YOKOGAWA SAI143-H53/A4S00 是日本横河电机公司为其 ProSafe-RS 安全仪表系统（SIS）设计的一款核心 双重化安全控制器模块。它属于功能安全控制领域的高完整性处理单元。该模块是 ProSafe-RS 站的核心“大脑”，采用 1oo2D (一带诊断的二取一) 硬件架构，集成了两套完全独立的处理器、内存和诊断电路，专门用于执行达到 SIL 3 (IEC 61508/61511) 安全完整性等级的安全逻辑。其使命是在危险工况下，可靠地触发紧急停车（ESD）、火气监测（F&G）等安全联锁动作，保护人员、设备和环境安全。
应用场景：
在北海一座海上石油生产平台的油气处理模块中，分离器压力是关键的安全参数。一旦压力失控，可能导致灾难性后果。为此，设置了三台独立的安全压力变送器（三重冗余），其信号接入由 YOKOGAWA SAI143-H53/A4S00 安全控制器为核心的 ProSafe-RS 系统。该控制器内部的两个处理器通道（A&B）独立采集并处理这三路信号，执行“三取二”表决逻辑。当至少两个变送器检测到压力超高时，每个处理器通道独立做出跳闸判断。然后，两个通道通过专有的安全同步链路进行交叉校验。只有两个通道都同意跳闸，且自诊断确认自身硬件健康时，最终的安全输出指令才会被发出，驱动紧急关断阀切断进料。这种带有深度诊断的双重化设计，确保即使一个处理器通道发生隐蔽性故障，系统仍能正确响应危险，并且能及时检测出故障并报警，完美解决了安全系统中“避免误动”和“防止拒动”以及“故障可检测”的核心难题。
核心参数速览：
主要参数 | 数值/说明 |
|---|
产品型号 | SAI143-H53/A4S00 |
制造商 | YOKOGAWA (横河电机) |
产品类别 | 双重化安全控制器模块 (安全 PLC CPU) |
所属系统 | YOKOGAWA ProSafe-RS 安全仪表系统 |
安全架构 | 1oo2D (一带诊断的二取一架构)，支持达到 SIL 3 等级 (根据IEC 61508/61511) |
认证 | 通过 TÜV Rheinland 等权威机构认证，符合 SIL 3 要求 |
处理器配置 | 双套独立的、同步运行的微处理器系统，带硬件比较器 |
内存 | 充足的用户安全逻辑存储容量和非易失性存储器，用于存储程序和事件顺序记录 |
扫描周期 | 快速且确定性的扫描周期（通常为数毫秒至数十毫秒可配置），满足安全响应时间要求 |
诊断覆盖率 | 高诊断覆盖率，通过内置自诊断（BIST）持续监测处理器、内存、电源、通信等健康状态 |
通信接口 | • 安全网络：用于与其它 ProSafe-RS 站或 CENTUM DCS 进行安全通信。
• 工程/维护接口：用于连接编程工具。 |
输入/输出连接 | 通过专用的、经过安全认证的 I/O 模块（如 SAI541, SAI131等）与现场传感器和执行器连接，不直接处理现场信号。 |
电源要求 | 由 ProSafe-RS 站的双重化或冗余电源系统供电，支持带电插拔（在允许条件下）。 |
工作温度 | 工业标准温度范围：0°C 至 60°C。 |
物理规格 | 模块化卡件，安装于 ProSafe-RS 机架的指定槽位。 |
技术原理与创新价值：
创新点一：1oo2D架构实现安全与可用性的最佳平衡。SAI143-H53 采用的1oo2D架构是其核心优势。两个通道并行执行相同的安全逻辑。输出动作需要两个通道一致同意（“与”逻辑），这极大降低了因单通道随机硬件故障导致误动作（误停车）的概率，提高了系统可用性。同时，强大的在线诊断功能（D）能够检测出其中一个通道的故障（包括隐蔽故障），一旦检测到，系统可进入预定义的安全状态或继续以单通道模式运行（取决于配置），并立即发出报警，通知维护。这确保了系统在发生故障时仍能保持安全功能或安全地降级，实现了高安全性与高可用性的统一。
