PROFIBUS PA过程自动化现场串行通讯系统 -行业资讯

PROFIBUS PA 是一种用于自动化控制系统和现场仪表、执行器之间的串行通讯系统。它以符合国际标准的PROFIBUS DP 为基础，增加了PA总线应用行规以及相应的传输技术，使现场总线PROFIBUS 不仅能用于离散制造业，也能够满足各种过程工业对控制的要求。

在石化、化工、制药、电力、冶金、造纸、水处理等过程工业领域中，根据IEC 标准的阐述，在控制系统中应用现场总线技术的关键在于引进新的、能够满足某些特殊要求的技术。例如，通过总线直接对现场设备进行供电以及符合本安要求的传输技术等。另外，统一的应用行规和不同种类现场设备之间的互操作能力对于过程自动化也是必不可少的。

PA 总线不仅可用于冶金、造纸、污水处理等一般领域，也可用于有本安防护要求的石化、化工等有爆炸危险的环境。非本安和本安型总线系统遵循同样的规则。

PA 现场总线的优势

采用PA 现场总线的优势之一是：在生产现场，总线型现场设备按照不同的网络结构进行连接，并由总线直接供电，不再需要额外的供电电源。另外，由于采用总线连接设备而节约了大量的电缆、电源箱、配电柜、汇线槽、接线柜、端子箱、安全栅或隔离电路，也不再需要传统的I/O 模块，因此将节省一笔可观的费用。近两年来，随着现场总线技术的推广和普及，总线型仪表的制造成本也在逐年下降。据统计，2002 年总线型仪表与传统的4 ～20mA 仪表相比价格上只相差2 0 ％左右，已大幅度低于2000年时的水平，相信在2～3年后，两种仪表的价格将会非常接近或持平。

上图表示了一种典型的PA总线结构。低功耗的现场设备（如温度变送器、压力变送器、阀门定位器等）由两线制总线供电。全数字化的总线信号在同一条总线上传输。该技术中所有使用的设备包括：耦合器、一条总线、现场仪表，此外不再需要其它任何的设备和器件。因此，仅从使用的器件上看，总线方式比起传统的方式来就具有明显的优势，由此会带来如铺设简单、故障发生率低且查找方便、节省安装时间和费用等一系列好处。

对上图需要补充说明的是，仪表和执行器安装在生产现场的**层，实现该总线技术的关键器件耦合器和上位控制器通常则安装在控制室内。但是，如果仪表的分布范围超过了总线的允许使用长度，也可以根据需要把耦合器安装在现场设备附近。

IEC61158-2 指出：一条仪表总线上最多可连接32 台现场设备。但由于现场安装、施工中存在的种种问题，实际上这个数目仅仅是理论值，实际应用中可连接大约28 台设备左右。连接仪表的具体数量由不同厂家生产的总线仪表的耗电量决定。在有些工程项目中也使用了一些不通过现场总线供电的设备，这些设备必须使用附加电源供电，此时的现场总线只负责数据信号的传输。

PA总线通过使用耦合器可连到电气的或使用光纤传输的DP总线系统中。这种仪表型总线的一大特点是既可以在危险区域也可以在一般区域中使用，且运行过程中可进行带电操作。

PROFIBUS PA总线一个明显的优点是“即插即用”。大家知道，“即插即用”概念在家庭和办公用计算机上早已经实现，但在工业领域实现“即插即用”却很少听说。一旦在生产现场实现后将会大大方便工程组态、现场调试和维护，减少停机时间，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、石化、化工等领域停机**的损失常常以百万元是为单位计量。

关于FISCO模型

由PTB 和一些**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的设备和仪表的数量。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。

此外，FISCO 模型还提出了以下几点要求：

1. 从设计原理上，此仪表总线应符合国际标准对本质安全设备的要求，这一点是毫无疑问的。

2. 只有一台本安供电设备（耦合器）。当一个站发送数据时无需供电，详细的技术原理可参考有关书籍，如<FISCO 模型> 和<PROFIBUS PA 应用技术手册> 等。

3. 每个站消耗的基本电流经过短暂的波动后应保持稳定。除此之外，IEC允许在距离超出规定时使用中继器延长距离，但在实际应用中又不推荐使用它，原因是中继器本身又成为这种本安总线的干扰源而影响信号的波形稳定。由以上两点可以看出，这种技术相对来讲比较复杂，这也是该类总线没有实现冗余的重要原因之一。

4. PA总线上的从站如压力变送器等作为一种无源耗电设备存在，当发生故障时不应影响总线上的其它设备，即不能出现“黑洞”效应吞噬总线电流而造成总线全体成员工作瘫痪。

5. 主干线在两端必须有终端电阻，站内部的**电感和电容对于本安的影响可以不予考虑。

6. 可以使用不同类型的屏蔽或非屏蔽电缆。IEC 规定了A、B、C、D 型4 种电缆，但C、D 两种无屏蔽层，在实验室使用还可以，工程上不行；B 型电缆横截面积仅有0.32mm2，也不适合用于现场。剩下的只有A 型电缆，而且各项参数如衰减率、阻尼等在所有4 种线中**。

根据IEC61158-2/S3/ 的规定，PA总线将采用数字化位同步的数据传输，数据传输速度为31.25kbit/sec以及防错的起止界定符，信号电压为0.75V～1V，且可以实现本安操作。网络拓扑结构为总线和树形结构，每网络段最多可连接32个站（仪表或执行器），最多可用4个中继器进行扩展。在国际标准中描述的PROFIBUS DP不能满足FISCO模型的技术要求。

从市场上看，自1998 年PROFIBUS PA 在国内**安装后，其所应用的领域已经扩大到多种行业，如冶金、造纸、石油化工、污水处理、烟草、建材生产等，并正在以每年超过100％的增长率快速进入更多的行业。自控系统的主要供应商如西门子、ABB、Honeywell、AB、Modicon、Fisher Rosemount 等均已在其系统中集成了该总线。可以预见，在未来的几年，总线式仪表将会逐步代替传统的4 － 20mA 仪表且实现国产化。