Schneider 140CPU53414A Quantum Automatisierungs-CPU-Modul

Schneider  140CPU53414A  Quantum-Automatisierungs-CPU-Modul

I. Kollaboratives Mechanismus der Hardwarearchitektur und KernkomponentenKernfunktionen der Zentralverarbeitungseinheit (CPU)

Hierarchischer Speichermechanismus des Speichersystems

• RAM (Direktzugriffsspeicher): Speichert tempor?r laufende Programme, Ein- und Ausgabedaten sowie Zwischenergebnisse von Berechnungen, unterstützt schnelle Lese- und Schreiboperationen und erm?glicht die direkte Interaktion mit der CPU, um die Verarbeitungseffizienz zu verbessern.

• Programmspeicher (nicht flüchtig): Speichert von Benutzern geschriebene Steuerprogramme (z. B. kompilierten Code aus Leitungspl?nen, ST, SCL usw.) und unterstützt die Kapazit?tserweiterung über PCMCIA-Karten, um komplexen Prozesslogiken anzupassen.

• Daten-Speicherbereich: Speichert Systemkonfigurationsparameter, Echtzeit-erfasste Sensordaten (z. B. Temperatur und Druck), Ger?testatusinformationen und historische Aufzeichnungen. Ein Teil der Daten kann auch w?hrend eines Stromausfalls aufrechterhalten werden (unter Verwendung einer Batterie oder eines Kondensators als Reserve).

Kommunikationsschnittstellen und Protokollunterstützung

• Modbus-Serielle Schnittstelle (MB): Wird für die Kommunikation mit unteren Ger?ten (z. B. Instrumenten und Frequenzumrichtern) verwendet, um Daten zu sammeln und Steuerbefehle auszugeben.

• Modbus Plus (MB+)-Schnittstelle: Unterstützt schnelle Feldbuskommunikation und verbindet verteilte I/O-Module oder andere Controller.

• Ethernet-Schnittstelle (Teilmodelle): Unterstützt das Ethernet-TCP/IP-Protokoll und erm?glicht das Ferndownload von Programmen, die Anbindung an ein SCADA-System und die Interaktion mit Cloud-Daten.

• Kompatibilit?t von Kommunikationsprotokollen: Unterstützt Protokolle wie Modbus, Modbus Plus und TCP/IP und kann industrielle Netzwerke mit Drittanbieterger?ten (z. B. Sensoren und HMIs) oder übergeordneten Systemen aufbauen.

Stromversorgung und Zuverl?ssigkeitsdesign

• Unterstützung von Hardware-Redundanz (in Teilscenarios): Wenn es mit Hot-Standby-Modulen (z. B. der 140CPU67xxx-Serie) kombiniert wird, synchronisieren die prim?re und die Standby-CPU die Daten über einen dedizierten Bus. Wenn das prim?re Modul ausf?llt, erfolgt automatisch ein Wechsel, um einen unterbrechungsfreien Betrieb des Systems zu gew?hrleisten.

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II. Zyklischer Mechanismus der Datenverarbeitung und BefehlsausführungArbeitsmodus des Scancyklus

• Eingabeprobenahme-Phase: Liest Feldsignale (z. B. digitale und analoge Sensordaten) von I/O-Modulen über den Rückwandbus, wandelt sie in digitale Signale um und speichert sie im Eingabebildregister. Die Abtastgenauigkeit von physikalischen Signalen (z. B. Spannung und Strom) wird durch die unterstützten I/O-Module (z. B. das 140ACI-Analogmodul) bestimmt.

• Programmausführungs-Phase: Liest Benutzerbefehle nacheinander aus dem Programmspeicher und führt logische/arithmetische Verarbeitungen basierend auf dem Eingabebildregister, internen Registern und vorherigen Operationsergebnissen durch. Beispiel:

• Führt digitale Logikoperationen (UND, ODER, NICHT) aus, um das Starten/Stoppen von Motoren zu steuern;

• Führt analoge Operationen (z. B. Temperatur-PID-Regelung und Druckumwandlung) durch und aktualisiert interne Datenspeicherregister.

• Ausgabefrischungsphase: Wandelt die Programmausführungsergebnisse aus dem Ausgabebildregister in physikalische Signale (z. B. Relaiskontaktbet?tigungen und analoge Stromausgaben) über das I/O-Modul um und steuert Aktoren (z. B. Magnetventile und Frequenzumrichter) an.

Interruptbehandlungsmechanismus

Unterstützt Notfall-Interrupt-Ereignisse (z. B. Ausl?sung von Hochgeschwindigkeitsz?hlern und Hardwarefehleralarme). Wenn ein Interruptsignal empfangen wird, wird der aktuelle Scancyklus sofort angehalten, der Interruptprogramm wird priorisiert bearbeitet und nach der Bearbeitung wird zum ursprünglichen Scanprozess zurückgekehrt, um eine schnelle Reaktion auf Situationen (z. B. Sicherheits-Haltesignale) zu gew?hrleisten.

