IEC61784-3安全通信协议：认证如何构筑工业功能安全的“技术护城河”？

随着工业4.0的深入发展，智能制造系统对自动化设备的可靠性、实时性与安全性提出了前所未有的高要求。在这一背景下，功能安全通信（Functional Safety Communication）正日益成为保障工业系统“本质安全”的关键支撑，被誉为现代工业的“数字生命线”。
它不仅确保控制系统在正常工况下高效运行，更在故障或异常情况下，通过可靠的通信机制触发安全响应，有效防范人员伤害、设备损坏和生产中断。

什么是功能安全通信？
功能安全通信是指在工业自动化系统中，为实现安全相关功能（如紧急停机、安全门锁、速度监控等），在设备之间传输安全数据时所采用的高完整性通信技术。其核心目标是：即使通信链路出现故障，系统仍能以高概率正确识别并执行安全动作。
与传统工业通信不同，功能安全通信须满足：
高可靠性：低残余错误率
确定性：严格的实时响应能力
容错性：具备冗余、诊断、数据完整性校验等机制
互操作性：支持多厂商设备间的安全协同
国际标准 IEC 61784-3 是全球首个专门针对功能安全通信协议的统一规范，定义了包括 FSoE（Fail-Safe over EtherCAT）、CIP Safety、PROFIsafe 等在内的多种安全通信行规，为跨平台安全互联提供了技术基础。

功能安全通信——IEC 61508对安全功能实现过程中对数据通讯的要求
在IEC 61508-2 chapter 7.4.11中对数据通讯的附加要求指出为确保通信过程所需的安全性指标（例如残余错误率）而必须采用的技术和措施。这提供了两种可能的实施方式：白色通道，黑色通道。

 

（引自标准 IEC 61508-2 Figure 7-Architectures for data communication）

白色通道: 实现通信过程的两端包括两端内部的所有接口、转换设备和软件都需要符合IEC61508；
黑色通道: 仅两端的设备（安全数据发送和安全数据最终接收）符合IEC61508，中间的通信过程符合IEC61784-3，中间的软硬件不需要符合IEC61508要求。目前世界工业领域主流的，包括IEC61784-3规定的都是采用黑色通道的方式来实现。
采用黑色通道实现安全通信的基本理念如下：

 
（引自标准IEC 61784-3 Figure 5-Example model of a functional safety communication system）

由上图可知黑色通道实现安全通信就是要设计安全通信层，按照IEC61784-3中的相关要求选择合适的技术措施，在发送端和接收端的安全通信层的数据结构进行封装并增加相应的应答机制。在整个通讯过程中物理层，数据链路层，应用层均可自行设计。通讯过程中可能会经过网关，路由等设备，这些软硬件均可自行设计没有特殊要求。

标准协同：构建完整的功能安全生态
功能安全并非孤立存在，而是多个标准协同作用的结果。IEC 61784-3 作为承上启下的核心标准，连接了基础标准、应用标准与现场总线技术。

标准体系关系图解（引自标准 IEC 61784-3 Figure 1-Relationships of IEC 61784-3 with other standards (machinery)）

黄色框是功能安全相关的标准，包括基础标准IEC61508，应用标准IEC62061，ISO13849等和产品标准IEC61131-6（可编程控制器功能安全要求），IEC61496(机械安全-电敏感防护设备)，IEC61800-5-2(可调速的电气传动系统-功能安全要求)，ISO10218-1(工业机器人-功能安全要求)等三个层级。其中黄色框中 IEC 61000-6-7和IEC61326-3-1关于EMC的标准指向IEC61784-3两者的联系是由于通信过程中的电磁干扰导致的软失效。
蓝色框是现场总线相关的标准，包括基础的现场总线规范、安装导则、电气安全要求等。其中IEC62443(工业系统网络安全标准) 指向IEC61784-3，由于IEC 62443解决“系统可信”，IEC61784-3解决“数据是否实时，可靠，确定”，两者互补，共同保证工业系统的“可信且高效”。

功能安全认证：通往可信系统的必由之路
即便技术先进，未经权威验证的安全通信系统仍难以获得市场信任。因此，第三方功能安全认证成为产品进入高端工业市场的“通行证”。

作为国际公认的测试、检验和认证机构，SGS在功能安全领域的专业能力得到了全球认可。SGS工业功能安全团队凭借丰富的经验通过权威的标准化评估、系统性验证（如实时性、冗余性）及全生命周期管理，能够显著提升安全通信系统的可靠性与抗干扰能力，成为应对复杂电磁环境、保障工业机器人等设备安全通信的关键技术支撑，助力行业满足严苛的功能安全与性能要求。

截至2025年，SGS 全球拥有 99,500+ 名专业人员，在 115 个国家设立 2,500+ 实验室与分支机构，构建起强大的技术支撑网络，持续为工业自动化、工控系统、工业芯片、轨道交通、能源电力及电梯等领域客户提供专业“两安”（功能安全 + 网络安全）解决方案。

在工业4.0加速演进的今天，功能安全通信已不再是“可选项”，而是构建智能工厂、无人产线、协作机器人系统的“基础设施”。 未来，唯有将安全通信内生于系统架构之中，才能真正实现“生产不停、安全不息”的智能制造愿景。