过程控制系统（PCS）是一个专门用来满足过程工业要求的分布式控制系统（DCS）。许多对安全性和可用性有很高要求的相关过程和工厂，装备有大量的传感器和执行器，自动化程度高，这至少体现在按照标准进行操作的管理方式上。由于物质、程序、单元操作、设备、仪表和控制策略在物理-化学属性之间有显著差异以及学科交叉的相互依存关系，因此几乎没有任何两个工厂是相同的，即便产品是可互换的。因此，有人认为每个领域的过程工业，即化工业、制药业、纸浆和造纸、石油和天然气、食品饮料和水/废水处理，都应有各自专门的自动化系统。而其他人却认为，过程控制系统构架涵盖所有的过程工业的不同要求，应该是通用的，且足以满足不同过程控制系统的需求，例如，发电和配电的分布式控制系统仅仅是一个营销问题或历史习惯问题，却不是一个技术问题。

《过程控制系统工程》着重关注过程控制系统工程基础，这是不同领域里过程工业的通用内容。书中的例子和练习均与用于研究过程工业中过程模块化和过程自动化方法之间的相互关系的实验性研究工厂有关。这将可能涉及高度专业化、集成化的单一产品工厂（如化学品）以及主要由本地标准化通用设备和多产品体系（生物化学、制药）应用领域的特征。虽然我们提出的理论适用于所有不同的过程控制系统的供应商，不过本书中的事例以及大多数的屏幕截图源于PCS 7 西门子的过程工业控制系统。专注于一个单一的过程控制系统，使《过程控制系统工程》不仅可用作过程控制系统工程的基本教材，还可以用于上机实验课程，使学生获得实践经验。

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致谢过去的十年中，我有幸获得了一些网络和工业研究专家的一致好评。我所加入的领域（这里仅列出一些最常见的）包括化学过程设计、优化与操作，化学过程建模、过程与控制工程，自动化理论，仪器与控制，认知科学，人为因素，人力绩效建模，可用性工程，工业过程通信，计算机辅助工程，功能安全，计算机结构，工业自动化中间件，信息与业务流程建模和语义网络计算机科学。所有这些领域的专业知识，都有益于有效和高效的过程控制系统工程。比起提供一个冗长且不完整的名单来感谢所有在那些国际交流与合作中曾与我一起工作和我师从过的人，我更希望以一份感谢之辞表达敬意，参考文献列表中所列出的工作也应当被认可。

《过程控制系统工程》必须单独提及西门子SCE的Roland Scheuerer，是他让我深信一本关于过程控制系统工程教育的书的价值。本书具有独特理念，结合了系统独立理论和系统具体实践，是过程控制系统工程的集体讨论和应用研究项目的教学和培训理念的产物。我也很感谢他的助理Sabine Stengel在最后时刻对行政问题的支持。此外，我想向奥登伯格工业出版社的Anne Htter表达谢意，她总能及时地帮我处理好一些事情。

下面所提及的人在概念讨论和章节核对方面给予了宝贵援助：Falk Doherr、Markus Graube、Richard Holmes、Annett Krause、Wolfgang Morr、Michael Obst和Jens Ziegler。感谢过程控制系统工程的主席团成员对我在德累斯顿工业大学进行SCE项目PCS 7培训高校模块教材编辑的无私帮助。

第8章独立驱动功能Jens Ziegler第9章连续反馈控制Annett Krause第10章顺序控制Jens Ziegler第13章报警工程Jens Ziegler最后，我要感谢我的妻子Petra，感谢她的爱和这些年对我一如既往的支持。

