Siemens S7-300/400: Speicherkonzept erklärt: Ladespeicher, Arbeitsspeicher und Speicherdaten
Die Speicherarchitektur des Siemens Die speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) S7-300 und S7-400 sind in drei Schichten unterteilt: Ladespeicher, Arbeitsspeicher und Systemspeicher. Jeder speicherbezogene Fehler – sei es eine CPU, die sich nicht aus dem STOP-Zustand befreit, ein Programm, das nach einem Stromausfall verschwindet, oder ein Batteriealarm bei einer S7-400 – lässt sich auf eine dieser Schichten und die Regeln für den Datenaustausch zwischen ihnen zurückführen. Dieser Artikel definiert jede Schicht präzise, erläutert die unterschiedliche Implementierung in den beiden Steuerungsfamilien, liefert konkrete Parameter repräsentativer CPUs und behandelt abschließend Fehlerdiagnose, Wartungspraktiken und die häufigsten Fragen von Ingenieuren. Kenntnisse in STEP 7 und der allgemeinen Struktur eines SPS-Programms werden vorausgesetzt, jedoch keine Vorkenntnisse im Speichermanagement.
Der Ladespeicher enthält das vollständige Benutzerprogramm, einschließlich Codeblöcke (OB, FB, FC), Datenblöcke (DB), Symbole, Kommentare und Technologiedaten. Er ist der nichtflüchtige, batteriegepufferte Speicher, aus dem die CPU bei jedem Start ihre Arbeitskopie wiederherstellt. Der Arbeitsspeicher ist der integrierte RAM-Bereich, in dem die CPU das Programm tatsächlich ausführt; er enthält nur den für die Ausführung benötigten Code und die Daten. Der Systemspeicher ist die Menge der Adressbereiche, auf denen der Befehlssatz operiert: Prozesseingaben (I), Prozessausgaben (Q), Bitspeicher (M), Timer (T), Zähler (C), lokale Daten (L) und Datenblöcke (DB).
Die Unterscheidung zwischen den drei Schichten ist nicht rein theoretischer Natur. Ein Block, der nur im Ladespeicher existiert, wird nicht ausgeführt. Ein Block, der nur im Arbeitsspeicher existiert, wird zwar ausgeführt, kann aber nicht auf ein Programmiergerät hochgeladen werden. Ein Speicherflag, das nicht im Ladespeicher gesichert ist, wird bei jedem Neustart zurückgesetzt. Jede Schicht hat ihre eigene Flüchtigkeit, ihre eigenen Kapazitätsgrenzen und ihr eigenes Fehlerverhalten, wie in Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1: Die drei Speicherschichten im Überblick
Ebene | Inhalt | S7-300-Implementierung | S7-400-Implementierung | Verhalten bei Stromausfall
Speicher laden | Vollständiges Programm: Blöcke, Symbole, Kommentare, Technologiedaten | Micro-Memory-Karte (MMC) | Batteriegepufferter Arbeitsspeicher (RAM); optionale Flash-EPROM-Karte | S7-300: auf der MMC gespeichert. S7-400: im RAM gespeichert, solange die Batterie intakt ist; andernfalls aus dem EPROM wiederhergestellt oder verloren.
Arbeitsspeicher | Nur ausführbarer Code und Daten | Integrierter RAM | Integrierter RAM | Inhalt verloren; wird beim nächsten Start aus dem Arbeitsspeicher wiederhergestellt
Systemspeicher | I-, Q-, M-, T-, C-, L-, DB-Adressierung | Interne CPU-Schaltung | Interne CPU-Schaltung | Nicht-remanente Teile werden zurückgesetzt; remanente Teile werden aus dem Ladespeicher wiederhergestellt
Ein zweiter Aspekt der Architektur ist der Unterschied zwischen flüchtigem und nichtflüchtigem Speicher. Beim S7-300 wird die Nichtflüchtigkeit durch Flash-Speicher (MMC) erreicht, sodass keine Batterie benötigt wird. Beim S7-400 wird die Nichtflüchtigkeit durch einen batteriegepufferten RAM und optional durch eine Flash-EPROM-Karte realisiert. Dieser eine Unterschied erklärt den Großteil der praktischen Abweichungen zwischen den beiden Familien, von der LED für niedrigen Batteriestand beim S7-400 bis hin zu der Tatsache, dass eine S7-300-CPU ohne MMC überhaupt nicht startet.
Der Ladespeicher ist die Schicht mit der höchsten Kapazität. Er speichert das Programm vollständig, einschließlich Daten, die die CPU nie direkt ausführt: Blockkommentare, Symbolinformationen und Technologieobjekte. Beim Kompilieren und Herunterladen eines Projekts wird jeder Block zunächst in den Ladespeicher übertragen. Anschließend kopiert die CPU die ausführbaren Teile in den Arbeitsspeicher. Da der Ladespeicher das gesamte Projekt enthält, ist er auch die Schicht, die beim Hochladen eines Programms von der CPU zurück auf ein Programmiergerät gelesen wird.
Alle aktuellen S7-300-CPUs speichern ihre Arbeitsdaten auf einer Micro Memory Card (MMC). Die MMC ist eine Steckkarte, die in einen Steckplatz an der Vorderseite der CPU gesteckt wird. Sie benötigt keine Batterie, weshalb eine S7-300-Anlage jahrelang ohne Stromversorgung betrieben werden kann und ihr Programm dennoch intakt bleibt. Typische Bestellnummern für die MMC-Familie sind 6ES7953-8LL31-0AA0 (512 KB) und 6ES7953-8LM31-0AA0 (2 MB). Die MMC-Familie umfasst Speicherkapazitäten von 64 KB bis 8 MB, wobei die maximal zulässige Größe von der jeweiligen CPU abhängt.
