功能安全通信——工業4.0時代的“數字生命線”

隨著工業4.0的深入發展，智能制造系統對自動化設備的可靠性、實時性與安全性提出了前所未有的高要求。在這一背景下，功能安全通信（Functional Safety Communication） 正日益成為保障工業系統“本質安全”的關鍵支撐，被譽為現代工業的“數字生命線”。

它不僅確保控制系統在正常工況下高效運行，更在故障或異常情況下，通過可靠的通信機制觸發安全響應，有效防范人員傷害、設備損壞和生產中斷。

什么是功能安全通信？ 

功能安全通信是指在工業自動化系統中，為實現安全相關功能（如緊急停機、安全門鎖、速度監控等），在設備之間傳輸安全數據時所采用的高完整性通信技術。其核心目標是：即使通信鏈路出現故障，系統仍能以高概率正確識別并執行安全動作。

與傳統工業通信不同，功能安全通信須滿足：

高可靠性：低殘余錯誤率

確定性：嚴格的實時響應能力

容錯性：具備冗余、診斷、數據完整性校驗等機制

互操作性：支持多廠商設備間的安全協同國際標準 IEC 61784-3 是全球首個專門針對功能安全通信協議的統一規范，定義了包括 FSoE（Fail-Safe over EtherCAT）、CIP Safety、PROFIsafe 等在內的多種安全通信行規，為跨平臺安全互聯提供了技術基礎。

功能安全通信——IEC 61508對安全功能實現過程中對數據通訊的要求 

在IEC 61508-2 chapter 7.4.11中對數據通訊的附加要求指出為確保通信過程所需的安全性指標（例如殘余錯誤率）而必須采用的技術和措施。這提供了兩種可能的實施方式：白色通道，黑色通道。

白色通道:實現通信過程的兩端包括兩端內部的所有接口、轉換設備和軟件都需要符合IEC 61508；

黑色通道:僅兩端的設備（安全數據發送和安全數據最終接收）符合IEC 61508，中間的通信過程符合IEC 61784-3，中間的軟硬件不需要符合IEC 61508要求。目前世界工業領域主流的，包括IEC61784-3規定的都是采用黑色通道的方式來實現。

采用黑色通道實現安全通信的基本理念如下：

由上圖可知黑色通道實現安全通信就是要設計安全通信層，按照IEC 61784-3中的相關要求選擇合適的技術措施，在發送端和接收端的安全通信層的數據結構進行封裝并增加相應的應答機制。在整個通訊過程中物理層，數據鏈路層，應用層均可自行設計。通訊過程中可能會經過網關，路由等設備，這些軟硬件均可自行設計沒有特殊要求。

標準協同：構建完整的功能安全生態 

功能安全并非孤立存在，而是多個標準協同作用的結果。IEC 61784-3 作為承上啟下的核心標準，連接了基礎標準、應用標準與現場總線技術。

黃色框是功能安全相關的標準，包括基礎標準IEC 61508，應用標準IEC 62061，ISO 13849等和產品標準IEC 61131-6（可編程控制器功能安全要求），IEC 61496(機械安全-電敏感防護設備)，IEC 61800-5-2(可調速的電氣傳動系統-功能安全要求)，ISO 10218-1(工業機器人-功能安全要求)等三個層級。其中黃色框中IEC 61000-6-7和IEC 61326-3-1關于EMC的標準指向IEC 61784-3兩者的聯系是由于通信過程中的電磁干擾導致的軟失效。

藍色框是現場總線相關的標準，包括基礎的現場總線規范、安裝導則、電氣安全要求等。其中IEC 62443(工業系統網絡安全標準) 指向IEC 61784-3，由于IEC 62443解決“系統可信”，IEC 61784-3解決“數據是否實時，可靠，確定”，兩者互補，共同保證工業系統的“可信且高效”。

功能安全認證：通往可信系統的必由之路 

即便技術先進，未經權威驗證的安全通信系統仍難以獲得市場信任。因此，第三方功能安全認證成為產品進入高端工業市場的“通行證”。

作為國際公認的測試、檢驗和認證機構，SGS在功能安全領域的專業能力得到了全球認可。SGS工業功能安全團隊憑借豐富的經驗通過權威的標準化評估、系統性驗證及全生命周期管理，能夠顯著提升安全通信系統的可靠性與抗干擾能力，成為應對復雜電磁環境、保障工業機器人等設備安全通信的關鍵技術支撐，助力行業滿足嚴苛的功能安全與性能要求。

截至2025年，SGS 全球擁有99,500+ 名專業人員，在 115 個國家設立2,500+ 實驗室與分支機構，構建起強大的技術支撐網絡，持續為工業自動化、工控系統、工業芯片、軌道交通、能源電力及電梯等領域客戶提供專業“兩安”（功能安全 + 網絡安全）解決方案。在工業4.0加速演進的今天，功能安全通信已不再是“可選項”，而是構建智能工廠、無人產線、協作機器人系統的“基礎設施”。 未來，唯有將安全通信內生于系統架構之中，才能真正實現“生產不停、安全不息”的智能制造愿景。

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SGS是國際公認的測試、檢驗和認證機構。憑借超過145年的卓越經驗和瑞士公司特有的精準度，我們幫助企業達到質量、合規與可持續發展的最高標準。發展至今，我們的業務包含互聯與產品、工業與環境、營養與健康、自然資源、管理與保證五大戰略版圖。

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