PROFIBUS DP·PA 차이｜공장자동화·공정자동화 통신 비교

산업용 PLC나 센서, 인버터의 데이터시트를 보면 PROFIBUS DP, PROFIBUS PA라는 표현을 볼 수 있습니다.

둘 다 PROFIBUS 계열이지만 사용되는 현장과 물리적인 통신방식에 차이가 있습니다.

가장 간단하게 정리하면

PROFIBUS DP = 빠른 통신이 필요한 공장자동화

PROFIBUS PA = 압력·온도·유량계 같은 공정자동화 현장기기

에 주로 사용됩니다.

특히 PA는 단순히 통신만 하는 것이 아니라 같은 2선 케이블을 통해 Field Device에 전원을 공급할 수 있고 방폭지역 적용을 고려할 수 있다는 점이 큰 특징입니다.

PROFIBUS란?

PROFIBUS는 여러 제조사의 PLC, Remote I/O, Drive, Sensor 등을 하나의 산업용 Fieldbus로 연결하기 위해 개발된 통신기술입니다.

국제적으로는 IEC 61158 및 IEC 61784 계열과 연결되는 표준화된 Fieldbus 기술입니다.

PROFIBUS의 통신은 기본적으로

Master

와

Slave

구조를 사용합니다.

예를 들어

PLC = Master

Remote I/O = Slave

Inverter = Slave

Pressure Transmitter = Slave

처럼 구성할 수 있습니다.

Master가 각 Slave와 주기적으로 데이터를 교환하면서 공정을 제어합니다.

DP와 PA의 가장 큰 차이

두 방식을 비교하면 다음과 같습니다.

구분	PROFIBUS DP	PROFIBUS PA
주요 분야	공장자동화	공정자동화
대표 장비	Remote I/O, Drive, Robot	압력·온도·유량 Transmitter
대표 물리계층	RS-485	MBP
최대 통신속도	최대 12Mbit/s	31.25kbit/s
케이블 전원공급	일반적으로 별도 전원	통신선으로 기기 전원공급 가능
방폭지역 적용	별도 설계 필요	방폭·본질안전 설계에 적합
특징	빠른 데이터 교환	장거리·현장계측·공정설비

속도만 보면 DP가 훨씬 빠르지만 PA의 목적은 최고속도가 아니라 공정현장에서 현장기기를 안정적으로 연결하는 것입니다.

PROFIBUS DP란?

DP는 Decentralized Periphery의 약자입니다.

PLC에서 떨어져 있는

Remote I/O
Servo Drive
Inverter
Valve Island
Encoder

등을 빠르게 연결하기 위해 사용됩니다.

대표적인 통신속도는 설정에 따라 여러 단계가 있으며 최대

12Mbit/s

까지 지원할 수 있습니다.

예를 들어 공장에서 PLC가 Remote I/O의 Digital Input을 읽고 Motor Drive에 Speed Command를 전달해야 한다면 빠른 Cycle Time이 중요합니다.

이런 환경에서는 PROFIBUS DP가 적합합니다.

PROFIBUS PA란?

PA는 Process Automation을 의미합니다.

대표적으로

압력 Transmitter
Temperature Transmitter
Flowmeter
Level Transmitter
Valve Positioner
Analyzer

등 공정현장의 Field Device에 사용됩니다.

대표적인 전송속도는

31.25kbit/s

입니다.

DP의 최대 12Mbit/s와 비교하면 상당히 느리지만 압력이나 온도처럼 비교적 천천히 변화하는 Process Variable을 전달하는 데는 충분할 수 있습니다.

12Mbit/s와 31.25kbit/s는 얼마나 차이가 날까?

단순히 속도만 비교해보겠습니다.

PROFIBUS DP 최대속도는

12,000kbit/s

PROFIBUS PA는

31.25kbit/s

입니다.

따라서

12,000 ÷ 31.25

= 384

입니다.

최대 전송률만 놓고 보면 DP가 PA보다 약 384배 빠른 값입니다.

하지만 이를

DP가 PA보다 384배 좋은 통신

이라고 해석해서는 안 됩니다.

