Bloques de función Siemens SIMATIC S7 para el control de accionamientos SINAMICS S120 desde CPU Failsafe

Para controlar un sistema de accionamientos SIMATIC SINAMICS S120 desde un autómata programable de seguridad SIMATIC S7-300F (como la CPU 317F-2 DP/PN) mediante los lenguajes de programación STEP 7 V5.x o TIA Portal, utilice los bloques de función estándar de la biblioteca Drive ES o las librerías oficiales de Siemens LAxisCtrl / SinaPos (bloques FB283 o FB380 / FB284). Aunque los procesadores de seguridad (CPU F) no integran la tecnología de control de movimiento avanzado por hardware de las CPU de la serie 'T' (como la CPU 317T), permiten ejecutar funciones de posicionamiento básico (EPOS), marcha a impulsos (jogging), movimientos relativos/absolutos y acoplamiento de ejes maestro-seguidor (follower mode) mediante telegramas de datos de proceso PROFIdrive (por ejemplo, Telegrama 111) sobre redes PROFIBUS DP o PROFINET IO.

Tabla de contenido

• Causa técnica: arquitectura de control de movimiento en CPU F frente a CPU T
• Requisitos previos
• Método 1: Posicionamiento básico y acoplamiento mediante el bloque FB283 (Drive ES / STEP 7 V5.x)
• Método 2: Control de ejes con la librería SinaPos y bloques FB284 (TIA Portal)
• Tabla comparativa de métodos de integración
• Verificación
• Limitaciones y precauciones operativas
• Preguntas frecuentes para ingenieros
• Artículos relacionados
• Etiquetas relacionadas

Causa técnica: arquitectura de control de movimiento en CPU F frente a CPU T

Los ingenieros de automatización a menudo confunden las capacidades de control de movimiento (Motion Control) de las distintas gamas de autómatas SIMATIC S7-300:

• CPU de la serie 'T' (Tecnología, ej. CPU 317T): Incorporan una co-CPU interna dedicada a tareas de sincronización compleja, levas electrónicas (electronic cams) e interpolación multieje a nivel de microsegundos mediante objetos de tecnología (Technology Objects).
• CPU de la serie 'F' (Failsafe / Seguridad, ej. CPU 317F): Integran el procesador de seguridad para la ejecución paralela del programa de control F (F-program con certificados de seguridad funcional ISO 13849-1 / IEC 62061). No disponen del coprocesador numérico de la serie 'T'.

Para realizar movimientos individuales (posicionamiento de 3 ejes, jogging) o un acoplamiento secundario de eje maestro-seguidor (follower mode) en una CPU 317F, el cálculo de las perfiles de aceleración y posición no se ejecuta en el PLC, sino directamente dentro de la Unidad de Control (CU320 / CU320-2) del SINAMICS S120 habilitando la función de Posicionador Básico (EPOS). El autómata S7-300F envía los comandos de marcha, consignas y modos de operación mediante bloques de función (FB283, FB284 o SinaPos) transmitidos sobre la trama de datos de proceso PROFIdrive.

Plaintext

Estructura de comunicación entre CPU Failsafe y SINAMICS S120:

[ PLC SIMATIC S7-300F (ej. CPU 317F) ]
   ├── Programa de Seguridad (F-Program) ──► PROFIsafe (Telegrama 30) ──┐
   └── Bloque de Control (FB283 / FB284) ──► PROFIdrive (Telegrama 111) ─┼─► Bus PROFIBUS DP / PROFINET IO
                                                                         │
                                                                         ▼
                                                     [ SINAMICS S120 / CU320-2 ]
                                                        ├── Lógica F-STOP / STO
                                                        └── Posicionador Básico (EPOS)
                                                             ├── Eje 1 (Maestro)
                                                             └── Eje 2 (Seguidor)

Requisitos previos

• Controlador Failsafe SIMATIC CPU 317F-2 DP/PN (o equivalente S7-300F/S7-1500F) configurado en el proyecto de ingeniería.
• Sistema de accionamiento SINAMICS S120 equipado con Unidad de Control CU320 / CU320-2.
• Software de ingeniería STEP 7 V5.x con la librería Drive ES / S7-Distributed Safety, o TIA Portal (STEP 7 Professional y Startdrive / librería Drive_Lib).
• Herramienta de parametrización de accionamientos Siemens STARTER o TIA Portal Startdrive.
• Asignación de la función Posicionador Básico (EPOS) en los ejes del SINAMICS S120 y configuración del tipo de telegrama estándar (por ejemplo, Telegrama 111 para EPOS).
• Configuración de la dirección de E/S de periferia para la transmisión de datos de proceso y la dirección PROFIsafe si se utilizan funciones de seguridad integradas (Safety Integrated).