Die MMC ist kein optionales Zubehör. Eine moderne S7-300-CPU ohne MMC kann kein Programm ausführen: Die CPU geht in den STOP-Modus und fordert eine Speicherkarte im Diagnosepuffer an. Dies ist eine bewusste Designentscheidung. Da die MMC der einzige nichtflüchtige Speicher im System ist, enthält sie nicht nur das Programm, sondern auch die Speicherdaten und, bei manchen CPUs, die Firmware. Fehlt die Karte, hat die CPU weder ein auszuführendes Programm noch einen Speicherort für den Zustand des Systems.
Die MMC verfügt über einen kleinen Schreibschutzschieber am Gehäuse. Befindet sich der Schieber in der gesperrten Position, lehnt die CPU Downloads mit einer Meldung ab, die auf den Schreibschutz der Speicherkarte hinweist. Der Schieber schützt die Karte vor versehentlichem Überschreiben im Feld, ist aber nach Wartungsarbeiten häufig die Ursache für fehlgeschlagene Downloads. Daher sollte seine Position als Erstes überprüft werden, wenn ein Download abgelehnt wird.
Wenn der Ladespeicher verloren geht oder leer ist: Beim S7-300 führt ein leerer oder fehlender MMC dazu, dass die CPU stoppt und nicht mehr starten kann. Beim S7-400 führt ein leerer RAM-Ladespeicher ohne EPROM-Karte dazu, dass die CPU ohne Benutzerprogramm in den STOP-Modus wechselt; ist eine EPROM-Karte vorhanden, kopiert die CPU das Programm beim Start vom EPROM in den RAM und läuft normal.
Der S7-400 implementiert den Ladespeicher in zwei Stufen. Die primäre Stufe ist ein auf dem CPU-Modul integrierter RAM, der die Arbeitskopie des Ladespeichers enthält. Dieser RAM wird durch eine Backup-Batterie, z. B. 6ES7971-0BA00, die im Netzteil oder im CPU-Fach verbaut ist, mit Strom versorgt. Die sekundäre Stufe ist eine steckbare Flash-EPROM-Karte, z. B. 6ES7952-1KM00-0AA0, die einen nichtflüchtigen Speicher bereitstellt, der auch bei vollständigem Stromausfall erhalten bleibt.
Beim Einschalten verhält sich der S7-400 wie folgt: Befindet sich ein Programm im RAM-Ladespeicher, kopiert die CPU dieses in den Arbeitsspeicher und startet. Ist der RAM leer, aber eine Flash-EPROM-Karte eingesetzt, kopiert die CPU das Programm von der EPROM-Karte zunächst in den RAM-Ladespeicher und anschließend in den Arbeitsspeicher. Sind beide Speicher leer, stoppt die CPU. Diese Startsequenz ermöglicht es einem gut gewarteten S7-400, sich nach einem Batterieausfall ohne Eingriff zu erholen, vorausgesetzt, die EPROM-Karte wurde stets aktualisiert.
Wenn der Ladespeicher verloren geht oder leer ist: Beim S7-400 tritt der Verlust des RAM-Ladespeichers auf, wenn die Batterie während eines Stromausfalls ausfällt und keine EPROM-Karte installiert ist. Das Programm ist dann unwiederbringlich verloren und muss neu heruntergeladen oder aus einer Sicherungsdatei wiederhergestellt werden. Dieses Szenario verdeutlicht mehr als jedes andere die Wichtigkeit, nach jeder Inbetriebnahmeänderung die Daten auf die EPROM-Karte zu laden.
Der Arbeitsspeicher ist der integrierte RAM, in dem die CPU das Programm ausführt. Er ist intern in einen Codebereich und einen Datenbereich unterteilt. Beim Herunterladen kopiert die CPU die ausführbaren Blöcke aus dem Ladespeicher in den Arbeitsspeicher; zur Laufzeit ruft die CPU Anweisungen und Daten ausschließlich aus dem Arbeitsspeicher ab. Der Arbeitsspeicher ist immer flüchtig. Bei beiden Prozessorfamilien wird er bei jedem Einschalten aus dem Ladespeicher neu aufgebaut. Ein Programm, das einen Neustart übersteht, verdankt dies daher dem intakten Ladespeicher, nicht dem intakten Arbeitsspeicher.
Der Arbeitsspeicher ist die Schicht, die darüber entscheidet, ob ein Programm passt. Ein großer Datenblock, ein langer Objektblock (OB) oder ein stark verschachtelter Funktionsbaustein (FB) können den Arbeitsspeicher erschöpfen, selbst wenn im Ladespeicher noch freier Speicherplatz vorhanden ist. In diesem Fall wird der Download mit einer Meldung wie „Kein Benutzerspeicher verfügbar“ abgelehnt. Abhilfe schafft entweder die Reduzierung der Programmgröße oder der Wechsel zu einer CPU mit mehr Arbeitsspeicher. Der Arbeitsspeicher lässt sich nicht durch Hinzufügen von Karten erweitern; er ist eine feste Eigenschaft des CPU-Moduls. Daher ist die Angabe zum Arbeitsspeicher in den technischen Daten der CPU der wichtigste Wert, der überprüft werden muss, wenn ein Projekt die Kapazität seines Controllers übersteigt.
Wenn der Arbeitsspeicher verloren geht oder leer ist, stoppt die CPU oder startet nicht. Da der Arbeitsspeicher bei jedem Einschalten neu aufgebaut wird, ist sein Verlust normalerweise vorübergehend und unbemerkt: Die CPU lädt einfach aus dem Arbeitsspeicher neu. Der Verlust wird erst dann dauerhaft, wenn auch der Arbeitsspeicher verloren geht, wie im oben beschriebenen Akku-Szenario des S7-400.
Der Systemspeicher ist die Sammelbezeichnung für die adressierbaren Datenbereiche, auf denen der Befehlssatz arbeitet. Diese Bereiche sind in der internen Schaltung der CPU implementiert, nicht auf einem Wechseldatenträger, und ihre Größe ist eine feste Eigenschaft jedes CPU-Modells. Tabelle 2 listet die Bereiche und ihre Funktionen auf.
