジュール位置です。各2バイトの16チャンネルデジタルモジュールを使用すると、16モジュールで32バイトのデジタルI/Oを提供できます。これはプロセスイメージの制限内に十分に収まります。

各16バイト（8チャンネル×2バイト/アナログワード）の8チャンネルアナログモジュールを使用すると、16アナログモジュールは256バイトを消費し、プロセスイメージの制限を超えます。実際には、16スロットステーションでのデジタルおよびアナログモジュールの混合インストールは、128バイトのプロセスイメージ制限内に問題なく収まります。

32KBのワークメモリはプログラムの複雑さを制限しますが、CPU 312が対象とする規模のインストールではI/Oアドレス指定をほとんど制限しません。

Q3: CPU 312が電源を失った場合、データブロックの保持データはどうなりますか？また、データ保持におけるマイクロメモリカードの役割は何ですか？

CPU 312のメモリアーキテクチャでは、ワークRAM（32KB）がアクティブな実行メモリです。実行中のプログラムとすべての現在の変数値を保持します。ワークRAMは揮発性です。電源が切れると内容が失われます。

マイクロメモリカードは不揮発性のフラッシュメモリであり、プログラムのロードメモリコピーのみを保持します。重要なのは、データブロックの内容（STEP 7のデータブロックプロパティで保持としてマークされていても）は、操作中にMMCに自動的に保存されないことです。

CPU 312の保持データは、CPU内のコンデンサバックアップ回路（電源喪失時にCPUクロックを維持するのと同じ内部コンデンサ）によって、短い電源中断の間保持されますが、このコンデンサは限られた時間（通常は室温で数時間）しかデータを保持しません。

CPUがコンデンサが放電するのに十分な時間電源オフされた場合、保持データは失われます。生産カウンター、バッチID番号、累積合計など、データが長時間の停電を生き残る必要があるアプリケーションでは、プログラムはこれらの値を非保持データブロックに定期的に書き込み、SFC 84（WRIT_DBL、ロードメモリへのデータブロック書き込み）を使用してデータブロック全体をMMCにコピーする必要があります。

起動時に、OB100はSFC 82（CREA_DBLまたは類似）を使用してMMCからデータブロックを読み取ります。この明示的なMMC書き込み/読み取り手順は、わずかに長い起動/シャットダウンルーチンのコストで、真の不揮発性ストレージを提供します。

Q4: CPU 312はTIA Portalでプログラムできますか、それともSTEP 7 V5.xが必要ですか？

主にSTEP 7 V5.5 SP1以降（クラシックSTEP 7、TIA Portalではない）がCPU 312のネイティブプログラミング環境です。

TIA Portalには、標準製品構成でS7-300 CPU 312のネイティブサポートが含まれていません。TIA PortalのS7-300サポートは、シーメンスが明示的にTIA Portal S7-300ライブラリに含めた特定のCPUモデルを対象としており、古いCPU 312（特に1AE14ハードウェアバージョン）は完全にサポートされていない可能性があります。

一部のエンジニアは、シーメンスインダストリーオンラインサポートから入手可能なHSP（ハードウェアサポートパッケージ）ファイルを通じてS7-300レガシーデバイスサポートを使用してTIA Portalを使用していますが、このアプローチは、生産プロジェクトにコミットする前に、特定のTIA PortalバージョンとCPU 312ファームウェアバージョンに対して検証する必要があります。

TIA Portalが必須のエンジニアリング環境である新規プロジェクトの場合、シーメンスはTIA Portalで明示的にサポートされている範囲のS7-300 CPU（例えば、後期のファームウェアバージョンではCPU 315-2 PN/DPまたはCPU 317-2 DP）を選択するか、TIA Portalの主なターゲットであるS7-1500プラットフォームに移行することを推奨しています。

Q5: CPU 312から現在のシーメンスプラットフォームへの推奨移行パスは何ですか？また、移行の複雑さはどの程度ですか？

S7-300からの移行に関するシーメンスの公式な推奨は、SIMATIC S7-1500プラットフォームです。CPU 312の典型的なアプリケーションプロファイル（小規模スタンドアロンマシン、簡単なプロセス制御、シングルラックインストール）の場合、S7-1500 CPU 1511-1 PNが近似的な機能的代替品です。大幅に大きなワークメモリ（150KB）、統合PROFINET IO、より高速な処理（48nsバイナリ）、およびTIA Portalエンジニアリングを提供します。

移行作業は簡単ではありません。STEP 7プログラムはTIA Portal用に再構築および書き直す必要があります（自動コード変換は存在しません。STEP 7 ClassicとTIA Portalは異なるプログラミングパラダイムとブロック構造を使用しますが、命令セットは言語レベルでは大部分互換性があります）。

ハードウェアI/Oは再設計する必要があります（S7-300モジュールはS7-1500と互換性がありません）。MPI接続されたHMIは、PROFINETまたはイーサネット接続に置き換えるか更新する必要があります。

完全な移行のエンジニアリング投資ができないサイトの場合、STEP 7 V5.xで既存のCPU 312をスペアパーツで維持することは、実行可能な長期戦略です。シーメンスは、生産終了後10年間のスペアパーツ供給を約束しています（約2033年まで）。S7-300システムの設置ベースは十分に大きいため、それ以降もハードウェアとサポートの専門知識の二次市場を維持できます。