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Sustitución de la CPU 410-5H a través del bus de planta y los procesadores de comunicación CP 443-1 en PCS 7 V8.1

La sustitución de un controlador SIMATIC PCS 7 CPU 410-5H en instalaciones heredadas que operan con un procesador de comunicación externo CP 443-1 requiere unos pasos de puesta en marcha inicial específicos. Debido a que las unidades CPU 410-5H totalmente nuevas no tienen asignada previamente ninguna dirección IP ni parámetros de hardware, la Estación de ingeniería (ES) no puede comunicarse a través de conexiones S7 estándar hasta que se inicializa el controlador. Los ingenieros deben asignar una IP temporal mediante Editar nodo Ethernet (Edit Ethernet Node) utilizando la dirección MAC de la CPU, desmarcar 'Guardar datos de configuración en la CPU' en los módulos CP heredados si se producen conflictos de enrutamiento, tener en cuenta los retrasos de arranque extendidos sin memoria tampón (unbuffered) y descargar la configuración de hardware.

Índice de contenidos

Desafíos en la sustitución de controladores en arquitecturas heredadas

Al actualizar o sustituir un controlador antiguo por una CPU 410-5H moderna en SIMATIC PCS 7 V8.1, los flujos de trabajo de ingeniería difieren significativamente de las CPU S7-400 más antiguas (como la CPU 416-3 DP):

  • No se requiere un cable de ingeniería MPI/DP dedicado: Mientras que las CPU S7-400 heredadas se ponían en marcha típicamente in situ conectando un Field PG mediante un cable MPI/DP, la CPU 410-5H se pone en marcha directamente a través de Industrial Ethernet utilizando difusión (broadcasting) de MAC de capa 2.
  • El estado de controlador no inicializado: Una CPU 410-5H recién salida de fábrica de Siemens tiene cero configuración IP, memoria vacía y ninguna tabla de conexiones S7. No se puede acceder a ella mediante el enrutamiento TCP/IP estándar desde la Estación de ingeniería (ES) hasta que se produce la inicialización de capa 2.
  • Interacción del CP 443-1 heredado: En sistemas antiguos migrados a hardware CPU 410, a menudo permanece un procesador de comunicación externo (CP 443-1) en el bastidor para gestionar las subredes del bus de planta heredado. Si el CP está configurado para almacenar los datos de configuración en la CPU, una CPU de sustitución vacía impide que el CP establezca su interfaz de red, bloqueando el acceso remoto.

Asignación inicial de IP mediante la dirección MAC y Editar nodo Ethernet

Antes de que la ES pueda descargar HW Config o los programas CFC a través del bus de planta, asigne al controlador su identidad IP permanente:

  1. Localice la dirección MAC física impresa en la etiqueta frontal de la CPU 410-5H de sustitución (p. ej., 00-1B-1B-XX-XX-XX).
  2. Conecte la ES al switch del bus de planta conectado directamente al puerto PROFINET integrado de la CPU (PN-IO X1).
  3. En SIMATIC Manager, seleccione PLC -> Edit Ethernet Node....
  4. En el cuadro de diálogo, haga clic en Browse... para escanear el dominio de difusión local de capa 2.
  5. En la lista de nodos accesibles, localice la entrada que coincida con la dirección MAC impresa de la CPU.
  6. Seleccione el dispositivo y haga clic en OK.
  7. En la sección "Assign IP Configuration":
    * Introduzca la dirección IP y la máscara de subred exactas configuradas para la CPU en la HW Config del proyecto.
    * Introduzca la IP de la pasarela (Gateway) si se enruta a través de subredes.
  8. Haga clic en Assign IP Configuration.
  9. El sistema operativo de la CPU aplica inmediatamente la dirección IP sin necesidad de un ciclo de apagado y encendido.

