1 引言
PROFIBUS-PA是专门为过程自动化设计的，它可使传感器和执行器按在一根共用的总线上，甚至在本质安全领域也可接上。根据IEC1158-2标准，PROFIBUS-PA用双线进行总线供电和数据通信。PROFIBUS-PA主要是为过程控制的特殊要求而设计，它是DP的延伸和扩展。PROFIBUS-PA的数据传输和电源共用同一根电缆，它也可以用于对本质安全有要求或一般过程控制的场合。PROFIBUS-PA适用于安全性要求较高的场合。PA具有本质安全特性，其实现了IEC1158-2（物理层）规定的通信的规程。
2 PROFIBUS-PA特点与优势
2.1 PROFIBUS-PA技术应用特点
（1）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。基于扩展的PROFIBUS-DP协议和IEC1158-2传输技术。
（2）适用于代替传统的4～20mA技术。
（3）PROFIBUS-PA通过由总线供电的设备可以应用于潜在易爆领域中，仅用一根双绞线进行数据通信和供电。
（4）通过串行总线联接仪器仪表与控制系统。
（5）PROFIBUS-PA使用FISCO模型，这样无需耗时的计算就能扩展本质安全的网络。适用于本质安全的EEx应用区域。
（6）可靠的串行数字传输。
（7）通过一根双绞电缆进行控制、调节和监视。
（8）对所有设备只需一个工程工具。
（9）由PROFIBUS-PA行规保证了互操作性和互换性。
（10）仪器仪表的维护和诊断信息。
2.2 PROFIBUS-PA工程应用优势
PROFIBUS-PA具有现场总线技术所有的优点：开放性、互换性、互操作、全数字双向通信等。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。
PROFIBUS-PA在工厂生命周期中的优点有：
（1）在计划和建设；安装和布线；服务和维护；本质安全性下降低成本。
（2）通过标准化；认证设备；独立于任何生产商可保护投资：。
（3）通过在线诊断；大量的多种产品；设备可互换性可提高可利用性。
（4）通过提高工厂可利用性；降低储存成本；保持上游、主流和游的连续性进行资产管理：。
（5）PROFIBUS-PA采用了扩展的DP协议，另外还使用了描述现场设备行为的PA规约。根据IEC1158-2标准，这种传输技术可确保其本质的安全性并通过总线给现场设备供电。使用分段式耦合器，PROFIBUS-PA设备能很方便地集成到PROFIBUS-DP网络上。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接口在DIN19245系列标准的第四部分作出了规定。
3 PROFIBUS-PA设备行规
PROFIBUS-PA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。按照ISO/OSI七层网络模型，PROFIBUS-PA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PROFIBUS-PA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。
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，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，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。
4 藕合器与链接器
4.1 合器和链接器
由于PROFIBUS-PA的开放性，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、WNK、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。
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。
RS485/FO（光纤）和IEC1158-2传输技术之间可以通过DP/PA藕合器（coupler）或PA链接器（Link）相连接，从而使PROFIBUS网络很容易地延伸到有爆炸危险的应用区域。藕合器、链接器的主要任务是将异步数据格式转换为同步数据格式，并将传输速率转换为31.25kbit/s向现场设备供电，限制馈电流（适用于防爆）。
藕合器与链接器的区别是：藕合器与“一根导线”的作用相同，不是系统组态的对象，从总线的角度看，它是不可识别的；链接器应用于对循环时间要求很高和现场设备（仪表）数量很大的场合。每个链接器可连三个藕合器。链接器对上位主站而言它是从站，对它下面连接的现场设备而言它又是主站。
PROFIBUS-PA与AS-I（传感器/执行器接口）、HART和传统仪表可以混合使用。这为最终用户改造传统的应用系统提供了很大的方便和灵活性，也为设备仪表的生产厂提供了广泛的选择余地。
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），FDT/DTM智能地利用来自现场设备的信息。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。还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，提高了标准化水平。通过FDT/DTM接口可把软件模块（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。
耦合器或中继器用于连接两个PROFIBUSPA段或与PROFIBUSDP连接。
4.2 网络配置原则
除了信号强度外，IEC61158-2标准没有描述耦合器应遵守的规定。当设计耦合器时设计人员必须保证符合网络配置原则。下面的技术要求是非常重要的：
（1）最大信号延时。
（2）对信号零点的最大偏差（信号抖动）。
4.3 可以使用的耦合器类型
PROFIBUS-PA中继器和DP/PA耦合器。
PROFIBUSPA中继器。PA中继器连接两段PROFIBUS-PA。所含部件如图1所示。为了符合IEC61158-2标准，对于两端的现场总线接口，必须遵守现场总线接口的电气特性。
在本安型总线段使用的中继器必须经过本安认证。该认证必须说明设备符合FISCO模型。对于电隔离还必须考虑EN50020/S7/的技术要求。为了能够确定是否符合IEC61158-2标准中网络配置的要求，系统设计者需要了解由于中继器导致的信号延迟和由于信号抖动导致的最大偏差。
PROFIBUS-DP/PA耦合器。PROFIBUSDP/PA耦合器连接PROFIBUSDP和PROFIBUSPA段。其内部结构如图2所示。为了确保与IEC61158-2标准相兼容，对于PROFIBUSPA接口，必须符合现场总线接口的电气特性。连接本安型总线段的DP/PA 耦合器必须有本安认证。该认证必须说明设备符合FISCO模型标准。对于电隔离还必须考虑EN50020/S7/的技术要求。
5 结束语
PROFIBUS-PA的过程自动化解决方案中PA将自动化系统和过程控制系统与现场设备（压力，温度和液位变送器等）连接起来，代替了4～20mA模拟信号传输技术，节约成本，并大大提高了系统功能和安全可靠性，因此PA尤其适用于化工、石油、冶金等行业的过程自动化控制系统。