Das System ist in der Lage, die Daten zu verarbeiten, die für die Bereitstellung von Daten erforderlich sind.

Siemens 6ES5948-3UA11 | SIMATIC S5 CPU 948 — S5-135U / S5-155U Zentraleinheit, 640KB RAM, 4MB Flash EPROM, TTY 20mA Schnittstelle, Doppelbreit, Ersatzteil aus Altsystem

Übersicht

Die Siemens 6ES5948-3UA11 ist die CPU 948 — die Zentraleinheit, die die SIMATIC S5-155U antrieb, Siemens' größte und leistungsfähigste speicherprogrammierbare Steuerung aus den 1980er und 1990er Jahren.

Um die Bedeutung der CPU 948 zu verstehen, muss man verstehen, was die S5-155U war: keine kompakte SPS für die Maschinensteuerung, sondern eine vollwertige Prozessautomatisierungssteuerung — der Vorläufer in Bezug auf Leistung und Anwendung dessen, was die S7-400 später werden sollte.

Die S5-155U mit CPU 948 wurde für die dezentrale Steuerung von Kraftwerken, die Steuerung von Chemie-Reaktoren, die großflächige Automatisierung der Wasseraufbereitung und kontinuierliche Prozessanwendungen spezifiziert, bei denen das Programm in Hunderten von Kilobytes und die E/A-Anzahl in Hunderten von Punkten gemessen wurde.

Die 6ES5948-3UA11 bietet 640 KB internen RAM — eine Zahl, die Kontext erfordert. Anfang der 1990er Jahre, als die CPU 948 entwickelt und eingesetzt wurde, waren 640 KB eine beträchtliche Speicherzuweisung für eine Industriesteuerung.

Der Programmspeicher der S5-155U wurde in STEP 5-Befehlswörtern gemessen, und 640 KB RAM unterstützten komplexe Prozesssteuerprogramme mit umfangreichem PID-Regelungsmanagement, Alarmverarbeitung und Datenhandhabung, die für die damalige Zeit anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben darstellten.

Heute ist die CPU 948 kein Produkt für Neuinstallationen — sie ist eine Wartungskomponente. Die S5-155U-Systeme, für die sie entwickelt wurde, sind immer noch in Altanlagen in Betrieb, oft in Anwendungen, bei denen die Kosten und Störungen einer Migration zu modernen Plattformen noch nicht gerechtfertigt waren.

Wenn eine CPU 948 in einer solchen Anlage ausfällt, ist die Beschaffung eines Ersatzgeräts der schnellste und am wenigsten störende Weg zur Wiederherstellung der Produktion.

Schlüsselmerkmale

S5-155U Architektur — Wo die CPU 948 arbeitet

Die S5-155U war eine modulare Rack-basierte Steuerung, die für die größten Automatisierungsaufgaben ihrer Generation ausgelegt war. Das System verwendete ein gemeinsames Bus-Rack (CR), das das CPU-Modul, mehrere E/A-Module und Kommunikationsprozessoren aufnehmen konnte.

Die CPU 948 ist ein doppelbreites Modul — sie belegt zwei physische Steckplätze im Rack.

Diese Doppelbreite wurde durch die Komplexität der internen Elektronik der CPU bedingt: der 640 KB RAM, der Steckplatz für das Speichermodul, der Steckplatz für die PG-Schnittstelle, die TTY-Kommunikationsschaltungen mit Stromschleife und die Prozessor- und Busschnittstellenelektronik belegen alle eine Leiterplattenbaugruppe, die nicht in die Standard-Einzelsteckplatzbreite passte.

Der Backplane-Bus des Racks verband die CPU 948 mit den E/A-Modulen zu ihrer Rechten und führte sowohl Adress-/Datenbus-Signale für den E/A-Zugriff als auch Strom.

Die 20mA TTY (Stromschleifen)-Schnittstelle auf der Frontplatte der CPU 948 diente als Programmier- und HMI-Anschluss — die gleiche physische Schnittstelle, die von Siemens-Bedienfeldern (OP5, OP15, OP25, OP35) und den STEP 5-Programmiergeräten der damaligen Zeit, von Handheld-Programmiergeräten bis hin zu PC-basierten PG 730 und PG 740 Engineering-Stationen, verwendet wurde.

640KB RAM und die Speichermodul-Architektur

Die Speicherarchitektur der CPU 948 spiegelt die technischen Realitäten der Halbleiterökonomie der späten 1980er und frühen 1990er Jahre wider. Der 640 KB interne RAM bot den Arbeitsspeicher für das Benutzerprogramm und die Daten — aber selbst 640 KB hatten in der großflächigen Prozessautomatisierung ihre Grenzen.

Der Steckplatz für das Speichermodul adressierte diese Einschränkung: ein steckbares Flash EPROM-Speichermodul konnte den gesamten adressierbaren Programm-/Datenspeicher auf bis zu 4 MB erweitern und bot damit genügend Platz für komplexe Multitasking-Prozesssteuerprogramme mit Hunderten von Programmblöcken, umfangreichen PID-Regelungsbibliotheken und großen Datenstrukturen für das Alarmmanagement.

In der Praxis diente das Flash EPROM-Speichermodul als Ladespeicher — der nichtflüchtige Speicher, aus dem das Programm beim Start in den Arbeitsspeicher geladen wurde.

Ein Einschaltzyklus veranlasste die CPU 948, das Programm vom EPROM-Speichermodul in den Arbeitsspeicher zu kopieren, bevor die Ausführung begann — ein Prozess, der bei großen Programmen mehrere Sekunden dauerte, weshalb S5-155U-Systeme für ihre längeren Neustartzeiten im Vergleich zu modernen Steuerungen bekannt sind.

