¿Dejar conectores BiCo libres en SINAMICS G120 reduce la carga de comunicación en PROFIBUS?

Para optimizar el rendimiento de la red y reducir de forma efectiva la carga de comunicación en un bus PROFIBUS DP con un variador SINAMICS G120, debe modificar y reducir la cantidad de palabras lógicas (I/O Words) en la configuración de hardware de la CPU (HW Config / TIA Portal), ya que el bus transmite cíclicamente la longitud completa del telegrama configurado, independientemente de cuántos conectores BiCo permanezcan libres.

¿Dejar conectores BiCo libres en SINAMICS G120 reduce la carga de comunicación en PROFIBUS?

Category: Industrial Networking / Drive Integration | Technology: Siemens SINAMICS G120, PROFIBUS DP, Free BiCo Configuration, Predefined Telegrams, HW Config / TIA Portal | Article Type: Configuration & Troubleshooting Guide | Code: C345

Context: Evaluación del rendimiento de la red industrial y parametrización de la longitud de tramas de datos lúdicos en la integración de accionamientos de velocidad variable sobre buses de campo tradicionales.

¿Dejar conectores BiCo libres en SINAMICS G120 reduce la carga de comunicación en PROFIBUS?
No, dejar conectores BiCo sin enlazar (parámetro de configuración libre en STARTER o Startdrive) no reduce la carga de comunicación ni disminuye el tiempo de ciclo del bus PROFIBUS DP. El protocolo PROFIBUS DP opera mediante un mecanismo de escaneo cíclico determinista de Capa 2 (Master-Slave), lo que significa que el maestro siempre transmitirá y exigirá la longitud exacta y fija de bytes definida en la configuración de hardware del PLC. Si se seleccionan, por ejemplo, 8 palabras de entrada y 8 palabras de salida en el perfil del esclavo, esas 16 palabras se transferirán en cada ciclo de bus de forma obligatoria; los conectores internos que no estén mapeados en el variador simplemente viajarán a través de la red transportando valores vacíos (0). Para reducir la carga real del bus, se debe modificar el tamaño del telegrama en la configuración de hardware del autómata.

First Checks Before Optimizing Network Telegrams

Production note: La modificación de la estructura de los telegramas o la longitud de las palabras de intercambio (I/O) en la configuración de hardware requiere compilar y descargar los cambios a la CPU, lo que forzará al controlador a pasar a modo STOP. Realice estas tareas exclusivamente durante paros técnicos programados o ventanas de mantenimiento de la planta.

Identificar el telegrama activo: Verifique en el software de parametrización del variador (STARTER, Startdrive o IOP) si el equipo utiliza un telegrama estándar (como el Telegram 1 para control básico o Telegram 20 para monitorización extendida) o si está fijado en configuración libre (Free BiCo).
Cuantificar el número de esclavos: Revise el número total de nodos conectados al segmento PROFIBUS DP y determine la velocidad de transmisión actual del bus (habitualmente 1.5 Mbps).
Respaldar el direccionamiento I/O actual: Anote los rangos de periferia lógica (direcciones PIW y PQW) asignados al variador. Reducir el tamaño del telegrama alterará las zonas de memoria del PLC, lo que exige corregir las llamadas en el código fuente del programa de usuario.

Technical Context and Protocol Background

En arquitecturas de automatización que implementan comunicación industrial basada en el protocolo PROFIBUS DP (Decentralized Periphery), el intercambio de datos entre el maestro (la CPU del PLC o un procesador de comunicaciones CP) y sus esclavos (como la unidad de control CU240E-2 DP de un variador SINAMICS G120) se rige bajo un principio determinista estricto. A diferencia de las redes basadas en Ethernet que procesan paquetes bajo demanda o eventos asíncronos, PROFIBUS DP emite tramas cíclicas continuas basadas en una ranura de tiempo (Bus Slot Time) calculada rígidamente por la herramienta de configuración durante la compilación.

Cuando un ingeniero selecciona la opción de configuración libre o personalizada (Free BiCo / Telegrama Libre) para mapear variables específicas como torques, corrientes o estados lógicos detallados a través del direccionamiento de interconexión interna de bloques de Siemens (BiCo), se determina un número de palabras fijas de entrada y salida en la tabla de hardware del PLC (por ejemplo, 8 palabras de entrada / 8 palabras de salida).

El error de concepto común en campo es asumir que la electrónica del variador se comporta como un nodo inteligente de red que reduce el tamaño del paquete si detecta pins lógicos desconectados en su matriz interna. En la física del protocolo PROFIBUS DP, el tamaño del telegrama está congelado en la memoria de configuración del circuito integrado (ASIC de comunicación) del esclavo durante la fase de inicialización (Parameterization/Configuration frame). Si el PLC espera recibir 16 bytes de datos desde el SINAMICS G120, la red movilizará esos 16 bytes en cada scan de forma mandatoria. Si los conectores lógicos internos del firmware del variador no apuntan a ningún parámetro vivo, el búfer de transmisión simplemente se rellenará con ceros lógicos (16#0000). La red experimenta exactamente el mismo ancho de banda ocupado, la misma atenuación de tiempo y la misma carga de mensajería que si el telegrama transportara datos críticos de proceso en todas sus posiciones.