Método 1: Posicionamiento básico y acoplamiento mediante el bloque FB283 (Drive ES / STEP 7 V5.x)

Se utiliza mejor cuando: El proyecto de automatización se desarrolla en el entorno clásico STEP 7 V5.x (SIMATIC Manager) y se requiere un control completo de múltiples ejes de un SINAMICS S120 con la función de posicionador básico (EPOS) activa.

Procedimiento

1. Configurar el accionamiento en STARTER / SIMATIC Manager:

   • En la herramienta STARTER, abra la parametrización de la Unidad de Control CU320 del SINAMICS S120.
   • Active la función de tecnología Basic Positioner (EPOS) para los ejes requeridos.
   • En la configuración de la interfaz PROFIBUS/PROFINET, asigne el Telegrama 111 (o Telegrama 110/1) a cada uno de los ejes.

   • En la configuración de hardware de SIMATIC Manager (HW Config), inserte el esclavo/dispositivo SINAMICS S120 y configure los rangos de direcciones E/S para los datos de proceso.
     2. Importar e insertar el bloque de función FB283:

   • Abra la biblioteca Drive ES o la librería oficial de ejemplos para SINAMICS en SIMATIC Manager.

   • Copie el bloque de función FB283 (POS_S120) y su bloque de datos de instancia a la carpeta de bloques de su proyecto.
   • Abra el bloque de organización de ejecución cíclica (OB1) o un bloque de llamada de proceso (FC/FB).

   • Inserte la llamada al bloque FB283 para cada uno de los 3 ejes.
     3. Parametrizar las entradas del bloque FB283:

   • Asigne la dirección LADDR (dirección de inicio de E/S configurada en HW Config para el eje).

   • Configure el modo de trabajo en el parámetro MODE (por ejemplo, modo 1 para selección de tablas de posicionado, modo 2 para marcha a impulsos / Jog, modo 3 para posicionamiento directo / MDI).

   • Vincule las señales de habilitación de potencia (ENABLE_VOLTAGE, COAST_STOP), acoplamiento de freno y banderas de referencia (Homing).
     4. Programar el modo de acoplamiento de ejes (Follower Mode):

   • Para acoplar los dos ejes en relación maestro-seguidor dentro del SINAMICS S120, configure el selector de consigna de posición en la matriz BICO del eje seguidor mediante STARTER.

   • Interconecte el conector de salida de posición real del eje maestro (parámetro r2521) con la entrada de consigna de posición del posicionador básico del eje seguidor (parámetro p2643 o entrada MDI de posición).
   • En el programa del PLC, active la conmutación de modo mediante el FB283 habilitando el bit de sincronización de posición en la palabra de mando del posicionador.

Plaintext

Llamada típica al bloque FB283 en código STL / AWL:

CALL  FB 283 , DB283
 LADDR         :=W#16#100       // Dirección de inicio del Telegrama 111 (ej. 256 en decimal)
 AxisNo        :=B#16#1         // Número de eje dentro de la CU320
 ConfigEpos    :=DW#16#0        // Configuración de modos EPOS
 Modus         :=1              // Modo de operación (1=MDI, 2=Jog, etc.)
 EnableAxis    :=M10.0          // Habilitación del eje
 AxisRef       :="DB_Axis1_Data" // Estructura de datos del eje

Resultado esperado: El bloque FB283 gestiona el intercambio cíclico de telegramas con la CU320. La CPU 317F controla el posicionado, el avance por impulsos (jogging) y el acoplamiento secundario ordenando al SINAMICS S120 la ejecución interna de las trayectorias.

Verificación: Monitoree la palabra de estado del bloque FB283 (AxisRef.Status). Confirme que el bit de listo para el servicio (Axis Ready) esté activo y que el valor de posición real se actualice conforme al movimiento del motor.

Precaución: Si se utilizan funciones de seguridad integradas (Safety Integrated como STO, SS1 o SLS) en la CPU 317F, el canal de seguridad debe gestionarse en un bloque F separado utilizando el Telegrama 30 (PROFIsafe) de forma independiente del bloque FB283.

