6GK7443-1EX20-0XE0 6GK7 443-1EX20-0XE0 6GK7443-1EX2O-OXEO

Siemens 6GK7443-1EX20-0XE0 | CP 443-1 Kommunikationsprozessor — S7-400 Industrial Ethernet, Dual RJ45 10/100 Mbit/s, PROFINET IO Controller, 128 Verbindungen, SNMP V2 / DHCP / Webdiagnose

Übersicht

Der Siemens 6GK7443-1EX20-0XE0 ist der CP 443-1 Kommunikationsprozessor für die SIMATIC S7-400 — das Industrial Ethernet Schnittstellenmodul, das das S7-400 SPS-Rack direkt mit 10/100 Mbit/s Ethernet-Netzwerken verbindet und gleichzeitig als PROFINET IO Controller für dezentrale Peripheriesysteme fungiert.

In der Modulhierarchie der S7-400 wird der CP 443-1 neben den CPU-Modulen in die Rückwandplatine gesteckt und übernimmt die gesamte Netzkommunikationslast unabhängig von der CPU. Er entlastet die CPU von der Verarbeitung von Ethernet-Protokollen, sodass die CPU sich auf die Ausführung ihres SPS-Programms konzentrieren kann, ohne dass Kommunikations-Overhead die Scanzyklusleistung beeinträchtigt.

Das markanteste Hardware-Merkmal der EX20-Variante ist der integrierte Zwei-Port-Echtzeit-Switch, der auf dem ERTEC 400 Chip basiert.

Die beiden RJ45-Ports sind keine zwei unabhängigen Netzwerkverbindungen — sie teilen sich eine IP-Adresse und bilden einen Switch, der es dem Modul ermöglicht, sowohl an linearen (Daisy-Chain) als auch an Ringtopologien ohne externen Switch teilzunehmen.

Dies ist direkt relevant für PROFINET IO-Installationen, bei denen die lineare Topologie durch Geräte-zu-Geräte-Verbindungen die Hardwarekosten und den Platzbedarf im Schaltschrank im Vergleich zu sternförmigen Architekturen, die an jeder Ebene einen zentralen Switch erfordern, reduziert.

Die Ringtopologie ermöglicht in Kombination mit dem Media Redundancy Protocol (MRP) eine automatische Wiederherstellung des Netzwerks nach einem einzelnen Kabel- oder Switch-Ausfall, wodurch die PROFINET IO-Geräte auch im Fehlerfall online bleiben.

Mit 128 aktiven Verbindungen im Multi-Protokoll-Modus kann der CP 443-1 EX20 gleichzeitig eine Mischung aus S7-Datenaustauschverbindungen, offenen TCP/IP-Socket-Verbindungen, PROFINET IO-Controller-Links und SEND/RECEIVE-Sitzungen mit S5-kompatiblen Geräten aufrechterhalten — alles gleichzeitig aktiv und alles unabhängig vom eigenen Prozessor des CP verwaltet.

Der CP erscheint der S7-400 CPU als Standardmodul im Rack, wobei der Datenaustausch über gemeinsam genutzte CPU-Speicherbereiche erfolgt, die in NetPro während der Konfiguration definiert werden.

Wichtige Spezifikationen

Kommunikationsdienste — Was jeder Modus bietet

Der Wert des CP 443-1 in einem Anlagennetzwerk ergibt sich aus der Breite der gleichzeitig unterstützten Kommunikationsmodi. Jeder Modus dient einem bestimmten Integrationszweck:

S7-Kommunikation (PUT/GET) ist das native Siemens-zu-Siemens-Datenaustauschprotokoll.

Es ermöglicht S7-400 CPUs, Daten direkt von anderen S7-Controllern — S7-300, S7-400 oder S7-1500 über ein Gateway — mithilfe von PUT- und GET-Programmblöcken zu lesen und zu schreiben.

Dies ist der Standard für die Koordination zwischen SPSen in Multi-Controller-Produktionslinien, bei denen ein Controller Prozesswerte lesen oder Sollwerte an einen anderen Controller im Anlagennetzwerk schreiben muss.

Fetch/Write bietet Abwärtskompatibilität mit älteren SIMATIC S5-Systemen, die das ältere S5-Verbindungsmodell verwenden.

In Anlagen, in denen sowohl S7-400 als auch ältere S5-Systeme nebeneinander existieren, ermöglicht die Fetch/Write-Funktion des CP 443-1 die Kommunikation mit der älteren Hardware, ohne dass eine Protokollkonvertierungsausrüstung erforderlich ist.