TTY 20mA Stromschleife — Der Kommunikationsstandard der S5-Ära

Die 20mA Stromschleifen (TTY)-Schnittstelle auf der CPU 948 ist der RS-485 als Standard für SPS-Programmierung und HMI-Verbindungen voraus. Anstelle von spannungsbasierten Signalen verwendet die Stromschleife 20mA fließenden Strom, um eine logische '1' und 0mA für eine logische '0' darzustellen.

Diese strombasierte Kodierung bietet eine inhärente Störfestigkeit — industrielle Umgebungen mit großen Motoren und langen Kabelwegen erzeugen erhebliche elektromagnetische Störungen, und die differentielle Stromerfassung der Stromschleife ist weitaus weniger anfällig für diese Störungen als einseitige Spannungsübertragung.

Die Programmierung der S5-155U mit CPU 948 erforderte eine kompatible 20mA TTY-Schnittstelle auf dem Programmiergerät.

Der Anschluss eines modernen Laptops erfordert einen USB-zu-TTY-Adapter mit STEP 5-Software — typischerweise STEP 5 V7.2 oder neuer.

Wartung von Altsystemen — Warum CPU 948 Einheiten immer noch benötigt werden

Die S5-155U-Installationen, die auf CPU 948 Einheiten angewiesen sind, wurden für eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten gebaut.

Ein Petrochemieanlagen-Steuerungssystem, das 1992 mit S5-155U-Hardware installiert wurde, könnte bis in die 2020er Jahre auf der ursprünglichen Hardwareplattform verbleiben — die Ersatzkosten sind enorm, das Produktionsrisiko ist real, und solange die Hardware funktioniert, ist die wirtschaftliche Begründung für eine Migration schwer zu finden.

Wenn eine CPU 948 ausfällt, ist die sofortige Reaktion, eine Ersatz-Einheit vom Markt für industrielle Ersatzteile zu beschaffen und die Produktion so schnell wie möglich wiederherzustellen.

FAQ

F1: Was sind die Unterschiede zwischen den CPU 948 Varianten UA11, UA12 und UA13?

UA11 (diese Einheit) hat 640 KB RAM, eine TTY-Programmierschnittstelle und einen Speichermodul-Steckplatz. UA12 fügt eine zweite Schnittstellenbuchse hinzu, die den gleichzeitigen Anschluss eines Programmierterminals und eines Bedienfelds ermöglicht. UA13 spiegelt eine spätere Firmware-Revision wider.

Alle Varianten sind mechanisch mit dem S5-135U/155U Rack und elektrisch mit dem S5-Backplane kompatibel; das auf dem Speichermodul geladene Programm läuft auf jeder Variante, vorbehaltlich der Kompatibilität der Firmware-Version.

F2: Wie verbinde ich einen modernen PC mit der CPU 948 für Diagnose oder Programmierung?

Die CPU 948 verwendet eine 15-polige Cannon TTY (20mA Stromschleifen)-Schnittstelle. Der Anschluss eines modernen PCs erfordert einen USB-zu-TTY-Adapter, der mit dem AS511-Protokoll kompatibel ist, sowie Siemens STEP 5 V7.2 oder neuer, installiert auf einem Windows XP-System (oder einer virtuellen Maschine).

Eine direkte Verbindung über ein USB-Kabel zu einem modernen PC, auf dem STEP 7 oder TIA Portal läuft, ist nicht möglich.

F3: Wie wird das Programm nach dem Austausch einer ausgefallenen CPU 948 wiederhergestellt?

Wenn das Programm auf dem Flash EPROM-Speichermodul gespeichert ist, entfernen Sie das Speichermodul von der ausgefallenen CPU und setzen Sie es in die Ersatz-Einheit ein.

Die CPU lädt das Programm beim Einschalten automatisch vom Speichermodul — kein Programmiergerät erforderlich. 

Wenn kein Speichermodul vorhanden ist, muss das Programm von einem STEP 5-Archiv über ein TTY-angeschlossenes Programmierterminal heruntergeladen werden.

Deshalb wird die Speicherung des Programms auf einem EPROM-Speichermodul für alle Produktionsinstallationen dringend empfohlen.

F4: Können E/A-Module zum S5-155U Rack hinzugefügt werden, während die CPU 948 läuft?

Begrenzte Online-Modifikation wird unterstützt. Die CPU 948 überwacht die E/A-Modul-Steckplätze und kann neu eingesetzte Module während des Betriebs erkennen, aber die Adressierung und Integration neuer Module in das Programm erfordert in der Regel eine STEP 5-Programmmodifikation und einen Download.

Für sicherheitskritische Anlagen sollte jede Hardware- oder Programmänderung dem Änderungsmanagementverfahren des Standorts folgen und während eines geplanten Wartungsfensters durchgeführt werden.

F5: Welche Migrationsoptionen gibt es für ein S5-155U/CPU 948 System?

Das Standard-Migrationsziel ist die SIMATIC S7-400, wobei das STEP 5-zu-STEP 7-Konvertierungstool die Programmumstrukturierung unterstützt — obwohl eine manuelle Validierung immer erforderlich ist.

Ein schrittweiser Ansatz mit Kopplungsmodulen ermöglicht eine inkrementelle S5-zu-S7-Migration, während die Anlage auf verbleibenden S5-Abschnitten weiterläuft. 

Die vollständige Migration eines großen S5-155U-Prozesssteuerungssystems ist in der Regel ein mehrmonatiges Kapitalprojekt, das um eine Anlagenabschaltung herum geplant wird.