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第1章 引言1

1.1　混合自动化1

1.1.1 以PROFIBUS模块式结构实现混合自动化3

1.1.2　混合生产设备中的连续通信4

1.1.3　用户受益7

1.2　什么是PROFIBUS PA7

1.3　本书阅读指南8

第2章　入门示例11

2.1 R＆I（管道和仪表）流程图——规定要求11

2.2　PLT（测量点与调节点）位置明细表12

2.3　控制系统的结构12

2.4　通信组态14

2.5　仪表的参数化14

2.6　控制器集成15

2.7　可视化系统15

2.8　诊断与维护16

第3章　传输技术与安装17

3.1 IEC 661158-2物理传输技术18

3.1.1 采用IEC 61158-2的PROFIBUS PA之技术特征18

3.1.1.1 同步传输格式18

3.1.1.2　对第2层接口的适配22

3.1.1.3　1/2层管理23

3.1.2　遵循IEC 61158-2的本质安全传输技术24

3.2　安装28

3.2.1 电缆29

3.2.2 连接技术31

3.2.2.1 PROFIBUS DP的连接技术31

3.2.2.2　PROFIBUS PA的连接技术32

3.2.3　在易爆区域（Ex区域）中的连接技术35

3.2.3.1　PROFIBUS DP的Ex-e连接技术35

3.2.3.2　PROFIBUS PA的Ex-e连接技术35

3.2.4　辅助工具37

3.2.5　总线各段同段耦合器和链接器的耦合39

3.2.6　总线各段在Ex区域中的耦合41

3.2.7　总线段的终端42

3.2.8　屏蔽43

3.3　PROFIBUS PA网络设计44

3.3.1　功率决算44

3.3.2　EEx ia组件的选择与联接46

3.4　拓扑结构47

3.4.1 总线长度48

3.4.2　计算举例49

3.4.3　安全栅（Barrier）50

3.4.4　多路安全栅（Multibarrier）52

3.4.4.1　多路安全栅的任务和优点52

3.4.4.2　简化设计53

3.4.5　耦合器（Coupler）54

3.4.5.1　段耦合器（Segment Coupler）54

3.4.5.2　PROFIBUS PA总线耦合器（Bus Coupler）55

3.4.6　链接器（Link）57

3.4.7　远程I/O（Remote I/O）59

3.4.7.1　基本考虑59

3.4.7.2 无PROFIBUS PA连接的信号59

3.4.7.3　远程I/O基础60

3.4.7.4 远程I/O与防爆类别为“本质安全或增强安全”的PROFIBUS62

3.4.7.5　远程I/O的信号电路63

3.4.7.6　远程I/O的功能安全（SIL，安全完整性等级）64

3.4.7.7　HART？通信与远程I/O66

3.4.7.8　远程I/O与2类主站用于多路PROFIBUS总线67

3.4.7.9　远程I/O优点小结68

第4章　通信协议69

4.1　对PROFIBUS协议历史的解析71

4.1.1　DIN 19245中的PROFIBUS71

4.1.2　EN 50170:PROFIBUS成为欧洲标准72

4.1.3 国际标准化73

4.1.4　PROFIBUS PA设备的协议功能74

4.2　PROFIBUS的设备类型与设备模型75

4.2.1　设备类型为主站与从站的通信功能75

4.2.2　PROFIBUS DP从站设备模型的演变77

4.2.3　用设备基本数据文件（GSD）建立设备模型78

4.2.4　设备模型与循环数据交换的关系79

4.2.5　设备模型与非循环数据交换的关系80

4.2.6　PA设备模型的特点81

4.3　基于DPV1模型的循环数据交换82

4.3.1　诊断与状态报告85

4.3.1.1　标准诊断86

4.3.1.2　用户特定的诊断89

4.3.2　参数化90

4.3.3　组态92

4.3.4　在循环通道上的数据交换96

4.4　非循环通信96

4.4.1　非循环通信的通信服务97

4.4.2　非循环写与读101

4.4.3　C1通道连接的建立102

4.4.4　C2通道连接的关闭102

4.4.5　C2通道的连接监控107

4.5　对DPV1模型总线时间特性的说明110

4.6　总线访问方法——DLL（数据链路层）111

4.6.1 引言112

4.6.2　报文结构与报文字符114

4.6.2.1　令牌报文115

4.6.2.2　状态询问116

4.6.2.3　调用报文118

4.6.2.4 调用报文中的流动控制120

4.6.2.5　应答报文120

4.6.2.6　应答报文中的控制字节121

4.6.2.7　报文字符122

4.6.3　信息循环123

4.6.3.1　数据交换——循环的（cyclish）123

4.6.3.2　数据交换——非循环的（acyclish）124

4.6.3.3　状态询问124

4.6.3.4　令牌传递125

4.6.4　PROFIBUS系统的参数化126

4.6.4.1　单主站系统（Mono-Master-System）127

4.6.4.2　多主站系统（Multi-Master-System）130

第5章 PROFIBUS PA行规131

5.1　功能组件模型133

5.2　积极参与制订行规的一些组织机构141

5.3 以一个信号链为例子说明行规的功能142

5.3.1　传感器特征值的表述143

5.3.2　校准143

5.3.3　线性化144

5.3.4　初始值（Primary Value）的计量单位146