Método 2: Control de ejes con la librería SinaPos y bloques FB284 (TIA Portal)

Se utiliza mejor cuando: La CPU 317F o el sistema de control se migra o programa dentro del entorno TIA Portal (STEP 7 Professional) utilizando la librería estándar Drive_Lib.

Procedimiento

1. Configurar los ejes en TIA Portal / Startdrive:

   • En la vista de redes de TIA Portal, inserte la estación SINAMICS S120.
   • En la configuración del objeto de accionamiento (Drive Object), active la función Posicionador Básico (EPOS).

   • Asigne el Telegrama 111 en la configuración de la interfaz PROFINET/PROFIBUS para el intercambio de datos cíclicos.
     2. Insertar la instrucción SinaPos (FB284) en el programa del PLC:

   • En el árbol de instrucciones de TIA Portal, navegue hacia la sección Librerías opcionales -> Drive_Lib -> SinaPos.

   • Arrastre el bloque de función SinaPos (FB284) al entorno de programación (LAD, FBD o SCL).

   • Asigne un bloque de datos de instancia dedicado (ej. DB_SinaPos_Axis1).
     3. Mapear los parámetros de control en el bloque SinaPos:

   • Conecte el parámetro HWIDSTW con el identificador de hardware (Hardware Identifier) de la palabra de mando asignada al Telegrama 111 en la configuración de dispositivos.

   • Conecte el parámetro HWIDZSW con el identificador de hardware de la palabra de estado.

   • Configure las entradas de mando:

     • EnableAxis: Habilitación de etapa de potencia.
     • CancelTraversing: Anulación del perfil de trayectoria activo.
     • IntermediateStop: Parada intermedia del eje.
     • ModePos: Selección del modo de operación (1=Posicionamiento relativo, 2=Posicionamiento absoluto, 3=Buˊsqueda de referencia, 4=Jog, 6=MDI / Consigna directa).
     • Position: Consigna de posición en unidades de longitud de carga (LU).
     • Velocity: Consigna de velocidad.
       4. Ejecutar el acoplamiento y secuencia de ejes:

   • Defina el eje maestro utilizando el bloque SinaPos configurado en modo ModePos = 2 (Posicionamiento absoluto).

   • Para el eje seguidor, conmute el modo a entrada MDI de consigna continua o active el acoplamiento BICO de velocidad/posición desde el accionamiento.

Plaintext

Estructura de entradas del bloque SinaPos (FB284) en TIA Portal:

  ┌─────────────────────────────────────────┐
  │                 SinaPos                 │
  ├─────────────────────────────────────────┤
--┤ EnableAxis                     AxisEnabled ├──
--┤ CancelTraversing                 AxisReady ├──
--┤ ModePos                        AxisInPos ├──
--┤ Position                       ActPosition ├──
--┤ Velocity                       ActVelocity ├──
--┤ HWIDSTW                              Error ├──
--┤ HWIDZSW                            Status ├──
  └─────────────────────────────────────────┘

Resultado esperado: La instrucción SinaPos abstrae la complejidad de la estructura del Telegrama 111, permitiendo comandar los movimientos del SINAMICS S120 desde el PLC S7-300F de forma sencilla.

Verificación: Compruebe en la tabla de observación que la salida AxisEnabled sea verdadera (TRUE), que ActPosition refleje la cota actual y que las señales de llegada a posición (AxisInPos) conmuten al finalizar cada orden de movimiento.

Tabla comparativa de métodos de integración

CriterioMétodo 1: Bloque FB283 (Drive ES / STEP 7 V5.x)Método 2: Bloque SinaPos / FB284 (TIA Portal)Entorno de desarrolloSIMATIC Manager (STEP 7 V5.x)TIA Portal (STEP 7 Professional V13...V19)Librería requeridaDrive ES SIMATIC / Drive ES BasicDrive_Lib (incluida en TIA Portal)Telegrama PROFIdriveTelegrama 111 (estándar), 110, 1Telegrama 111 (exclusivo para SinaPos)Gestión de memoriaRequiere estructura de datos de eje en DBRequiere bloque de datos de instancia de TIA PortalFacilidad de diagnósticoCódigo de diagnóstico en palabra de modo/estadoCódigo de estado numérico transparente en la salida Status

Verificación

El procedimiento de integración de control de movimiento entre una CPU S7-300F y un SINAMICS S120 se considera exitoso cuando:

