SIMATIC 现场总线计算器

现场设备的直接连接（尤其是在危险区域中）以及通信的信息内容在过程工业中显得非常重要。PROFIBUS PA 允许数字量数据和电源在采用本安 MBP 传输技术（曼彻斯特编码；总线供电）的一条双线总线上进行传输，它经过定制可满足这些要求。它最适合于将 Ex 区域 1/21 或 0/20 运行环境中的气动执行器、电磁阀和传感器直接集成到过程控制系统中。

变送器的典型响应时间大约为 10 ms ，这说明甚至在一个带有最多 31 个设备的网段配置下，也可通过 PROFIBUS PA 取得很短的循环时间。过程工业中的几乎所有典型应用都可在小型和大型工厂中实现。双向通信和丰富的信息内容提高了诊断能力，可快速、准确地检测和消除故障。标准化的通信服务保证了多供应商的现场设备之间的互操作性和替换性，并且可在运行过程中对现场设备设置参数。

使用 PROFIsafe 行规的安全通信

通过 PROFIsafe 行规，可将安全通信无缝集成到 PROFIBUS PA 中。无需为安全相关应用单独配置安全总线。采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS PA 已集成到过程自动化 Safety Integrated 安全系统当中。西门子公司为过程自动化中的故障安全、容错应用而提供的综合系列产品与服务，为用户提供了极具吸引力而又经济有效的替代方案，用以隔离安全系统。

冗余架构

您可以根据自动化任务和相关安全要求来分别确定工厂控制器、现场总线和 I/O 级的冗余程度，并将它们与现场仪表相匹配（灵活模块化冗余，FMR）。有关 PROFIBUS PA 的冗余结构的概览，请参见“设计”下面的内容。

PROFIBUS PA 到 PROFIBUS DP 的网络转换

最好将 PA Link 用作从 PROFIBUS PA 到 PROFIBUS DP 的网关。使用 PA Link 时，PROFIBUS DP 上的传输速率与从属 PROFIBUS PA 段无关。PA link 的组态取决于现场总线架构。“PA 路由器”一节中描述的耦合器类型可用于进行组态。在数据量较小（小数量框架）和时间要求较低时，DP/PA 耦合器也可作为一个路由器在独立模式中运行。

采用 PROFIBUS PA 行规而实现的分布式现场自动化的优点是硬件成本低、组态经济有效、运行安全性高并可实现顺利维护。以下特点让这些优点更加突出：

• 从传感器直至控制层实现模块化和统一性，可实现新的工厂设计
• 通过在危险区域中采用现场总线来实现本质安全应用
• 通过冗余 PROFIBUS PA 架构（带有耦合器冗余的环型和总线型拓扑），可实现从自动化系统（控制器）直至 PA 现场设备的灵活模块化冗余 (FMR)
• 可实现安全相关应用和容错应用，对设备和布线的要求较低
• 通过对现场设备（PROFIBUS PA和 HART 以及 SIMATIC PDM，跨供应商）进行简单的集中工程组态降低组态成本
• 将双线电缆用于供电和数据传输，安装简便
• 通过简化的环路检查降低调试成本
• 布线简单并具有全面的诊断功能，维修成本低

PROFIBUS PA 架构示例

下面的图说明了以下设备上含有 DP/PA 耦合器和 PA Link 路由器的 PROFIBUS PA 配置形式：

• PROFIBUS DP 主站，简单设计（AS 单站）
• PROFIBUS DP 主站，冗余设计（AS 冗余站）

如果 DP/PA 耦合器作为 PA 路由器独立运行，则直接在耦合器上进行连接，而不是通过接口模块来连接。

有关 PROFIBUS PA 设备的限制数量，请参见“技术数据”章节。

作为 PROFIBUS DP 主站的 AS 单站上的 PROFIBUS PA

作为 PROFIBUS DP 主站的 AS 冗余站上的 PROFIBUS PA

带单个耦合器的线型结构

在含有单个耦合器的总线架构中，每个总线段都各与一个 DP/PA 耦合器相连。

如果 PA 路由器是独立 DP/PA 耦合器，则可以连接 PROFIBUS PA 总线（总线段）。在一个最多带有 5 个 DP/PA 耦合器且用作 PA 路由器的 PA Link 上，通过单个耦合器（对于带环型或耦合器冗余的混合组态，最多 3 个），最多可运行 5 个总线段。

PA 路由器可与单一或冗余 PROFIBUS DP 相连，具体取决于型号（见图）。

FDC 157-0 是 DP/PA 耦合器的首要选择。在使用此耦合器时，PA 可借助于 AFD 有源现场分配器集成到总线段中，例如，可使用的有源现场分配器为 AFD4、FD4 RAILMOUNT、AFD4 FM 和 AFD8（防爆危险区 2/22 认证）和 AFDiSD（防爆危险区 1/21 认证）。PA 设备通过防短路分支线路连接至这些现场分配器。

也可以在一个总线网段中运行最多 8 个 AFD 现场分配器、最多 5 个 AFDiSD 现场分配器或最多 5 个 AFDiSD 和 AFD 现场分配器的任意组合。不过，在混合使用 AFDiSD/AFD 时，无法在 PROFIBUS PA 中对 AFDiSD 执行扩展诊断功能。从 DP/PA 耦合器离开的总线末端处的最后一个现场分配器会自动激活其总线端接电阻器。

