SOM – Safety on Module

SOMs (von System on Module) sind eine probate Antwort auf gestiegene Anforderungen an Embedded-Systeme. Die kleinen, hochintegrierten Subsysteme sind auf die Steuerung jeweils einer Funktion spezialisiert und haben alles dafür Erforderliche auf einer Platine – z. B. Prozessor, flüchtige und nichtflüchtige Speicher und eine Vielzahl an Schnittstellen. Wichtigste Vorteile der SOMs: Sie reduzieren Entwicklungszeiten und -kosten. Gleichzeitig werden die Gefahren von Designfehlern verringert. Aber SOMs können nicht nur steuern, sie können auch Safety.

NewTecs NTBatteryManagementSystem (NTBMS) zum Beispiel überwacht Ladevorgang, Ladezustand und Temperatur von Batterien sowie die Spannungsversorgung. So sorgt es einerseits dafür, dass die Batterie jederzeit optimal funktioniert und ihre Kapazität so lang wie möglich erhalten bleibt. Andererseits verhindert es aber auch Batteriebrände und trennt bei einem Unfall dank Crash Detection die Batterien elektrisch vom Fahrzeugnetz.

Was für die hochintegrierten Subsysteme im Allgemeinen gilt, gilt auch für Safety-SOMs: Sie sparen Entwicklungszeit und Entwicklungskosten. Sowohl die Aufwände bei der Spezifikation der Safety Requirements und der Implementierung der Safety-Funktionalitäten als auch der Aufwand in der Test- und Validierungsphase lassen sich um bis zu einem Drittel verringern.

Klein und flexibel: NTSafeSOM
Das NTBMS basiert auf NTSafeSOM, einem generischen Mikrocontroller-Modul für die sichere Software-Entwicklung im Automobilbau. Da sich dieses SOM problemlos in Schaltungen und Steuerungen integrieren lässt, kann es neben dem Batteriemanagement auch für andere sicherheitskritische Applikationen im Automobilbau bis ASIL C verwendet werden. So können Steuerungen für Schiebedächer oder ABS-Ventile per NTSafeSOM überwacht werden. Genauso kann es für Sitzplatz-Überwachungssysteme eingesetzt werden oder für Fahrassistenzsysteme der Stufen 1-3. Für die Kommunikation mit anderen Steuergeräten sind LIN- und CAN-Schnittstellen vorhanden.

Obgleich für den Automotive-Bereich entwickelt, sind NTSafeSOM und NTBMS keineswegs auf den Einsatz in Automobilen beschränkt. Aufgrund ihrer geringen Einbaugröße eignen sie sich ebenso für andere mobile Anwendungen, beispielsweise, um zu verhindern, dass Akkus von E-Bikes oder Wechselakkus von Werkzeugen in Brand geraten.

Auch bei stationären Energiespeichern spielen die Funktionalitäten von NTSafeSOM ihre Stärken aus – wenn es etwa darum geht, Spannungen, Ströme und Schnellladefunktionen von Batteriespeichern zu überwachen, die zur Pufferung von Solaranlagen genutzt werden. Besonders leicht zu realisieren ist ein sicherer Überhitzungsschutz – insbesondere in heißen Sommern von großer Wichtigkeit.

Safety für Industrie und mehr: SafeFlexBoard und STM32G070
Sollen Safety-SOMs in stationären Umgebungen genutzt werden, greifen in Bezug auf die funktionale Sicherheit die Basisnorm IEC 61508 oder von dieser abgeleitete Sektornormen wie die IEC 62061 für Maschinensteuerungen.  NTSafeSOM-Module können hier je nach Einsatzszenario bis Safety-Level SIL 2 eingesetzt und zertifiziert werden, was etwa ASIL C entspricht. Für spezielle Einsätze im Industrieumfeld empfehlen sich allerdings Module mit konsequent zweikanaliger Architektur. NewTec bietet hier zwei fertige Module für verschiedene Safety-Levels, die darüber hinaus so adaptiert werden können, dass alle benötigten Interfaces integriert werden, ggf. auch Wireless-Systeme.

Zum einen hat NewTec gezielt für Industrieanwendungen ein neues Safety Reference Design für Komponenten mit den populären STM32G0-Mikrocontrollern von STMicroelectronics entwickelt, das bis SIL 3 zertifizierbar ist. Auch das SafeFlex-Board mit seinen zwei FPGAs ist bis SIL 3 zertifizierbar und kann darüber hinaus per EtherCat, PROFINET, PROFIsafe oder Powerlink mit einer SPS verbunden werden. So können Antriebe und Sensoren mit den Safety-Protokollen FSoE, ProfiSafe oder OpenSafety gesteuert werden und sind zudem upgradefähig auf OPC UA over TSN.

Die beiden Module empfehlen sich vor allem zur Umsetzung von hohen Sicherheitsanforderungen. Zum Beispiel in der Robotik, wenn es darum geht, schnelle Bewegungen von Maschinen zu überwachen, um Gefährdungen für Menschen, die sich in ihrem Bereich aufhalten, möglichst auszuschließen. Ebenso in der Medizintechnik, etwa für die Kontrolle von Injektionsrobotern, die kameraüberwacht eine Vene detektieren und dann eine Injektion setzen.