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HIMA CPU 01 控制器模块
时间: 2025-11-12浏览次数：
HIMA CPU 01 控制器模块
HIMA CPU 01 控制器模块
产品核心定位与认证
1. 核心功能
CPU 01 是 HIMatrix F60 模块化控制器的中央处理单元，承担三大核心职责：
存储与执行：存储操作系统（OS）和用户程序，执行逻辑运算、I/O 信号处理、安全自检等核心功能。
通信管理：通过以太网和现场总线接口，实现与编程调试工具（PADT）、远程 I/O、外部系统的安全 / 非安全通信。
状态监控：实时监测供电电压、运行温度、硬件故障，异常时自动触发安全响应（如进入 STOP 状态）。
2. 安全与合规认证
模块通过多重国际标准认证，确保安全完整性：
认证机构 / 标准 认证等级 / 范围 适用场景
TÜV（IEC 61508/61511/62061） SIL 3 工业安全控制（如流程工业、机械安全）
TÜV（EN ISO 13849-1） Cat. 4、PL e 机械安全系统
TÜV CENELEC（EN 50126/50128/50129） SIL 4 铁路、高安全等级工业场景
CE EMC、ATEX Zone 2 欧盟市场合规，爆炸危险区 Zone 2 使用
FM Approvals Class I, DIV 2 北美市场防爆场景
PNO PROFIBUS DP Slave 现场总线兼容性认证
3. 产品变体与兼容性
模块分为两种变体，适配不同编程工具，不可交叉使用：
CPU 01：适配 ELOP II Factory 编程工具，要求 CPU OS≤V6.x、COM OS≤V11.x。
CPU 01 SILworX：适配 SILworX 编程工具，要求 CPU OS≥V7、COM OS≥V12.x。
关键限制：ELOP II Factory 创建的项目无法用 SILworX 编辑，反之亦然。
关键技术参数
1. 硬件配置
类别 详细参数
处理器系统 双处理器架构（uP1/uP2），带同步（SYNC）和看门狗（Watchdog）功能
通信接口 以太网：4 个 RJ-45 端口（10BASE-T/100BASE-Tx，支持自动协商、自动交叉）；
现场总线：2 个 9 针 D-sub 接口（FB1/FB2，RS485，需搭配可选子模块启用）
存储配置 CPU OS≤V6.x：最大 500kB 用户程序、500kB 用户数据；
CPU OS≥V7：最大 2047kB 用户程序、2047kB 用户数据；
日期 / 时间缓存：金电容供电
指示灯 系统 LED（RUN/ERR）、程序 LED（STOP/PROG/FAULT/FORCE/OSL/BL）、通信 LED（以太网 / 现场总线）
机械特性 尺寸：6 RU（机架单位）、4 HP；重量：280g；防护等级：IP20
2. 电源与环境要求
供电参数：额定电压 24VDC，允许波动范围 - 15%~+20%（18~28.8VDC），纹波峰值≤15%；工作电流：3.3VDC/1.5A、5VDC/0.1A。
环境限制：工作温度 0~60℃，存储温度 - 40~85℃，污染等级 II（IEC/EN 61131-2），海拔≤2000m，无冷凝。
电压监控：内置电压监测功能，<18VDC 触发报警（写入系统变量），<13VDC 自动关机。
3. 通信协议与端口
（1）支持协议
安全相关：安全以太网（Safe Ethernet）。
标准协议：Modbus TCP、OPC、SNTP（时间同步）、TCP S/R；Ethernet/IP 仅支持 CPU OS≤V6.x。
（2）默认网络端口
端口类型 端口号 用途
UDP 8000 编程工具（PADT）连接
UDP 8001 ELOP II Factory 远程 I/O 配置
