PROFIBUS中PA协议版详细介绍及应用资料讲解
PROFIBUS PA 的行规介绍
Profibus-PA适用于PROFIBUS 的过程自动化。
PA将自动化系统和过程控制系统与压力．温度和液位变送器等现场设备连接起来，PA可用来替代4－20mA的模拟技术。
PROFIBUS－PA具有如下特性：
（1）适合过程自动化应用的行规使不同厂家生产的现场设备具有互换性。
（2）增加和去除总线站点，即使在本征安全地区也不会影响到其它站。
（3）在过程自动化的PROFIBUS－PA段与制造业自动化的PROFIBUS－DP总线段之间通过藕合器连接，并使可实现两段间的透明通信。
（4）使用与IEC1158－2技术相同的双绞线完成远程供电和数据传送。
（5）在潜在的爆炸危险区可使用防爆型“本征安全”或“非本征安全”。
1． PROFIBUS－PA传输协议
PROFIBUS－PA采用PROFIBUS－DP的基本功能来传送测量值和状态。
并用扩展的PROFIBUS－DP功能来制订制现场设备的参数和进行设备操作。
PROFIBUS－PA第一层采用IEC1158－2技术，第二层和第一层之间的在DIN19245系列标准的第四部分作了规定。
2． PROFIBUS－PA设备行规
PROFIBUS－PA行规保证了不同厂商所生产的现场设备的互换性和互操作性，它是PROFIBUS－PA的一个组成部分。
PA行规的任务是选用各种类型现场设备真正需要通信的功能，并提供这些设备功能和设备行为的一切必要规格。
目前，PA行规已对所有通用的测量变送器和其它选择的一些设备类型作了具体规定，这些设备如：（1）测压力．液位．温度和流量的变送器
（2）数字量输入和输出
（3）模拟量输入和输出
（4）阀门
（5）定位器。
Profibus教程-6.PROFIBUS-PA
变送器阀执行器等等通过串行总线系统连接食品饮料工业水污水处理对防爆和非防爆区域过程自动化的低端应用是优选的技术PA 运行在下列防爆区域Zone 0Zone 0 Zone 0420mA市acker现场设备分散I/Os信号循环控制器保护类型[EEx ib],爆炸组: IIC)模板扩展中央模3个耦合器gateway)耦合器链接器为基础周期性数据交换功能传输量值和状态对于设备参数的传输和用工程工具的设备运行使用扩展的非周期性读写功能行规定义有关PA 功能映象协议周期的和非周期的读被测值写过程变量读写参数例压力变送器报警警告极限报警摘要附加特征TAG定义运行识别维护定义数据如温度压力流量等的含义定义一个模拟量含范围工程单位和状态支持简单的单变量和复杂的多变量设备结合化学工业的应用开发的描述简单设备的公共参数对运行阶段的基本功能限定了范围如温度压力液位等的被测量值名称和工程单位类的扩展包括识别委派维护和诊断等更复杂的应用功能这两类的参数关系在行规的一致性陈述中被说明定义操作如变送器定义此设备的特定参数和操作过程变量测量范围的上下限的刻度单位及小数点后的数字个数功能块输出起动时间以秒为单位报警功能的滞后是测量范围的百分之几报警上限若超过则报警和状态位设定为警告上限若超过则警告和状态位设定为警告下限若过低则警告和状态位设定为报警下限若过低则中断和状态位设定为例功能块模拟输入测量范围的刻度好坏关于质量的进一步说明如组态错传感器失效)无限低限高限。
profibus-PA协议
Prcess Fleld
Bus-PA
1.PROFIBUS-PA的概述
绪－2
•
1.PROFIBUS-PA的概述
FMS——最初的PROFIBUS
首先，让我们回顾一下PROFIBUS系统
系统，车间级，大数据量的
数据传输
PROFIBUS
DP —用于电气自动化和设 备自动化中快速的数据交换， 具有设备简单，价格低廉，
绪－6
2.PA的通信协议
PROFIBUS的通信协议模型
让我们再回顾一下PROFIBUS的通信协议模型
绪－7
2.PA的通信协议
1.DP-V1的组成
它是DP-V0的扩展版本。 DP-V1包括循环数据交换和专为过程控制而设 计的非循环数据交换，非循环数据主要指过程 参数的上下限和报警范围，以及制造商的一些 特殊数据。 典型的DP-V1的总线循环周期如下图所示
绪－15
3 PA的系统结构
使用链接模块的PROFIBUS网络
PROFIBUS-DP up to 12 Mbit/s
DP/PA 链接器
24 V
J J
模板扩展，中央模板 最多带3个耦合器)
(
PROFIBUS-PA 31.25 kbit/s
x
Non-Ex: 最多 30 个现场设备 Ex: 最多 3 x 10 个现场设备
绪－17
4 PA的行规
PA行规中的信号链 设备中过程控制变量的 处理过程如图所示 信号链的划分分两个子 过程 “测量/执行”（校 准、线性化、定标换 算）的功能在变送块 中； “预处理测量值/后 处理设置”（筛选、 限定值控制、故障安 全行为、运行模式选 择）的功能在功能块 中。
现场总线Profibus_PA关键技术研究及产品开发
现场总线Profibus 2PA 关键技术研究及产品开发K ey Technology Re search and Product Develop ment of Profibus 2PA F ieldbus洪 锦 张永德(北京化工大学信息学院,北京 100029)摘 要 本文阐述了现场总线Profibus 2PA 的关键技术,并以此对PA 产品开发的技术路线进行了探索。
