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ProfibusPA是一种广泛用于制造业、流程工业、物流管理、楼宇自动化等众多领域的开放式现场总线,并符合国际标准IEC61158。从本质上讲它是一种计算机局域网络，只是由于它用在工业环境中，从使用器件的可靠性和对现场数据传输的要求上才与办公局域网有所不同。 

产品介绍 :

    按照ISO/OSI七层网络模型，ProfibusPA含有第1、2、7三层和一个附加的用户层（第8层）；其中物理层和数据链路层定义的是传输介质和访问总线的协议。在第七、八层定义的就是PA的应用规范和设备行规。
    设备行规以DP为基础，对PA总线设备、仪表的功能块(物理块、变送器块和模拟输入块等)以及功能块参数等进行了标准化规定。当前已定义了行规的设备包括:变送器、分析仪器、执行器、数字输入、数字输出。行规保证了不同厂家的仪表之间可以实现互换和互操作。全世界所有生产仪表的厂家只要按照ProfibusPA的行规生产制造产品，之后通过相应测试机构的检验和认证，其设备均可连于该总线上，目前全球各个厂商生产的PA设备已超过260多种，在污水处理、冶金、建材、电力生产、造纸、烟草、石化、化工、制药、蔬菜生产等众多领域中广泛使用，充分体现了PA总线良好的开放特性。
    由于Profibus－PA的这种开放性，用户在使用现场总线时无论是对其核心部件如耦合器和链接器，还是仪表、导线、连接头等都有很大的选择自由。在当今世界上已安装的近16万个PA节点中，绝大部分产品均来自于众多的PA支持厂家，如Siemens、ABB、P＋F、E＋H、Fisher－Rosmount、Wago、Krohne等，这充分体现了PA总线的开放性和国际化特点。
    从网络层次上看，PA在整个系统中处于最底层，直接铺设在生产现场，串行连接位于生产过程监测最前沿的各类设备和仪表，如阀门定位器、压力/差压、温度变送器、分析仪、流量计、液位计、I/O模块等，其上层是高速的Profibus－DP总线。通过这样的双层总线结构，就可以完整实现数据的采集、传输以及对设备的控制和管理，如下图所示。
    图中共有四种颜色的传输导线，墨绿色的是上层以太网，速率为10/100Mbps，紫色线是ProfibusDP，速率从9.6kbps-12Mbps可调，蓝色和黑色线是PROFIBUSPA，分别用于危险区和一般区域，采用固定速率31.25kbps。
    众所周知，任何一种网络技术的信号传输都需要遵循一定的规范，使用某类物理介质或导线进行串行或并行通讯，并对通讯信号进行编码，以便接收方按事先约定的协议规范识别信号的具体含义。ProfibusPA也是一样，信号的传送遵循PROFIBUS－DLL协议，采用符合MBP-iS的物理介质进行串行通讯，并使用曼彻斯特编码的位同步数据传输，8位/字符，防错的起止界定符，信号电压为0.75Vss～1Vss，并能够实现本安操作。网络拓扑结构为总线和树形结构，每网段最多可连接32个站（仪表或执行器），当总线长度不够时最多可用4个中继器进行扩展。以上是IEC61158－2的技术规定，在流程工业中使用的现场总线均符合这些要求。

Profibus－PA的特点
    Profibus－PA具有现场总线技术所有的优点：开放性、互换性、互操作、全数字双向通讯等。多台设备由总线直接供电，不仅节约了I/O模块、电源箱、配电柜、供电线，与传统的4－20mA仪表点对点连接方式相比，还节约了大量的电缆线、汇线槽、接线柜、端子箱等。此外，由于耦合器本身集成了隔离栅和终端器，因而不再需要传统的隔离栅/隔离电路和单独分立的匹配电阻。
    尤其值得一提的是Profibus－PA总线具有的“即插即用”功能。不仅大大方便了工程组态、现场调试和维护，减少停机时间，而且增加设备的利用率，进而提高生产效率。据统计，在诸如冶金、电力生产、石化、化工等领域停机一天的损失常常以百万元单位计量。
    由PTB和一些著名的生产制造商联合测试和完成的FISCO（现场总线本安概念）模型保证了PA现场总线可用于危险区域并实现“即插即用”概念。该模型的主要特点是只有一台供电设备与现场总线相连。其它设备均为耗电设备。这样做不仅可以减少故障发生的概率，同时也增加了接于总线上设备和仪表的数量。由于只有一台总线电源供电，因此只有这台设备（耦合器）需要配备限电/限压安全回路。
    从1996年Profibus－PA开始安装以来，在全球每年安装的PA节点数都以超过100％的速率增长，据PROFIBUS国际组织统计，2001年PA节点的安装数量约为6.5万台。到目前为止，现场安装的PA节点总量已超过15万台。在中国，PROFIBUS－PA也正在以同样的速率高速增长！