UDP 8004 SILworX 远程 I/O 配置
UDP 6010 安全以太网、OPC
UDP 123 SNTP 时间同步
UDP/TCP 502 Modbus（用户可修改）
TCP 44818 EtherNet/IP 显式消息服务
TCP 2222 EtherNet/IP 数据交换
安全操作规范
1. 静电防护（ESD）
操作人员必须掌握 ESD 防护知识，工作时佩戴防静电腕带，工作区需无静电干扰。
模块闲置或运输时，需存放于原厂防静电包装，禁止直接接触电路板。
2. 安装与操作安全
安装限制：Zone 2 场景需置于 IP54 及以上防护等级外壳，外壳需标注 “仅允许断电操作（排除爆炸风险时除外）”。
线缆要求：信号线与电源线分开布线，避免干扰；Zone 2 安装需遵循 DIN EN 60079-15/14 标准（端子、布线、爬电距离等）。
禁止行为：带电插拔模块或线缆；在模块运行时操作复位键；用非原厂配件替换核心部件。
3. 紧急与残留风险
紧急响应：模块故障时自动进入安全状态（输入停止处理、输出断电），禁止任何阻止系统安全运行的操作。
残留风险：可能源于工程设计缺陷、用户程序错误、接线故障，需通过合规设计和定期测试规避。
安装与配置流程
1. 安装步骤
（1）基础安装（机架内）
断电状态下，将模块沿机架上下导轨插入，对准背板插槽，按压前端板直至卡扣 “咔嗒” 锁定。
用前端板上下两侧的螺丝固定模块，确保安装牢固。
连接线缆：以太网电缆（RJ-45）、现场总线电缆（D-sub，需搭配子模块）、电源线（通过电源模块供电，无需直接接线）。
（2）Zone 2 特殊安装
额外要求：外壳防护等级≥IP54，确保散热（模块基础功耗 6.5W，带通信子模块时可达 12W）。
电源要求：需使用 PELV/SELV 级安全隔离电源，符合 IEC 61131-2 标准。
标签粘贴：外壳需粘贴 ATEX 合规标签，模块自带 “Ex113GExnA II T4X” 标签。
2. 配置流程
（1）工具选择与前期准备
确认模块 OS 版本：通过型号标签或前端 LED 判断，选择对应编程工具（ELOP II Factory/SILworX）。
参考文档：需搭配 HIMatrix 系统手册（HI 800 191 E）、安全手册（HI 800 023 E）、编程工具帮助文档。
（2）核心配置步骤
硬件映射：在编程工具中创建项目，按机架插槽配置 CPU 模块（Slot 2）和 I/O 模块（Slot 3~8），SILworX 与 ELOP II Factory 插槽编号略有差异（参考下表）。| 机架插槽 | SILworX 插槽号 | ELOP II Factory 插槽号 | 模块类型 || --- | --- | --- | --- || 1 | - | - | PS 01 电源模块（无需配置） || 2 | 0（CPU）/1（COM） | - | CPU / 通信模块（集成） || 3 | 2 | 1 | I/O 模块 || 4 | 3 | 2 | I/O 模块 || 5~8 | 4~7 | 3~6 | I/O 模块 |
网络配置：设置 IP 地址（默认 192.168.0.99）、子网掩码，确保与 PADT（编程电脑）网段一致；如需修改，可通过编程工具或复位功能恢复默认值。
程序编写与下载：用功能块图（FBD）等 IEC 61131-3 标准语言编写用户程序，编译后下载至模块 Flash EPROM。
安全配置：按安全手册设置看门狗时间（WDT）、安全循环时间，配置安全通信参数（如适用）。
3. 复位操作（恢复默认设置）
适用场景：忘记管理员账号密码或 IP 地址与 PADT 冲突。
操作步骤：
断开模块电源，拔下所有现场总线连接器（避免干扰其他设备）。
用绝缘材质针状物插入前端板复位孔，长按≥20s，同时接通电源重启模块。
复位效果：IP 地址恢复为 192.168.0.99，系统 ID（SRS）恢复为 60 000.0.0，仅默认管理员账户（空密码）激活。
