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Cómo configurar y programar el nodo de comunicación SIMATIC CN 4100 en PCS 7

Para integrar y programar el nodo de comunicación SIMATIC CN 4100 dentro de SIMATIC PCS 7, debe combinar la configuración de red mediante Web-Based Management (WBM) con la librería dedicada de bloques PCS 7 CN 4100 en CFC. El CN 4100 opera como una pasarela de comunicación inteligente que conecta PCS 7 a protocolos de terceros como Modbus TCP y OPC UA sin sobrecargar los procesadores de comunicación del controlador del Sistema de automatización (AS). Usted configura los puertos Ethernet físicos y las reglas de traducción de protocolos dentro de la interfaz web integrada del CN 4100, importa el archivo GSDML del dispositivo en HW Config e instancia los bloques de controladores oficiales (CnModbus, CnDiag) en CFC para leer y escribir de forma cíclica las señales de proceso mapeadas con estado de señal APL nativo.

Índice de contenidos

Arquitectura y función del nodo SIMATIC CN 4100

El SIMATIC CN 4100 es un dispositivo de comunicación compacto para montaje en carril DIN, diseñado específicamente para modernizar la conectividad de buses de campo y subsistemas en SIMATIC PCS 7 y TIA Portal:
* El principio de descarga del controlador: La comunicación tradicional con dispositivos de terceros (como medidores de energía inteligentes, skids encapsulados y analizadores) requería módulos CP 443-1 y programación de comunicación S7 personalizada (BSEND/BRCV, AG_SEND/AG_RECV). Esto consumía una memoria de trabajo de la CPU y recursos de conexión de comunicación significativos.
* Traducción inteligente en el borde (Edge): El CN 4100 cuenta con cuatro interfaces Ethernet Gigabit independientes:
- Interfaz X1 (Puerto 1 y 2): Se conecta al bus de planta de PCS 7 o a la red PROFINET.
- Interfaz X2 (Puerto 3 y 4): Se conecta a redes de dispositivos de terceros aisladas (servidores Modbus TCP, servidores/clientes OPC UA).
* Imagen de proceso determinista: El CN 4100 almacena en búfer los datos de protocolos externos, realiza comprobaciones de integridad cíclicas y presenta la información directamente a la CPU del AS 410 como palabras de E/S normalizadas con bytes de estado de señal de 8 bits.

Configuración de red inicial mediante Web-Based Management (WBM)

Antes de configurar las herramientas de ingeniería de PCS 7, inicialice la pasarela de hardware:

  1. Conecte un PG/portátil de ingeniería directamente al puerto X1P1 del CN 4100.
  2. Configure el adaptador de red del portátil en la subred predeterminada de fábrica: 192.168.1.100, máscara de subred 255.255.255.0.
  3. Abra un navegador web y vaya a la dirección IP predeterminada de fábrica: https://192.168.1.1.
  4. Inicie sesión en la consola de Web-Based Management utilizando las credenciales de administrador predeterminadas. Cuando se le solicite, cambie la contraseña maestra para cumplir con los estándares de seguridad de la planta.
  5. En el árbol de navegación del WBM, seleccione Network > IP Settings:
    - Asigne direcciones IP estáticas y máscaras de subred a las interfaces X1 (lado del bus de planta) y X2 (lado del subsistema).
    - Asegúrese de que las subredes en X1 y X2 estén estrictamente separadas para evitar bucles de puenteo de red.
  6. En Application Settings, seleccione su modo de protocolo activo: Modbus TCP Client, Modbus TCP Server u OPC UA Client.
  7. Defina la tabla de mapeo de direcciones: mapee las direcciones de registros de terceros (por ejemplo, registros de retención Modbus 40001–40100) a los desplazamientos de bytes de la imagen de proceso interna del CN 4100.
  8. Guarde y reinicie el motor de comunicación.

Integración en HW Config e importación de GSDML

Para que el CN 4100 sea accesible en SIMATIC Manager:

  1. Descargue el archivo GSDML más reciente para SIMATIC CN 4100 desde Siemens Industry Online Support (SIOS Entry ID 109813437).
  2. En SIMATIC Manager, abra HW Config.
  3. Seleccione Options > Install GSD Files, busque la carpeta extraída e instale el archivo GSDML.
  4. En el catálogo de hardware, expanda PROFINET IO > Gateway > SIMATIC CN 4100.
  5. Arrastre y suelte el módulo principal (head module) del CN 4100 en el sistema PROFINET IO de su controlador AS.
  6. Abra las propiedades del objeto y asigne el nombre de dispositivo PROFINET exacto configurado en el WBM.
  7. Inserte los módulos de datos de entrada/salida (por ejemplo, Input 64 Bytes, Output 32 Bytes) que coincidan con su tabla de mapeo del WBM.
  8. Guarde y compile HW Config.

