Schneider 140CPU53414A Quantum módulo de CPU de automatización

Schneider  140CPU53414A  Módulo de CPU de automatización Quantum

I. Mecanismo de colaboración de la arquitectura de hardware y los componentes principalesFunciones principales de la Unidad Central de Procesamiento (CPU)

Mecanismo de almacenamiento jerárquico del sistema de memoria

• RAM (Memoria de Acceso Aleatorio): Almacena temporalmente los programas en ejecución, los datos de entrada/salida y los resultados de cálculo intermedios, admite operaciones de lectura/escritura de alta velocidad e interactúa directamente con la CPU para mejorar la eficiencia de procesamiento.

• Memoria de programa (No volátil): Almacena los programas de control escritos por el usuario (como el código compilado a partir de diagramas de escalera, ST, SCL, etc.), y admite la expansión de capacidad a través de tarjetas PCMCIA para adaptarse a la lógica compleja del proceso.

• área de almacenamiento de datos: Guarda los parámetros de configuración del sistema, los datos de sensores recolectados en tiempo real (como temperatura y presión), la información de estado del dispositivo y los registros históricos. Parte de los datos se puede mantener durante los cortes de energía (gracias a la batería o el respaldo del condensador).

Interfaces de comunicación y soporte de protocolos

• Puerto serie Modbus (MB): Se utiliza para la comunicación con dispositivos de nivel inferior (como instrumentos y convertidores de frecuencia) para lograr la recopilación de datos y la emisión de comandos de control.

• Interfaz Modbus Plus (MB+): Admite la comunicación de bus de campo de alta velocidad, conectando módulos de E/S distribuidos u otros controladores.

• Interfaz Ethernet (algunos modelos): Admite el protocolo Ethernet TCP/IP, lo que permite la descarga remota de programas, la conexión del sistema SCADA y la interacción de datos en la nube.

• Compatibilidad de protocolos de comunicación: Admite protocolos como Modbus, Modbus Plus y TCP/IP, y puede construir redes industriales con dispositivos de terceros (como sensores y HMIs) o sistemas de nivel superior.

Fuente de alimentación y dise?o de confiabilidad

• Soporte de redundancia de hardware (en algunos escenarios): Cuando se empareja con módulos de reserva activa (como la serie 140CPU67xxx), las CPU principal y de respaldo sincronizan los datos a través de un bus dedicado. Cuando el módulo principal falla, se cambia automáticamente para garantizar el funcionamiento ininterrumpido del sistema.

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II. Mecanismo cíclico de procesamiento de datos y ejecución de instruccionesModo de funcionamiento del ciclo de barrido

• Etapa de muestreo de entrada: Lee las se?ales de campo (como cantidades digitales y analógicas de sensores) de los módulos de E/S a través del bus de base, las convierte en se?ales digitales y las almacena en el registro de imagen de entrada. La precisión de muestreo de las se?ales físicas (como voltaje y corriente) está determinada por los módulos de E/S compatibles (como el módulo analógico 140ACI).

• Etapa de ejecución del programa: Lee las instrucciones del usuario una por una de la memoria de programa y realiza procesamiento lógico/aritmético basado en el registro de imagen de entrada, los registros internos y los resultados de operaciones anteriores. Por ejemplo:

• Ejecuta la lógica digital (AND, OR, NOT) para controlar el arranque/parada del motor;

• Realiza operaciones analógicas (como ajuste PID de temperatura y conversión de presión) y actualiza los registros de datos internos.

• Etapa de actualización de salida: Convierte los resultados de ejecución del programa del registro de imagen de salida en se?ales físicas (como acciones de contactos de relé y salida de corriente analógica) a través del módulo de E/S, y acciona los actuadores (como válvulas solenoides y convertidores de frecuencia).

Mecanismo de manejo de interrupciones

Admite eventos de interrupción de emergencia (como el disparo de un contador de alta velocidad y alarmas de fallas de hardware). Cuando se recibe una se?al de interrupción, se detiene inmediatamente el ciclo de barrido actual, da prioridad al procesamiento del programa de interrupción y vuelve al proceso de barrido original después del procesamiento, garantizando una respuesta rápida a situaciones (como se?ales de parada de emergencia de seguridad).

