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GE IC697CPM914 GMR Redundant CPU-Modul

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Produktbeschreibung

GE IC697CPM914 GMR Redundant CPU Module

Das IC697CPM914 ist ein GMR (Genius Modular Redundancy) redundantes CPU-Modul in der GE Fanuc Series 90-70 PLC, speziell für hochzuverl?ssige industrielle Steuerungsszenarien entwickelt. Es gew?hrleistet, dass das System auch bei einem Einpunktfehler weiterhin betrieben werden kann, indem es eine Redundanzarchitektur verwendet. Sein Arbeitsverfahren dreht sich um den Kern von "redundanter Fehlertoleranz" und erreicht hohe Verfügbarkeit durch die Kombination von Hardware-Design, Datensynchronisierung und Fehlerschaltmechanismen. Hier ist eine detaillierte Analyse:

I. Kern-Design: Grundlage der Redundanzarchitektur

Das IC697CPM914 muss immer paarweise eingesetzt werden (Haupt-CPU + Reserve-CPU) und mit redundanten Stromversorgungen, redundanten Racks und GMR-Netzwerkkomponenten kombiniert werden, um ein vollst?ndiges redundantes Steuersystem zu bilden. Das Kernziel seines Hardware-Designs ist es, Einpunktfehler zu eliminieren, was speziell Folgendes umfasst:

Zweifache CPU-Module: Die Haupt-CPU und die Sekund?r-CPU arbeiten parallel mit vollst?ndig übereinstimmenden Hardware-Spezifikationen, um eine Leistungskonformit?t sicherzustellen.
Gemeinsamer Speicher/Synchronisationsverbindungen: Der Echtzeit-Datenaustausch zwischen den beiden CPUs wird über einen dedizierten Hochgeschwindigkeits-Synchronisationsbus (z. B. GMR-Backplane oder Glasfaserverbindungen) erreicht, wobei der Synchronisationszyklus normalerweise im Millisekundenbereich liegt.
Redundante I/O-Schnittstellen: Unterstützt die Verbindung mit redundanten I/O-Modulen (z. B. der IC697I/O-Serie), um sicherzustellen, dass die Eingangs- und Ausgangssignale zwischen der Haupt- und der Reserve-CPU übereinstimmen.

II. Arbeitsmodus: Zusammenarbeit und Synchronisation von Haupt- und Reserve-CPU

Das Redundanzsystem des IC697CPM914 arbeitet im "Hauptsteuerung + Hot-Standby"-Modus, wobei der genaue Ablauf wie folgt ist:

1. Phase des normalen Betriebs: Die Haupt-CPU steuert, die Reserve-CPU synchronisiert

Verantwortlichkeiten der Haupt-CPU:

Führt Benutzerprogramme aus (Leiterplandiagramme, strukturierter Text usw.), verarbeitet I/O-Signale und aktualisiert Prozessdaten.
Sendet kontinuierlich Echtzeitdaten (einschlie?lich Programmausführungsstatus, I/O-Daten, interne Registerwerte, Fehlerdiagnoseinformationen usw.) an die Reserve-CPU über den GMR-Synchronisationsbus.
überwacht ihren eigenen Hardware-Status (z. B. Temperatur, Speicher, Kommunikationsverbindungen) und den Status der Reserve-CPU und sendet regelm??ig "Heartbeat-Signale".

Verantwortlichkeiten der Reserve-CPU:

Empf?ngt Synchronisationsdaten von der Haupt-CPU, repliziert den Arbeitsstatus der Haupt-CPU in Echtzeit (einschlie?lich Programmausführungsfortschritt und Datenregisterwerte), aber steuert nicht direkt externe I/O.
überwacht unabh?ngig ihren eigenen Hardware- und Synchronisationsverbindungsstatus und meldet St?rungen an die Haupt-CPU, wenn sie festgestellt werden.
Beh?lt einen "Hot-Standby"-Zustand bei (Initialisierung abgeschlossen, bereit, jederzeit die Steuerung zu übernehmen) ohne Schaltverz?gerung.

2. Fehlermeldung und Schaltmechanismus

Wenn das System einen Fehler erkennt (z. B. ein Haupt-CPU-Ausfall, eine Unterbrechung der Synchronisationsverbindung, ein Stromausfall usw.), l?st es automatisch den Schaltvorgang aus, um eine unterbrechungsfreie Steuerung sicherzustellen:

Fehlererkennungsmethoden:

Hardware-Selbstüberprüfung: Sowohl die Haupt- als auch die Reserve-CPU überprüfen regelm??ig ihre Kernkomponenten (z. B. Prozessoren, Speicher, Bus-Schnittstellen). Wenn Fehler gefunden werden (z. B. Prüfsummenfehler, Timeout), werden sie als fehlerhaft markiert.
Heartbeat-überwachung: Die Reserve-CPU empf?ngt kontinuierlich "Heartbeat-Signale" von der Haupt-CPU. Wenn in aufeinanderfolgenden Zyklen keine Signale empfangen werden (konfigurierbar, normalerweise 2 - 5 Zyklen), wird festgestellt, dass die Haupt-CPU ausgefallen ist.
Synchronisationsverbindungsüberwachung: Wenn die Synchronisationsdatenübertragung zwischen der Haupt- und der Reserve-CPU unterbrochen wird (z. B. durch einen Glasfaserbruch), best?tigen beide Seiten den Verbindungsstatus über das Redundanznetzwerk, um Fehlurteile zu vermeiden.

