STM32助力工業(yè)自動化功能安全設(shè)計
作為現(xiàn)代制造業(yè)的核心驅(qū)動力，工業(yè)自動化對功能安全的需求日益緊迫。在追求高效、智能的生產(chǎn)過程中，功能安全不僅是技術(shù)進(jìn)步的基石，更是對每一位工作人員生命安全的莊嚴(yán)承諾。國內(nèi)外市場針對產(chǎn)品的功能安全認(rèn)證要求也變得越來越嚴(yán)格。
功能安全要求工業(yè)自動化系統(tǒng)在任何潛在風(fēng)險面前，都能夠主動偵測風(fēng)險，或在必要時以安全的方式進(jìn)入故障狀態(tài)。這意味著，設(shè)計者不僅要關(guān)注系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，更要深入研究和應(yīng)用各種安全技術(shù)，確保在突發(fā)情況下，系統(tǒng)能夠迅速、準(zhǔn)確地做出反應(yīng)，最大限度地避免人員傷害、設(shè)備損壞和生產(chǎn)中斷等風(fēng)險。
基于內(nèi)置強(qiáng)大功能安全特性的 STM32 MCU和 MPU產(chǎn)品，STM32提供免費(fèi)的功能安全設(shè)計包，包括：經(jīng)認(rèn)證的自檢庫和全面的安全設(shè)計文檔，旨在極大減少客戶實現(xiàn)功能安全認(rèn)證或滿足功能安全標(biāo)準(zhǔn)所需的開發(fā)工作量，節(jié)省時間及成本。
STM32芯片為工業(yè)而生，內(nèi)置豐富的功能安全屬性，全系列提供功能安全設(shè)計包，使終端客戶在為功能安全產(chǎn)品選型時不必局限于特定型號，能游刃有余地選擇合適的STM32產(chǎn)品，使最終產(chǎn)品更具競爭力。
每個STM32 MCU系列都提供一個獨(dú)立的STM32 SIL功能安全自檢庫X-Cube-STL。自檢庫包含MCU內(nèi)核的關(guān)鍵安全部件的自檢，以及對應(yīng)的安全手冊和用戶指南，且認(rèn)證證書可以直接在官網(wǎng)下載，大大節(jié)省了終端用戶的項目開發(fā)時間，并降低開發(fā)復(fù)雜度。
STM32 SIL功能安全設(shè)計包提供全面的安全文檔，分為兩大類：一類是在官網(wǎng)公開的文檔，如安全手冊，詳細(xì)列出了在硬件層面、軟件層面和應(yīng)用層面可以采取的安全機(jī)制，以指導(dǎo)STM32用戶設(shè)計出符合IEC61508標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。每個STM32系列對應(yīng)一份獨(dú)立的安全手冊。標(biāo)注為AN的應(yīng)用文檔都可以在st.com.cn官網(wǎng)下載，標(biāo)注為LAT的文檔則可在中文官網(wǎng)下載。 另一類是簽署保密協(xié)議(NDA)后就可以免費(fèi)釋放的安全文檔，如FMEA和FMEDA文檔。FMEA里列出了MCU的失效模式和可采取的檢測方法，F(xiàn)MEDA里列出整個MCU和各個基本功能模塊的失效率數(shù)據(jù)等，在計算產(chǎn)品失效率時需要用到。
工業(yè)自動化中的功能安全應(yīng)用場景
PLC、I/O、執(zhí)行器、變頻器、傳感器
在工業(yè)自動化應(yīng)用中，從核心PLC到現(xiàn)場末端的I/O、執(zhí)行器、傳感器等都有功能安全需求。
目前，安全PLC、伺服、變頻器及I/O模塊等這些工業(yè)自動化核心組成部件的功能安全認(rèn)證需求正處于上升階段。
STM32G4，STM32H5，STM32H7，STM32MP1及STM32F4等高性能MCU早已在行業(yè)內(nèi)被普遍采用，這些產(chǎn)品系列都提供對應(yīng)的功能安全設(shè)計包。在考慮添加功能安全認(rèn)證的需求下，與認(rèn)證機(jī)構(gòu)充分溝通，根據(jù)IEC61508 SIL2/SIL3的要求，整合X-Cube-STL自檢庫，添加相關(guān)功能安全檢測等方法實現(xiàn)產(chǎn)品的認(rèn)證。
ST工業(yè)自動化中心也提供多個Demo可供評估。比如硬件上取得了TÜV Italia評估、可滿足IEC61508 SIL2 要求的safe PLC demo STEVAL-SILPLC01, 采用了單顆STM32H723VGT6, 冗余DI/DO設(shè)計；目標(biāo)為滿足IEC61508、ISO13849等標(biāo)準(zhǔn) SIL3/PLe要求的safe PLC demo STEVAL-SILKT01，采用STM32H743ZGT6和STM32G431RBT6冗余設(shè)計，并冗余設(shè)計DI/DO等。
STM32的合作伙伴則可提供Profisafe、FSoE等工業(yè)通信安全解決方案。
工業(yè)機(jī)器人
機(jī)器人在工業(yè)自動化中的應(yīng)用越來越普遍，無論是協(xié)作機(jī)器人還是AGV機(jī)器人等都有功能安全認(rèn)證需求。STM32F4、STM32G4、STM32H5、STM32H7等高性能MCU常被選做安全控制器的主控MCU。AN5698文檔介紹了使用X-CUBE-STL庫支持其他的標(biāo)準(zhǔn)，包含了對ISO13849的支持。
安全模塊，安全開關(guān)，安全繼電器
安全模塊，安全開關(guān)，安全繼電器等安全組件在自動化安全系統(tǒng)中也扮演著重要角色，STM32C0、STM32G0、STM32F4系列等高性價比MCU常被選用。
激光雷達(dá)/掃描儀，安全光柵/光幕，安全門閂
在現(xiàn)代化工廠中，為了減少自動化機(jī)械設(shè)備給工人帶來的傷害，必須在存在危險或潛在危險的機(jī)床等設(shè)備周邊提供安全的工作環(huán)境。激光雷達(dá)/掃描儀，安全光柵/光幕，安全門閂等被用作安全距離預(yù)警和危險區(qū)域識別，這些設(shè)備對功能安全認(rèn)證也有嚴(yán)格要求。高性能STM32H5、STM32H7系列是激光雷達(dá)/掃描儀的理想選擇。高性價比的STM32C0、STM32G0、STM32F4、STM32H5系列則適合安全光柵、光幕等設(shè)備。
傳感及儀表
在傳感及儀表側(cè)的一些關(guān)鍵的場合也需要經(jīng)功能安全認(rèn)證的產(chǎn)品，如火焰的檢測，燃燒的控制，液位的監(jiān)測，渦輪的監(jiān)測等場合。STM32U0、STM32U5等超低功耗系列在滿足性能的同時又提供了超低功耗的設(shè)計。免費(fèi)的自檢庫及安全文檔則可加速終端客戶的功能安全設(shè)計及認(rèn)證過程。
為工業(yè)而生的STM32，以其強(qiáng)大的性能，輔以功能安全自檢庫及豐富的功能安全文檔，已幫助眾多客戶成功實施了豐富的功能安全應(yīng)用，未來還將繼續(xù)助力用戶的功能安全設(shè)計，為工業(yè)自動化系統(tǒng)的安全保駕護(hù)航。