III. Principio de funcionamiento de la colaboración de comunicación y redComunicación interna: Interacción de datos a través del bus de base

Comunicación externa: Interconexión entre dispositivos y sistemas

• Comunicación Modbus: Establece una comunicación maestro-esclavo con dispositivos de nivel inferior (como instrumentos inteligentes y sensores) a través de puertos seriales. La CPU, como estación maestra, consulta periódicamente los datos de las estaciones esclavas o emite comandos de control (como configurar parámetros de convertidores de frecuencia).

• Comunicación de Ethernet industrial: Accede a la red local de la fábrica a través de la interfaz Ethernet, transmite datos de producción (como producción y estado del dispositivo) al sistema SCADA, sistema MES o plataforma en la nube, y al mismo tiempo recibe instrucciones de ajuste de parámetros (como modificar parámetros de lógica de control) desde la computadora superior.

• Comunicación de reserva activa (si se admite): Sincroniza en tiempo real los datos de memoria con el módulo de CPU de respaldo a través de una interfaz de redundancia dedicada (como el módulo puente de bus 140XBP), garantizando que no haya pérdida de datos durante el cambio entre principal y de respaldo, con un tiempo de cambio típico de milisegundos.

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IV. Lógica de funcionamiento del programa y sistema de controlLenguajes de programación y lógica de ejecución del programa

Mecanismo de diagnóstico de fallas y auto-mantenimiento

Las funciones de diagnóstico de hardware integradas monitorean en tiempo real el estado de la CPU (como errores de paridad de memoria y fallas de comunicación de bus), anomalías de módulos de E/S y errores de funcionamiento del programa (como división por cero). Proporciona una retroalimentación intuitiva del tipo de falla a través de indicadores LED del panel (como RUN, ERROR y BATTERY), y puede cargar la información de diagnóstico al sistema de monitoreo a través de interfaces de comunicación para ayudar a los técnicos de mantenimiento a localizar los problemas.

V. Flujo de trabajo típico en aplicaciones industriales (Tomando una línea de producción como ejemplo)

• Recopilación de entrada: Los sensores (como interruptores fotoeléctricos y transmisores de presión) detectan la llegada de materiales o el estado del dispositivo. Las se?ales se ingresan al área de imagen de entrada de la CPU a través de módulos de E/S y se convierten en cantidades digitales (0/1) o valores analógicos (como 4-20mA correspondientes a un rango de 0-100%).

• Procesamiento lógico: La CPU ejecuta los programas del usuario, juzga el tipo de material basado en las se?ales de entrada, calcula las rutas de transmisión y llama a la lógica de control correspondiente (como secuencias de arranque/parada del motor y trayectorias de movimiento del brazo robótico), lo que puede involucrar operaciones complejas como búsqueda en tablas de datos y ajuste PID.

• Control de salida: Acciona los actuadores a través del área de imagen de salida, como controlar la velocidad de motores transportadores, la apertura de válvulas o el movimiento de articulaciones del brazo robótico, para lograr la clasificación, procesamiento o ensamblaje de materiales.

• Interacción de comunicación: Carga datos de producción (como producción y tiempo de funcionamiento del dispositivo) al sistema SCADA a través de Ethernet, y al mismo tiempo recibe instrucciones de ajuste de parámetros de producción (como cambiar parámetros de lógica de control) emitidas por la gerencia. Se comunica con convertidores de frecuencia a través de Modbus para ajustar la velocidad de los motores.

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VI. Principio de funcionamiento en colaboración con otros módulos

• Con módulos de E/S: Se conecta a módulos de E/S digitales (como 140DDO35300) y módulos de E/S analógicos (como 140ACO13000) a través del bus de base para lograr la recopilación y control de se?ales de campo. La comunicación entre los módulos de E/S y la CPU sincroniza los datos a través del protocolo de bus (como el bus Quantum).

• Con módulos de comunicación: Accede a redes industriales de mayor escala a través de módulos de comunicación Modbus o Ethernet (como 140NHM85400), colabora con controladores de robots, PLC de terceros o instrumentos inteligentes, y realiza la interacción de datos a través de protocolos estándar (como Modbus TCP).

• Con módulos de alimentación: Depende de módulos de alimentación dedicados (como 140CPS11420) para proporcionar una fuente de alimentación de 24V DC estable. El módulo de alimentación se conecta a la CPU a través de cables de alimentación, y algunos modelos admiten la configuración de alimentación redundante para mejorar la confiabilidad del sistema.

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Conclusión: Lógica central del principio de funcionamiento