Método: Programación de diagramas CFC con la librería del CN 4100

Siemens proporciona una librería de PCS 7 dedicada que contiene controladores de canal y bloques de diagnóstico para el CN 4100:

  1. Instale la SIMATIC PCS 7 CN 4100 Block Library en la Estación de ingeniería (ES).
  2. En SIMATIC Manager, copie los tipos de bloques (CnDiag, CnModbus, CnChannel) en la biblioteca de bloques maestros (Master Data Library) de su proyecto.
  3. Abra el diagrama CFC de destino.
  4. Coloque el bloque de diagnóstico CnDiag en una tarea de interrupción cíclica (OB32 u OB35). Conecte su entrada de identificador de hardware LADDR a la dirección de diagnóstico del CN 4100 configurada en HW Config.
  5. Coloque el bloque de comunicación CnModbus en la misma tarea:
    - Conecte las direcciones de palabras de E/S de HW Config a las palabras de entrada del bloque (InWord_01 a InWord_N).
    - El bloque separa automáticamente los valores brutos en variables de proceso elementales (REAL, INT, BOOL) y genera bytes de estado de señal de 8 bits compatibles con IEEE (ST := 16#80 para datos válidos; 16#00 para fallos de comunicación).
  6. Interconecte los valores de salida a los bloques APL estándar (como MonAnL para visualizaciones analógicas o MotL para retroalimentación de motores).
  7. Ejecute el generador de drivers de módulos (Generate module drivers) de PCS 7 durante la compilación de CFC. El sistema inserta automáticamente las interconexiones de diagnóstico a los bloques MOD_D1 y RACK.

Verificación

Para confirmar que el CN 4100 se está comunicando y entregando variables de proceso válidas:

  1. En la consola Web-Based Management del CN 4100, navegue a Diagnostics > Connection Status:
    - Verifique que el estado del socket Modbus TCP/OPC UA indique Connected.
    - Confirme que el contador de errores de telegramas permanezca en cero.
  2. En HW Config, cambie a PLC > Monitor/Modify. Inspeccione las palabras periféricas de entrada; confirme que los valores de datos dinámicos se actualizan continuamente.
  3. En el editor CFC, cambie al Modo de prueba (Test Mode). Inspeccione el bloque CnModbus:
    - Verifique que los valores de proceso de salida coincidan con las lecturas de los instrumentos de campo.
    - Confirme que el estado de la señal de salida ST muestre 16#80 (Bueno/Good).
  4. Simule una desconexión del cable de campo en la interfaz X2. Confirme que en 1 segundo, el bloque CFC establece Bad := TRUE, el estado de la señal cae a 16#00 y se genera una alarma en WinCC.

Limitaciones y precauciones operativas

  • Separación de subredes: Nunca conecte la interfaz X1 y la interfaz X2 al mismo switch físico o VLAN. El CN 4100 no realiza enrutamiento IP, pero el puenteo de subredes crea bucles de difusión (broadcast) e interferencias DCOM.
  • Reinicios por actualización de firmware: La actualización del firmware del CN 4100 a través del WBM reinicia el nodo de hardware, interrumpiendo temporalmente la adquisición de datos del bus de campo durante 30 a 60 segundos. Programe las actualizaciones durante paradas de mantenimiento.
  • Capacidad máxima de telegramas: El CN 4100 admite hasta 512 bytes de datos de entrada PROFINET cíclicos y 512 bytes de datos de salida por nodo. Exceder este límite requiere implementar una segunda unidad CN 4100.

Preguntas frecuentes del ingeniero

¿Puede el CN 4100 comunicarse con anillos PROFINET S7-400H redundantes?
Sí. El CN 4100 admite redundancia de sistema (redundancia S2), lo que le permite conectarse directamente a redes PROFINET de doble redundancia en controladores AS 410-5H.

¿Necesito una licencia separada para la librería de bloques PCS 7 CN 4100?
Sí. Si bien el archivo GSDML y el WBM de hardware son gratuitos, la librería de drivers CFC de PCS 7 requiere una clave de licencia de ingeniería y runtime gestionada a través de Automation License Manager.

¿Puedo configurar el CN 4100 si la dirección IP predeterminada 192.168.1.1 ya se está utilizando en la red de mi planta?
Sí. Utilice la utilidad de software principal Proneta o SIMATIC Primary Setup Tool (PST) a través del descubrimiento de direcciones MAC para asignar una dirección IP personalizada inicial antes de conectarse a la red de la planta.

Referencias técnicas

  • Siemens Industry Online Support Entry ID 109813437: SIMATIC CN 4100 Communication Node Operating Instructions
  • Manual de hardware de Siemens SIMATIC CN 4100 (N.° de documento A5E51429037)
  • Siemens Industry Online Support Entry ID 109812806: SIMATIC PCS 7 Advanced Process Library (APL) Function Manual

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