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YOKOGAWA
YOKOGAWA F3SP21-0N CPU 模块
产品详情
YOKOGAWA F3SP21-0N CPU 模块
产品概述
YOKOGAWA F3SP21-0N是日本横河电机（Yokogawa）推出的高性能工业级CPU模块，隶属于FA-M3系列无范围控制器系统核心控制部件，核心功能是作为PLC系统的“大脑”，负责接收、解析并执行用户程序，统筹协调系统内各类I/O模块、定位模块、通信模块等外设的工作，实现对工业自动化流程的精准控制与数据处理。该模块采用标准化插槽式安装设计，可无缝集成于FA-M3系列基础模块机架中，具备高速运算处理、丰富指令集、强大的外设扩展能力及完善的故障诊断功能，能有效适应工业现场复杂的控制需求，为各类工业自动化控制系统提供稳定、可靠的核心控制保障，广泛应用于对控制精度、响应速度和系统稳定性要求严苛的工业场景。
规格参数
- 核心运算规格：采用高性能工业级处理器，指令处理速度：基本指令0.1μs/步，应用指令0.5μs~数μs/步（因指令类型而异）；程序容量：内置Flash存储器，用户程序容量最大80KB，数据存储器容量最大32KB；
- I/O扩展能力：支持最多扩展256点数字量输入/输出，可适配FA-M3系列各类数字量、模拟量I/O模块，支持模块热插拔（需配合相应基础模块）；
- 通信功能：内置RS-485通信接口，支持Modbus RTU协议；可通过扩展通信模块实现Ethernet、PROFINET等多种工业网络通信，支持与上位机、HMI、其他PLC及工业物联网设备的数据交互；
- 保护与诊断功能：内置程序错误诊断、I/O故障诊断、通信异常诊断等功能，具备故障报警输出；支持用户程序密码保护，防止程序篡改；内置Watchdog定时器，可应对程序跑飞等异常工况；
- 环境适应性：工作温度范围0~50℃，相对湿度45%~85%RH（无结露），适用于室内安装；安装海拔不超过2000m，符合IEC 61131-2标准，污染等级2，过电压类别Ⅱ；
- 物理与安装：插槽式安装，适配FA-M3系列基础模块机架；端子间距5.0mm，推荐使用0.6×3.5规格、长度＞130mm的一字螺丝刀进行接线操作；模块尺寸（宽×高×深）符合FA-M3系列标准化尺寸，便于系统集成；
- 质保信息：标准质保期1年，验收期7天。
性能特点
- 高速运算处理：采用高性能工业级处理器，基本指令处理速度低至0.1μs/步，能快速执行复杂用户程序，保障控制系统的高响应速度，缩短控制周期；
- 丰富指令集支持：涵盖逻辑运算、算术运算、数据处理、运动控制、通信控制等全系列指令，可满足各类工业自动化控制场景的编程需求，降低程序开发难度；
- 强大扩展能力：支持大量I/O点扩展及多种功能模块（定位、通信、模拟量）扩展，可根据实际控制需求灵活配置系统，适配从小型到中型工业控制项目的不同需求；
- 可靠通信交互：内置RS-485接口及Modbus RTU协议，可直接与多种工业设备通信；支持扩展多种工业网络模块，实现与上位机的远程监控、数据采集及多PLC协同控制；
- 完善故障诊断：具备全面的故障诊断功能，可实时监测程序运行、I/O接口、通信链路等状态，出现异常时及时报警并输出故障信息，便于快速定位并排除故障，提升系统运维效率；
- 便捷编程与维护：支持符合IEC 61131-3标准的多种编程语言（梯形图、功能块图、指令表等），编程软件操作友好；具备程序上传/下载、在线监控、调试等功能，维护便捷；支持用户程序密码保护，保障知识产权安全。
工作原理
YOKOGAWA F3SP21-0N CPU模块的核心工作原理是作为PLC系统的核心控制单元，通过“输入采样-程序执行-输出刷新”的循环扫描机制，实现对工业自动化流程的精准控制。模块上电初始化完成后，首先进入循环扫描状态，整个工作流程可分为三个核心阶段。
