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施耐德XPSMF3AIO8401安全远程 I/O 模块
    发布时间: 2025-12-15 12:56    

XPSMF3AIO8401是施耐德电气Preventa XPS MF 系列的一款高密度安全模拟量远程 I/O 模块，专为工业安全控制系统设计，作为XPSMF 安全 PLC的扩展组件，提供8 点模拟输入 + 4 点模拟输出的安全 I/O 扩展能力，支持Safe Ethernet 安全通信，满足SIL 3/PL e/Category 4安全等级要求，适用于需要高精度模拟量监控的工业安全应用场景

施耐德XPSMF3AIO8401安全远程 I/O 模块

产品定位与功能概述

XPSMF3AIO8401是施耐德电气Preventa XPS MF 系列的一款高密度安全模拟量远程 I/O 模块，专为工业安全控制系统设计，作为XPSMF 安全 PLC的扩展组件，提供8 点模拟输入 + 4 点模拟输出的安全 I/O 扩展能力，支持Safe Ethernet 安全通信，满足SIL 3/PL e/Category 4安全等级要求，适用于需要高精度模拟量监控的工业安全应用场景。

核心技术参数

1. 基本规格

  • 供电电压：24V DC（-20%~+25%，即 19.2V~30V）

  • 功耗：约 12W（典型值）

  • 尺寸：151.5mm (宽)×74mm (高)×153mm (深)（约 5.96×2.91×6.02 英寸）

  • 重量：约 0.9kg（1.98 磅）

  • 防护等级：IP20（防尘），需在机柜内安装

  • 工作温度：0°C~60°C（无凝露）

  • 存储温度：-40°C~85°C

  • 安装方式：标准 35mm DIN 导轨，水平安装（确保通风良好）

2. 模拟量 I/O 配置（关键参数）

模拟量输入（8 点）：

  • 分辨率：13 位（电压 / 电流输入）+ 符号位

  • 输入类型：单端输入，可配置电压或电流模式

  • 电压输入范围：-10V~+10V DC（默认）或0~10V DC

  • 电流输入范围：0~20mA或4~20mA

  • 过压保护：±15V（电压模式），±30mA（电流模式）

  • 输入阻抗：电压模式 **>10MΩ**，电流模式 **≈250Ω**

  • 精度：±0.1%（满量程，25°C 时）

模拟量输出（4 点）：

  • 分辨率：12 位 + 符号位

  • 输出类型：固态晶体管输出（无触点），故障安全设计（断电时输出安全状态）

  • 输出范围：

    • 电压输出：-10V~+10V DC（默认）或0~10V DC 

    • 电流输出：0~20mA或4~20mA

    • 最大输出负载：电压模式 **≥5kΩ**，电流模式 **≤500Ω**

  • 精度：±0.2%（满量程，25°C 时）

  • 保护机制：短路保护、过载保护，故障时输出进入安全状态

3. 安全等级与认证

  • 安全等级：SIL 3（EN/IEC 61508）、PL e（ISO 13849-1）、Category 4（EN 954-1）

  • 认证：CE、TÜV、UL、CSA 等国际安全认证

  • 安全机制：

    • 双通道冗余架构：关键电路双冗余设计，防止单点故障

    • 自监控：内置 Watchdog，持续监测处理器和通信状态

    • 故障安全：检测到内部故障时，所有输出强制进入安全状态（0V/0mA）

4. 通信能力

  • Safe Ethernet（2 个 RJ45 端口）：

    • 协议：专用安全通信协议，用于连接 XPSMF 安全 PLC

    • 速率：10/100Mbps，全双工，自动协商

    • 拓扑：支持星型或线性网络配置，可级联多个远程 I/O 模块

    • 最大通信距离：100m（标准 CAT5e/6 网线），可通过交换机扩展

    • 冗余特性：双网口设计，一个端口故障时自动切换

5. 内存与性能

  • 程序内存：固化安全通信协议，无用户可编程空间（仅作为扩展模块）

  • 响应时间：模拟量转换 **<10ms / 通道 **，系统总响应 **<100ms**