Tabelle 2: Systemspeicheradressbereiche
Bereich | Symbol | Inhalt | Notizen
Prozessabbild der Eingänge | I | Eingangszustände, die zu Beginn jedes OB 1-Scans von den E/A-Modulen kopiert werden | Byte- und Bitadressierung, z. B. I0.0 bis I0.7 im Eingangsbyte IB0; Standardbereich 128 Bytes, konfigurierbar bis zu einem CPU-spezifischen Maximum (2048 Bytes auf den meisten S7-300-CPUs)
Prozessabbild der Ausgänge | Q | Ausgabezustände, die am Ende jedes OB-1-Scans in die E/A-Module geschrieben werden | Byte- und Bitadressierung, z. B. Q0.0 bis Q0.7 im Ausgabebyte QB0
Periphere E/A | PI, PQ | Direkter Zugriff auf E/A-Module unter Umgehung des Prozessabbilds | Wird für schnelle oder zeitkritische E/A verwendet; adressiert als PIW/PQW-Wörter
Bitspeicher | M | Flags für Zwischenzustände | Byte- und Bitadressierung, z. B. M0.0 bis M0.7 im Flag-Byte MB0; die Größe ist CPU-abhängig; bei manchen CPUs sind die ersten 256 Bytes für Systemdaten reserviert und können nicht frei verwendet werden
Datenblöcke | DB | Strukturierter Datenspeicher für das Benutzerprogramm | Das Attribut „Beibehalten“ steuert, ob die DB-Inhalte nach einem Neustart erhalten bleiben.
Timer | T | S5 Timerfunktionen | Die Anzahl der Timer hängt von der CPU ab
Zähler | C | Zählerfunktionen | Die Anzahl der Zähler hängt von der CPU ab
Lokale Daten | L | Temporäre Variablen des aktuell aktiven OB-, FB- oder FC-Aufrufs | Stapelbasiert; die Tiefe ist pro Prioritätsklasse begrenzt
Die I- und Q-Bereiche werden über das Prozessabbild aktualisiert. Zu Beginn des zyklischen Programms kopiert die CPU die Zustände der Eingabemodule in den I-Bereich. Während des Zyklus liest das Programm diese konsistenten Momentaufnahmen. Am Ende des Zyklus kopiert die CPU den Q-Bereich in die Ausgabemodule. Dieser Mechanismus gewährleistet, dass alle Programmabschnitte innerhalb eines Zyklus dieselben Eingabezustände sehen. Der direkte Peripheriezugriff (PIW, PQW) umgeht das Abbild und liest oder schreibt das Modul direkt. Dies ist zwar schneller, aber nicht konsistent innerhalb des Zyklus. Ein Prozessabbild, das für die installierte E/A zu klein ist, kann in den CPU-Eigenschaften in STEP 7 bis zum CPU-spezifischen Maximum vergrößert werden.
Der Bit-Speicher, historisch als Flags bezeichnet, dient als Zwischenspeicher des Programms. Ein einzelnes Flag-Bit, beispielsweise M0.0, speichert einen booleschen Zustand; acht aufeinanderfolgende Bits bilden das Flag-Byte MB0, adressiert als M0.0 bis M0.7. Flag-Wörter (MW) und Flag-Doppelwörter (MD) werden durch Gruppierung von Bytes gebildet. Die Größe des M-Bereichs variiert je nach CPU: Eine CPU 314 bietet 256 Bytes, eine CPU 315-2 DP 2048 Bytes und eine CPU 319-3 PN/DP 8192 Bytes. Bei einigen S7-300-CPUs ist ein Teil des M-Bereichs, beispielsweise die ersten 256 Bytes, für Systemdaten reserviert, die vom Betriebssystem und Systemfunktionen verwendet werden. Die Verwendung dieser Adressen im Benutzerprogramm kann zu unvorhersehbarem Verhalten führen. Daher müssen die technischen Daten der jeweiligen CPU konsultiert werden, bevor der M-Bereich frei belegt wird.
Timer (T) und Zähler (C) sind Funktionselemente mit einem internen Zustand: Ein Timer speichert die verbleibende Zeit, ein Zähler den Zählerstand. Ihre Anzahl ist pro CPU festgelegt, beispielsweise 256 Timer und 256 Zähler auf einer CPU 314 und jeweils 2048 auf einer CPU 319-3 PN/DP. Lokale Daten (L) sind der Stackbereich, der die temporären Variablen des aktuell aktiven Aufrufs enthält. Bei jedem Aufruf eines Funktionsblocks (FB) oder Funktionsblocks (FC) reserviert die CPU einen Bereich des lokalen Datenstacks für die temporären Variablen dieses Blocks. Tiefe Verschachtelungen oder große temporäre Strukturen können den Stack erschöpfen, was zu einem Programmierfehler und, falls unbehandelt, zu einem Abbruch führt. Auf S7-300-CPUs beträgt die Größe des lokalen Datenstacks typischerweise 32 KB und wird von den Prioritätsklassen gemeinsam genutzt; auf S7-400-CPUs ist die Kapazität größer und bei neueren Modellen pro Prioritätsklasse zugewiesen.
Bei Verlust oder Zurücksetzung des Systemspeichers werden die nicht-speichernden Bereiche I, Q, M, T, C und L bei jedem Neustart initialisiert und die nicht-speichernden Datenbanken auf ihre Ladewerte zurückgesetzt. Speichernde Bereiche werden aus dem Ladespeicher wiederhergestellt; dieser Mechanismus wird in den folgenden Abschnitten erläutert.
