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Cómo integrar señales HART en sistemas SIMATIC S7-1500 y ET 200MP

Para procesar señales HART en una arquitectura basada en SIMATIC S7-1500, combine la CPU S7-1500 con estaciones de periferia distribuida SIMATIC ET 200SP o ET 200M mediante PROFINET. Aunque los bastidores directos ET 200MP no disponen de tarjetas de entradas analógicas con soporte HART nativo, la integración de cabeceras ET 200SP con módulos analógicos HART en la misma red de campo mantiene la transparencia de diagnóstico y permite parametrizar instrumentos de campo desde SIMATIC PDM o TIA Portal sin perder la cohesión del DCS.

Tabla de contenido

Causa técnica: limitaciones de bus en ET 200MP para el protocolo HART

La familia de E/S ET 200MP se diseñó como periferia multicanal de alta densidad orientada a cuadros centrales S7-1500. A diferencia de las plataformas orientadas a control de procesos (como ET 200SP HA o ET 200M), el bus de fondo estándar de ET 200MP no integra los canales de datos requeridos para la transmisión redundante de variables secundarias HART (PV,SV,TV,QV) ni la pasarela transparente para comandos FSK (Frequency Shift Keying) sobre el bucle de 4 a 20 mA.

Cuando un proyecto requiere lectura de instrumentación inteligente (caudalímetros, transmisores de presión o posicionadores de válvulas), intentar utilizar módulos analógicos estándar de ET 200MP limita la lectura a la señal analógica pura de 4 a 20 mA. Para extraer la información de diagnóstico y variables adicionales HART dentro de la misma arquitectura S7-1500, es necesario derivar las señales de proceso hacia familias de E/S distribuidas que posean controladores de bus con soporte para la norma HART.

Requisitos previos

  • Software de ingeniería: TIA Portal (STEP 7 Professional) v13 o superior con la versión de firmware coincidente para la CPU S7-1500.
  • Gestión de instrumentos: SIMATIC PDM (Process Device Manager) instalado para la parametrización de dispositivos HART.

  • Hardware:

    • CPU SIMATIC S7-1500 (por ejemplo, S7-1515-2 PN o S7-1516-3 PN/DP).
    • Cabecera de comunicación PROFINET (IM 155-6 PN para ET 200SP o IM 153-4 PN para ET 200M).
    • Módulo analógico de entradas con HART (por ejemplo, AI 4xI 2-wire HART ST para ET 200SP).
    • Módulo de cierre de bus (Server Module) para ET 200SP.
    • Red: Cableado Ethernet industrial/PROFINET con conectores RJ45 o M12 blindados.

Método 1: Integración de periferia ET 200SP con módulos de entradas analógicas HART

Se utiliza mejor cuando: Se diseñan cuadros de control de procesos compactos donde se requiere alta precisión, sustitución de módulos en caliente (Hot Swapping) y espacio reducido.

Procedimiento

  1. Configurar la red PROFINET en TIA Portal:

    • Abra el proyecto en TIA Portal y acceda a la vista de dispositivos y redes.

    • Inserte la CPU S7-1500 y configure su interfaz PROFINET asignando dirección IP y nombre de dispositivo PROFINET.
      2. Agregar la estación ET 200SP:

    • En el catálogo de hardware, navegue a Periferia distribuida -> ET 200SP -> Módulos de interfaz -> PROFINET -> IM 155-6 PN.

    • Arrastre la cabecera IM 155-6 a la vista de red y asígnela al maestro PROFINET de la CPU S7-1500.
      3. Insertar tarjetas analógicas HART:

    • Seleccione la estación ET 200SP en la vista de racks.

    • En el catálogo, busque la tarjeta AI 4xI 2-wire HART ST e insértela en el zócalo deseado.

    • Configure el tipo de medición en las propiedades de la tarjeta como 4..20 mA HART.
      4. Parametrizar variables HART:

    • En la pestaña de configuración del módulo, habilite la lectura de variables IEEE (variables primarias, secundarias, terciarias y cuaternarias) si requiere mapearlas directamente en la memoria de imagen de proceso de la CPU.
      5. Cargar la configuración:

    • Compile el proyecto de hardware y software y descárguelo a la CPU S7-1500.

Resultado esperado: La CPU S7-1500 lee el valor analógico estándar de 4 a 20 mA en el mapa de entradas de la periferia y transfiere cíclicamente las variables HART hacia las áreas de datos configuradas.

Verificación: Monitoree la tabla de variables en TIA Portal. Verifique que el valor del canal analógico varíe entre 0 y 27648 y que las variables flotantes IEEE reflejen los valores reales del instrumento HART.

Método 2: Integración de periferia ET 200M mediante interfaz PROFINET

Se utiliza mejor cuando: Se realiza la migración o ampliación de un sistema basado en S7-300 / PCS 7 donde se reutilizan tarjetas de entradas analógicas HART multicanal de mayor densidad.

Procedimiento

  1. Agregar el módulo de interfaz IM 153-4 PN:

    • En TIA Portal, abra el catálogo de hardware y seleccione Periferia distribuida -> ET 200M -> IM 153-4 PN.