第一阶段为输入采样阶段：CPU模块通过内部总线读取各扩展I/O模块采集的现场信号（如传感器、按钮等输入信号），并将这些信号状态存储到输入映像寄存器中。在本阶段，无论现场输入信号是否变化，输入映像寄存器中的数据都保持不变，直至下一个扫描周期的输入采样阶段才会更新。第二阶段为程序执行阶段：CPU模块按照用户程序的指令顺序，从程序存储器中逐条读取指令并执行。执行过程中，CPU模块根据程序逻辑，对输入映像寄存器中的数据进行运算、处理，将结果存储到输出映像寄存器中，此阶段输出映像寄存器中的数据会随程序执行不断更新。
第三阶段为输出刷新阶段：CPU模块将输出映像寄存器中存储的运算结果，通过内部总线传输至各扩展输出模块，由输出模块驱动现场执行机构（如继电器、接触器、电磁阀等）动作，完成一次控制循环。同时，CPU模块实时监测自身工作状态及各扩展模块的通信状态，通过Watchdog定时器监测程序运行状态，若出现程序跑飞、通信中断、I/O故障等异常情况，立即触发故障诊断机制，输出报警信号并记录故障信息。此外，CPU模块通过内置通信接口或扩展通信模块，与上位机、HMI等设备进行数据交互，实现控制指令接收、运行状态上传、程序下载与调试等功能，保障整个控制系统的协同高效运行。
注意事项
（一）安装注意事项
环境适配要求：仅可室内安装，避免温度超出0~50℃、湿度超出45%~85%RH的环境，严禁在结露、淋雨、阳光直射的区域安装；远离腐蚀性气体（如二氧化硫、氨气）、易燃气体、多粉尘、盐雾、金属粉末的场所；避开强振动、冲击、高频电磁干扰（如变频器、晶闸管设备）的区域；避免安装在加热器、变压器等高温设备附近，防止温度过高影响运算性能；
- 安装操作规范：安装需由专业工程师或熟练技术人员执行，严格按照FA-M3系列机架安装指南，将模块牢固插入指定插槽，确保模块与机架接触可靠，避免松动导致供电中断或接触不良发热；
散热与间距要求：模块周围必须预留不少于50mm的散热空间，严禁在散热通道内堆放杂物；与高压设备、动力电缆的间距不小于200mm，避免共板安装，提升抗干扰性能；若系统集成多个模块，需合理布局，避免模块间热量积聚；
（二）接线注意事项
- 断电操作前提：接线前必须关闭所有相关设备电源，确认输入电源电缆无电压后再进行接线，防止触电或设备损坏；
线缆规格适配：通信线缆、I/O信号线缆需选用符合工业标准的线缆，RS-485通信推荐使用双绞屏蔽线，屏蔽层单端接地；线缆连接器端子需与电流负载、端子尺寸匹配，避免接触不良导致信号传输异常；
极性与布线规范：严格按照产品手册标识进行接线，区分电源正负极、输入输出信号端子，严禁反接或错接，否则会直接损坏模块；通信线缆、I/O信号线缆需分开布线，避免与动力电缆交叉缠绕，远离仪表信号线缆，减少电磁干扰；通信线缆长度需控制在规格范围内（RS-485通信最大传输距离1200m），超出范围需使用中继器；
- 紧固与密封：接线端子需按照规定扭矩紧固（推荐0.5~0.7N·m），防止松动发热；未使用的电缆入口需用专用封堵塞密封紧固，确保外壳防护等级；接线完成后必须确认电气接线盖完全安装到位，避免异物进入或人员误触。
（三）操作与维护注意事项
额定参数限制：严格在产品额定规格范围内使用，确保供电电压稳定，不得超压输入；不得随意扩展超出额定数量的I/O模块或外设，避免总线负载过重导致通信故障或运算性能下降；
通电状态禁忌：设备通电时，严禁触摸任何端子或打开模块外壳，避免触电或静电损坏内部芯片；运行过程中不得插拔扩展模块或通信线缆，如需更换或插拔，必须先断电，否则会损坏模块或丢失程序数据；人体静电可能损坏内部敏感器件，操作前需遵守静电防护（ESD）规定（如佩戴防静电手环）；
异常处理规范：若发现模块异常发热、产生异味、通信中断或程序执行异常，需立即切断电源，停止使用并联系横河电机授权服务商检修，严禁自行拆卸模块或修改程序；故障排除后，需重新检查程序完整性及模块连接状态，确认无误后方可重新上电；
定期维护要求：定期（建议每6个月）检查模块安装牢固性、接线端子紧固情况及线缆老化程度，检查前必须断电；定期备份用户程序，防止程序丢失；清洁模块表面灰尘时需用干燥柔软的抹布，严禁使用湿布或腐蚀性清洁剂；
程序安全要求：用户程序需定期备份，避免因模块故障导致程序丢失；设置程序密码时，需妥善保管密码，防止密码遗忘导致程序无法修改；调试程序时，需先进行离线仿真，再进行在线调试，避免误操作导致现场设备异常动作；