Das entscheidende Merkmal des Speicherkonzepts des S7-300 ist das Fehlen einer Batterie. Das Programm befindet sich auf dem MMC, der Arbeitsspeicher wird bei jedem Einschalten vom MMC neu geladen, und auch die Speicherdaten werden auf dem MMC gespeichert. Erkennt die CPU einen Stromausfall, speichert sie die aktuellen Werte der konfigurierten Speicherbereiche auf dem MMC; beim nächsten Einschalten werden diese wiederhergestellt. Dieses Design hat drei praktische Konsequenzen.
Zunächst einmal ist die MMC in einem engeren Sinne ein Verschleißteil. Flash-Speicher haben eine begrenzte Anzahl an Schreib- und Löschzyklen, und bei jedem Stromausfall werden die Speicherbereiche neu beschrieben. Im normalen Betrieb ist dies unproblematisch, jedoch verkürzen Programme, die Speicherdaten in schnellen Zyklen verändern oder die Systemfunktionen SFC 82 bis SFC 84 verwenden, um Datenblöcke in einer Schleife auf die MMC zu schreiben, die Lebensdauer der Karte. Die Nennanzahl der Schreibzyklen ist in der Siemens-Dokumentation für die Karte angegeben.
Zweitens ist die Konfiguration des Speicherspeichers explizit. In STEP 7 definiert der Dialog „CPU-Eigenschaften“ (Hardwarekonfiguration, Registerkarte „Speicherspeicher“), wie viele Bytes von M, wie viele Timer und wie viele Zähler gespeichert werden. Der Standardbereich für das Speicherflag liegt bei den meisten S7-300-CPUs zwischen M 0,0 und M 15,7. Datenblöcke werden einzeln gespeichert, indem sie in den Blockeigenschaften mit dem Attribut „Beibehalten“ markiert werden. Nur die konfigurierten Bereiche bleiben nach einem Neustart erhalten; alle anderen Werte werden initialisiert.
Drittens ist das Downloadverhalten einfach und einheitlich. Ein normaler Download in STEP 7 schreibt den Baustein in den MMC (Ladespeicher) und kopiert ihn in den Arbeitsspeicher. Es gibt keinen separaten Pfad „Nur in den RAM herunterladen“ auf der S7-300: Mit einem MMC ist jeder Download automatisch nichtflüchtig. Der Upload funktioniert analog: Ein Upload liest vom MMC. Ersatz-MMC-Karten in allen Kapazitäten sind im Siemens-SPS-Ersatzteilkatalog aufgeführt. Dies ist wichtig für Betriebe, die eine programmierte Ersatzkarte vorrätig halten müssen.
Die Batteriefrage, die die Diskussionen um den S7-400 dominiert, stellt sich beim S7-300 nicht. Besitzt die CPU des S7-300 keine Batterie, kann das Programm durch einen Batterieausfall nicht verloren gehen. Realistische Fehlerursachen sind ein fehlender, voller, schreibgeschützter oder defekter MMC-Speicher, die jeweils in Abschnitt 9 erläutert werden.
Das Speicherkonzept des S7-400 basiert auf einem batteriegepufferten RAM, wobei der Flash-EPROM als Sicherheitsnetz dient. Die Backup-Batterie, beispielsweise 6ES7971-0BA00, erhält den RAM-basierten Ladespeicher und die gespeicherten Daten aufrecht, solange der Controller ausgeschaltet ist. Das CPU-Modul verfügt außerdem über eine integrierte, wiederaufladbare Pufferbatterie, die den RAM während eines Batteriewechsels für eine begrenzte Zeit – im voll aufgeladenen Zustand einige zehn Minuten – aufrechterhält. Dank dieser Pufferbatterie kann die Batterie überhaupt im ausgeschalteten Zustand gewechselt werden. Sie darf jedoch niemals länger als im Handbuch angegeben genutzt werden.
Die Flash-EPROM-Karte, beispielsweise 6ES7952-1KM00-0AA0, ist die nichtflüchtige Schicht des S7-400. Sie ist zwar nicht zwingend für den Betrieb erforderlich, entscheidet aber darüber, ob ein Batterieausfall behoben werden kann oder nicht. Die Kartenfamilie umfasst Speicherkapazitäten von 64 KB bis 64 MB, wobei die maximale Größe von der CPU abhängt. Die in Abschnitt 2.2 beschriebene Startsequenz bewirkt, dass sich eine CPU mit einer aktuellen EPROM-Karte nach einem leeren Akku automatisch erholt; eine CPU ohne EPROM-Karte startet im STOP-Modus und muss die Daten erneut herunterladen.
Das Downloadverhalten des S7-400 ist zweistufig, und eine Verwechslung dieser beiden Stufen ist eine häufige Ursache für Probleme im Feldeinsatz:
1. Ein normaler Download schreibt den Block in den RAM-Ladespeicher und den Arbeitsspeicher. Die Änderung ist sofort wirksam, aber flüchtig: Sie bleibt nur so lange erhalten, wie die Batterie den RAM mit Strom versorgt.
2. „Download to EPROM“ (oder „Copy RAM to ROM“) schreibt den aktuellen Speicherinhalt auf die Flash-EPROM-Karte. Die Änderung bleibt dann auch bei vollständigem Batterieausfall erhalten.
Die typische Fehlersequenz beim S7-400 ist daher folgende: Man lädt nachmittags eine Modifikation herunter, kopiert den RAM nicht in den ROM und stellt zwei Wochen später nach einem Stromausfall mit leerer Batterie fest, dass die CPU mit dem alten Programm aus dem EPROM neu startet. Die Modifikation existierte nur im RAM und ging verloren. Das Aktualisieren des EPROMs nach jeder Inbetriebnahmeänderung ist die mit Abstand effektivste Wartungsmaßnahme für den Speicher des S7-400.
