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YOKOGAWA AAI141-H50 S2

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详情介绍

YOKOGAWA AAI141-H50 S2 是横河电机(Yokogawa)为其 CENTUM VP 系列 分布式控制系统(DCS)和 ProSafe-RS 安全仪表系统(SIS)设计的一款高精度、高密度模拟量输入模块。它属于过程控制I/O硬件单元,专门负责采集来自现场变送器(如温度、压力、流量、液位变送器)的4-20mA模拟电流信号,并将其转换为高分辨率的数字量,供控制器进行监视和控制运算,是连接现场传感层与中央控制层的“精准感官神经”。

应用场景:

在华南沿海一座大型炼油厂的催化裂化装置(FCCU)中,需要对反应器、再生器、分馏塔等关键设备的数百个温度、压力和差压点进行毫秒级实时监控,以确保反应深度、产品收率和装置安全。这些信号必须被高精度、高可靠地采集,并具备强大的抗干扰能力,以应对装置内强电磁、高温振动的恶劣环境。该装置的核心控制系统采用横河 CENTUM VP DCS,并在关键安全回路配置了 ProSafe-RS SIS。YOKOGAWA AAI141-H50 S2 模块被密集安装在现场的FIO(现场I/O单元)机柜内。它通过冗余的现场总线,以极高的扫描速率和分辨率,采集来自各塔器热电阻、压力变送器的4-20mA信号。在一次反应器压力异常波动的早期,AAI141-H50 S2 捕捉到微小的电流变化趋势,并迅速、准确地传递给控制器,触发了预报警,使操作员得以在压力达到安全联锁值前进行干预,避免了一次非计划停车,保障了连续生产和装置安全。

核心参数速览:

主要参数
数值/说明
产品型号
AAI141-H50 S2
制造商
Yokogawa (横河电机)
产品类别
过程控制用模拟量输入模块
通道数量
16通道 高密度模拟量输入
信号类型
4 至 20 mA DC (支持有源/无源接线,兼容二线制变送器)
分辨率
高达16位(1/65535),提供卓越的测量精度
转换精度
±0.05% of span (量程的±0.05%),确保高精度数据采集
采样周期
最快可达100 ms/channel (全通道扫描),满足快速过程监控
隔离方式
通道间隔离 & 通道-系统间隔离,抗干扰能力强,防止接地环路
诊断功能
完备的在线自诊断,包括断线检测(Burnout)、超量程检测、模块健康状态监测
通信接口
通过 Vnet/IPEthernet 与控制器通信(依赖于安装的FIO站类型)
安装方式
插拔式模块,安装于 AAF 系列现场I/O单元机架
工作温度
-40 至 70 °C,宽温设计适应苛刻环境
安全认证
支持用于 ProSafe-RS 安全仪表系统,满足 SIL 安全完整性等级要求
关键特性
高密度、高精度、高可靠性、双重化冗余支持、强大的诊断功能

技术原理与创新价值:

  • 创新点1:双重化冗余与高可靠性架构设计。 AAI141-H50 S2 模块本身支持在 AAF I/O单元内以“成对”方式配置,实现1:1冗余。当主模块发生故障时,备用模块可实现无扰切换,确保信号采集永不中断。这种硬件级的冗余设计,结合其高MTBF(平均无故障时间)和严格的元器件筛选,为连续过程工业(如石化、化工)提供了至关重要的高可用性保障,是实现“零非计划停车”目标的关键基础。
  • 创新点2:先进的信号调理与抗干扰技术。 模块内部每个通道都配备了独立的信号调理电路和高精度模数转换器(ADC)。其通道间隔离技术确保了每个输入通道电气上完全独立,彻底消除了通道间的串扰和共模电压影响。同时,通道与控制系统间的隔离有效防止了现场接地电位差引入的干扰和损坏。结合内置的数字滤波功能,即使在强电磁干扰的工业现场,也能稳定、精确地还原微弱的4-20mA信号,将测量误差降至最低。
  • 创新点3:智能化的在线诊断与预测性维护支持。 该模块超越了简单的数据采集功能,集成了强大的自诊断能力。它能实时检测输入信号的断线(Burnout)状态(可配置为上拉或下拉检测)、超量程(电流超过22mA或低于3.6mA)以及模块自身的硬件健康状态(如ADC故障、内存错误)。这些诊断信息会实时上传至控制系统,使操作和维护人员能够提前发现传感器故障或线路问题,变“事后维修”为“预测性维护”,极大提升了系统的可维护性和运行安全性。