关键词 现场总线 Profibus 2PA 循环/非循环 行规Abstract The key technology of Profibus 2PA fieldbus is described ,the technical method for developing PA products is explored.K eyw ords Fieldbus Profibus 2PA Cyclic/noncyclic Professional regulation0 引言现场总线Profibus 2PA 设备主要应用于流程控制,PA 通信以Profibus 2DP 扩展功能DPV1为基础。
DPV1是依据过程自动化需求而增加的功能,特别适用于参数赋值、操作、智能现场设备的可视化和报警处理等非循环的数据通信。
与依据IS O/OSI 模型进行的循环数据交换一样,非循环数据交换属于用户层协议,只是添加了非循环的通信服务。
对于标准的Profibus 2DP 协议而言,DPV1扩展是可选的,并保证设备兼容于以往的DP 设备。
因此PA 设备总是嵌入在DP 网络中的。
图1 典型的Profibus 2PA 网络结构可以用下列公式来概述Profibus 2PA 技术的关键部分:用于过程自动化的Profibus 2PA =Profibus 2DP 及扩展功能+优化的传输技术(IEC )+现场设备互操作性的行规。
1 DP 扩展功能Profibus 主站分为两类:一类主站(DPM 1)是中央控制器,它在预定的信息周期内与分散的站(如DP 从站)交换信息,典型的DPM 1如P LC 或PC ;二类主站(DPM 2)是编程器、组态设备或操作面板,在系统组态操作时使用,完成系统操作和监视。
Profibus总线的特点和应用
Profibus总线的特点和应用Profibus总线协议是基于OSI模型的，文介绍Profibus总线特点、Profibus总线的三个版本及Profibus总线的应用，对大家深化了解现场总线技术很有关心。
Profibus总线是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。
由Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA组成，Profibus-DP 型用于分散外设简洁高速数据传输，适合于加工自动化领域的应用。
Profibus-FMS为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程掌握器、低压开关等。
Profibus-PA用于过程自动化的总线类型：它遵循IEC1158-2标准。
Profibus是唯一全集成H1(过程)和H2(工厂自动化)的现场总线解决方案，是一种国际化的、不依靠于设备制造商的开放式现场总线标准。
它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化、楼宇自动化以及交通、电力等其他自动化领域。
采纳Profibus标准系统，不同制造商所生产的设备不需对其接口进行特殊调整就可通信，Profibus可用于高速并对时间有苛刻要求的数据传输，也可用于大范围的简单通信场合。
1、Profibus总线特点Profibus作为业界最胜利、应用最广泛的现场总线技术，除具有一般现场总线的一切优点外，还有很多自身的特点，详细表现如下：①最大传输信息长度为255字节，最大数据长度为244字节，典型长度为120字节。
②网络拓扑为线型、树型或总线型，两端带有有源的总线终端电阻。
③传输速率取决于网络拓扑和总线长度，从9.6kbps到12Mbps不等。
④站点数量取决于信号特性，如使用屏蔽双绞线，每段可以接入32个站点(无转发器)，最多可以接入127个站点(带转发器)。
⑤传输介质为屏蔽/非屏蔽式光缆。
⑥当用双绞线时，传输距离最长可达9.6km，用光缆时最大传输长度为90km。
⑦Profibus-DP和Profibus-FMS的传输技术为RS-485方式、Profibus-PA 遵守IEC1158-2传输标准和光缆传输。
profibus协议
PROFIBUS协议2010-01-21 18:03RS485接口（1） PROFIBUS是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。
广泛适用于制造业自动化．流程工业自动化和楼宇．交通电力等其他领域自动化。
（2） PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）．PROFIBUS －PA（Process Automation ）．PROFIBUS-FMS (FieldbusMessage Specification )。
（3） PROFIBUS–DP: 是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I／O的通信。
使用PROFIBUS－DP可取代办24VDC或4－20mA信号传输。
（4） PORFIBUS－PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。
（5） PROFIBUS－FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构．实时多主网络。
（6） PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。
可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
（7）与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。
目前已应用的领域包括加工制造．过程控制和自动化等。
PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实现。