DP와 PA는 설계목적 자체가 다릅니다.

PA가 느린데도 공정현장에서 사용하는 이유

공정자동화에서는 통신속도 외에 매우 중요한 조건들이 있습니다.

예를 들어 화학공장의 압력 Transmitter가 위험지역에 설치되어 있다고 가정해보겠습니다.

이 장비에는

통신선
전원선

을 각각 따로 설치하는 것보다 하나의 2선 케이블로 전원과 데이터를 함께 전달할 수 있다면 배선이 단순해집니다.

또 폭발위험이 있는 구역에서는 Field Device에 공급할 수 있는 전압과 전류, 에너지를 제한하는 설계도 중요합니다.

PROFIBUS PA의 MBP(Manchester-coded Bus Powered) 물리계층은 이러한 공정자동화 환경을 고려합니다.

PA는 통신선으로 전원도 공급한다

PROFIBUS PA의 중요한 특징입니다.

일반적인 구성은

DP/PA Link 또는 Coupler

↓

2선 Fieldbus Cable

↓

Pressure Transmitter

↓

Flow Transmitter

↓

Valve Positioner

형태로 만들 수 있습니다.

같은 케이블을 이용해

Communication + Device Power

를 전달할 수 있습니다.

따라서 각 센서까지 별도의 24V DC 전원선을 추가로 연결해야 하는 구조를 줄일 수 있습니다.

다만 실제 한 Segment에 연결할 수 있는 장치 수는 기기의 소비전류, 전원공급기, 케이블 길이, 방폭방식 등의 조건을 계산해야 합니다.

MBP는 무엇일까?

PROFIBUS PA에서 사용하는 대표적인 물리계층이 MBP입니다.

MBP는

Manchester-coded Bus Powered

를 의미합니다.

주요 특징은

31.25kbit/s 통신

2선 케이블

데이터와 전원 동시전송

공정자동화 환경에 적합

입니다.

일반적인 PROFIBUS DP의 RS-485 통신과 PA의 외형적인 차이가 여기서 크게 나타납니다.

DP와 PA를 하나의 시스템에서 같이 사용할 수 있을까?

가능합니다.

실제 공장에서는 상위 PLC와 Remote I/O는 PROFIBUS DP로 연결하고 공정현장의 Transmitter는 PROFIBUS PA로 구성하는 경우가 있습니다.

이때 두 네트워크 사이에

DP/PA Coupler

또는

DP/PA Link

와 같은 장치를 사용할 수 있습니다.

구조를 단순화하면

PLC

↓

PROFIBUS DP

↓

DP/PA Link

↓

PROFIBUS PA

↓

Pressure Transmitter
Flowmeter
Valve Positioner

형태입니다.

DP/PA Link는 무슨 일을 할까?

DP와 PA는 통신속도와 물리계층이 다르기 때문에 단순히 선 두 개를 연결할 수 없습니다.

DP/PA Link 같은 장비가 두 네트워크 사이를 연결합니다.

대표적인 DP/PA Link에서는

DP 측에서는 Slave

로 동작하고,

PA 측에서는 연결된 Field Device와 통신하는 Master 역할

을 수행할 수 있습니다.

또 DP 측의 높은 통신속도와 PA 측의 31.25kbit/s 속도를 분리해 처리합니다.

즉 Link는 단순한 케이블 변환기가 아니라 두 통신영역을 연결하는 중요한 역할을 합니다.

DP/PA Coupler와 Link는 항상 같은 것일까?

완전히 같은 개념으로 보면 안 됩니다.

제품에 따라 Coupler는 주로

물리계층 변환
통신속도 변환
PA Segment 전원공급

등을 담당할 수 있습니다.

반면 DP/PA Link는 내부적으로 PA 측 Master 기능을 수행하면서 상위 DP Network와 하위 PA Network를 논리적으로 분리하는 구조를 사용할 수 있습니다.

따라서 실제 시스템을 구성할 때는 제조사가 말하는

Coupler

Link

기능을 매뉴얼에서 확인해야 합니다.

PROFIBUS DP의 DP-V0·V1·V2는 무엇일까?