Diagnostic and Redesign Path

Si el lazo o segmento de red PROFIBUS experimenta retardos en el tiempo de ciclo o si el departamento de ingeniería desea optimizar preventivamente el rendimiento del bus antes de expandir el número de nodos, aplique la siguiente secuencia analítica:

Analizar los tiempos de rotación del token: Acceda a las propiedades de la red PROFIBUS en STEP 7 o TIA Portal y revise los parámetros de temporización calculados automáticamente, específicamente el tiempo de rotación del token típico (Typical Token Rotation Time).
Identificar variables redundantes: Revise el mapa de tags del variador. Determine si es estrictamente necesario transferir todas las palabras del perfil Free BiCo o si la aplicación puede operar consolidando los datos dentro de un telegrama estandarizado y más compacto.
Monitorear errores de consistencia: Utilice herramientas de diagnóstico de bus o contadores de diagnóstico del PLC para confirmar que no existan caídas de paquetes (frame retries) provocadas por ruidos electromagnéticos, los cuales se vuelven más críticos a medida que las tramas lúdicas de red son innecesariamente largas.

Configuration Procedure: Modifying Hardware Profiles

Para reducir de forma efectiva la carga de comunicación de la red industrial y comprimir el tamaño de la trama de datos del variador SINAMICS G120 en el bus PROFIBUS, implemente el siguiente procedimiento de reconfiguración estructural:

Paso 1: Reconfigurar la estructura de comunicación en el variador

Conéctese online al variador SINAMICS G120 utilizando el software de ingeniería STARTER o Startdrive integrado en TIA Portal.
En el árbol de navegación del proyecto del accionamiento, expanda la estructura de la Unidad de Control (CU) y haga doble clic en la opción Control Unit > Communication > PROFIBUS.
Diríjase a la pestaña de configuración de telegramas (Configuration).
Si el equipo se encuentra parametrizado con un telegrama libre amplio (por ejemplo, con una longitud extensa de 8/8 palabras) pero solo requiere monitorear la palabra de mando/estado y las consignas de velocidad y corriente, modifique la selección del tipo de telegrama.
Seleccione un formato estandarizado y compacto, como el Telegram 1 (2 palabras de entrada / 2 palabras de salida) o modifique la estructura del telegrama libre en la herramienta para reducir el conteo total a la cantidad exacta de palabras utilizadas (por ejemplo, ajustar la matriz a 4 palabras IN / 4 palabras OUT).
Guarde los cambios y ejecute la carga de parámetros hacia la memoria permanente del variador (RAM-to-ROM).

[Configuración STARTER / Variador] -> Reducir la estructura del telegrama libre a las palabras reales utilizadas.
  Antes: 8 Words IN / 8 Words OUT (Carga palabras vacías con '0')
  Ahora: 4 Words IN / 4 Words OUT (Optimiza el búfer de red física)

Paso 2: Alinear la configuración de hardware en el PLC (STEP 7 / TIA Portal)

Regrese al entorno de programación del autómata maestro. Abra la utilidad HW Config (Step 7 clásico) o la vista de dispositivos (Device View > Hardware Configuration) en TIA Portal.
Localice la estación esclava PROFIBUS correspondiente al variador SINAMICS G120 que acaba de modificar.
En la tabla de direcciones y módulos del esclavo, elimine la subestructura de módulos vieja que definía el perfil amplio de 8 palabras lógicas de I/O.
Despliegue el catálogo de hardware derecho, navegue hasta el perfil de la GSD del variador seleccionado e inserte el nuevo formato de palabras que coincida exactamente de forma matemática con la longitud establecida en el software del variador (por ejemplo, arrastre el objeto de configuración equivalente a 4 palabras o el Telegram 1 correspondiente).
Ajuste de código obligatorio: Verifique que el direccionamiento de periferia inicial (direcciones I/O iniciales, por ejemplo, PIW 256 o PQW 256) quede asignado de forma correcta. Actualice los bloques lógicos de su programa de usuario (como las instrucciones de lectura/escritura o llamadas a funciones tipo SFC14/SFC15 si se maneja consistencia de datos extendida) para adaptarlos a la nueva longitud de memoria recortada.
Haga clic en el botón de compilación del sistema (Save and Compile o Compilar hardware y software).
Detenga temporalmente el proceso de la planta, pase la CPU a modo STOP y ejecute la descarga completa del hardware de red hacia el controlador. Reinicie el sistema a modo RUN.