市场调查确认，在德国和欧洲市场中 PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场超过40％。
PROFIBUS有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务。
《PROFIBUS 协议结构》PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-SIO）作为参考模型的。
PROFIBUS总线协议概述及应用
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① FMS 主要用于车间级（工厂、楼宇自动化中的单元级）控 制网络，是一种令牌结构、实时多主网络，解决车间级通 用性通信任务，提供大量的通信服务，完成中等传输速度
的循环和非循环通信任务。
② PA 专为过程自动化设计，可使专感器和执行器连接在一 根总线上，用于对安全性要求较高的场合及由总线供电的 站点。PA将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液 位变送器等现场设备连接起来，代替了4mA-20mA传输。
网络OSI作为参考模型的。
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Profibus特点：
① 最大传输信息长度为255B，最大数据长度为244B，典型长度为120B。 ② 网络拓扑为线型、树型或总线型，两端带有有源总线终端电阻。
③ 传输速率9.6Kb/s～12Mb/s。
④ 传输介质为屏蔽/非屏蔽式光缆，对于屏蔽双绞线，每段为32个站点（无 转发器），最多127个站点（带转发器）。 ⑤ 采用双绞线、光缆传输最长可分别达到9.6Km、90Km。 ⑥ DP和FMS传输技术为RS485传输，PA为IEC11582-2传输和光缆传输。 ⑦ 采用单一的总线访问协议，包括主站之间的令牌传递方式和主站与从站 之间的主从方式。
4
③ DP是一种经过优化的高速、廉价的通信连接，专 为自动化控制系统和设备级的分散I/0之间通信设计，
用于分布式控制系统的高速数据传输，其传输速率
高达12Mb/s，一般构成单主站系统，主-从站采用
循环数据传输方式。
5
6
近年来，PROFIBUS产品销售量一直呈迅猛增长的态势。2008 年，PROFIBUS的安装节点数已超过 2800万，在现场总线方面
27
3 产品介绍
3.2 传输距离 标准Profibus-DP支持以下传输速率：（单位：kbps）9.6、19.2、 31.25、45.45、93.75、187.5、500、1500、3000、6000、12000。 每个DP从站的输入数据和输出数据最大为244B，使用屏蔽双绞电缆 时最长通讯距离为9.6km（需要增加中继），使用光缆时最长为90km。 Profibus-DP每段的电缆最大长度与传输速率有关，不同的介质，不同 的波特率，信号可传输的距离也不同，如表2所示。 表2：传输速率与距离关系表
DP、PA协议介绍
9.6
19.2 45.45 93.75 187.5
500
1500 3000 6000 12000
kbps 并不是所有设备都支持这10个传输速率 (GSD文件中定义 了所支持的速率) PROFIBUS DP 段的最大电缆长度和传输速率有关
Profibus PA简介
第一个站 总线终端 VP 390 B 220 A 390 DGND 390 DGND 数据线 B 数据线 A 390 总线终端 VP
最后一个站
B
220 A
A 站2
B
A 站3
B
•Profibus DP布线规则
•Profibus DP布线规则
PROFIBUS DP传输数率及线缆长度
PROFIBUS PA网络拓扑
A: 树形
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B: 线形
C: 线和树 D: 线、树和中继器
Profibus PA的网络安装规则
线形和树形结合 分支线缆 PA耦合器和 总线电源
树形拓扑
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主干线缆
终端电 阻
Non-Ex Number of devices on bus 1 - 12 13 - 14 15 - 18 19 - 24 25 - 32 Ex 1- 24
• 参数的可视化描述； • 参数和功能描述； • 现场总线通信协议的映射。
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网络视图
在线 参数列表
设备目录
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在线参数 设置/监视
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电缆长度 最长可达1900m，在危险区域最长可达1000m。 中继器 最多可扩展至4台，使用中继器可使电缆距离延伸到10km。
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6.2 PA的通信协议
● PROFIBUS-PA 及DP-V1
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6.4 PA的行规
3. PA行规中的信号链
设备中过程控制变量的处理过程如图所示 信号链的划分分两个子过程