SEND/RECEIVE (offene Kommunikation) implementiert TCP/IP- oder ISO-Socket-Verbindungen für die Kommunikation mit Nicht-Siemens-Systemen — SCADA-Servern, MES-Plattformen, Qualitätssystemen, ERP-Integrationspunkten und Drittanbieter-Controllern, die über Standard-Ethernet kommunizieren.

Die SEND- und RECEIVE-Funktionsblöcke im Programm der S7-400 CPU verarbeiten den Datenaustausch mit dem CP für diese Verbindungen.

PROFINET IO Controller verbindet dezentrale Peripheriesysteme — ET 200S, ET 200M, ET 200SP, PROFINET-fähige Antriebe und Instrumente — direkt mit der S7-400 CPU über das Ethernet-Netzwerk, ohne dass eine separate PROFIBUS-Feldbus-Infrastruktur erforderlich ist.

Der CP 443-1 EX20 verwaltet den zyklischen IO-Datenaustausch mit bis zu 32 PROFINET IO-Geräten, die priorisierten Start unterstützen, und übernimmt die gesamte PROFINET-Echtzeitkommunikation unabhängig vom CPU-Programmzyklus.

ERTEC 400 Integrierter Switch — Topologie und Redundanz

Der ERTEC 400 Chip im CP 443-1 EX20 ist derselbe Chip, der in den SCALANCE X Industrie-Switches von Siemens für PROFINET-Anwendungen verwendet wird.

Seine Integration in das CP-Modul bedeutet, dass zwei RJ45-Ports auf der Frontplatte des Moduls verwaltete Switch-Ports sind, die sich die einzige Ethernet-Adresse des Moduls teilen — keine zwei separaten Netzwerkschnittstellen.

In einer linearen Topologie verbinden die beiden Ports des CP das vorgeschaltete und nachgeschaltete Gerät in einer Daisy-Chain, wodurch ein einziges Ethernet-Segment entsteht, das sich durch mehrere Geräte zieht, ohne dass an jedem Knoten ein sternförmiger Switch erforderlich ist.

In einer Ringtopologie (wenn MRP aktiviert ist) verbindet der zweite Port des letzten Geräts den ersten wieder und bildet so einen geschlossenen Ring.

Der MRP-Standard definiert, wie ein Gerät im Ring als Ring-Manager fungiert, kontinuierlich die Ringintegrität überwacht und einen alternativen Pfad in weniger als 200 Millisekunden aktiviert, wenn ein Ringbruch erkannt wird.

Für PROFINET IO-Systeme, bei denen die Kontinuität der IO-Kommunikation wichtig ist — insbesondere in Anwendungen, bei denen der Verlust von Sensor- oder Aktuatordaten während eines Fehlers Sicherheitsprobleme oder Qualitätsprobleme verursachen könnte — bietet die Ringtopologie mit MRP einen kostengünstigen Redundanzmechanismus, der nur die bereits vorhandenen Kabel und Ports in der Installation verwendet.

IP-Zugriffssteuerungsliste — Sicherheit auf Netzwerkebene

Die Funktion der IP-Zugriffssteuerungsliste (ACL) ermöglicht es dem CP 443-1, eingehende Verbindungen von bestimmten IP-Adressen oder IP-Adressbereichen zu akzeptieren oder abzulehnen.

Dies bietet eine Zugriffskontrolle auf Netzwerkebene, die einschränkt, welche externen Systeme Verbindungen zur S7-400 CPU über den CP initiieren können.

In einer Anlagenumgebung, in der das OT (Operational Technology)-Netzwerk mit Unternehmens-IT-Systemen oder Cloud-Infrastrukturen verbunden ist, schafft eine IP-ACL auf dem CP eine definierte Grenze: Nur SCADA-Server, Engineering-Workstations und HMI-Systeme mit konfigurierten IP-Adressen können Verbindungen herstellen, während aller anderer Netzwerkverkehr am CP blockiert wird.

Dies ist kein Ersatz für eine ordnungsgemäß gestaltete Netzwerkarchitektur mit Firewalls und Netzwerksegmentierung, bietet aber eine sinnvolle zusätzliche Schutzschicht gegen unbeabsichtigten oder böswilligen Zugriff auf die SPS über die Ethernet-Schnittstelle.