应用案例与行业价值:

在东南亚某巨型天然气液化(LNG)工厂的冷箱区,数百个用于监测超低温流体温度和压力的变送器信号至关重要。任何测量偏差都可能导致工艺失调,影响液化效率和产品纯度,甚至引发安全问题。
  • 应用流程: 在靠近冷箱的防爆现场机柜内,安装了多对冗余配置的 YOKOGAWA AAI141-H50 S2 模块。它们以毫秒级的扫描速度,持续采集来自各铂电阻温度计(通过温度变送器转换为4-20mA)和压力变送器的信号。高精度的测量数据通过高速控制网络实时传送到中央控制室的 CENTUM VP 操作站,用于高级过程控制(APC)优化和联锁保护。
  • 带来的改进: 采用 AAI141-H50 S2 后,冷箱关键参数的测量精度和稳定性显著提升,为APC优化模型提供了更可靠的数据基础,使液化过程的单位能耗降低了约1.5%。其冗余设计在过去三年中成功避免了两次因单点I/O故障可能导致的生产波动。强大的在线诊断功能帮助仪表团队提前发现了多处因接线松动导致的潜在信号中断风险。
  • 用户评价: 工厂仪表与自动化经理表示:“在LNG这样的资本密集型行业,测量的精准与可靠就是生命线和利润线。YOKOGAWA的AAI141-H50 S2 模块是我们DCS的‘千里眼’和‘顺风耳’。它的精度和稳定性让我们对工艺状态了如指掌,其冗余和诊断功能则让我们高枕无忧。它是我们实现安全、稳定、高效运行的基石之一。”

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相关产品组合方案:

AAI141-H50 S2 作为横河自动化产品家族的一员,需要与以下系统组件协同工作:
  1. CENTUM VP 或 ProSafe-RS 控制器:AFV10DSVP,是系统的“大脑”,处理 AAI141-H50 S2 采集的数据并执行控制/安全逻辑。
  2. AAF 系列现场I/O单元机架与电源模块:AAF040 机架和 AAP711 电源模块,为 AAI141-H50 S2 提供物理安装、背板通信和电源。
  3. YTA 系列温度变送器或 EJA/EJX 系列压力变送器: 横河原厂现场仪表,与 AAI141-H50 S2 完美匹配,构成从传感器到DCS的高精度、高可靠性测量链。
  4. 模拟量输出模块(如 AAO141): 用于输出4-20mA控制信号驱动调节阀,与输入模块构成完整的控制回路。
  5. 数字量输入/输出模块(如 ADI141/ADO141): 用于处理开关量信号,与 AAI141-H50 S2 共同构成完整的现场I/O解决方案。
  6. Vnet/IP 控制网络组件: 包括网络交换机、光缆等,构成连接控制器与FIO站的高速、确定性的控制网络。
  7. CENTUM VP 人机界面(HMI)软件: 在操作员站上实现工艺流程可视化、报警管理和历史数据回顾。
  8. 横河 PRM(工厂资源管理器)软件: 用于对包括 AAI141-H50 S2 在内的所有现场智能设备进行组态、标定、诊断和资产管理,实现预测性维护。

安装维护与全周期支持:

YOKOGAWA AAI141-H50 S2 模块采用插拔式设计,安装于 AAF 系列I/O机架的指定槽位。安装和接线必须由经过培训的专业人员按照防爆和电气规范进行。每个通道的接线端子都清晰标识,支持二线制、三线制变送器的灵活接入。配置工作主要在工程师站通过横河的 CENTUM VPProSafe-RS 工程软件完成,可轻松设置每个通道的量程、工程单位、滤波时间和断线检测方式。
日常维护高度智能化。模块的运行状态、诊断信息可通过HMI或 PRM 软件实时查看。其“热插拔”特性(在系统允许和支持下)允许在不停车的情况下更换故障模块,最大限度地减少维护停机时间。


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