Schaltvorgang:

Fehlerfeststellung: Nachdem festgestellt wurde, dass die Haupt-CPU ausgefallen ist oder die Synchronisationsverbindung nicht verfügbar ist, l?st die Reserve-CPU eine "übernahmeanforderung" aus.
Rollenwechsel: Die Reserve-CPU wechselt in den "Haupt-CPU"-Modus, übernimmt sofort die Steuerung der I/O-Module und setzt die Ausführung des Benutzerprogramms fort (basierend auf den neuesten synchronisierten Daten).
Fehleralarm: Die neue Haupt-CPU sendet Fehlernachrichten (z. B. Fehlertyp, Zeitstempel) an das SCADA/HMI-System über ein Kommunikationsmodul (z. B. IC697CMM741), um die Wartungspersonal zu alarmieren.
Reservewiederherstellung: Wenn die fehlerhafte Haupt-CPU repariert und wieder an das System angeschlossen wird, wechselt sie automatisch in den "Reserve-CPU"-Modus, synchronisiert die Daten von der aktuellen Haupt-CPU und stellt den redundanten Zustand wieder her.

III. Datensynchronisierungstechnologie: Sicherstellung der übereinstimmung zwischen Haupt- und Reserve-CPU

Die Datensynchronisierung zwischen der Haupt- und der Reserve-CPU ist der Kern des Redundanzsystems. Das IC697CPM914 verwendet eine Kombination aus inkrementeller Synchronisierung und periodischer vollst?ndiger Synchronisierung, um Echtzeitleistung und Zuverl?ssigkeit auszugleichen:

Inkrementelle Synchronisierung: Nach jeder Programmausführung sendet die Haupt-CPU nur die ge?nderten Daten (z. B. aktualisierte Register, I/O-Status) an die Reserve-CPU, wodurch das Datenübertragungsvolumen reduziert wird. Die Synchronisierungsverz?gerung betr?gt normalerweise <1ms.
Full synchronization: At regular intervals (configurable, e.g., 100ms), the primary CPU sends complete system status data (including program code, configuration parameters, historical fault records) to ensure the standby CPU is completely consistent with the primary CPU and avoid cumulative errors from incremental synchronization.
Data verification: All synchronized data is accompanied by a check code (e.g., CRC32). The standby CPU verifies data integrity upon receipt. If verification fails, it requests retransmission to prevent synchronization failures caused by incorrect data.

IV. GMR Network Collaboration: Redundant Expansion Support

The IC697CPM914 must work with GE's GMR network components (such as redundant switches, fiber optic modules) to achieve global redundancy. Its working principles include:

Redundant communication links: Communication between the primary/standby CPUs and I/O modules, as well as upper-level computers, is transmitted through dual links to prevent a single network failure from affecting control.
Global time synchronization: Through NTP or dedicated synchronization signals, the clocks of the primary/standby CPUs, redundant I/O, and remote sites are ensured to be consistent, avoiding timing conflicts in distributed control.
Fault isolation: When a fault occurs in an I/O module or remote site, the GMR network isolates the fault point, and the primary CPU only processes the control logic of the normal area without affecting the overall system operation.

V. Application Scenarios: Why Redundant CPUs?

The working principle of the IC697CPM914 determines that it is suitable for critical industrial scenarios where downtime is not allowed, such as:

Power industry (substations, generator set control): Downtime may cause large-scale power outages.
Petrochemical industry (continuous production equipment): Fault-induced downtime may lead to safety accidents or huge economic losses.
Rail transit (train signaling systems): Control interruptions may cause operational accidents.

Through its redundant design, the IC697CPM914 can increase the system's Mean Time Between Failures (MTBF) to tens of thousands of hours, meeting high reliability requirements.

Summary

The working principle of the IC697CPM914 can be summarized as: "Dual CPU hot standby + real-time data synchronization + fast fault switching." It eliminates single-point risks through hardware redundancy, ensures consistent primary-standby status through efficient synchronization, and achieves seamless switching through intelligent detection, ultimately providing "zero-downtime" level reliability guarantees for industrial conSteuersysteme. Sein Kern-Design besteht darin, die Systemverfügbarkeit zu maximieren, ohne die Steuerleistung zu beeintr?chtigen, was es zu einer Schlüsselkomponente der GE 90 - 70-Serie für kritische Steuerungsszenarien macht.

Unternehmensprofil

Guizhou Yuanmiao Automation Equipment Co., Ltd.

Hauptprodukte: Abdeckung global renommierter Marken: Bently Nevada, Triconex, Woodward, Foxboro, Westinghouse, Reliance, Schneider Modicon, ABB, AB (Allen - Bradley), Motorola, GE Fanuc, Yaskawa, Bosch Rexroth Rexroth, ACSO, YOKOGAWA, Rexroth, NI, ICS Triplex, Kollmorgen, Mitsubishi, MOOG, Emerson, B&R B&r, SST, ALSTOM, KUKA EPRO, LAM HIMA Dark Horse, HONEYWELL, prosoft, AMAT, SIEMENS usw. Die Produktkategorien umfassen: DCS - Systemzubeh?r, Ersatzteile für Robotersysteme, Ersatzteile für gro?e Servosysteme usw., die weit verbreitet in Bereichen wie Energie, Chemie, Metallurgie, Intelligente Fertigung usw. eingesetzt werden.

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