• La comunicación de bus de campo (PROFIBUS DP o PROFINET IO) se mantiene estable sin fallas de bus (LED BF apagado en el PLC y en la CU320).
• El bloque de función (FB283 o FB284) habilita los ejes sin generar códigos de error en la salida de diagnóstico (Status = 16#0000 o sin fallas de telegrama).
• Las órdenes de marcha a impulsos (jogging), posicionamiento absoluto/relativo y acoplamiento maestro-seguidor se ejecutan suavemente en los motores respetando los límites de velocidad y rampas configurados en el accionamiento.
• El programa de seguridad de la CPU 317F gestiona las funciones F-Stop / STO mediante el Telegrama PROFIsafe 30 de forma independiente sin interferir con los bloques de posicionamiento cíclico.

Limitaciones y precauciones operativas

• Falta de interpolación multieje avanzada en el PLC: Recuerde que una CPU 317F no puede realizar interpolación circular o helicoidal compleja entre múltiples ejes como una CPU 317T. Todos los perfiles de movimiento deben ser ejecutados de forma independiente por el posicionador básico (EPOS) de cada módulo de potencia, o sincronizados mediante acoplamientos de eje virtual/seguidor en el accionamiento.
• Direccionamiento de memoria de E/S: Al configurar el Telegrama 111 en la configuración de hardware, asegúrese de asignarle un rango de direcciones de la imagen de proceso de E/S (PIW/PQW) que esté dentro del tamaño máximo admitido por la CPU 317F para evitar fallas de acceso a periferia.
• Coexistencia con PROFIsafe: No combine en el mismo telegrama los datos de control de posición y los datos de seguridad funcional. El control de posición requiere el Telegrama 111 (PROFIdrive) y las funciones de seguridad del SINAMICS S120 requieren un telegrama PROFIsafe dedicado (Telegrama 30).

Preguntas frecuentes para ingenieros

¿Por qué no se pueden utilizar los Objetos de Tecnología (TO_PositioningAxis) de TIA Portal con una CPU 317F?

Los objetos de tecnología nativos de TIA Portal (como TO_PositioningAxis o TO_SynchronousAxis) están optimizados para las CPU de las familias S7-1500, S7-1200 o para las CPU S7-300 de la serie 'T'. En una CPU S7-300 tradicional o Failsafe (como la CPU 317F), el control de posición no puede ejecutarse a través de estos objetos de tecnología debido a restricciones del sistema operativo del autómata; por ello, la práctica estándar es delegar el posicionamiento al EPOS del accionamiento y controlar la lógica mediante los bloques de función FB283 o FB284 (SinaPos).

¿Es posible realizar un acoplamiento electrónico rígido entre dos ejes con una CPU 317F?

Sí. Para lograr un acoplamiento maestro-seguidor (follower mode) sin una CPU 'T', la sincronización debe configurarse internamente dentro de la Unidad de Control CU320-2 del SINAMICS S120 mediante la interconexión BICO de la realimentación del encoder del eje maestro hacia la entrada de consigna del posicionador o canal MDI del eje seguidor. El PLC solo envía el comando de activación del acoplamiento.

¿Dónde se pueden descargar las librerías oficiales FB283 y SinaPos de Siemens?

Las librerías de bloques de función oficiales y los proyectos de ejemplo de aplicación se encuentran disponibles para su descarga gratuita en el portal de soporte técnico de Siemens (SIOS - Siemens Industry Online Support), buscando los paquetes "Drive ES SIMATIC" para STEP 7 V5.x o "Drive_Lib / SinaPos" para TIA Portal.

Referencias técnicas

• Siemens Industry Online Support (SIOS): Manual de funciones SINAMICS S120 - Posicionador Básico (EPOS).
• Siemens Industry Online Support (SIOS): Ejemplo de aplicación - Control de un SINAMICS S120 con bloque FB283 en STEP 7 V5.x.
• Siemens Industry Online Support (SIOS): Librería de bloques de accionamiento Drive_Lib para TIA Portal.

Artículos relacionados

• Cómo configurar la comunicación PROFIsafe entre una CPU S7-300F y variadores SINAMICS
• Uso de la librería SinaPos para control de posicionamiento en TIA Portal
• Diferencias entre controladores SIMATIC S7-300F, S7-300T y S7-1500T en control de movimiento

Etiquetas relacionadas

• SINAMICS S120
• SIMATIC CPU 317F
• FB283
• SinaPos
• Posicionador Básico EPOS
• PROFIdrive

Code: C344