Technische Definition
In einem PLC-Steuerungssystem dient die Zentraleinheit (CPU) als Gehirn der speicherprogrammierbaren Steuerung. Sie ist dafür verantwortlich, Eingangssignale von angeschlossenen Sensoren und Geräten zu lesen, die benutzerprogrammierte Steuerlogik aus dem Speicher auszuführen, arithmetische und logische Operationen durchzuführen und Ausgangssignale zu erzeugen, um Aktoren, Motoren, Ventile und andere industrielle Geräte zu steuern. Die CPU verwaltet den gesamten Scan-Zyklus, übernimmt die Kommunikation mit anderen Geräten (wie HMIs, anderen SPSen oder SCADA-Systemen) und führt Diagnosefunktionen aus, um eine zuverlässige Automatisierungsprozesssteuerung zu gewährleisten. Die CPU ist eine Komponente in der Maschinen- und Anlagenbauindustrie, die typischerweise auf einer Hutschiene oder in einem Schaltschrank montiert wird. Sie besteht aus Halbleitersilizium, Kupfer, Kunststoff und Keramikmaterialien. Zu den wichtigsten Parametern gehören Taktrate (1,0–2,5 GHz), Kernanzahl (2–8 Kerne), RAM-Kapazität (256–1024 MB), Programmscanzeit (0,01–0,1 ms/KB), Betriebsspannung (24 V DC ±10%), Leistungsaufnahme (5–15 W), Betriebstemperatur (-40 bis 85 °C), Luftfeuchtigkeitsbereich (5–95% RH, nicht kondensierend), Schutzart (IP20–IP65 nach IEC 60529), Kommunikationsprotokolle (Ethernet/IP, Profinet, Modbus TCP), Speichertyp (Flash und SRAM) und Gewicht (0,5–2,0 kg). Diese Werte sind Referenzbereiche und müssen für das spezifische Modell und die Anwendung verifiziert werden. Die CPU arbeitet nach dem Prinzip des zyklischen Scans: Einlesen der Eingänge, Ausführen des Benutzerprogramms, Aktualisieren der Ausgänge sowie Durchführen von Diagnose- und Kommunikationsaufgaben. Sie ist für die Echtzeitsteuerung industrieller Prozesse unerlässlich. Bei der Beschaffung sind modellspezifische Werte und Normen mit dem Hersteller oder Lieferanten zu verifizieren.
Funktionsprinzip
Die CPU arbeitet nach einem zyklischen Scan-Prinzip: 1) Liest den Status aller Eingabemodule. 2) Führt das im Speicher abgelegte Benutzerprogramm (Kontaktplan, Funktionsbaustein, strukturierter Text usw.) Befehl für Befehl aus. 3) Aktualisiert den Status aller Ausgabemodule basierend auf den Programmergebnissen. 4) Führt interne Diagnose- und Kommunikationsaufgaben durch. Dieser Scan-Zyklus wiederholt sich kontinuierlich, typischerweise in Millisekunden, um eine Echtzeitsteuerung des industriellen Prozesses zu ermöglichen.