Common Drive Integration Mistakes

Modificar la longitud del telegrama en el variador pero olvidar actualizar el HW Config: Cambiar la estructura del mapa BiCo en la Unidad de Control del SINAMICS G120 pero no replicar los cortes de longitud de bytes en la tabla de hardware del PLC. Esto provocará que el variador rechace la inicialización de la red PROFIBUS, encendiendo el LED rojo de falla de bus (BF) en el variador y disparando alarmas de falla de periferia distribuidos en el controlador central.
Sobredimensionar preventivamente los telegramas Libres: Configurar perfiles amplios de 8 o 12 palabras lógicas de intercambio "por si se necesitan variables en el futuro". En redes PROFIBUS DP densas con un elevado número de esclavos, este sobreancho de banda artificial ralentiza de forma acumulativa la tasa de refresco global de todo el segmento de la planta.
Omitir el uso de funciones de consistencia de datos: Intentar leer telegramas libres superiores a 2 palabras lógicas (4 bytes) mediante instrucciones de transferencia de periferia simples (L PIW) en lugar de utilizar los bloques del sistema homologados SFC14 (DPRD_DAT) y SFC15 (DPWR_DAT) para garantizar la consistencia atómica de los datos en el mismo ciclo.

PROFIBUS DP Performance Verification Checklist

¿La longitud del telegrama libre o estandarizado coincide matemáticamente entre los parámetros del variador y la configuración de HW Config?: Yes / No / Needs Review
¿Se actualizaron los punteros de memoria PIW/PQW y las funciones SFC14/SFC15 en el código fuente del PLC?: Yes / No / Needs Review
¿El variador SINAMICS G120 estableció comunicación exitosa extinguiendo el LED BF de fallo de bus?: Yes / No / Needs Review
¿El tiempo de rotación del token calculado en las propiedades de la red PROFIBUS disminuyó o se optimizó de forma estable?: Yes / No / Needs Review

FAQ

¿Qué impacto real tiene el tamaño de los telegramas en el rendimiento general de una red PROFIBUS DP? El tiempo de ciclo total de una red PROFIBUS DP es directamente proporcional a la cantidad total de bytes de datos que el maestro debe transferir e interrogar a lo largo del bus en cada rotación. Cada byte adicional añade tiempo de transmisión física sobre el cable de cobre. De acuerdo a las pautas de diseño del protocolo, un único maestro PROFIBUS puede gestionar teóricamente hasta 126 esclavos y transferir hasta 244 bytes de entrada y salida por nodo sin colapsar el sistema operativo. Sin embargo, si múltiples variadores y módulos de I/O distribuidas utilizan telegramas sobredimensionados de forma innecesaria, el tiempo de ciclo del bus aumentará de forma transparente, ralentizando los tiempos de respuesta ante comandos lógicos de la planta de proceso.

Si el bus PROFIBUS de mi planta opera de forma holgada con pocos esclavos, ¿debo preocuparme por optimizar la longitud del telegrama libre en el variador? Si el segmento de red actual posee pocos esclavos (por ejemplo, menos de 10 o 15 variadores de velocidad) y opera a una velocidad estándar de 1.5 Mbps sin el acoplamiento de pasarelas PA o repetidores complejos, la carga incremental generada por un telegrama libre de 8 palabras vacías será despreciable y el sistema funcionará sin ningún problema evidente de rendimiento. La optimización y reducción de palabras se convierte en una práctica obligatoria de ingeniería industrial únicamente al diseñar redes densas (más de 40 o 50 nodos), al requerir tiempos de ciclo críticos de lazos de control regulatorio rápidos, o al prever expansiones futuras de la infraestructura de automatización de la fábrica.

¿Qué ocurre internamente en la memoria del PLC si mantengo seleccionadas 8 palabras en HW Config pero solo tengo cableados 3 conectores BiCo en el SINAMICS G120? El maestro PROFIBUS leerá de forma continua el bloque completo de 16 bytes desde el chip de comunicación del accionamiento. Las primeras 3 palabras lógicas contendrán los valores reales mapeados desde los parámetros del inversor (por ejemplo, velocidad actual, corriente y torque). Las 5 palabras lógicas restantes que no fueron asignadas a ningún conector interno de control en el variador se rellenarán automáticamente con ceros (16#0000) en cada ciclo de red. Estas palabras ocuparán espacio real en la tabla de asignación de variables de periferia (PIW) del autómata, pero no generarán variaciones ni representarán ninguna carga dinámica útil en la lógica del proceso.

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Technical Classification

Category: Industrial Networking / Drive Integration

Technology: Siemens SINAMICS G120 Accionamientos, PROFIBUS DP Protocolo, STEP 7 / TIA Portal Engineering

Object Type: Free BiCo Telegram Parameters, HW Config I/O Mapping, Cyclic Bus Time Metrics

Use Case: Evaluación y optimización del ancho de banda y tiempos de ciclo en redes de campo industriales mediante el ajuste estructural de tramas de intercambio.

Article Type: Configuration & Troubleshooting Guide

Applies To: SINAMICS G120, Control Units CU240E-2 DP / CU250S-2 DP, STEP 7 V5.6, TIA Portal V16/V17/V18/V19

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