用於 SIL3 應用工業 PLC 解決方案的評估套件STEVAL-SILKT01

一：產品介紹

STEVAL-SILKT01 是一款評估套件，旨在實現面向硬體架構的 PLC 解決方案，以獲得安全完整性等級 SIL3。該套件由基於 STM32H743ZG 的主 STEVAL-SILKTA01 板和兩個基於 STM32G431RB 的 STEVAL-SILKTB01 子板組成。雙微控制器架構是將系統提升到 SIL3 級別（參見 IEC 61508）的主要特性之一。除此之外，硬體架構還有其他方面，包括數字輸入/輸出管理、診斷功能、電源管理模塊、隔離以及輸入和輸出冗餘。基於 STISO621 的嵌入式隔離柵可用於 STEVAL-SILKTA01 和 STEVAL-SILKTB01，以確保電壓穩健性高達 6 kV 的電流隔離，並且有必要保護用戶界面（MCU 層）免受電路板危險部分的影響，例如數字輸入/輸出部分。因此，在 STM32G431RB 和 STM32H743ZG 微控制器之間開發了一個隔離的通信層。

這種電流隔離涉及的信號是：

1.STM32H743ZG 和 STM32G431RB 之間的串行通信。

2.數字輸入由單通道輸入 CLT03-1SC3 生成的脈衝波形。

3.數字輸出來自 STEVAL-SILKTA01 和 STEVAL-SILKTB01 的驅動信號。

4. 使用智能電源開關 （IPS） 輸出設備中的嵌入式診斷功能和輸出路徑上的反饋電路，提供過載和過熱診斷警告。

由於三個通信通道的可用性，整個套件可以與主機連接，使用不同的技術、串行差分和以太網實時 STEVAL-SILKTA01，並使系統能夠支持以太網/IP、Modbus 和 CANopen 協議棧。硬體由兼容 STM32Cube 框架的固件包 STSW-SILKT01 支持。

STEVAL-SILKT01 評估套件由一個主板 STEVAL-SILKTA01 和兩個STEVALSILKTB01驅動板組成，該評估套件可以更輕鬆地開發工業 PLC 系統，目標是獲得安全完整性等級 SIL3。硬體架構提供 DC > 90% 的診斷覆蓋率，STEVAL-SILKTB01 上的數字 I/O 級，能夠檢測來自提供 0-24 V 信號的工業傳感器或緊急按鈕或來自提供 4-20 mA 傳感器的模擬傳感器的輸入信號，並啟動管理安全扭矩關閉安全功能的系統。STEVAL-SILKTA01 設計為由 24 至 36 V 的電源電壓供電，最大過壓穩健性為 60 V。降壓配置的專用 DC-DC 開關轉換器可產生所需的低電壓參考，用於：與 STEVAL-SILKTB01 和 STEVAL-SILKTA01 驅動板進行數據通信;數字 I/O 信號;收發器 RS485 和 CAN，用於 Ethernet/IP 協議棧的外部存儲器。電源管理架構的定義考慮了應用和模塊功能中所需的電壓基準。在 STEVAL-SILKTA01 中可以識別兩個主要塊，第一個塊由與安全無關的通信表示，第二個塊由數據處理和隔離表示。相對於 STEVAL-SILKTB01，所有硬體模塊（如數據處理、隔離和數字輸入/輸出）都與安全相關。數據處理單元圍繞 STM32 微控制器構建：STM32H743ZG用於 STEVAL-SILKTA01，用於管理通信和部分功能安全功能，STM32G431RB用於管理功能安全功能和 SPI 通信。可用的通信通道是支持 Modbus 協議的 RS485、支持 CANopen 協議的 CAN 和支持 Ethernet/IP 協議的以太網實時，所有這些都在 STEVAL- SILKTA01板。

二：產品框圖概覽

STEVAL-SILKTB01 驅動板中不同部分的位置

1.電源管理 2.數據處理 3.隔離 4.數值輸入 5.擴展連接器

三：產品主要特性

1. 設計符合 IEC61508-2、EN 62061、EN ISO 13849-1、EN ISO 13849-2 的 SIL3/PLe 認證。
2. 基於 STM32H743ZG 和 STM32G431RB 的雙核架構。
3. 雙數字輸出 IPS1025H、IPS4260L。
4. 雙數字輸入 CLT03-1SC3。
5. 全面診斷覆蓋率 >90%。
6. 用於數據傳輸的電流隔離，以及使用 STISO621 的數字 I/O 信號。
7. 實時通信，支持用於 Ethernet/IP 的以太網技術，以及用於 RS485 和 CAN 的差分串行通信。
8. 過載和過熱保護，集成在設備級的板上。

四：產品原理圖