创新点二：经权威认证的完整安全生命周期管理。该模块不仅仅是硬件，它代表着一个完整的、经 TÜV 认证的安全解决方案的一部分。从硬件的设计、制造，到配套的 ProSafe-RS 组态软件（遵循安全软件开发流程），再到应用逻辑的验证验证（V&V）工具，都遵循 IEC 61508/61511 标准。用户使用经过认证的功能块库（如 AND, OR, Timer, Vote）来构建安全逻辑，确保了应用软件本身的可信赖性。这种“从芯片到系统”的认证保障，为用户的安全合规性提供了最强有力的支持。
创新点三：与横河 DCS 的无缝集成与独立性的统一。ProSafe-RS 和 SAI143-H53 控制器设计上既能作为独立的安全系统运行，也能与横河旗舰的 CENTUM VP 或 CENTUM X DCS 进行深度但安全的集成。它们可以共享工程师站、操作员站和网络，降低总体成本并简化工程维护。然而，在物理和逻辑上，安全控制器与过程控制器是严格隔离的，确保过程控制层的任何故障或人为错误不会影响安全层的独立判断和动作，满足了功能安全标准对独立性的要求。
应用案例与行业价值：
在东南亚某大型炼油厂的加氢裂化装置中，反应器高温联锁和循环氢压缩机联锁等关键安全功能由 ProSafe-RS 系统实现，其核心控制器即为 YOKOGAWA SAI143-H53。
应用流程：所有安全联锁的逻辑在 ProSafe-RS 组态软件中，使用经认证的功能块进行编程，并下载到 SAI143-H53 中。现场三冗余的温度信号和压力信号通过安全 I/O 模块送入控制器。控制器以毫秒级速度执行逻辑运算。在一次装置波动中，反应器温度两个通道的测量值迅速飙升并超过联锁值。SAI143-H53 的双处理器迅速独立做出判断并达成一致，通过安全输出模块切断了进料加热炉的燃料供应，并启动了紧急泄压系统。事件发生后，控制器内部详细的事件顺序记录被调出，清晰显示了从信号超限到最终动作每一步的时序，为事故分析提供了不可辩驳的数据。
行业价值：工厂安全经理评价：“SAI143-H53 控制器和 ProSafe-RS 系统是我们装置安全的‘定海神针’。它的可靠性让我们能够安心地追求装置的高负荷、高效率运行。上次的联锁动作完美证明了它的价值——响应迅速、动作准确。更重要的是，它完善的诊断功能和事件记录，让我们不仅能预防故障，还能在事后进行精确的分析和学习。这套系统帮助我们轻松通过了严格的安全审计，其 TÜV SIL3 认证本身就是对我们安全管理的巨大背书。”
相关产品组合方案：
SAI143-H53 需要与 ProSafe-RS 家族的其他组件协同构建完整安全回路：
ProSafe-RS 电源模块：为机架和所有模块（包括 CPU）提供冗余、稳定的电源。
ProSafe-RS 安全 I/O 模块：如 SAI541 (模拟量输入)、SAI131 (数字量输入)、SAO131 (数字量输出)，经过安全认证，连接现场设备。
ProSafe-RS 机架与背板：专用的高可靠性硬件平台。
ProSafe-RS 组态软件：用于安全应用编程、硬件配置、测试和维护的唯一官方工程工具。
CENTUM VP/XR DCS：横河的过程控制系统，可与 ProSafe-RS 集成，实现统一监控。
安全网络组件：用于连接多个 ProSafe-RS 站或与 DCS 通信的专用网络硬件。
操作员站/工程师站：运行 ProSafe-RS 监控和组态软件的工业计算机。
三重化传感器与最终元件：符合安全要求的现场仪表（变送器、开关）和执行机构（电磁阀、切断阀），构成完整的SIF回路。
安装维护与全周期支持：
安装 SAI143-H53 模块必须由经过功能安全培训的工程师执行，并严格遵守规程。在系统断电后，将其插入 ProSafe-RS 机架的主 CPU 槽位。连接所有必要的通信和同步电缆。上电后，使用 ProSafe-RS 组态软件进行硬件识别、固件版本检查和安全应用下载。
日常维护的核心是定期（根据安全计划要求）通过软件检查模块的诊断状态、事件日志和硬件时钟同步情况。严禁在线修改安全逻辑，除非遵循严格的管理变更（MOC）程序。定期进行功能测试，验证安全逻辑的正确性。
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