PROFIBUS DP에서는 기능을 크게 DP-V0, DP-V1, DP-V2로 구분합니다.

DP-V0

기본적인 Cyclic I/O Communication을 제공합니다.

예를 들어 PLC가 Remote I/O의 Input을 읽고 Output을 쓰는 기본 동작입니다.

DP-V1

DP-V0에 Acyclic Communication 기능을 추가합니다.

이를 이용해 운전 중에도

Parameter 설정
진단
상태정보
Alarm

등을 교환할 수 있습니다.

공정자동화 Field Device에서 특히 중요한 기능입니다.

DP-V2

Drive Control 등에 필요한 추가 기능을 제공합니다.

대표적으로

Slave 간 통신
Clock Synchronization
Time Stamping

등의 기능이 포함됩니다.

즉 V0 → V1 → V2는 단순 속도등급이 아니라 기능 확장단계입니다.

PROFIBUS PA도 DP 통신과 관련이 있을까?

그렇습니다.

PA를 완전히 별개의 통신프로토콜로 생각하기 쉽지만 PROFIBUS 시스템에서는 공통적인 PROFIBUS DP 통신 프로토콜 구조를 활용합니다.

차이는 주로

물리계층
전송속도
Application Profile
사용환경

에서 나타납니다.

Process Automation Device는 보통 Parameter와 진단정보를 다뤄야 하기 때문에 DP-V1의 비주기 통신기능도 중요하게 사용됩니다.

따라서

DP와 PA는 서로 전혀 다른 프로토콜

이라고 단순하게 구분하는 것은 정확하지 않습니다.

Cyclic과 Acyclic Communication 차이

PROFIBUS를 이해할 때 중요한 개념입니다.

Cyclic Communication

PLC가 계속 반복해서 교환해야 하는 데이터입니다.

예를 들어

압력 = 5.26bar

유량 = 120L/min

Valve Output = 52%

같은 Process Data가 해당됩니다.

Acyclic Communication

매 Cycle마다 필요하지 않은 데이터를 필요할 때만 읽거나 씁니다.

예를 들어

측정범위 설정
센서 Serial Number
Calibration 정보
진단 Parameter

등입니다.

따라서

Cyclic = 실제 공정제어

Acyclic = 설정·진단

으로 이해하면 쉽습니다.

PA Profile은 무엇일까?

여러 제조사가 압력센서를 만든다고 가정해보겠습니다.

제조사마다 데이터 구조와 Parameter가 완전히 다르면 DCS나 Engineering Tool에서 장비를 교체하기가 어렵습니다.

이를 해결하기 위해 PA Profile이 사용됩니다.

PA Profile은 Process Automation Device에서 사용되는

Parameter
Process Value
Status
Diagnostic Information

등을 일정한 방식으로 정의합니다.

현재 PI에서는 PA Profile 4.0 계열을 제공하며 PROFIBUS뿐 아니라 PROFINET 기반 Process Automation에서도 활용될 수 있도록 발전되어 있습니다.

GSD 파일은 무엇일까?

PROFIBUS 장비를 PLC Engineering Tool에 추가할 때 GSD 파일이 필요할 수 있습니다.

GSD는 장비 제조사가 제공하는 전자적인 Device Description입니다.

여기에는 대표적으로

Device Identification
지원 Baud Rate
I/O Data Length
Communication Capability
Diagnostic Information

등이 포함될 수 있습니다.

PLC Engineering Tool은 GSD 파일을 이용해 해당 PROFIBUS Slave를 네트워크에 구성합니다.

쉽게 말하면

GSD = PROFIBUS 장비의 통신용 전자 데이터시트

라고 이해할 수 있습니다.

실제 데이터시트를 읽어보자

압력 Transmitter에 다음과 같이 적혀 있다고 가정하겠습니다.

Communication: PROFIBUS PA

Physical Layer: IEC 61158-2 MBP

Baud Rate: 31.25kbit/s

Bus Powered

PA Profile Supported

이를 해석하면

PROFIBUS PA

Process Automation용 PROFIBUS 장비

MBP

PA용 물리계층 사용

31.25kbit/s

고정 전송속도

Bus Powered

통신케이블을 통해 기기전원을 공급할 수 있음

PA Profile

표준화된 Process Device Parameter와 기능구조 지원

이라는 의미입니다.