危险区域中符合 Ex Zone 1/21 或 0/20 要求的本质安全 PA 设备主要通过有源现场分配器 AFDiSD 集成到总线网段。对于防爆危险区 1/21 中的 PA 设备，可通过 DP/PA 耦合器 Ex [i] 上的总线段进行连接（在 PA Link 中或独立）。这些设备通过 SplitConnect 分接头（通过分支线路或直接通过 SplitConnect M12 出口）单独集成到总线网段。总线网段的端接需要使用 SplitConnect 端接器。

通过将各个设备按组分配给不同的总线网段，可以实现设备级柔性模块化冗余。

带冗余耦合器的线型结构

在单个或冗余 PROFIBUS DP 上可作为 PA 路由器运行的 PA 链接器只能配有一个冗余 DP/PA 耦合器对（也可以配置最多 3 个单个耦合器）。冗余的 DP / PA 耦合器对,可以用于带有源现场分离器 (AFS) 的线型结构，也可用于环型结构。

对于线型架构，AFS 连接至 PA 路由器中的冗余 DP/PA 耦合器对 (2 X FDC 157-0)。它将所连接的总线网段连接至两个冗余 DP/PA 耦合器中正在工作的那个。DP/PA 耦合器的更换无需中断当前的运行。

这些 PA 设备通过 AFD 或 AFDiSD 有源现场分配器集成到总线型结构的总线段中。现场分配器数量方面的限制也相同（最多 8 个 AFD、最多 5 个 AFDiSD 或最多 5 个 AFDiSD 和 AFD 组合分配器；混合使用 AFDiSD 和 AFD 时，无法针对 AFDiSD 执行扩展现场总线诊断功能）。

带耦合器和介质冗余的环型结构

通过 PA 路由器的冗余 DP/PA 耦合器对 (2 X FDC 157-0)，也可以构建带有自动总线端接功能的环网网段，用以取代带 AFS 的总线网段。除了环网网段之外，在该 PA 路由器上只能组态带有独立耦合器的总线网段。PA 路由器可以连接到单一或冗余 PROFIBUS DP。

通过 AFD 或 AFDiSD 有源现场分配器，可将 PA 现场设备集成到环网网段中，现场分配器的数量限制与采用总线型结构时相同（最多 8 个 AFD、最多 5 个 AFDiSD 或最多 5 个 AFDiSD 和 AFD 组合分配器；混合使用 AFDiSD 和 AFD 时，无法针对 AFDiSD 执行扩展现场总线诊断功能）。这些现场分配器具有电气去耦的防短路分支线路连接器，用于连接 PA 设备。

在设备级上，可通过将不同现场分配器上的各个设备进行分组来实现灵活的模块化冗余。

环型结构的特殊优点：

• 高可用性
• 可对主机系统的智能型 DP/PA 耦合器 FDC 157?0 进行透明冗余管理
• 通过用于在 FDC 157 0 DP/PA 耦合器以及 AFD 和 AFDiSD 有源现场分配器中进行自动总线端接的有源总线端接器，可以：
  • 在发生短路或开路时，对故障子网段进行自动、平稳的隔离
  • 在运行阶段改变环网组态和仪表配备，包括添加和减少环网网段
• 以较低的设备和布线成本实现安全相关应用和容错应用

总线网段和分支线路的电缆长度

PROFIBUS PA 基于电气传输部件。现场设备的数字量数据传输和电源供电均采用了双线屏蔽电缆。

借助线型、树型和环型拓扑，可组态最长约 1.9 km 的总线网段。若采用 AFD 有源现场分配器，则在计算总线网段的总长度时，还必须考虑用于连接设备的分支总线的长度以及电缆的规格要求。AFDiSD 上的分支线路与总线网段的总长度无关。

对于带有有源现场分配器的总线段，分支总线可具有以下最大长度：

• 最长 120 m（符合标准 IEC 61158?2 标准）
• 最长 120 m（符合标准 IEC 60079-27 (FISCO) 标准）

如果使用了有源现场分配器 AFD，则必须根据总线网段的分支线路数量，适当减小这些最大值（有关详细信息，请参见“技术数据”一节）。对于有源现场分配器 AFDiSD 而言，由于集成了中继器功能，因此无需减小这些值。

SIMATIC 现场总线计算器提供计算和设计现场总线网段方面的帮助：
https://support.industry.siemens.com/cs/ww/en/view/53842953

对于危险区域中的本质安全 PA 设备，建议最好通过有源现场分配器 AFDiSD 集成进总线网段。对于 Ex zone 1/21 中的 PA 设备，也可以通过 PA 路由器上的总线网段连接至 DP/PA 耦合器 Ex[i]。在此类组态中，单个分支线路的最大长度缩短至 30 m，单个总线网段的最大长度缩短至 1 km。

总线网段自动进行端接（在带有有源现场分配器 AFD/AFDiSD 的体系结构中），或通过 PROFIBUS PA 的无源端接部件（SpliTConnect 端接器）进行端接。