III. Arbeitsweise der Kommunikation und NetzwerkkollaborationInterne Kommunikation: Dateninteraktion über den Rückwandbus

Externe Kommunikation: Vernetzung zwischen Ger?ten und Systemen

• Modbus-Kommunikation: Etabliert Master-Slave-Kommunikation mit unteren Ger?ten (z. B. intelligenten Instrumenten und Sensoren) über serielle Schnittstellen. Die CPU als Masterstation fragt periodisch die Daten der Slave-Stationen ab oder gibt Steuerbefehle (z. B. Einstellung von Frequenzumrichterparametern) aus.

• Industrielle Ethernet-Kommunikation: Greift über die Ethernet-Schnittstelle auf das Fabrik-LAN zu, übertr?gt Produktionsdaten (z. B. Ausgabe und Ger?testatus) an das SCADA-System, MES-System oder die Cloudplattform und empf?ngt gleichzeitig Parameteranpassungsbefehle (z. B. ?nderung von Steuerlogikparametern) von der übergeordneten Rechner.

• Hot-Standby-Kommunikation (falls unterstützt): Synchronisiert die Speicherdaten in Echtzeit mit dem Standby-CPU-Modul über eine dedizierte Redundanzschnittstelle (z. B. das 140XBP-Busbrückenmodul), um kein Datenverlust beim Wechsel zwischen prim?rer und Standby-Einheit zu gew?hrleisten, wobei die typische Umschaltzeit im Millisekundenbereich liegt.

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IV. Logik des Programmablaufs und des SteuerungssystemsProgrammiersprachen und Programmausführungslogik

Fehlerdiagnose und Selbstwartungsmechanismus

Eingebaute Hardware-Diagnosefunktionen überwachen in Echtzeit den CPU-Status (z. B. Speicherparit?tsfehler und Buskommunikationsfehler), Anomalien in I/O-Modulen und Programmausführungsfehler (z. B. Division durch Null). Sie geben die Fehlertypen intuitiv über die LED-Anzeigen auf der Frontplatte (z. B. RUN, ERROR und BATTERY) zurück und k?nnen die Diagnoseinformationen über die Kommunikationsschnittstellen an das überwachungssystem übertragen, um Wartungspersonal bei der Lokalisierung von Problemen zu unterstützen.

V. Typischer Arbeitsablauf in industriellen Anwendungen (am Beispiel einer Fertigungslinie)

• Eingangssammlung: Sensoren (z. B. Lichtschranken und Druckaufnehmer) erfassen das Ankommen von Materialien oder den Ger?testatus. Die Signale werden über I/O-Module in den Eingabebildbereich der CPU eingegeben und in digitale Werte (0/1) oder analoge Werte (z. B. 4-20 mA entsprechen einem Bereich von 0-100%) umgewandelt.

• Logische Verarbeitung: Die CPU führt Benutzerprogramme aus, urteilt anhand der Eingangssignale über den Materialtyp, berechnet die übertragungswege und ruft die entsprechende Steuerlogik (z. B. Motorenstart/Stop-Sequenzen und Bewegungsbahnen von Roboterarmen) auf, was komplexe Operationen wie die Suche in Datentabellen und PID-Anpassungen umfassen kann.

• Ausgangssteuerung: Steuert Aktoren über den Ausgabebildbereich an, z. B. die Geschwindigkeit von F?rderb?ndern, die Ventil?ffnung oder die Bewegung von Roboterarmgelenken, um die Sortierung, Verarbeitung oder Montage von Materialien zu erreichen.

• Kommunikationsinteraktion: L?dt Produktionsdaten (z. B. Ausgabe und Ger?tebetriebszeit) über Ethernet an das SCADA-System hoch und empf?ngt gleichzeitig Parameteranpassungsbefehle (z. B. ?nderung von Steuerlogikparametern) von der Verwaltung. Es kommuniziert über Modbus mit Frequenzumrichtern, um die Motorgeschwindigkeit anzupassen.

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VI. Kollaborative Arbeitsweise mit anderen Modulen

• Mit I/O-Modulen: Verbunden mit digitalen I/O-Modulen (z. B. 140DDO35300) und analogen I/O-Modulen (z. B. 140ACO13000) über den Rückwandbus, um die Sammlung und Steuerung von Feldsignalen zu erreichen. Die Kommunikation zwischen I/O-Modulen und der CPU synchronisiert die Daten über das Busprotokoll (z. B. der Quantum-Bus).

• Mit Kommunikationsmodulen: Greift über Modbus- oder Ethernet-Kommunikationsmodule (z. B. 140NHM85400) auf gr??ere industrielle Netzwerke zu, arbeitet mit Robotercontrollern, Drittanbieter-PLCs oder intelligenten Instrumenten zusammen und realisiert die Dateninteraktion über Standardprotokolle (z. B. Modbus TCP).

• Mit Stromversorgungsmodulen: Verwendet dedizierte Stromversorgungsmodule (z. B. 140CPS11420), um eine stabile 24-V-DC-Stromversorgung bereitzustellen. Das Stromversorgungsmodul ist über Stromkabel mit der CPU verbunden, und einige Modelle unterstützen eine redundante Stromversorgungskonfiguration, um die Systemzuverl?ssigkeit zu verbessern.

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Fazit: Kernlogik der Arbeitsweise