C135 PCS 7 (PCS7)
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Procedimiento paso a paso para reemplazar una CPU en un sistema AS 410-5H redundante durante el modo RUN

El reemplazo de una sola CPU 410-5H en un sistema SIMATIC PCS 7 redundante, manteniendo al mismo tiempo la operación de la planta, es compatible gracias a los mecanismos de redundancia de Siemens, incluso cuando la CPU de repuesto llega con una versión de firmware más nueva (por ejemplo, V8.2.3 reemplazando a V8.1.0). El reemplazo debe ejecutarse mediante una secuencia coordinada: detener el subsistema en reserva (standby), transferir la tarjeta de expansión del sistema (SEC), actualizar el firmware de la CPU para lograr paridad de versiones, ejecutar una conmutación (failover) entre maestro y reserva, y actualizar la CPU asociativa. Cumplir con este procedimiento preserva un control continuo y sin perturbaciones (bumpless) sin interrumpir la E/S de campo activa.

Índice de contenidos

Principios de reemplazo de CPU redundantes y discrepancias de firmware

En un sistema de automatización SIMATIC PCS 7 tolerante a fallos (AS 410-5H Redundant), dos CPU idénticas operan en una relación maestro-reserva (master-standby) sincronizada por eventos e interconectada a través de módulos de sincronización de fibra óptica de alta velocidad. Cuando una CPU requiere un reemplazo físico:

  • Ejecución de redundancia sin perturbaciones (Bumpless): El proceso de planta continúa ejecutándose sin interrupciones en la CPU Maestra activa mientras la CPU de reserva se detiene, se extrae, se reemplaza y se vuelve a poner en servicio.
  • Requisito de paridad de firmware: Un par redundante S7-400H / CPU 410-5H no puede entrar en modo redundante (RUN-Redundant) si las dos CPU ejecutan diferentes versiones de firmware (por ejemplo, una CPU ejecutando V8.1.0 y la otra V8.2.3). Si bien una sola CPU con un firmware más nuevo puede funcionar en modo individual (solo), la sincronización será rechazada hasta que ambas CPU compartan el nivel de firmware idéntico.
  • El flujo de trabajo de actualización: Cuando una CPU de repuesto llega con un firmware más nuevo, el ingeniero debe degradar (downgrade) la CPU de repuesto para que coincida con la maestra en ejecución, o bien realizar una secuencia de actualización de firmware paso a paso en línea para llevar ambas CPU al nivel de firmware más nuevo.

Reglas de transferencia de hardware de la tarjeta de expansión del sistema (SEC)

Antes de desempacar la nueva CPU, cumpla con las directrices comerciales y de hardware de Siemens:

  • La capacidad de hardware reside en la SEC: La capacidad de procesamiento física (autorización de PO) se almacena dentro de la memoria criptográfica de la tarjeta de expansión del sistema conectada en la parte posterior de la CPU.
  • Transfiera la tarjeta: El ingeniero debe extraer la SEC de la CPU defectuosa e introducirla en la CPU 410-5H de repuesto.
  • Cumplimiento de licencias de software: Las licencias de software de objetos de proceso en tiempo de ejecución de AS (AS RT PO) se agrupan de forma centralizada en el ALM y se requieren solo una vez para un par AS redundante. El reemplazo de una sola CPU no requiere la compra de nuevas licencias de software.
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|            Redundant CPU 410-5H Online Replacement Flow           |
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|  Active Master CPU (Running Plant) | Standby CPU (Defective / Stop)|
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|                                    v                              |
|  [Step 1: Power Down Standby Rack & Transfer SEC to New CPU]      |
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|                                    v                              |
|  [Step 2: Insert New CPU -> Update FW to Match Master (V8.1.0)]   |
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|                                    v                              |
|  [Step 3: Power On Standby -> Auto-Sync to RUN-Redundant]         |
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|                                    v                              |
|  [Step 4: Switchover Master Role -> Update Second CPU to V8.2.3]  |
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|                                    v                              |
|  Both CPUs Synchronized at V8.2.3 in Full Bumpless RUN-Redundant  |
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Secuencia de reemplazo paso a paso sin paradas de planta

Siga esta secuencia exacta para reemplazar la CPU de reserva sin interrumpir el proceso:

Fase 1: Puesta fuera de servicio del subsistema de reserva

  1. Verifique que el sistema de automatización se encuentre actualmente en el modo RUN-Redundant. Confirme que la CPU 0 es la Maestra y la CPU 1 es la de Reserva.
  2. Coloque el interruptor de modo en la CPU de reserva (CPU 1) en la posición STOP. La CPU Maestra activa continúa controlando el proceso por sí sola (modo individual; se iluminan los LED IFM1F/IFM2F).
  3. Desconecte la alimentación del bastidor (rack) / módulo de fuente de alimentación de la CPU de reserva.
  4. Desconecte los cables de sincronización de fibra óptica, los cables del bus de planta Ethernet y los cables PROFIBUS/PROFINET.
  5. Extraiga la CPU de reserva del bastidor.
  6. Extraiga la Tarjeta de Expansión del Sistema (SEC) de la parte posterior de la CPU antigua e insértela firmemente en la CPU 410-5H de repuesto.
  7. Verifique que el interruptor de número de bastidor (Rack Number) en la CPU de repuesto (detrás de la puerta inferior) esté configurado correctamente (por ejemplo, configurado en Rack 1 para que coincida con su posición).

Fase 2: Instalación y alineación del firmware

  1. Coloque la CPU de repuesto en el bastidor, asegure el tornillo y vuelva a conectar los cables de red y de sincronización.
  2. Encienda el bastidor.
  3. Permita que se complete la secuencia de arranque sin búfer (de 2 a 5 minutos) hasta que el LED STOP permanezca encendido de forma fija.
  4. Conecte la Estación de ingeniería (ES) directamente o a través del bus de planta.
  5. En SIMATIC Manager, verifique la versión de firmware mediante Ctrl + D:
    * Opción recomendada (Degradar/Coincidir): Si la CPU maestra ejecuta la versión V8.1.0 y la parada de planta está prohibida, degrade el firmware de la CPU de repuesto a V8.1.0 utilizando PLC -> Update Firmware. Una vez que el firmware coincida, cambie la CPU a RUN. El controlador ejecuta automáticamente una sincronización en línea (Link-Up and Update) y entra en modo RUN-Redundant.
    * Opción alternativa (Actualización en línea a V8.2.3): Si se pretende elevar toda la planta a la versión V8.2.3, siga la secuencia oficial de Siemens Actualización de firmware en RUN (detallada a continuación).

Fase 3: Ejecución de la actualización de firmware en RUN (si se eleva a V8.2.3)

  1. Con la nueva CPU (V8.2.3) en STOP, cargue la HW Config y el programa S7.
  2. Ejecute una conmutación redundante (PLC -> Operating Mode -> Switch over to CPU with altered configuration).
  3. La nueva CPU (V8.2.3) asume el rol de Maestra. El proceso continúa ejecutándose sin interrupciones.
  4. Detenga la CPU original (ahora en reserva), actualice su firmware de V8.1.0 a V8.2.3 a través de PLC -> Update Firmware.
  5. Coloque el interruptor de modo en RUN. Ambas CPU se sincronizan y reanudan el modo RUN-Redundant en la versión V8.2.3.

Sincronización de firmware y emparejamiento de redundancia

Durante la secuencia Link-Up and Update:

  • La CPU maestra transfiere toda su memoria de trabajo dinámica, el estado de la secuencia de ejecución y el contenido de los bloques de datos a través de los cables de sincronización de fibra óptica a la CPU de reserva.
  • Esta sincronización de memoria se realiza en microsegundos sin pausar las actualizaciones cíclicas de E/S, logrando una transición verdaderamente imperceptible (bumpless).

Verificación

Confirme la restauración completa de la redundancia de alta disponibilidad:

  1. Inspección de los LED del panel frontal:
    * CPU Maestra: LED RUN verde fijo.
    * CPU de Reserva: LED RUN verde fijo.
    * Todos los LED de fallo (SF, EXTF, IFM1F, IFM2F) deben estar apagados.
  2. Auditoría de información de módulos en STEP 7:
    * Seleccione ambas CPU en SIMATIC Manager y presione Ctrl + D.
    * Verifique que el estado operativo indique Redundant.
    * Confirme que ambas CPU informen revisiones de firmware idénticas (por ejemplo, V8.2.3).
  3. Prueba de conmutación de redundancia:
    * Durante una ventana de mantenimiento autorizada, pruebe la conmutación manual desde la ES para verificar la transferencia sin perturbaciones.