FAQ

F1: Der CP 443-1 EX20 verfügt über zwei RJ45-Ports. Kann er gleichzeitig mit zwei verschiedenen Subnetzen verbunden werden?

Nein. Die beiden RJ45-Ports sind Ports des integrierten ERTEC 400 Switches des Moduls und teilen sich eine einzige IP-Adresse — es handelt sich nicht um zwei unabhängige Netzwerkschnittstellen in verschiedenen Subnetzen. Beide Ports gehören zum selben Ethernet-Segment.

Das Dual-Port-Design unterstützt lineare und Ringtopologien innerhalb eines einzigen Netzwerks. Für die Kommunikation über mehrere Subnetze (Verbindung der S7-400 mit mehreren unabhängigen Netzwerken) wären mehrere CP 443-1 Module im selben S7-400 Rack erforderlich.

F2: Die maximale Anzahl aktiver Verbindungen wird mit 128 angegeben. Wie verteilt sich diese auf die verschiedenen Kommunikationsmodi?

Die Grenze von 128 Verbindungen ist die Gesamtzahl über alle aktiven Protokollmodi gleichzeitig.

Die Zuweisung zwischen S7-Kommunikation, SEND/RECEIVE ISO-on-TCP/ISO/UDP und PROFINET IO wird in NetPro konfiguriert und aus dem gemeinsamen Pool verbraucht. PROFINET IO-Geräteverbindungen verbrauchen aus demselben Pool wie andere Verbindungen.

Die tatsächliche Zuweisung hängt von den spezifischen Anwendungsanforderungen ab — ein System mit vielen PROFINET IO-Geräten verbraucht mehr Verbindungen aus dem Pool, wodurch weniger für S7 und SEND/RECEIVE gleichzeitig verfügbar sind.

Das Betriebshandbuch des CP 443-1 enthält detaillierte Tabellen zur Verbindungsbudgetierung für die Planung der maximalen Konfiguration.

F3: Kann der CP 443-1 EX20 mit redundanten S7-400H CPUs verwendet werden?

Ja, der EX20 kann als Ersatzmodul in H-CPU-Konfigurationen verwendet werden, auch mit H-CPUs, die Firmware V4.0 und höher ausführen.

Es gibt jedoch Einschränkungen: Der SSEND/SRECV-Modus auf der SEND/RECV-Schnittstelle wird mit H-CPUs nicht unterstützt, und PROFINET IO wird mit H-CPUs nicht unterstützt. 

Für H-Systemanwendungen, die PROFINET IO benötigen, muss die erweiterte CP-Variante spezifiziert werden. S7-Kommunikation und Standard-SEND/RECEIVE in anderen Modi funktionieren korrekt mit H-CPUs.

F4: Welche Konfigurationssoftware wird benötigt, um den CP 443-1 EX20 einzurichten?

Der CP 443-1 EX20 wird mit SIMATIC STEP 7 (Classic) und dem Netzwerkkonfigurationstool NetPro konfiguriert.

In STEP 7 wird das CP-Modul zur Hardwarekonfiguration der S7-400 hinzugefügt, und dann wird NetPro verwendet, um die Verbindungen zu definieren — S7, SEND/RECEIVE, PROFINET IO-Zuweisungen und alle Netzwerkparameter, einschließlich IP-Adresse, Subnetz, DHCP-Einstellungen und der IP-Zugriffssteuerungsliste. 

Das TIA Portal konfiguriert den CP 443-1 EX20 für S7-400 nicht nativ; STEP 7 Classic bleibt das geeignete Werkzeug für diese Modulgeneration.

F5: Der 6GK7443-1EX20-0XE0 ist ausgelaufen. Was ist der empfohlene Nachfolger?

Siemens empfiehlt den CP 443-1 EX31 (6GK7443-1EX31-0XE0) als Nachfolger des EX20.

Der EX31 behält die gleichen grundlegenden Funktionen und die physikalische Schnittstelle (Dual RJ45, ERTEC-basierter Switch) bei und fügt eine beschichtete Leiterplatte für den Betrieb bei Umgebungstemperaturen bis zu 70°C hinzu — breiter als der Standardbetriebsbereich des EX20.

Der EX31 ist in den meisten Anwendungen ein direkter Ersatz für den EX30 und EX20.

Für neue S7-400-Projekte empfiehlt Siemens auch die Bewertung des Migrationspfads zu S7-1500 mit seiner nativen PROFINET-Integration, die die Notwendigkeit eines separaten CP-Moduls eliminiert.