F3 AIO 8/4 01 HIMA – 8AI/4AO 通道，石油化工高危场景安全控制优选！

描述

HIMA F3 AIO 8/4 01是 HIMA（黑马）针对高危行业推出的 F3 系列安全相关模拟量输入输出（AIO）模块，隶属于 HIMA 安全自动化产品线，核心功能是作为安全仪表系统（SIS）的信号处理单元，同时完成工业现场模拟量信号（如温度、压力、液位变送器输出的 4-20mA 信号）的采集，以及安全控制指令的模拟量输出（如控制调节阀开度的 4-20mA 信号），为石油、化工、天然气等领域的关键设备提供 “采集 – 运算 – 执行” 的完整安全控制链路。

作为 HIMA F3 系列的核心组件，HIMA F3 AIO 8/4 01完全符合 IEC 61508 功能安全标准，安全完整性等级达到 SIL 3，诊断覆盖率（Diagnostic Coverage）超过 99%，能最大限度降低模块自身故障导致的安全风险。在实际应用中，它可无缝对接 HIMA F3 系列安全控制器（如 F3 H41q、F3 H51q），无需额外适配硬件即可融入现有 SIS—— 例如在化工反应釜控制中，HIMA F3 AIO 8/4 01采集反应釜温度（4-20mA）与压力（4-20mA）信号，传输至 F3 H41q 控制器，当参数超标时，控制器通过模块输出 4-20mA 信号控制泄压阀开度，避免反应失控，是高危行业实现 “本质安全” 的重要保障。

F3 AIO 8/4 01 HIMA

主要特点和优势

高等级功能安全与灵活信号处理：HIMA F3 AIO 8/4 01通过严格的 SIL 3 认证（符合 IEC 61508-2/-3 标准），支持 “1oo2”（二取一）或 “2oo3”（三取二）安全表决逻辑，可根据 SIS 系统风险等级灵活配置。模块配备 8 路模拟量输入（AI）通道与 4 路模拟量输出（AO）通道，AI 通道支持 4-20mA DC 标准信号，适配温度、压力、液位等主流变送器；AO 通道同样输出 4-20mA DC 信号，可直接驱动调节阀、变频器等执行器，无需额外信号转换模块。例如在天然气压缩机控制中，HIMA F3 AIO 8/4 01通过 AI 通道采集压缩机出口压力（4-20mA），当压力超过安全阈值时，AO 通道立即输出信号控制回流阀开度，将压力降至安全范围，整个过程响应时间≤100ms，远超传统模拟量模块的反应速度。

全面故障诊断与安全保护：为避免模块故障引发安全风险，HIMA F3 AIO 8/4 01内置完善的实时诊断功能，可对模块内部电路（如 ADC 模数转换器、DAC 数模转换器）、外部信号链路（如 AI 通道断线、AO 通道短路）及供电状态进行持续监测。当检测到 AI 通道断线时，模块在≤50ms 内发出故障报警，并通过 HIMA SILworX 配置软件记录故障代码（含通道号、故障类型、发生时间）；若 AO 通道出现短路，模块会自动将输出切换至安全值（如 4mA，对应执行器全关状态），防止执行器误动作。这种故障安全（Fail-Safe）设计，确保模块在任何异常情况下都能将系统引导至安全状态，大幅降低事故发生概率。

工业级环境适应性与抗干扰：考虑到高危行业现场环境的复杂性，HIMA F3 AIO 8/4 01的工作温度范围覆盖 – 20°C~60°C，能耐受北方冬季户外装置的低温与南方夏季车间的高温；相对湿度适应范围为 5%~95%（无冷凝），可在潮湿的沿海天然气处理厂稳定工作。模块采用通道间电气隔离（隔离电压 250Vrms）与电磁兼容（EMC）防护设计，符合 EN 61000-6-2 工业抗扰度标准，能抵御电机启停、高压设备运行产生的共模干扰（Common Mode Interference）与差模干扰（Differential Mode Interference）。在钢铁厂的轧钢车间，即使周围大功率电机产生强电磁辐射，HIMA F3 AIO 8/4 01仍能保持模拟量信号采集精度（±0.1% 满量程），确保控制指令准确输出。