用于过程自动化的Profibus PA 

（Profibus for Process Automation） 

Profibus 改变自动化领域 

对于制造业自动化和过程自动化的所有应用领域来说，Profibus是一个标准化的，开放的数字通信系统。PROFIBUS协议是以国际标准EN50170和IEC61158为基础的。这一技术适合于替代离散和模拟的信号。 

Profibus的存在已超过10年，其间它不断地自我发展以跻身于世界市场的领先地位。由于具有一系列不同类型的协议、接口和行规，PROFIBUS以其模块化设计为基础被确定为普遍的应用，同时它也超出了制造业自动化和过程自动化的要求。 

Profibus PA用于过程自动化 

PROFUBUS PA 对过程自动化进行了明确的说明。它满足了化学工业的下列要求： 

—使用在易爆领域中 

—使用可通过总线供电和通信的领域中 

—可以使用标准化的应用行规 

—即使在潜在易爆领域中，设备可即插即用 

在完成大量的测试之后，NAMUR（一个化工业领域中测量和控制技术的研究组）证实了Profibus PA在化学工业的生产厂中的适用性。 

Profibus PA 的重要部分 

—Profibus PA使用DP-V1通信协议 

—Profibus PA在设备行规“过程自动化”（PA）中说明了设备的特性，它为由不同生产商提供的设备间实现可互操作性和可互换性提供方便。 

—Profibus PA根据IEC61158使用同步传输模式技术，异步传输模式技术（R8485）以及光纤技术。 

—Profibus PA通过由总线供电的设备可以应用于潜在易爆领域中 

—Profibus PA使用FISCO 模型，这样无需耗时的计算就能创造和扩展本质安全的网络 

—Profibus PA便于标准化的设备管理和工厂范围的设备工程设计（GSD，EDDL，FDT/DTM） 

—Profibus PA为优化资产管理提供了基础 

根据IEC1158-2，同步传输模式技术的特性为： 

—数据传输 

数字，位-同步传输，31.25kbit/秒，曼彻斯特编码，电压模式 

—数据储存 

前同步，故障-安全，开始-定界符和结束-定界符 

—电缆 

双绞，屏蔽电缆 

—爆炸保护 

本质安全性（Eex ia/ib）和封装（Eex d/m/p/q） 

—远程供电 

通过信号导体传送 

—拓扑 

线型，树型和星型及混合形式 

—站数 

每段最多32站，总共最多126，取决于总系统电流 

—电缆长度 

最长1900米，光纤最长120米，在危险地区，最长1000米，光纤最长30米 

—中继器 

有中继器可扩展到10千米 

Profibus PA 的特性(Characteristics of PROFIBUS PA) 

通信规则 

Profibus PA 使用DP-V1来实现各站之间的通信。它定义了以下设备类型：主站设备或主动站决定总线上的数字通信。不需外部请求它们能够获得总线访问授权并且随后发送信息。1类主站（控制设备如PLC或PC）用循环数据通信，而2类主站（工程设计和操作设备）一般使用非循环数据通信。从站设备或从站它们没有总线访问授权，只在主站要求的情况下通信。 

行规创立一致性 

独立于生产商的对总线站的操作和监督只有在对所有设备的功能和参数标准化后才有可能实现。使用Profibus，这就能通过设备行规来实现。设备行规规定了生产商如何在设备中执行通信对象、变量和参数。行规考虑了设备的通信和应用情况。 

对于过程自动化中的现场设备来说，Profibus PA 行规3.0版本可供使用。PA行规中规定了以下设备类别： 

—压力和差动压力 

—液位，温度和流速 

—模拟和数字的输入及输出 

—阀门和执行装置 

—分析仪器 

无需计算的本质安全性 

在潜在易爆领域中的即插即用。由PTB（Physikalisch-Technische Boundesanstalt ,德国联邦物理技术学院）开发的FISCO模型（现场总线本质安全概念），把它用于潜在易爆领域中的现场总线的运行，这已被国际广泛接受。同时，在计划、安装和扩展Profibus PA 网络时，它能大量地节省时间。这一模型是以网络其本质安全的前提为基础的，如果四个相关的总线元件（现场设备，电缆，段耦合器和总线终端）在预先定义的有关电压、电流、输出、电感和电容的限制内，就不要任何独立的本征安全性计算。通过把元件拿到不同国家的授权办公室如PTB，BVS，UL或FM 进行检验，可以得到正确的证实。如果使用已证实的FISCO设备，那么它不仅通过一个相位(phase)可运行更多的设备，而且这些设备还可以在运行期间由其他厂商生产的设备所代替。所有这些，都不需要耗时的计算和系统验证：这就是在潜在易爆领域中的即插即用。 