Die S7-400 meldet ihren Batteriestatus kontinuierlich. Bei niedrigem Batteriestand leuchtet die BATF-LED an der Vorderseite der CPU oder des Netzteils auf und ein Eintrag wird im Diagnosepuffer gespeichert. In STEP 7 wird der detaillierte Status unter „Hardware-Diagnose / Modulinformationen“ auf der Registerkarte „Batterie“ angezeigt. Dort werden der Batteriestatus und bei vielen CPUs die geschätzte verbleibende Backup-Kapazität aufgeführt. Backup-Batterien wie die 6ES7971-0BA00 sind im SPS-Ersatzteilsortiment enthalten, da sie Verbrauchsmaterialien mit einer Lebensdauer von Jahren, nicht Jahrzehnten, sind.
Die zentrale Frage in jeder Diskussion über Speicherprojekte lautet: Wie viel Arbeitsspeicher und wie viel Lastspeicher verfügt die CPU tatsächlich? Tabelle 3 enthält repräsentative Werte für fünf weit verbreitete CPUs. Der Arbeitsspeicher ist fest vorgegeben; der Lastspeicher entspricht der maximalen Größe der MMC- oder EPROM-Karte, die die CPU unterstützt.
Tabelle 3: Repräsentative CPUs und deren Speicher
CPU | Auftragsnummer | Arbeitsspeicher | Maximaler Auslastungsgrad | Typische Nutzung
CPU 314 | 6ES7314-1AG14-0AB0 | 128 KB | MMC bis zu 8 MB | Mittelgroße Rechner, Standardanwendungen der S7-300
CPU 315-2 DP | 6ES7315-2EH14-0AB0 | 256 KB | MMC bis zu 8 MB | Verteilte E/A über PROFIBUS DP
CPU 319-3 PN/DP | 6ES7318-3EL01-0AB0 | 2 MB | MMC bis zu 8 MB | Große S7-300-Anwendungen mit PROFINET
CPU 414-2 | 6ES7414-2XK05-0AB0 | 512 KB | RAM plus EPROM bis zu 64 MB | Anwendungen für den mittleren Leistungsbereich des S7-400
CPU 417-4 | 6ES7417-4XT05-0AB0 | 4 MB | RAM plus EPROM bis zu 64 MB | Hochleistungsanwendungen für S7-400
Aus der Tabelle ergeben sich zwei Dimensionierungsregeln. Erstens: Der Arbeitsspeicher ist die begrenzende Größe für die Programmlogik. Projekte mit großen Datenblöcken oder vielen Blöcken im zyklischen Pfad benötigen ausreichend Arbeitsspeicher, da die CPU direkt aus dem Arbeitsspeicher arbeitet und Code nicht bei Bedarf aus dem Ladespeicher laden kann. Zweitens: Der Ladespeicher ist die begrenzende Größe für die Projektdaten: Symbole, Kommentare und Technologieobjekte werden ausschließlich im Ladespeicher abgelegt. Selbst ein Projekt, das zu 300 KB Code kompiliert wird, benötigt möglicherweise noch eine 2 MB große MMC, sobald Kommentare und Symbolinformationen hinzugefügt werden. Üblicherweise wird die MMC bei der Inbetriebnahme großzügig dimensioniert, da ein späterer Kartentausch einen vollständigen Download und einen kurzen Produktionsstopp erfordert.
Die persistenten Daten sind die Zustände, die einen Neustart überstehen müssen: Fertigteilzähler, Rezeptauswahlen, Betriebsmodus-Flags und kumulierte Werte. Der Konfigurationsvorgang ist in beiden Produktfamilien strukturell identisch, der zugrunde liegende Speichermechanismus unterscheidet sich jedoch.
Öffnen Sie auf dem S7-300 die CPU-Eigenschaften in der Hardwarekonfiguration und wählen Sie die Registerkarte „Speicher“. Definieren Sie dort die Speicherbereiche für den Bit-Speicher (z. B. standardmäßig 16 Byte M), die Anzahl der Speichertimer und die Anzahl der Speicherzähler. Datenblöcke werden einzeln behandelt: Markieren Sie den Block in den DB-Eigenschaften als „Beibehalten“. Die gespeicherten Daten werden dann beim Ausschalten auf dem MMC abgelegt und beim Einschalten wiederhergestellt, weshalb sie auch ohne Batterie erhalten bleiben.
Beim S7-400 werden die Speicherbereiche im selben Dialogfeld definiert, die Speicherung erfolgt jedoch im batteriegepufferten RAM. Die gespeicherten Werte bleiben auch nach einem Neustart erhalten, solange die Batterie intakt ist. Fällt die Batterie aus, während der Controller ausgeschaltet ist, gehen die gespeicherten Daten verloren, und die betroffenen Datenbanken werden beim nächsten Start auf ihre ursprünglichen Werte zurückgesetzt. Daher ist der Batteriestatus des S7-400 ein Wartungsthema und keine operative Angelegenheit.
Drei Konfigurationsfehler sind für die meisten Probleme mit persistenten Daten verantwortlich. Der Speicherbereich ist gar nicht konfiguriert, sodass die Flags bei jedem Neustart zurückgesetzt werden. Der Bereich ist zwar konfiguriert, aber der Datenbank fehlt das Attribut „Retain“, sodass die Datenbankinhalte zurückgesetzt werden, obwohl die M-Flags erhalten bleiben. Oder der Bereich ist in einem Projekt mit mehreren CPUs auf der falschen CPU konfiguriert, sodass die vorgesehene CPU zurückgesetzt wird, während eine ungenutzte CPU die Daten beibehält. Alle drei Fehler lassen sich innerhalb weniger Minuten diagnostizieren, indem man die Registerkarte „Speicher“ mit dem beobachteten Verhalten nach einem Test-Neustart vergleicht.
Speicherfehler der S7-300/400 äußern sich durch die LEDs, den Diagnosepuffer sowie das Verhalten beim Herunterladen und Hochladen. Tabelle 4 fasst die häufigsten Fehlermodi, ihre Ursachen und die jeweiligen Diagnosepfade zusammen.