注意：COM OS≥10.42 版本中，复位后需重新配置连接参数和账户，方可下载程序 / OS。
操作与诊断
1. 运行状态指示（LED 解读）
模块 LED 状态随 CPU OS 版本略有差异，核心含义如下：
（1）系统 LED
LED 颜色 状态 含义（CPU OS≥V8）
RUN 绿色 常亮 正常运行（STOP/RUN 状态）
RUN 绿色 Blinking1（600ms 通 / 断） 正在加载新操作系统
RUN 绿色 熄灭 非 RUN 状态
ERR 红色 常亮 缺少附加功能授权、测试模式
ERR 红色 Blinking1 故障停机（硬件 / 电压 / 配置故障），需 PADT 重启
ERR 红色 熄灭 无故障
（2）程序 LED
STOP（红色）：常亮 = STOP / 有效配置；闪烁 = STOP / 无效配置。
PROG（黄色）：常亮 = 加载配置 / OS、修改 WDT / 安全时间 / SRS。
FAULT（黄色）：闪烁 = OS 损坏、配置无效、I/O 故障。
FORCE（黄色）：常亮 = 强制功能准备；闪烁 = 强制功能激活。
（3）通信 LED
以太网（RJ-45 旁）：绿色 = 全双工；黄色 = 连接有效；闪烁 = 数据传输 / 冲突。
现场总线（FB1/FB2）：黄色 = 接口激活；同步闪烁 = 应急加载器激活。
2. 基本操作流程
（1）启动流程
确认模块安装牢固、线缆连接正确，无静电风险。
接通电源模块供电，模块自动执行 LED 自检（所有 LED 短暂点亮）。
启动编程工具，建立与模块的通信连接（通过 IP 地址）。
下载用户程序和配置文件，验证配置有效性。
将模块切换至 RUN 状态，通过 LED 和编程工具确认运行正常。
（2）停机流程
正常停机：通过编程工具将模块切换至 STOP 状态，待程序停止后断开电源。
紧急停机：模块故障时自动进入 ERROR STOP 状态，排查故障后通过 PADT 重启。
3. 诊断方法
一级诊断：通过前端 LED 状态判断故障类型（如 ERR 闪烁 = 系统故障，FAULT 闪烁 = I/O 故障）。
二级诊断：通过编程工具读取诊断日志、系统变量（如电源状态、温度状态），定位具体故障点。
常见诊断项：通信故障（端口 / 协议配置）、配置无效（插槽映射错误）、硬件故障（电压 / 模块损坏）。
维护与故障处理
1. 日常维护
定期维护：每 10 年执行一次验证测试（Proof Test），参考 HIMatrix 安全手册（HI 800 023 E）。
系统更新：利用停机时间通过编程工具升级操作系统（需先将模块置于 STOP 状态），升级前需确认新版本兼容性。
清洁要求：用干燥软布擦拭外壳，禁止用水或化学溶剂清洗；定期检查散热通风口无堵塞。
2. 故障处理
（1）常见故障与解决方案
故障现象 可能原因 解决方案
模块无法启动，ERR 常亮 电压过低、硬件故障 检查供电电压（≥18VDC），更换模块
通信失败，以太网 LED 熄灭 IP 地址冲突、线缆损坏 排查 IP 冲突（通信 LED 同步闪烁 = 冲突），更换网线
程序无法下载，PROG 闪烁 配置无效、OS 版本不兼容 验证插槽映射和配置参数，升级 / 降级 OS
I/O 无响应，FAULT 闪烁 I/O 模块故障、接线错误 检查 I/O 模块连接，重新接线并测试
现场总线无通信，FB LED 熄灭 未安装现场总线子模块 安装兼容的现场总线子模块
（2）模块更换流程
断开电源模块供电，拔下所有连接线缆（以太网、现场总线）。
松开模块固定螺丝，通过底部手柄将模块从机架导轨取出。
新模块按安装步骤固定，连接线缆，确保接线与原模块一致。
接通电源，下载原配置和程序，验证运行正常。
注意：仅可更换同型号模块或 HIMA 授权替代型号，禁止混用不同变体（CPU 01/CPU 01 SILworX）。