Gestión del almacenamiento de datos de configuración del CP 443-1 heredado

En instalaciones donde la comunicación del bus de planta pasa a través de un CP 443-1 montado en rack en lugar de los puertos integrados de la CPU:

  • El indicador de almacenamiento de configuración: En HW Config, bajo las propiedades del CP 443-1, la opción Save configuration data on the CPU determina si el CP obtiene su IP y sus tablas de enrutamiento del plano posterior (backplane) de la CPU al arrancar.
  • La trampa de la sustitución: Cuando se inserta una CPU nueva y sin programar, el plano posterior de la CPU no contiene datos de configuración para el CP. En consecuencia, el CP 443-1 arranca con parámetros predeterminados y no logra habilitar la IP de su bus de planta, lo que impide que la ES alcance el bastidor.
  • La solución: Conecte temporalmente el cable de ingeniería directamente al puerto PN integrado de la CPU para descargar la configuración de hardware, o desmarque temporalmente "Save configuration data on the CPU" durante la puesta en marcha para que el CP conserve el acceso independiente.

Características del retraso de arranque tras encendido sin búfer

Los ingenieros familiarizados con los controladores S7-400 heredados con búfer de batería suelen sorprenderse por el comportamiento de arranque de la CPU 410-5H:

  • Arquitectura no volátil MRAM: La CPU 410-5H no utiliza baterías de litio de respaldo; utiliza memoria RAM ferroeléctrica interna no volátil (MRAM) y una tarjeta de expansión de sistema (SEC, System Expansion Card).
  • Duración extendida del arranque: Tras un "Power ON" (Netz EIN) sin búfer, la CPU 410-5H ejecuta extensas comprobaciones de integridad de memoria interna, autodiagnósticos y autenticación criptográfica SEC.
  • Tiempos de arranque: Esta secuencia de inicialización puede requerir de 2 a 5 minutos antes de que las interfaces de comunicación de la CPU se activen y los LEDs STOP o RUN se estabilicen. Los ingenieros de puesta en marcha deben evitar apagar y encender el rack prematuramente mientras la CPU ejecuta las rutinas de arranque inicial.

Procedimiento paso a paso para la sustitución y descarga del hardware

Siga este procedimiento estructurado al sustituir una CPU 410-5H:

  1. Preparación del hardware:
    * Apague el bastidor.
    * Transfiera la Tarjeta de expansión de sistema (SEC) existente de la CPU antigua a la CPU 410-5H de sustitución.
    * Coloque la nueva CPU en el bastidor, vuelva a conectar los cables de red y encienda.
    * Espere de 3 a 5 minutos hasta que la CPU finalice los diagnósticos de arranque.
  2. Asignación de dirección IP temporal:
    * Abra SIMATIC Manager -> PLC -> Edit Ethernet Node.
    * Busque por dirección MAC y asigne la dirección IP del proyecto.
  3. Descarga de la configuración de hardware:
    * Abra HW Config para la estación de automatización.
    * Seleccione PLC -> Download.
    * Seleccione la dirección de destino de la CPU y ejecute la descarga.
  4. Descarga del programa completo:
    * Seleccione la carpeta Charts en SIMATIC Manager.
    * Ejecute PLC -> Download (Alcance: Programa completo).
    * Coloque el interruptor de modo de la CPU de STOP a RUN.

Verificación

Confirme que la sustitución del controlador y la disponibilidad operativa se han realizado correctamente:

  1. Auditoría de información del módulo:
    * Seleccione la CPU en SIMATIC Manager y pulse Ctrl + D.
    * Confirme que se reconocen la versión de firmware, el número de serie y la versión de hardware.
    * Verifique que la pestaña Process Objects confirma la capacidad completa de PO de la SEC transferida.
  2. Verificación del enlace de comunicación:
    * Abra NetPro. Verifique que las conexiones S7 activas con los servidores WinCC OS y los controladores pares informen un estado operativo verde.
  3. Ejecución de lógica cíclica:
    * Abra un diagrama CFC activo en Modo de prueba (Test Mode); verifique que las funciones de monitorización dinámica operan normalmente y que los bastidores de E/S descentralizadas no informan de fallos de bus.