Tabelle 4: Speicherbezogene Fehlermodi und Diagnoseverfahren
Symptom | Wahrscheinliche Ursache | Diagnostischer Weg | Therapie
CPU im STOP-Zustand; SF- und STOP-LEDs leuchten; Diagnosemeldung „STOP aufgrund eines Speicherfehlers“ | MMC fehlt oder ist defekt (S7-300) oder Ladespeicher beschädigt | Diagnosepuffer über STEP 7 lesen (zugängliche Knoten, Modulinformationen); MMC-Einsteckplatz prüfen | Eine funktionierende MMC mit einer Programmsicherung einlegen; Programm erneut herunterladen; defekte Karte austauschen
Download abgelehnt: „Kein Benutzerspeicher verfügbar“ | Arbeitsspeicher oder Ladespeicher erschöpft | Projektblockgrößen mit dem Arbeitsspeicher der CPU vergleichen; freien Ladespeicher prüfen | Nicht verwendete Blöcke löschen; Datenbankgrößen reduzieren; auf eine CPU mit mehr Arbeitsspeicher oder einen größeren MMC wechseln
Download abgelehnt: „Speicherkarte ist schreibgeschützt“ | MMC-Schieber in gesperrter Position | Schieber am Kartengehäuse prüfen | Schieber öffnen; Download wiederholen
Download auf einem S7-300 ohne eingelegte Karte abgelehnt | MMC fehlt | Kartensteckplatz prüfen; Diagnosepuffer lesen | MMC einlegen; die CPU akzeptiert dann den Download
S7-400 BATF-LED leuchtet; Diagnosemeldung „Batterie schwach“ | Backup-Batterie leer oder fehlt | Modulinformationen, Registerkarte „Batterie“; Spannung und Status prüfen | Batterie gemäß Abschnitt 11 austauschen; RAM-Inhalt anschließend prüfen
S7-400 startet nach Stromausfall mit einem älteren Programm neu | Batterie leer und EPROM-Karte enthält eine ältere Version als der letzte RAM-Download | EPROM-Datum mit der letzten Inbetriebnahmeänderung vergleichen | RAM nach jeder Änderung auf ROM kopieren / auf EPROM herunterladen; Batterie austauschen
Beim Hochladen werden keine Blöcke oder ein unvollständiges Projekt zurückgegeben | Blöcke existieren nur im Arbeitsspeicher oder die MMC enthält eine ältere Version (S7-300) | Versuchen Sie, vom Prozessor hochzuladen; prüfen Sie, welche Blöcke aufgelistet sind | Laden Sie das aktuelle Programm zuerst auf die MMC herunter; laden Sie es dann hoch
Datenverlust nach Neustart | Speicherbereiche nicht konfiguriert, Datenbank ohne Attribut „Beibehalten“ oder MMC beim Herunterfahren entfernt (S7-300) | Registerkarte „Speicher“ prüfen; kontrollierten Test-Neustart durchführen | Speicherbereiche und Beibehaltungsattribute konfigurieren; erneut herunterladen
SFC 82/83/84-Anrufmeldungen „Kein Benutzerspeicher verfügbar“ | MMC voll oder Schreibzykluslimit während der Laufzeit-Datenprotokollierung erreicht | Freier MMC-Speicherplatz prüfen; Anrufparameter überprüfen | Speicherplatz auf der Karte freigeben; alte protokollierte Datenblöcke archivieren und löschen
Zwei allgemeine Regeln beschleunigen diese Diagnosen. Erstens ist der Diagnosepuffer der wichtigste Nachweis: Er protokolliert die Stoppursache, den Zeitstempel und das Modul, das das Ereignis ausgelöst hat, und ist selbst von einer CPU im STOP-Zustand lesbar. Zweitens erklärt die Unterscheidung zwischen Lade- und Arbeitsspeicher die meisten unerwarteten Upload-/Download-Probleme: Befindet sich ein Block nicht im Ladespeicher, kann er nicht hochgeladen werden; befindet er sich nicht im Arbeitsspeicher, kann er nicht ausgeführt werden.
Die Speicherwartung älterer S7-300/400-Geräte folgt einem kleinen Regelwerk, das nahezu alle in Tabelle 4 aufgeführten Fehlerarten verhindert.
Sichern Sie Ihr System, bevor Sie Änderungen vornehmen. Vor jedem Download, jeder Speicherkartenoperation und allen Arbeiten mit dem Akku muss das Programm und die Hardwarekonfiguration vollständig auf die Engineering-Station hochgeladen werden. Die Sicherungsdatei ist die Garantie, die jeden nachfolgenden Schritt rückgängig macht. Viele Anlagen erstellen nach jeder Inbetriebnahmeänderung eine neue Sicherung und speichern die Datei auf einem Server, wobei das Datum im Dateinamen enthalten ist.
Überprüfen Sie den Akku des S7-400 regelmäßig. Der Akkustatus wird in STEP 7 Hardware-Diagnose / Modulinformationen auf der Registerkarte „Akku“ angezeigt. Die BATF-LED gibt einen lokalen Status an. Eine monatliche Überprüfung der BATF-LED im Rahmen der routinemäßigen Wartung sowie eine vierteljährliche Kontrolle der Registerkarte „Akku“ ermöglichen es, einen schwachen Akku frühzeitig zu erkennen, bevor es zu Produktionsausfällen kommt. Die Lebensdauer des Akkus wird in Jahren gemessen, variiert jedoch mit der Umgebungstemperatur und der Dauer von Stromausfällen. Daher ist ein kalenderbasierter Austausch weniger zuverlässig als ein zustandsorientierter.
MMC-Karten sind gemäß den Richtlinien zu behandeln. Das Einsetzen und Entfernen der MMC-Karte ist nur bei ausgeschalteter CPU zulässig. Das Entfernen einer Karte während des Betriebs oder eines Downloads kann die Karte beschädigen und erfordert eine Formatierung sowie einen erneuten Download. Die Karten sollten in antistatischer Verpackung aufbewahrt, mit Projektname und Firmware-Version beschriftet und nach Festlegung des endgültigen Inhalts mit dem Schieber schreibgeschützt werden. Eine programmierte Ersatzkarte im Lager ermöglicht die schnellste Notfallwiederherstellung einer S7-300-Anlage. Das Siemens-Ersatzteilsortiment für SPSen deckt die Kartenfamilie von 512 KB bis 8 MB ab.