目录

致谢

第1章引言

1.1结构

1.2怎样阅读本书

1.3参考文献

第2章过程控制系统要求

2.1概述

2.2过程工业

2.2.1化工

2.2.2制药

2.2.3石油与天然气

2.2.4水/污水

2.2.5纸浆与造纸

2.2.6食品与饮料

2.3概要

2.4跨领域概念

2.4.1化工单元操作

2.4.2批处理过程

2.4.3连续过程

2.4.4通过过程自动化减少风险

2.4.5人力监督控制

2.4.6分布式控制系统结构

2.5参考文献

第3章过程控制系统工程

3.1概述

3.2工厂工程项目

3.3过程控制系统工程的过程

模型

3.3.1PPEAM过程工厂工程

活动模型

3.3.2PAS 1059：工厂设计过程

过程模型和术语

3.3.3NA35：PCT项目处理

3.4初级工程

3.4.1工厂概念和过程控制系统

概念

3.4.2成本估算

3.4.3过程控制系统选择

3.5基础与详细过程控制系统

工程

3.6未来发展方向

3.6.1工程工作流程的正式模型

3.6.2信息交换

3.6.3过程控制系统工程任务的

自动化

3.7参考文献

第4章模块化工程研究工厂

4.1过程描述

4.2仪器仪表

4.2.1管道和仪表图

4.2.2识别系统

4.2.3过程控制要求

4.2.4PCT因果矩阵

4.3参考文献

第5章过程控制系统结构

5.1概述

5.2分布式结构

5.3过程控制站

5.4I/O模块

5.5MEAR工厂的硬件组态

5.5.1创建一个PCS 7项目

5.5.2组态AS

5.5.3组态远程I/O

5.5.4组态操作员站

5.5.5检查与编译网络

5.6参考文献

第6章工业通信工程

6.1概述

6.2现场级工业通信

6.2.1传统布线

6.2.2数字现场总线

6.2.3现场总线工程

6.3与MES和ERP工业通信

6.3.1OPC

6.3.2组态PCS 7 OPC服务器

6.4未来的发展方向

6.5参考文献

第7章批量组态

7.1概述

7.2一般结构原则

7.3工厂层级

7.3.1结构规则

7.3.2MEAR工厂的功能结构

7.4PCS工厂层级

7.4.1HMI生成

7.4.2AS-OS分配

7.4.3Batch配方

7.5批量组态内容

7.5.1过程标签类型和模型

7.5.2过程标签类型

7.5.3模型

7.5.4参数和信号

7.5.5过程对象视图

7.6MEAR工厂的过程标签

类型举例

7.7MEAR工厂的模型举例

7.8参考文献

第8章独立驱动功能

8.1概述

8.2IDF的基本概念

8.2.1PCS 7的功能块类型

8.2.2安全规范

8.2.3操作模式

8.3预置的IDF现场设备

8.4通道功能（驱动）

8.5来自数据库的IDF模板

8.6参考文献

第9章连续反馈控制

9.1概述

9.2原理

9.2.1介绍

9.2.2控制器的工业适用性

9.2.3扩展的控制结构

9.2.4与过程的连接

9.3练习：实现一个连续控制

回路

9.4参考文献

第10章顺序控制

10.1概述

10.1.1连续与顺序控制

10.1.2步序列的结构

10.1.3选择与并行分支

10.1.4顺序控制的设计

10.1.5顺序控制和逻辑控制系统的

相互作用

10.1.6顺序控制中的保护功能和

操作模式

10.1.7PCS 7中的顺序控制

10.2练习：反应釜注料

10.3参考文献

第11章使用配方的批量控制

11.1概述

11.2配方

11.3程序、过程和工厂的分层

建模

11.4过程模型

11.5程序模型

11.6物理模型

11.7监测、归档和报告

11.8配方工程

11.9PCS 7批量控制

11.9.1软件组件实例

11.9.2建模

11.9.3定义一个主配方

11.9.4创建并启动一个

BATCH

11.10参考文献

第12章过程显示HMI

12.1概述

12.2过程管理目标

12.3任务和信息分解

12.4HMI设计

12.4.1表达概念

12.4.2表达技术

12.4.3趋势显示

12.5在PCS 7 中生成HMI

12.5.1在PCS 7中组态服务

接口

12.5.2在PCS 7中组态过程

显示

12.6为MEAR工厂创建基本的

HMI画面

12.6.1工程系统创建

12.6.2生成OS的准备

12.6.3生成OS

12.6.4OS编辑

12.6.5集成面板

12.7未来的发展方向

12.7.1模型驱动的人机工程

12.7.2autoHMI

12.8参考文献

第13章报警工程

13.1概述

13.2报警系统

13.2.1报警与警告

13.2.2操作员报警处理

13.3PCS 7的报警管理

13.4参考文献