Limitaciones y precauciones operativas

  • Paridad de firmware: Asegúrese de que el firmware de la CPU 410-5H de sustitución sea igual o superior al de su predecesora; PCS 7 V8.1 requiere normalmente un firmware de CPU 410 V8.1.x o configuraciones de compatibilidad de repuesto aprobadas.
  • Mandato de transferencia de la SEC: No encienda nunca una CPU de sustitución sin la tarjeta SEC original instalada; el controlador no puede funcionar sin una Tarjeta de expansión de sistema válida.
  • Interrupción de planta no redundante: En una arquitectura de estación única (no redundante), la sustitución de una CPU requiere una parada completa de la planta durante el tiempo que dure el reemplazo.

Preguntas frecuentes del ingeniero

  • ¿Cómo me conecto a una CPU 410-5H totalmente nueva que no tiene ninguna dirección IP asignada?
    Utilice 'PLC -> Edit Ethernet Node' en SIMATIC Manager para buscar la dirección MAC física de la CPU a través de Ethernet de capa 2 y asigne la IP del proyecto.
  • ¿Por qué la CPU 410-5H tarda varios minutos en arrancar después de encender la alimentación?
    La CPU 410-5H ejecuta extensas comprobaciones de integridad de la MRAM, validación criptográfica de la SEC y autodiagnósticos internos al encenderse sin búfer.
  • ¿Puedo utilizar un cable MPI para poner en marcha una CPU 410-5H?
    La CPU 410-5H no tiene puerto MPI; la puesta en marcha se realiza exclusivamente a través de Industrial Ethernet utilizando los puertos PN integrados.
  • ¿Qué causa que un CP 443-1 heredado pierda su IP cuando se sustituye la CPU?
    Si el CP está configurado en 'Save configuration data on the CPU', una CPU de sustitución vacía no proporciona ninguna configuración, lo que hace que el CP arranque sin configurar.
  • ¿Dónde se encuentra la dirección MAC en la CPU 410-5H?
    La dirección MAC de fábrica está grabada con láser en la carcasa frontal de la CPU, debajo de la puerta inferior, y en la etiqueta del código de barras del módulo.
  • ¿Puedo sustituir una CPU 410-5H de forma remota a través de routers?
    La asignación inicial de la dirección MAC requiere que la Estación de ingeniería resida en el mismo dominio de difusión físico (VLAN) que la CPU.
  • ¿La sustitución de la CPU requiere la compra de nuevas licencias de Objetos de Proceso (PO) de AS?
    No, la transferencia de la Tarjeta de expansión de sistema (SEC) original conserva los derechos de PO de hardware del controlador, y los PO de software existentes se pueden descargar desde la ES.
  • ¿Qué debo hacer si la CPU de sustitución tiene un firmware más reciente que el configurado en PCS 7 V8.1?
    Las unidades CPU 410 modernas admiten la sustitución directa por repuestos compatibles con versiones anteriores; puede descargar la HW Config existente sin actualizar la versión del catálogo.
  • ¿Cuál es la función de la posición del interruptor MRES en la CPU 410-5H?
    Mantener el interruptor de modo en MRES desencadena un reseteo general, borrando la memoria de trabajo mientras se conserva el firmware y la capacidad de hardware de la SEC.
  • ¿Cómo verifico que el CP 443-1 ha reanudado la comunicación?
    Compruebe los LEDs frontales del CP 443-1: RUN debe estar en verde fijo y STOP debe estar apagado; verifique la accesibilidad en Nodos accesibles de STEP 7.

Referencias técnicas

  • Portal de Siemens Industry Online Support (SIOS): Manual de automatización de procesos con SIMATIC PCS 7 CPU 410-5H (ID de entrada: 96839331).
  • SIMATIC S7-400 / CPU 410-5H Commissioning and Service Guidelines, Siemens AG.
  • Instrucciones de servicio SIMATIC NET CP 443-1, Siemens AG.

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PCS 7, CPU 410, CPU 410-5H, CP 443-1, Sustitución de hardware, Edit Ethernet Node, Dirección MAC, Puesta en marcha

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