Beachten Sie die Stromversorgung. Das Modell S7-300 wird vom Netzteil PS 307 und das Modell S7-400 vom Netzteil PS 407 versorgt. Beide sind für 120 V/60 Hz und 230 V/50 Hz Netzspannung erhältlich; der Eingangsspannungsbereich ist auf dem Typenschild jedes Moduls angegeben. Die Module sind CE-gekennzeichnet für den europäischen Markt und UL/CSA-gelistet für Installationen in Nordamerika. Ein defektes Netzteil verursacht Speicherprobleme, bevor es zu einem Totalausfall kommt, da Spannungseinbrüche den RAM-Inhalt beschädigen und Neustartsequenzen auslösen. Die Spannungsmessung an den Lastanschlüssen sollte im Rahmen derselben Wartungsmaßnahme wie die Batterieprüfung durchgeführt werden.
Für ältere Anlagen sollten Ersatzteile vorrätig gehalten werden. Anlagen, die S7-300/400-Hardware über deren ursprüngliche Lebensdauer hinaus betreiben, sollten mindestens eine programmierte MMC pro CPU-Typ, eine Ersatzbatterie pro S7-400 und je eine Ersatz-CPU jedes verwendeten Typs vorhalten. Ältere CPUs sind zunehmend schwerer zu beschaffen, daher sollte die Ersatz-CPU beschafft werden, solange der entsprechende Typ noch verfügbar ist. Verwendet die Anlage Flash-EPROM-Karten, vervollständigt eine Ersatzkarte mit dem aktuellen Programm das Set. Die Kosten für eine programmierte Karte und eine Batterie sind gering im Vergleich zu den Kosten eines ungeplanten Produktionsstillstands. Die Preise in US-Dollar variieren je nach Region und Verfügbarkeit.
Geht beim S7-300 das Programm verloren, wenn die Batterie leer ist? Nein, da der S7-300 keine Batterie zur Programmspeicherung besitzt. Das Programm befindet sich auf dem MMC-Speicher, und der Arbeitsspeicher wird bei jedem Einschalten vom MMC-Speicher neu geladen. Eine leere Batterie ist daher beim S7-300 keine Ursache für Programmverlust; die meisten S7-300-CPUs besitzen nicht einmal ein Batteriefach. Die Frage der Batterie betrifft den S7-400, dessen RAM-basierter Ladespeicher von der Backup-Batterie abhängig ist, solange der Controller ausgeschaltet ist.
Was passiert, wenn die MMC-Karte bei laufendem Prozessor entfernt wird? Der Prozessor kann in den Stopp-Modus wechseln, und die Karte selbst kann beschädigt werden, da der Prozessor beim Herunterfahren und während Downloads auf die MMC-Karte schreibt. Siemens gibt an, dass die MMC-Karte nur bei ausgeschaltetem Prozessor eingesetzt oder entfernt werden darf. Wurde die Karte im laufenden Betrieb entfernt, schalten Sie den Prozessor aus, setzen Sie die Karte wieder ein und überprüfen Sie den Diagnosepuffer. Ist die Karte beschädigt, formatieren Sie sie und laden Sie das Programm erneut aus der Sicherung herunter.
Wie aktiviere ich die Datenerhaltung auf einem S7-300? Öffnen Sie die CPU-Eigenschaften in der Hardwarekonfiguration und wählen Sie die Registerkarte „Speichererhaltung“. Definieren Sie die Speicherbereiche für den Bit-Speicher (Standard: M 0,0 bis M 15,7), die Anzahl der Timer und die Anzahl der Zähler. Markieren Sie Datenblöcke in ihren Eigenschaften mit dem Attribut „Beibehalten“. Die Daten werden dann beim Ausschalten auf dem MMC gespeichert und beim Einschalten wiederhergestellt – ohne Batterie. Beachten Sie, dass nur die konfigurierten Bereiche ihre Werte beibehalten; alle anderen Werte werden beim Neustart initialisiert.
Wie wird die Batterie des S7-400 gewechselt? Zuerst muss sichergestellt werden, dass das aktuelle Programm auf einer Flash-EPROM-Karte oder in einer Sicherungsdatei auf der Engineering-Station gespeichert ist. Dieser Schritt ist zwingend erforderlich. Anschließend öffnen Sie bei eingeschalteter CPU das Batteriefach und tauschen die Zelle gegen eine neue des gleichen Typs (6ES7971-0BA00) aus. Beachten Sie dabei die Pufferzeit des integrierten Akkus, die bei voller Ladung typischerweise einige Minuten beträgt. Vergewissern Sie sich nach dem Einsetzen, dass die BATF-LED erlischt, und überprüfen Sie den Status in den Modulinformationen auf der Registerkarte „Batterie“. Falls die CPU ausgeschaltet war und der RAM verloren gegangen ist, stellen Sie das Programm vor dem Neustart der Produktion von der EPROM-Karte oder aus der Sicherung wieder her.
Kann ich nur in den Arbeitsspeicher herunterladen? Beim S7-300 ist dies nicht möglich: Mit einer MMC-Karte wird jeder Download auf die MMC-Karte geschrieben und in den Arbeitsspeicher kopiert, sodass jeder Download automatisch nichtflüchtig ist. Beim S7-400 schreibt ein normaler Download in den RAM-Ladespeicher und in den Arbeitsspeicher; die Änderung ist flüchtig, es sei denn, Sie laden die Daten anschließend auf den EPROM herunter oder kopieren sie vom RAM in den ROM. Eine Änderung, die nur im RAM vorhanden ist, übersteht einen Neustart nur so lange, wie die Batterie den RAM mit Strom versorgt. Fällt die Batterie während eines Stromausfalls aus, geht die Änderung verloren und die CPU startet mit der EPROM-Version neu.