Limitaciones y precauciones operativas

  • Descargo de responsabilidad sobre cotizaciones de distribuidores: Valide todos los números de pieza de las CPU de repuesto y la compatibilidad del firmware con los catálogos actuales de Siemens y las cotizaciones de distribuidores autorizados.
  • Nunca apague la CPU Maestra: Verifique con precisión qué CPU se encuentra activamente en modo Maestro antes de desconectar la alimentación; apagar la Maestra mientras la de Reserva está en STOP detiene toda la planta.
  • Maneje los cables de fibra con cuidado: Los cables de sincronización de fibra óptica son delicados; no exceda los límites del radio de curvatura ni contamine las férulas de fibra.
  • Coincidencia de capacidades de SEC: Ambas CPU de un par redundante deben tener tarjetas SEC idénticas con calificaciones de capacidad de PO idénticas.

Preguntas frecuentes para ingenieros

  • ¿Puede un sistema AS 410-5H redundante funcionar con dos versiones de firmware diferentes?
    No, ambas CPU deben ejecutar la versión de firmware idéntica para enlazarse y entrar en el estado operativo redundante (RUN-Redundant).
  • ¿Cuál es la forma más segura de reemplazar una CPU si el repuesto llega con un firmware más nuevo?
    El método más seguro es degradar el firmware de la CPU de repuesto para que coincida con la CPU maestra existente, permitir la sincronización automática y planificar una actualización más adelante.
  • ¿El reemplazo de una CPU requiere la compra de licencias AS RT PO adicionales?
    No, las licencias de software AS RT PO se agrupan para el par redundante, y la capacidad de hardware de PO se transfiere a través de la tarjeta SEC física.
  • ¿Qué se debe transferir de la CPU antigua a la nueva CPU?
    La tarjeta de expansión del sistema (SEC) de hardware ubicada en la parte posterior de la CPU debe transferirse a la unidad de repuesto.
  • ¿Por qué la CPU de repuesto no se sincronizó con la maestra en ejecución?
    Las causas comunes incluyen versiones de firmware no coincidentes, tarjetas de capacidad SEC no coincidentes, cables de sincronización de fibra desconectados o configuraciones incorrectas en el interruptor de número de bastidor.
  • ¿Cuánto tiempo tarda la sincronización de memoria durante el proceso de enlace (link-up)?
    El proceso interno de enlace y actualización normalmente requiere solo unos pocos segundos, transfiriendo la memoria sin pausar las actualizaciones de E/S.
  • ¿Qué interruptor de la CPU determina si es el bastidor 0 o el bastidor 1?
    El interruptor giratorio o deslizante de selección de bastidor físico ubicado detrás de la puerta de interfaz inferior debe coincidir con la asignación de bastidor en la HW Config.
  • ¿Puedo reemplazar los submódulos de sincronización mientras la CPU está energizada?
    No, apague siempre el bastidor de la CPU antes de insertar o extraer los submódulos de sincronización de fibra óptica.
  • ¿Qué indica el LED IFM1F en una CPU 410-5H?
    Indica un fallo en el módulo de interfaz en el submódulo de sincronización 1, causado típicamente por un cable de fibra óptica desconectado o dañado.
  • ¿Causa una actualización de firmware en línea en modo RUN perturbaciones en las salidas analógicas?
    No, la arquitectura de redundancia S7-400H / CPU 410-5H de Siemens garantiza una conmutación sin perturbaciones (bumpless) sin alteraciones en las salidas analógicas o digitales.

Referencias técnicas

  • Portal de Siemens Industry Online Support (SIOS): Manual de sistemas de control de procesos tolerantes a fallos (S7-400H / CPU 410-5H) (ID de entrada: 82478488).
  • Directrices de actualización de firmware en RUN para SIMATIC PCS 7 CPU 410-5H.
  • Manual de sistema de sistemas de alta disponibilidad SIMATIC S7-400H, Siemens AG.

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PCS 7, CPU 410-5H, Redundancia, S7-400H, Actualización de firmware, Conmutación sin perturbaciones, Alta disponibilidad, Mantenimiento

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