SIEMENS PROFIBUS PA：过程自动化现场总线

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！