Warum werden beim Upload keine Blöcke angezeigt? Ein Upload liest aus dem Ladespeicher. Beim S7-300 können Blöcke, die nur im Arbeitsspeicher vorhanden sind, nicht hochgeladen werden. Dies tritt typischerweise auf, wenn die MMC nach dem letzten Download ausgetauscht oder formatiert wurde. Laden Sie das aktuelle Programm zuerst auf die MMC und führen Sie dann den Upload durch. Überprüfen Sie beim S7-400, ob nicht nur der Arbeitsspeicher, sondern auch der RAM-Ladespeicher das Programm enthält. Wenn die CPU nach einem Batterieausfall vom EPROM neu gestartet wurde, gibt der Upload die EPROM-Version zurück.
Wie lange hält der Akku des S7-400 und wann muss er ausgetauscht werden? Die Lebensdauer hängt von der Akkuchemie, der Umgebungstemperatur sowie der Häufigkeit und Dauer von Stromausfällen ab. Am zuverlässigsten ist ein zustandsorientierter Austausch: Tauschen Sie die Zelle aus, sobald die BATF-LED leuchtet oder die Modulinformationen einen niedrigen Ladezustand melden. In einem eingeschalteten Rack sind mehrere Jahre Betriebsdauer üblich. Der wiederaufladbare Pufferakku der CPU bietet nur ein begrenztes Zeitfenster für den Hauptakkuwechsel. Halten Sie daher vor Beginn des Vorgangs eine Ersatzzelle bereit.
Das Speicherkonzept des S7-300/400 ist dreischichtig aufgebaut. Der Ladespeicher enthält das vollständige Programm und ist nichtflüchtig (MMC beim S7-300, batteriegepufferter RAM mit optionalem Flash-EPROM beim S7-400). Der Arbeitsspeicher ist der flüchtige integrierte RAM, aus dem die CPU arbeitet und der bei jedem Start aus dem Ladespeicher neu aufgebaut wird. Der Systemspeicher stellt die Adressbereiche I, Q, M, T, C, L und DB bereit, wobei die Speicherbereiche in STEP 7 konfiguriert und beim Neustart aus dem Ladespeicher wiederhergestellt werden.
Die meisten Feldprobleme lassen sich auf wenige Ursachen zurückführen: eine fehlende oder schreibgeschützte MMC beim S7-300, eine leere Batterie oder ein veraltetes EPROM beim S7-400, ein nicht konfigurierter Speicherbereich oder ein Programm, das den Arbeitsspeicher überschreitet. Für jedes dieser Probleme gibt es einen definierten Diagnosepfad über die LEDs, den Diagnosepuffer und die Modulinformationen sowie eine definierte Lösung. Die Wartungsregeln zur Vermeidung solcher Probleme sind ebenso wenige: vor jedem Download ein Backup erstellen, das EPROM beim S7-400 stets aktuell halten, die Batterie regelmäßig prüfen, MMCs nur im ausgeschalteten Zustand handhaben und eine programmierte Ersatzkarte sowie eine Ersatzbatterie bereithalten. Für Anlagen mit älterer S7-300/400-Hardware sind diese Regeln keine optionale Sorgfaltspflicht; sie entscheiden über den Unterschied zwischen einem kurzen Eingriff und einer kompletten Wiederinbetriebnahme.
· [ ] Vollständiges Programm und Hardwarekonfiguration werden nach jeder Inbetriebnahmeänderung auf der Engineering-Station gesichert.
· [ ] In jeder S7-300 CPU ist eine MMC-Karte eingesetzt; pro CPU-Typ wird eine programmierte Ersatz-MMC-Karte gespeichert (Schreibschutzschieber geschlossen).
· [ ] MMC-Schiebereglerposition vor Downloads überprüft; Karten nur bei ausgeschaltetem Gerät eingelegt und entfernt.
· [ ] S7-400 BATF LEDs werden im Rahmen der monatlichen Routinekontrollen überprüft
· [ ] Der Batteriestatus des S7-400 wird vierteljährlich in den Modulinformationen unter dem Reiter „Batterie“ überprüft; eine Ersatzbatterie ist vorrätig.
· [ ] Flash-EPROM-Karten nach jedem Download auf dem neuesten Stand halten (RAM auf ROM kopieren / auf EPROM herunterladen)
· [ ] Speicherbereiche und Beibehaltungsattribute wurden nach jeder Konfigurationsänderung anhand der Prozessanforderungen überprüft.
· HEISSE TAGS : S7-300 S7-400 Siemens S7-300 Siemens S7-400 Speicher laden Arbeitsspeicher
Bitte lesen Sie weiter, bleiben Sie auf dem Laufenden, abonnieren Sie uns und wir heißen Sie herzlich willkommen, uns Ihre Meinung mitzuteilen.
Darüber hinaus möchten wir mit Ihrer Erlaubnis Cookies platzieren, um Ihren Besuch und die Interaktion mit slOC persönlicher zu gestalten. Hierzu verwenden wir Analyse- und Werbecookies. Mit diesen Cookies können wir und Dritte Ihr Internetverhalten innerhalb und außerhalb von super-instrument.com verfolgen und erfassen. Dabei passen wir und Dritte super-instrument.com und Werbung an Ihre Interessen an. Indem Sie auf „Akzeptieren“ klicken, stimmen Sie dem zu. Wenn Sie dies ablehnen, verwenden wir nur die notwendigen Cookies und Sie erhalten leider keine personalisierten Inhalte. Bitte besuchen Sie unsere Cookie-Richtlinie für weitere Informationen oder um Ihre Einwilligung in Zukunft zu ändern.
Accept and continue Decline cookies