    • Conecte la interfaz a la subred PROFINET de la CPU S7-1500.
      2. Configurar tarjetas analógicas HART para ET 200M:

    • Inserte módulos analógicos con soporte HART de la gama S7-300 (por ejemplo, AI 8x12Bit HART).

    • Asigne el direccionamiento de E/S dentro de la memoria de la CPU S7-1500.
      3. Enlazar con SIMATIC PDM:

    • Abra la integración de SIMATIC PDM dentro del proyecto para mapear los registros de diagnóstico HART y acceder a la parametrización de campo a través de la interfaz PROFINET de la CPU.
      4. Compilación y descarga:

    • Ejecute la compilación del sistema y transfiera los parámetros a la estación S7-1500.

Resultado esperado: El sistema S7-1500 intercambia datos de proceso y diagnóstico FSK con las tarjetas ET 200M a través de la pasarela IM 153-4 PN.

Verificación: En SIMATIC PDM, ejecute un escaneo de red de proceso (Device Integration) y confirme que se identifique la etiqueta del instrumento, la versión de firmware y los registros de estado HART del dispositivo conectado a la tarjeta ET 200M.

Comparación de arquitecturas para señales HART en S7-1500

CriterioET 200MPET 200SPET 200MSoporte de señal HARTNo disponibleNativo (tarjetas AI 4xI HART ST / HA)Nativo (tarjetas AI 8xHART)Ubicación típicaBastidor local o remoto S7-1500Periferia distribuida remotaPeriferia distribuida remotaDensidad de canales por móduloAlta (hasta 16 o 32 canales estándar)Media (4 o 8 canales)Alta (8 canales)Sustitución bajo tensión (Hot Swapping)Limitada según baseSoportada (BaseUnits independientes)Soportada con bus de fondo activoUso recomendado en DCSSeñales analógicas y digitales estándarSeñales de proceso con diagnóstico HARTAmpliación de plantas existentes / Migración

Verificación

El procedimiento de integración de señales HART en una arquitectura S7-1500 se ha ejecutado correctamente cuando:

  • Ausencia de fallos de bus: El indicador LED BF (Bus Fault) de la cabecera IM 155-6 / IM 153-4 y de la CPU S7-1500 permanece apagado.
  • Trazabilidad en TIA Portal: En la vista de diagnóstico en línea de la tarjeta analógica HART, no aparecen avisos de rotura de hilo o fallo de comunicación FSK.
  • Acceso a variables HART: El programa de usuario en la CPU S7-1500 puede leer las variables secundarias HART utilizando los bloques de función estándar de la librería de procesos o mediante lectura de registros (Data Records DS94/DS118 según la tarjeta utilizada).
  • Comunicación PDM: El software SIMATIC PDM logra conectarse en línea con el instrumento de campo a través de la CPU y la cabecera PROFINET, permitiendo la recalibración y lectura de avisos de mantenimiento.

Limitaciones y precauciones operativas

  • Diseño del cuadro de control: No intente forzar el uso de ET 200MP si el requisito del proyecto exige procesamiento directo de tramas HART. La solución aprobada por arquitectura de Siemens consiste en combinar la CPU S7-1500 con estaciones ET 200SP remotas vinculadas por PROFINET.
  • Carga de bus PROFINET: La transferencia continua de datos de diagnóstico HART a través de bloques de lectura de registros (RDREC) incrementa el tiempo de ciclo de comunicación. Ajuste los tiempos de actualización PROFINET de las cabeceras remotas para evitar saturación en la red.
  • Alimentación del bucle: Verifique si el transmisor HART es de 2 hilos (alimentado por el bucle de la tarjeta) o de 4 hilos (alimentación externa), parametrizando correctamente el canal en la tarjeta analógica de ET 200SP o ET 200M para evitar daños en la electrónica de entrada.

Preguntas frecuentes para ingenieros

¿Existen o existirán tarjetas de entradas analógicas con HART nativo para el bastidor directo de ET 200MP?

No. Siemens ha posicionado la línea ET 200MP para señales discretas y analógicas de alta velocidad y densidad en automatización de fábrica, mientras que el procesamiento de protocolos de proceso como HART, Profibus PA y arquitecturas redundantes se ha centralizado en las familias ET 200SP, ET 200SP HA y ET 200iSP.

¿Se pueden mezclar módulos ET 200MP y ET 200SP en el mismo sistema de control con S7-1500?

Sí. Una CPU S7-1500 puede gobernar módulos ET 200MP en su bastidor local o en estaciones remotas, y al mismo tiempo gestionar múltiples islas de periferia ET 200SP o ET 200M conectadas a través de su interfaz de red PROFINET o PROFIBUS DP sin perder rendimiento ni homogeneidad en el programa.

¿Cómo se leen los datos HART secundarios dentro del programa de la CPU S7-1500?

Se pueden leer mediante dos métodos: asignando directamente las variables IEEE en la tabla de E/S del módulo (si la tarjeta lo soporta en su configuración de HW) o ejecutando la instrucción de lectura de registros RDREC (SFB52) para consultar el bloque de datos de diagnóstico asignado al canal HART correspondiente.

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