HIMA 生态兼容与便捷集成：HIMA F3 AIO 8/4 01完全兼容 HIMA F3 系列安全控制器及 SILworX 配置软件，工程师可通过软件图形化界面（功能块图 FBD）快速完成模块参数配置 —— 例如设置 AI 通道的信号量程（如 4-20mA 对应 0-10MPa 压力）、AO 通道的安全输出值、故障报警阈值等，无需编写复杂代码。模块通过 HIMA 专用安全总线（HiQuad X）与控制器实现高速数据交互，传输速率达到 10Mbps，确保模拟量信号实时传输无延迟。同时，模块支持与分布式控制系统（DCS）联动，可将采集的模拟量数据上传至 DCS，实现 SIS 与 DCS 的数据共享，方便运维人员全面监控生产状态。

The HIMA F3 AIO 8/4 01 stands as a critical safety-related analog I/O module engineered for high-risk industries such as petrochemicals and natural gas processing. Certified to SIL 3 in accordance with IEC 61508, it delivers exceptional functional safety with a diagnostic coverage exceeding 99%, ensuring reliable handling of analog signals for critical processes like reactor temperature control and compressor pressure regulation.

Featuring 8 analog input channels (4-20mA) and 4 analog output channels (4-20mA), the HIMA F3 AIO 8/4 01 eliminates the need for additional signal converters, directly integrating with transmitters and actuators. Its fail-safe design ensures outputs switch to safe states (e.g., 4mA for valve closure) during faults, while wide temperature tolerance (-20°C to 60°C) and EMC protection enable stable operation in harsh industrial environments. Seamlessly compatible with HIMA F3 controllers and SILworX software, it simplifies system integration and maintenance, making it an ideal choice for safety instrumented systems requiring precise analog signal processing.

HIMA F3 AIO 8/4 01 技术规格

参数名称	参数值
产品型号	HIMA F3 AIO 8/4 01
制造商	HIMA（黑马自动化有限公司）
产品类型	安全相关模拟量输入输出（AIO）模块（SIS 系统专用）
通道配置	8 路模拟量输入（AI）+ 4 路模拟量输出（AO）
输入信号类型	4-20mA DC（支持 2 线制 / 4 线制变送器）
输出信号类型	4-20mA DC（负载能力≤500Ω）
采集 / 输出精度	±0.1% 满量程（FS），在 23°C±5°C 环境下
功能安全等级	SIL 3（符合 IEC 61508-2/-3，SIL CL 3）
诊断覆盖率	≥99%
隔离方式	通道间电气隔离，隔离电压 250Vrms（1 分钟）
供电电压	24V DC（±15%），典型功耗 5.0W，最大功耗 7.0W
响应时间	≤100ms（AI 信号采集到 AO 信号输出）
工作温度范围	-20°C – 60°C（符合 IEC 60068-2-1/2 标准）
存储温度范围	-40°C – 85°C（符合 IEC 60068-2-1/2 标准）
相对湿度	5% – 95%（无冷凝，符合 IEC 60068-2-3 标准）
防护等级	IP20（符合 IEC 60529 标准，防尘、防直径≥12.5mm 固体异物）
兼容控制器	HIMA F3 H41q、HIMA F3 H51q、HIMA F3 H61q 系列安全控制器
通信接口	HiQuad X 安全总线（传输速率 10Mbps）
尺寸（长 × 宽 × 高）	150mm × 80mm × 120mm（不含连接器与安装支架）
重量	约 420g（含金属外壳）
认证标准	IEC 61508、ATEX、IECEx、UL 913、CSA C22.2 No. 157

应用领域

HIMA F3 AIO 8/4 01凭借高安全等级、灵活的 I/O 配置及强抗干扰性，成为高危行业 SIS 系统的核心信号处理设备。在石油化工行业，它广泛应用于催化裂化装置的反应釜控制 ——HIMA F3 AIO 8/4 01通过 8 路 AI 通道采集反应釜温度（4-20mA，对应 0-500°C）、压力（4-20mA，对应 0-5MPa）、进料流量（4-20mA，对应 0-100m³/h）等关键参数，传输至 F3 H51q 控制器；当温度超过 480°C 时，控制器通过 4 路 AO 通道输出信号，分别控制进料阀（关小）、冷却阀（开大）、泄压阀（微开），将反应釜参数拉回安全范围，整个控制过程响应迅速且精准，避免反应失控引发爆炸。