“测量/执行”（校准、线性化、定标换算 ）的功能在变送块中； “预处理测量值/后处理设置”（筛选、限 定值控制、故障安全行为、运行模式选择） 的功能在功能块中。
● PROFIBUS-PA 及DP-V1
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6.4 PA的行规
● PROFIBUS-PA 及DP-V1
4. PA设备中的数据 PA中的数据分循环数据和非循环数据 循环数据的交换使用MS0通信； 非循环数据的交换使用MS1（DPM1和从站之间）或MS2（DPM2和从站之间）通信 。
本章内容
● PROFIBUS-PA 及DP-V1
1. PROFIBUS-PA概述 2. PA的通信协议 3. PA的系统结构 4. PROFIBUS-PA的行规 5. DP-V1报文详解 6. PROFIBUS-PA的现场安装 7. 现场总线本质安全概念（FISCO） 8. FDT/DTM技术及其应用 9. PROFIBUS-PA简单系统应用举例
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6.2 PA的通信协议
1. PROFIBUS的通信协议模型 让我们再回顾一下PROFIBUS的通信协议模型
● PROFIBUS-PA 及DP-V1
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6.2 PA的通信协议
● PROFIBUS-PA 及DP-V1
2. IEC61158-2的技术特点
基于IEC61158-2的同步传送技术的特点主要有：
数据传送 其方式为数字式、位同步、电压模式，固定的波特率 31.25kbit/s，曼彻斯特编码。
数据可靠性 采用前同步信号和起、止界定符来避免差错。（interface) 电缆 使用双绞线屏蔽电缆（视使用场合而定）。 爆炸场合的保护 本征安全（EEx ia/ib）， 远程供电 通过信号电缆实现。 连接网络 可以是线型、树型、星型或混合型。 站点数量 总的站点数量可达126个，每段可达32个，具体数量要根据系
4. DP-V1的组成
它是DP-V0的扩展版本。
DP-V1包括循环数据交换和专为过程控制而设计的非循环数据交换，非循环 数据主要指过程参数的上下限和报警范围，以及制造商的一些特殊数据。
典型的DP-V1的总线循环周期如下图所示
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这些块的使用保证了设备的互换性和开放性。 块的类型
物理块（Physical Block，PB 变送块（Transducer Block，TB 功能块（Function Block，FB 设备管理器（Device Manager
一个设备可以是单通道的，也可能是多通道的，所以它有可能包含多个TB 和FB。
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6.4 PA的行规
● PROFIBUS-PA 及DP-V1
2. PA装置中的块模型
设备管理器：PA设备中还包含一个设备管理器，它用来描述设备的结构和组织；另外 它还包含着数据字典或数据一览表。
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1. 概述
PA设备行规包括通用要求和设备数据单两个文本
通用要求部分包括所有设备类型的现行有效的技术规范； 设备数据单包括一些特殊设备类别的已认可的技术规范。
现在的PA行规版本为3，它包含以下的设备数据单
压力和差压 液位、温度和流量 模拟量和数字量的输入和输出 阀门和执行机构 分析仪器
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6.2 PA的通信协议
● PROFIBUS-PA 及DP-V1
4. DP-V1的组成
在非循环数据交换中，1类主站和从站之间的通信称为MS1通信； 2类主站和从站之间的通信称为MS2通讯。所以DP-V1的通信由循 环通信MS0和非循环通信MS1、MS2组成。
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6.4 PA的行规
● PROFIBUS-PA 及DP-V1
2. PA装置中的块模型
在过程控制设计中，人们常用块来描述某个控制点上的一个测量点或 多个测量点的特性和功能，并且通过这些类型的块的组合来表达一个 自动化应用。
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6.4 PA的行规
● PROFIBUS-PA 及DP-V1
1. 概述
行规及行规的作用 独立于任何制造商 互换性和互操作性 定义了具体的一类设备的性能、参数规范等
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6.4 PA的行规
● PROFIBUS-PA 及DP-V1
非循环数据的地址安排采用槽号（slot）和索引（index）相结合的方法编排。 设备管理器用来管理这些数据的编排，它包含了所有数据编址的信息。
3. DP-V1通信协议的特点
DP-V1通信协议的特点主要有：
总线存取 主站之间采用托肯传递方式，主站和从站之间采用轮询方式。 通信 实现功能 系统安全保证
பைடு நூலகம்
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6.2 PA的通信协议
● PROFIBUS-PA 及DP-V1