行业应用篇 STM32助力工业自动化功能安全设计

作为现代制造业的核心驱动力，工业自动化对功能安全的需求日益紧迫。在追求高效、智能的生产过程中，功能安全不仅是技术进步的基石，更是对每一位工作人员生命安全的庄严承诺。国内外市场针对产品的功能安全认证要求也变得越来越严格。

功能安全要求工业自动化系统在任何潜在风险面前，都能够主动侦测风险，或在必要时以安全的方式进入故障状态。这意味着，设计者不仅要关注系统的稳定性和可靠性，更要深入研究和应用各种安全技术，确保在突发情况下，系统能够迅速、准确地做出反应，最大限度地避免人员伤害、设备损坏和生产中断等风险。

基于内置强大功能安全特性的 STM32 MCU和 MPU产品，STM32提供免费的功能安全设计包，包括：经认证的自检库和全面的安全设计文档，旨在极大减少客户实现功能安全认证或满足功能安全标准所需的开发工作量，节省时间及成本。


STM32芯片为工业而生，内置丰富的功能安全属性，全系列提供功能安全设计包，使终端客户在为功能安全产品选型时不必局限于特定型号，能游刃有余地选择合适的STM32产品，使最终产品更具竞争力。


每个STM32 MCU系列都提供一个独立的STM32 SIL功能安全自检库X-Cube-STL。自检库包含MCU内核的关键安全部件的自检，以及对应的安全手册和用户指南，且认证证书可以直接在官网下载，大大节省了终端用户的项目开发时间，并降低开发复杂度。


STM32 SIL功能安全设计包提供全面的安全文档，分为两大类：

一类是在官网公开的文档，如安全手册，详细列出了在硬件层面、软件层面和应用层面可以采取的安全机制，以指导STM32用户设计出符合IEC61508标准的产品。每个STM32系列对应一份独立的安全手册。标注为AN的应用文档都可以在st.com.cn官网下载，标注为LAT的文档则可在中文官网下载。

另一类是签署保密协议(NDA)后就可以免费释放的安全文档，如FMEA和FMEDA文档。FMEA里列出了MCU的失效模式和可采取的检测方法，FMEDA里列出整个MCU和各个基本功能模块的失效率数据等，在计算产品失效率时需要用到。


工业自动化中的功能安全应用场景

PLC、I/O、执行器、变频器、传感器

在工业自动化应用中，从核心PLC到现场末端的I/O、执行器、传感器等都有功能安全需求。

目前，安全PLC、伺服、变频器及I/O模块等这些工业自动化核心组成部件的功能安全认证需求正处于上升阶段。

STM32G4，STM32H5，STM32H7，STM32MP1及STM32F4等高性能MCU早已在行业内被普遍采用，这些产品系列都提供对应的功能安全设计包。在考虑添加功能安全认证的需求下，与认证机构充分沟通，根据IEC61508 SIL2/SIL3的要求，整合X-Cube-STL自检库，添加相关功能安全检测等方法实现产品的认证。

ST工业自动化中心也提供多个Demo可供评估。比如硬件上取得了TÜV Italia评估、可满足IEC61508 SIL2 要求的safe PLC demo STEVAL-SILPLC01, 采用了单颗STM32H723VGT6, 冗余DI/DO设计；目标为满足IEC61508、ISO13849等标准 SIL3/PLe要求的safe PLC demo STEVAL-SILKT01，采用STM32H743ZGT6和STM32G431RBT6冗余设计，并冗余设计DI/DO等。




STM32的合作伙伴则可提供Profisafe、FSoE等工业通信安全解决方案。

工业机器人

机器人在工业自动化中的应用越来越普遍，无论是协作机器人还是AGV机器人等都有功能安全认证需求。STM32F4、STM32G4、STM32H5、STM32H7等高性能MCU常被选做安全控制器的主控MCU。AN5698文档介绍了使用X-CUBE-STL库支持其他的标准，包含了对ISO13849的支持。

安全模块，安全开关，安全继电器

安全模块，安全开关，安全继电器等安全组件在自动化安全系统中也扮演着重要角色，STM32C0、STM32G0、STM32F4系列等高性价比MCU常被选用。

激光雷达/扫描仪，安全光栅/光幕，安全门闩

在现代化工厂中，为了减少自动化机械设备给工人带来的伤害，必须在存在危险或潜在危险的机床等设备周边提供安全的工作环境。激光雷达/扫描仪，安全光栅/光幕，安全门闩等被用作安全距离预警和危险区域识别，这些设备对功能安全认证也有严格要求。高性能STM32H5、STM32H7系列是激光雷达/扫描仪的理想选择。高性价比的STM32C0、STM32G0、STM32F4、STM32H5系列则适合安全光栅、光幕等设备。

传感及仪表

在传感及仪表侧的一些关键的场合也需要经功能安全认证的产品，如火焰的检测，燃烧的控制，液位的监测，涡轮的监测等场合。STM32U0、STM32U5等超低功耗系列在满足性能的同时又提供了超低功耗的设计。免费的自检库及安全文档则可加速终端客户的功能安全设计及认证过程。

STM32中文官网也为功能安全应用开设了专门的页面 （点击此处进入），方便用户信息查看和资源下载。

为工业而生的STM32，以其强大的性能，辅以功能安全自检库及丰富的功能安全文档，已帮助众多客户成功实施了丰富的功能安全应用，未来还将继续助力用户的功能安全设计，为工业自动化系统的安全保驾护航。