DP 장비 데이터시트라면?

Remote I/O에

PROFIBUS DP-V1

RS-485

9.6kbit/s ~ 12Mbit/s

라고 적혀 있다고 가정해보겠습니다.

이는

RS-485 물리계층을 사용하고,

설정에 따라 여러 통신속도를 지원하며,

기본 Cyclic I/O뿐 아니라 DP-V1의 Acyclic Parameter·Diagnostic Communication도 지원한다는 의미로 볼 수 있습니다.

흔히 잘못 해석하는 부분

첫 번째는

“PROFIBUS PA는 DP의 느린 버전이다.”

라는 생각입니다.

속도만 다른 것이 아니라 물리계층과 전원공급방식, 적용환경 자체가 다릅니다.

두 번째는

“PA는 센서 전원선이 항상 필요하다.”

라는 생각입니다.

MBP 기반 PA에서는 같은 2선 Fieldbus를 통해 통신과 장비전원을 함께 공급할 수 있습니다.

세 번째는

“DP와 PA는 케이블만 연결하면 서로 통신한다.”

라는 생각입니다.

물리계층과 전송속도가 다르므로 DP/PA Coupler 또는 Link와 같은 인터페이스 장치가 필요합니다.

네 번째는

“DP-V0·V1·V2는 통신속도 등급이다.”

라는 생각입니다.

이는 속도등급이 아니라 PROFIBUS DP의 기능 확장단계입니다.

정리

PROFIBUS DP와 PA를 구분할 때 가장 중요한 것은 속도보다 사용목적과 물리계층입니다.

PROFIBUS DP

공장자동화
Remote I/O·Drive
RS-485
최대 12Mbit/s
빠른 Cyclic I/O

PROFIBUS PA

공정자동화
압력·온도·유량 Transmitter
MBP
31.25kbit/s
2선 통신 + 장비전원
방폭환경 적용 고려

로 정리할 수 있습니다.

실제 공장에서는

PLC → PROFIBUS DP → DP/PA Link → PROFIBUS PA → Field Device

형태로 두 방식을 함께 사용할 수도 있습니다.

따라서 데이터시트를 확인할 때는 단순히 PROFIBUS 지원만 보는 것이 아니라 DP·PA 종류, Physical Layer, Baud Rate, DP-V0/V1/V2, PA Profile과 GSD 지원 여부까지 함께 확인하는 것이 중요합니다.

참고자료

• PROFIBUS & PROFINET International(PI) – PROFIBUS Technology and Application System Description: PROFIBUS가 IEC 61158·IEC 61784에 기반한 개방형 Fieldbus이며, DP의 Master-Slave 통신과 DP-V0·V1·V2 기능, PA Process Device 구조를 설명하는 공식 시스템 자료입니다. Profibus
• PI – PROFIBUS Design Guideline: PROFIBUS DP는 최대 12,000kbit/s의 고속 통신에 사용되고, PROFIBUS-MBP(PA)는 31.25kbit/s로 동작하며 2선 Fieldbus를 통해 Transmitter를 직접 연결하고 전원을 공급할 수 있는 구조를 설명합니다. Profibus
• PI Product Guide – DP/PA Link: DP/PA Link가 PROFIBUS DP와 PA를 연결하고 전송속도를 분리하며, 대표적인 구성에서 DP 측 Slave·PA 측 Master 역할을 수행하는 사례를 확인할 수 있습니다. Profibus
• PI – GSD Specification / Standard GSD Libraries: GSD는 PROFIBUS 장비의 통신특성·I/O 데이터·진단정보 등을 Engineering Tool에 제공하는 표준화된 전자 Device Description입니다. Profibus
• IEC 61158-1:2023, Edition 3.0 – Industrial communication networks – Fieldbus specifications – Part 1: Overview and guidance for the IEC 61158 and IEC 61784 series. IEC 61158·61784 Fieldbus 표준체계의 구조와 적용방법을 설명하는 현행 개요 규격입니다. IEC Webstore