  • 诊断功能：

    • 每个 I/O 通道配有独立 LED 指示灯，直观显示工作状态

    • 通信状态指示灯，实时显示与主 PLC 的连接状态

    • 电源和故障指示灯，提供系统级诊断

功能特性

1. 高安全性架构

  • 双重处理器系统：数据并行处理并实时比较，确保运算结果一致性

  • 线路监控：自动监测 I/O 线路的短路和断线故障，确保安全功能完整性

  • 断电安全：设计遵循 "断电安全"(deenergize to safe state) 原则，电源故障时输出强制安全状态

2. 高精度模拟量处理

  • 多量程配置：每个模拟量输入通道可独立配置电压 / 电流模式和量程

  • 高分辨率：13 位 A/D 转换（输入）和 12 位 D/A 转换（输出），满足高精度控制需求

  • 温度补偿：内置温度传感器，自动补偿环境温度变化对测量精度的影响

3. 简便系统集成

  • 即插即用：无需额外配置，直接连接至 XPSMF 安全 PLC 的 Safe Ethernet 网络

  • 热插拔：支持带电插拔，维护便捷，不影响系统其他部分运行

  • LED 诊断：提供全面的状态指示，简化故障排查流程

应用场景

XPSMF3AIO8401 适用于各类需要高精度模拟量监控的高安全等级工业自动化场景：
  1. 过程工业安全控制

    • 化工 / 制药设备：温度、压力、流量等模拟量参数的安全监控和紧急停车

    • 能源设备：分布式安全监控系统中模拟量信号的远程采集和控制

    • 锅炉 / 压力容器：多重安全参数监测和联锁保护

  2. 机械设备安全监控

    • 注塑机：模具温度、液压压力的安全监控和异常停机

    • 机器人工作站：力矩 / 力传感器的安全监控，实现协作区域保护

    • 精密加工设备：振动、位移等参数的实时监测和安全控制

  3. 安全测试与监控系统

    • 材料测试设备：载荷、形变等模拟量的安全监控

    • 环境测试舱：温度、湿度、压力等参数的精确控制和安全保护

    • 实验室自动化：危险工艺的远程监控和安全联锁

与 XPSMF 系列安全 PLC 的协同应用

XPSMF3AIO8401 必须与 XPSMF 系列安全 PLC 配合使用，形成完整的安全控制系统：
主控制器型号适用场景与 XPSMF3AIO8401 的配合优势
XPSMF4000基础安全控制，预算有限项目提供基本 Safe Ethernet 通信，实现模拟量 I/O 扩展
XPSMF4002需要网络通信的现代工业环境Safe Ethernet+Modbus TCP/IP 双重通信，可连接 IT 系统
XPSMF4020需要 RS232/485 通信的传统设备集成Safe Ethernet+Modbus RTU，兼容老旧设备
XPSMF4040PROFIBUS 为主的工厂自动化Safe Ethernet+PROFIBUS DP，适应大型工业网络

与 XPSMF 系列其他 I/O 模块的对比

参数XPSMF3AIO8401XPSMF3DIO16801XPSMF3DIO20802XPSMF3DIO8801
I/O 类型8 模拟输入 + 4 模拟输出16 数字输入 + 16 数字输出20 数字输入 + 8 数字输出8 数字输入 + 10 数字输出 (含 2 脉冲)
安全等级SIL 3/PL e/Cat.4SIL 3/PL e/Cat.4SIL 3/PL e/Cat.4SIL 3/PL e/Cat.4
通信方式Safe EthernetSafe EthernetSafe EthernetSafe Ethernet
应用侧重模拟量密集型安全监控数字量平衡型应用数字量输入密集型应用混合型安全控制 (含脉冲输出)

总结

施耐德 XPSMF3AIO8401是一款高密度安全模拟量远程 I/O 模块，为XPSMF 安全 PLC 系统提供8 模拟输入 + 4 模拟输出的高精度安全 I/O 扩展能力，支持Safe Ethernet安全通信，满足SIL 3/PL e/Category 4安全等级要求。其高精度模拟量处理能力和双通道冗余架构使其特别适合需要精密监控的工业安全应用，是构建高可靠性安全控制系统的理想选择。

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