5.3.5　测量值标度146

5.3.6　测量值的过滤148

5.3.7　极限值控制148

5.3.8　操作方式150

5.3.9 状态的构成151

5.3.10　故障安全（Fail Safe）行为153

5.4　与设备相关的特征数据与功能154

5.4.1　可读的产品型号商标154

5.4.2　PA行规的写控制155

5.4.3　在总线上进行的设备冷、热启动156

5.4.4　仪表有效识别号（IDENT_NUMBER）的切换156

5.5　一般的行规定义与功能157

5.5.1　块的构成157

5.5.1.1　参数定义159

5.5.1.2　标准参数“块对象Block Object”159

5.5.1.3 标准参数“静态审查Static Review”（ST_REV）161

5.5.1.4　标准参数“标志描述Tag Description”（TAG_DESC）161

5.5.1.5　标准参数“观察对象View Object”161

5.5.2　设备管理（Device Management）162

5.6　调节值的输出165

5.7　行规参数的访问机制166

5.7.1　非循环数据交换166

5.7.2　循环数据交换167

5.8　PFOFIBUS PA行规V3.01的修改169

5.8.1　浓缩状态和诊断（Condensed Status and Diagnose）169

5.8.1.1　概述169

5.8.1.2　应用方案之思考170

5.8.1.3　PROFIBUS PA的解决方案171

5.8.2　I＆M功能178

5.8.2.1　PROFIBUS中的识别与维护功能（I＆M）179

5.8.2.2　对I＆M数据的存取180

5.8.2.3　I＆M数据的解释与评估181

5.8.2.4　PROFIBUS PA行规的扩展183

5.8.3　安全（Safety）185

5.8.3.1　危险、风险、保护措施185

5.8.3.2　功能安全（Functional Safety）187

5.8.3.3 安全完整性等级（Safety Integrated Level,SIL）190

5.8.3.4　设计与错误类别194

5.8.3.5　审核与证明195

5.8.3.6　过程自动化功能安全小结196

5.8.3.7　PROFIsafe197

5.8.3.8　PROFIsafe在过程自动化中的应用206

第6章　仪表设备的集成219

6.1 概述219

6.2　智能化现场设备技术发展的各个阶段223

6.3　通信组态226

6.3.1　概述226

6.3.2　GSD工具227

6.4　借助EDD完成参数化与调试231

6.4.1　对应用的要求举例232

6.4.2　EDD的编制232

6.4.3　集成与测试237

6.5　借助FDT（Field Device Tool，现场设备工具）实现参数化239

6.5.1 DTM（Device Type Manager，设备类型管理器）240

6.6　控制系统集成246

6.6.1　控制系统中状态与过程值的处理247

6.6.1.1　硬件的组态247

6.6.1.2　过程值的应用集成简图248

6.6.1.3　操作员站中的可视化250

6.6.2　过程控制系统中现场设备诊断信息的评估251

6.6.2.1 PA与维护状态251

6.6.2.2　诊断与维护信息的可视化252

第7章 仪表设备的管理255

7.1　仪表设备的安装基础256

7.2　仪表设备的标识257

7.3　仪表设备的生命周期257

7.4　生产设备的生命周期258

第8章　仪表设备的开发259

8.1 通往PA仪表设备的道路260

8.1.1 IEC 61158-2接口的实现261

8.1.2　RS 485接口的实现262

8.2　可选用的组件262

8.3　硬件与软件解决方案举例263

8.4　参考文献270

第9章　可互操作性271

9.1 可互操作性的先决条件272

9.2　在PNO范围内的认证过程273

9.3　工艺流程现场仪表设备的测试274

9.4 PROFIBUS PA仪表设备的测试范围275

9.4.1　静态检测276

9.4.2　一般的调试检验276

9.4.3　物理性能测试276

9.4.4 GSD检验277

9.4.5　协议一致性测试277

9.4.6　行规测试277

9.4.6.1　行规一致性测试278

9.4.6.2　集成与可互操作性测试279

9.5　PROFIBUS PA测试实验室280

第10章　样板生产设备281

10.1　PROFIBUS在食品工业中的应用281

10.2　PROFIBUS在化学工业中的应用283

10.3　PROFIBUS在化妆品工业中的应用285

第11章　参考文献287

11.1 国际标准287

11.2　一般PNO规则287

11.3　PA行规专用规则288

11.4　其他288

第12章 附录289

12.1 词汇表289

12.2　功能块（FB）的描述300

12.2.1　功能综览300

12.2.2 模拟输入功能块（Analog Input Function Block）302

12.2.3 模拟输出功能块（Analog Output Function Block）304

12.2.4　加法求和功能块（Totalizer Function Block）307

12.2.5 数字输入功能块（Digital Input Function Block）310

12.2.6 数字输出功能块（Digital Output Function Block）312

12.3　单位代码一览表314