使用DP-V1传输协议的有效通信 

—总线访问 

主站间令牌传递，主站和从站间的主-从协议（轮询） 

—通信 

一对一和广播服务 

循环服务用于引用数据交换业务 

非循环服务用于报警、诊断、参数设置 

—功能范围 

在主站与从站之间循环传输引用数据 

进行从站配置的分析 

输入和/或输出同步（同步和冻结模式）三级诊断通知 

通过总线为从站编址 

每个从站输入输出的数据最多244个字节 

—安全功能 

所有信息的海明距离为HD=4 

从站的响应监督可以识别主站的故障 

访问保护使从站的输入输出免受未授权的主站的访问 

通过可编程计时器监督引用数据的通信 

设备管理和工程设计(Device management and engineering) 

标准化设备管理 

如果主站识别了从站专用的参数和数据格式，那么在过程控制系统（一类主站）或工程设计工具（二类主站）与现场设备（从站）之间的循环和非循环数据的通信就能够平稳和充分地进行。 

为此，Profibus提供了一个标准化的解决方案：PROFIBUS 设备的通信参数是用预定的数据格式以电子设备数据库文件的形式定义的（GSD文件）。下载GSD文件到组态工具可以使该工具或过程控制系统最理想地利用设备的通信参数。 

用于组态设备的Profibus设备的设备特征通常用预定的电子设备描述语言（EDDL）来描述。EDDL是独立制造商用于描述现场设备的通用语言。 

EDD文件通知给设备参数的组态工具或过程控制系统。 

厂级设备工程设计 

信息技术现在支配着自动化技术直到用现场总线连接的智能现场设备层中。其优势在于布线低成本和用于设备工程设计的更多可能性。 

具有设备类型管理程序（DTM）的现场设备工具概念允许延伸集成的可能性：有关工程设计，诊断，服务和资产管理，独立于现场总线和与自动化系统的特殊工程设计环境无关。此外，该概念使一种特殊有效的对设备预先/主动(predictive/proactive)的维护成为可能。 

除了通过Profibus电缆进行实际数据的传输之外，对厂商专用的用户软件的接口正不断提高其标准化水平。通过FDT/DTM接口会产生这样的结果，有可能把软件模块（DTM）集成为更高等级的用户软件。大量的现场设备被作为单个工程设计系统的标准化对象来安装。在此过程中，DTM在微软环境下充当设备的打印驱动器。 

FDT/DTM概念智能地利用来自现场设备的信息。 

质量保证和用户利益(Quality assurance and user benefits) 

通过认证保证质量 

一个开放的标准的现场总线，其可互操作性经过认证的设备来保证。为此，依据公认的、独立测试实验室的测试结果而颁发的认证书可以说明一个完整的产品质量认证过程是有效的。测试的重点在于对硬件的测量，功能范围的测试，一致性的检验和可互操作性的测试。 

支持以及与将来的兼容性 

Profibus 国际组织通过下列机构为用户和厂商提供世界范围内的技术支持： 

23个地区性PROFUBUS组织 

21个Profibus资格中心 

8个认证实验室 

30多个工作组 

包括厂商和用户的这些组织保证不断地进行技术创新，这样就保证了所有Profibus PA用户的竞争优势同时也保证了对未来的竞争优势。 

成功确保利益 

自从引入Profibus PA以来，每年PROFIBUS PA设备的安装数能双倍地增加：大量实例证明了其效率和可接受程度。这个成功并不意外，对于一个工厂的管理者来说，如果他在此工厂的整个生命周期中考虑其综合利益，就能很清楚地解释PROFIBUS PA 的成功之处： 

工厂生命周期中Profibus PA 的优点： 

在下列情况下降低成本： 

—计划和建设 

—安装和布线 

—服务和维护 

—本质安全性 

通过下列途径保护你的投资： 

—标准化 

—认证设备 

—独立于任何生产商 

通过下列途径提高可利用性： 

—在线诊断 

—大量的多种产品 

—设备可互换性 

通过下列途径进行资产管理： 

—提高工厂可利用性 

—降低储存成本 

—保持上游、主流和下游的连续性