在天然气集输领域，HIMA F3 AIO 8/4 01是压缩机站 ESD 系统的关键组件 ——AI 通道采集压缩机入口压力（4-20mA，对应 0-2MPa）、出口温度（4-20mA，对应 0-150°C）、振动值（4-20mA，对应 0-50mm/s）；当出口温度超过 140°C 时，AO 通道立即输出 4mA 信号控制压缩机停机，并输出 20mA 信号打开放空阀，快速降低管道压力；模块的 ATEX、IECEx 防爆认证，使其可安装在 Zone 2 防爆区域的控制柜内，满足天然气行业的防爆要求。

在电力行业，HIMA F3 AIO 8/4 01适用于火电厂锅炉的安全监控 ——AI 通道采集锅炉水位（4-20mA，对应 0-10m）、炉膛压力（4-20mA，对应 – 500~500Pa）、过热蒸汽温度（4-20mA，对应 0-550°C）；当锅炉水位低于安全值（如 2m）时，AO 通道输出信号控制给水泵加大供水流量，防止锅炉干烧；其宽温设计（-20°C~60°C）能适应电厂锅炉房的高温环境，长期稳定工作无故障。

此外，在制药行业，HIMA F3 AIO 8/4 01可用于无菌反应罐的温度与 pH 值控制，AI 通道采集温度（4-20mA）与 pH 值（4-20mA），AO 通道控制加热管功率与酸碱加药泵流量，符合 GMP 标准；在水处理行业，用于污水处理厂的曝气池溶解氧控制，AI 通道采集溶解氧浓度（4-20mA），AO 通道控制曝气风机转速，确保污水处理效果达标。

安装与维护

安装前准备：首先确认HIMA F3 AIO 8/4 01的外观无破损，连接器无弯曲、氧化或锈蚀，核对防爆认证标签（ATEX、IECEx）是否符合安装区域（如 Zone 2）的安全标准；准备适配的 HIMA F3 系列 I/O 机架、M4 不锈钢螺丝（防腐蚀，长度 8-10mm）、屏蔽线缆（AI/AO 信号用 2×0.5mm² 屏蔽线，电源用 2×1.0mm² 线缆）；安装位置需位于防爆控制柜内，远离高压设备（如变频器）、强电磁源（如电机）及高温部件（如电源模块），确保环境温度在 – 20°C~60°C，相对湿度≤95%（无冷凝）；同时准备万用表（测绝缘电阻、信号）、安装有 SILworX 软件的笔记本电脑（用于参数配置）及接地工具（接地电阻需≤1Ω）。

安装过程：将HIMA F3 AIO 8/4 01插入 HIMA F3 I/O 机架的对应插槽，确保模块与机架连接器完全咬合，用螺丝固定模块面板；根据接线图连接电源 ——24V DC 正极接 “+V” 端子，负极接 “GND” 端子，注意正负极，避免接反导致模块烧毁；连接 AI 通道信号线，将变送器的 4-20mA 信号接入 “AIx+”“AIx-” 端子（x 为 1-8）；连接 AO 通道信号线，将执行器的控制线接入 “AOy+”“AOy-” 端子（y 为 1-4）；接线完成后，用扎带整理线缆，强电线路（如 220V AC）与 AI/AO 信号线分开敷设（间距≥10cm），减少电磁干扰；最后连接 HiQuad X 通信线，完成与 F3 控制器的通信，通电后通过 SILworX 软件确认模块与控制器通信正常，各通道信号采集与输出无误。

维护建议：日常运维中，每月需检查HIMA F3 AIO 8/4 01的状态指示灯，电源灯（PWR）常亮表示供电正常，故障灯（FAULT）熄灭表示无故障，通信灯（COM）闪烁表示与控制器通信正常，若指示灯异常（如 FAULT 灯常亮），需通过 SILworX 软件查看故障代码；每季度用干燥软布清洁模块外壳与连接器，去除灰尘与油气，避免接触不良或腐蚀；每年对模块进行一次精度校准 —— 通过信号发生器向 AI 通道输入标准 4-20mA 信号，在 SILworX 软件中查看采集值，若偏差超过 ±0.1% FS，需通过软件校准；若模块出现信号采集失真或输出异常，应先检查供电电压（24V DC±15%）与信号线连接。