1 引言
1.1 關于PROFIBUS-PA
PROFIBUS-PA適用于過程自動化的總線類型，服從IEC1158-2標準。主要用于面向過程自動化系統中單元級和現場級通信。PA將自動化系統和過程控制系統與壓力、濕度和液位變送器等現場設備連接起來，PA可用來替代4-20mA的模擬技術。
PROFIBUS-PA 不僅可用于冶金、造紙、煙草、污水處理、建材生產等一般工業領域，也可用于帶有本安防護要求的石化化工爆炸危險區。非本安和本安型總線系統方案遵循同樣的規則。現場設備可按照不同的拓撲結構進行連接并由總線供電。在危險區運行時這些設備可進行帶電操作和插拔。耗電量較大的設備如四線制設備可通過單獨的現場電源供電。
1.2 PROFIBUS-PA特性
PROFIBUS-PA具有如下特性：
（1）適合過程自動化應用的行規使不同廠家生產的現場設備具有互換性。
（2） 增加和去除總線站點，即使在本征安全地區也不會影響到其它站。
（3）在過程自動化的PROFIBUS-PA段與制造業自動化的PROFIBUS-DP總線段之間通過藕合器連接，并使可實現兩段間的透明通信。
（4）使用與IEC1158-2技術相同的雙絞線完成遠程供電和數據傳送。
（5）在潛在的爆炸危險區可使用防爆型“本征安全”或“非本征安全”。
PROFIBUS-PA的一個基本特征是很容易集成到PROFIBUS-DP中，從而在現場構成一個完整的總線網絡結構。PROFIBUS-PA 既可以通過鏈接器也可以通過耦合器連接到系統中。PA接口采用的是符合IEC61158-2傳輸技術的現場總線接口，在段耦合器中集成了信號轉換器、供電設備和終端電阻（可以手動開關）。
2 PROFIBUS-PA的網絡拓撲結構
PROFIBUS-PA的網絡拓撲結構可以有多種形式，可以實現樹形、線型或組合結構。
2.1 樹形拓撲
樹型結構如圖1所示。樹型結構總線是典型的現場安裝技術，用雙芯電纜代替多芯電纜。現場分配器負責連接現場設備與主干總線。采用樹型結構，所有連接在現場總線上的設備通過現場分配器進行并行切換。
樹形拓撲(tree topology)是一種類似總線拓撲的局域網拓撲。樹形網絡可以包含分支，每個分支又可包含多個結點。樹形拓撲是總線拓撲的擴充形式，傳輸介質是不封閉的分支電纜，樹形拓撲和總線拓撲一樣，一個站點發送數據，其他站點都能接收。樹形拓撲是適應性很強的一種拓撲結構，適應范圍很寬，非常適合于分主次、分等級的層次型管理系統。樹形拓撲的特點與總線形拓撲相同。
2.2 總線線型拓撲
總線線型結構如圖2所示，線型結構的總線提供了與供電電路安裝類似的沿現場電纜的連接點，現場總線電纜可通過所連接的現場設備組成回路，除主干線外的分支線也可用于連接一個或多個現場設備。
線型拓撲結構也稱總線型結構，它有一條共享的主干信道，該信道可以使用一根雙向傳輸的光纖線路或兩根單向傳輸的光纖作線路，線路終點不閉合，而各個終端用光耦合器互聯到共享信道上，采用時分多路和頻分多路等方法使各個節點共享同一條信道。這種網絡的主要優點是結構簡單，增加和減少節點容易，一個節點功能出故障時不會影響其他節點，由于共享主干信道，因而造價相對較低。但是，如果總線本身出現故障，那么整個網絡將受到損害。
2.3 組合型拓撲
組合型現場總線結構如圖3所示，組合型使用樹型與線型結構將會優化使用現場總線的長度，但這樣做將會導致現場總線站間信號存在阻尼以及總線電纜上站點過于集中導致的信號失真。
基于IEC1158-2傳輸技術總線段與基于RS-485傳輸技術總線段可以通過DP/PA耦合器或連接器相連，耦合器使RS-485信號和IEC1158-2信號相適配。電源設備經總線為現場設備供電，這種供電方式可以限制EC1158-2總線段上的電流和電壓。
如果需要外接電源設備，則需設置適當的隔離裝置，將總線供電設備與外接電源設備連接在本質安全總線上。 為了增加系統的可靠性，可以設計冗余的總線段。利用總線中繼器可以擴展總線站數，總站數最多126個，中繼器最多4臺。
現場總線上可連接的設備數量取決于供電電壓、現場設備的耗電量以及現場總線的長度。為增加可靠性，可設計冗余的現場總線段。但這樣就使簡單的總線站（如變送器、執行器、勵磁器、電磁閥等等）之間的連接變得復雜（例如雙線路、雙供電、本安性，增加了輸入流程工作等）。
3 PROFIBUS-PA配置方式
PROFIBUS-PA配置有兩種方式。
3.1 耦合器配置方式
僅使用耦合器coupler直接接PA-儀表，但這種方式通信速率較低，使得PROFIBUS-DP總線回路速率只有45.45KBit/S，適用于系統規模較小，僅使用幾臺或十幾臺儀表，同時在PROFIBUS DP一方的速率無較高要求（可以是Kbit/s）；這種情況下用STEP 7組態網絡時耦合器沒有地址，也就是說組態時你可以不考慮它，但所有的儀表和執行器均作為DP從站占用DP的最大126個地址；
3.2 Link+coupler配置方式
采用Link+coupler的方式配置系統，適合于系統規模較大，每個站的儀表超過20臺以上，而PROFIBUSDP所掛接的設備要求具有較高的通信速率，這種情況下用STEP 7組態網絡時Link作為DP從站占據DP的一個地址，耦合器依然沒有地址，組態時不考慮它；所有儀表和執行器均作為 Link 的從屬獨立于PROFIBUS DP單獨進行編址，稱為PA地址。通過電流消耗決定一條PA總線連接的儀表數量，如下式：
式中：Iseg：回路總電流；Ibn：總線設備基本電流消耗；Ifde：總線故障電流；Is：耦合器供電電流；M：總線設備數量；N：起始數。
舉例1：SIRANSTFPA型溫度變送器，消耗基本電流Ibn=11mA，最大故障電流Ifde≤3mA時，則在6ES7157-0AC81-0XA0耦合器后面，最多鏈接溫變臺數：
（400mA-3mA）/11mA=36臺
舉例2：若SITRANSP壓力變送器其消耗基本電流Ibn=12.5mA。最大故障電流Ifde=15.5mA,則在6ES7157-0AC81-0XA0耦合器后面，最多鏈接壓變臺數：
（400mA-15.5mA）/12.5mA=30臺
但是，PROFIBUS行規協議規定，每段僅鏈接31臺智能儀表。PA電纜長度為：安全區域為560m；危險區域為680m。確保最后一臺儀表的工作電壓大于9V，即UBn>9.0V。UBn按下式計算：
UBn=US-ISEG(R×Lges)
式中：Ubn：最后設備電壓；Us：耦合器的電壓；Is：耦合器的電流；R：單位長度導線阻抗；Lges：總長度；Iseg：回路總電流。
4 結束語
在實際工作中根據實際情況進行配置，充分考慮每個從站的響應時間、通信周期、通信速率等要求。所以在PA儀表網絡配置中，充分考慮以上因素，優化了網絡配置，使得生產處于良好的運行狀態。