過程控制系統(tǒng)（PCS）是一個(gè)專門用來滿足過程工業(yè)要求的分布式控制系統(tǒng)（DCS）。許多對(duì)安全性和可用性有很高要求的相關(guān)過程和工廠，裝備有大量的傳感器和執(zhí)行器，自動(dòng)化程度高，這至少體現(xiàn)在按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作的管理方式上。由于物質(zhì)、程序、單元操作、設(shè)備、儀表和控制策略在物理-化學(xué)屬性之間有顯著差異以及學(xué)科交叉的相互依存關(guān)系，因此幾乎沒有任何兩個(gè)工廠是相同的，即便產(chǎn)品是可互換的。因此，有人認(rèn)為每個(gè)領(lǐng)域的過程工業(yè)，即化工業(yè)、制藥業(yè)、紙漿和造紙、石油和天然氣、食品飲料和水/廢水處理，都應(yīng)有各自專門的自動(dòng)化系統(tǒng)。而其他人卻認(rèn)為，過程控制系統(tǒng)構(gòu)架涵蓋所有的過程工業(yè)的不同要求，應(yīng)該是通用的，且足以滿足不同過程控制系統(tǒng)的需求，例如，發(fā)電和配電的分布式控制系統(tǒng)僅僅是一個(gè)營銷問題或歷史習(xí)慣問題，卻不是一個(gè)技術(shù)問題。
《過程控制系統(tǒng)工程》著重關(guān)注過程控制系統(tǒng)工程基礎(chǔ)，這是不同領(lǐng)域里過程工業(yè)的通用內(nèi)容。書中的例子和練習(xí)均與用于研究過程工業(yè)中過程模塊化和過程自動(dòng)化方法之間的相互關(guān)系的實(shí)驗(yàn)性研究工廠有關(guān)。這將可能涉及高度專業(yè)化、集成化的單一產(chǎn)品工廠（如化學(xué)品）以及主要由本地標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備和多產(chǎn)品體系（生物化學(xué)、制藥）應(yīng)用領(lǐng)域的特征。雖然我們提出的理論適用于所有不同的過程控制系統(tǒng)的供應(yīng)商，不過本書中的事例以及大多數(shù)的屏幕截圖源于PCS 7 西門子的過程工業(yè)控制系統(tǒng)。專注于一個(gè)單一的過程控制系統(tǒng)，使《過程控制系統(tǒng)工程》不僅可用作過程控制系統(tǒng)工程的基本教材，還可以用于上機(jī)實(shí)驗(yàn)課程，使學(xué)生獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
致謝過去的十年中，我有幸獲得了一些網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)研究專家的一致好評(píng)。我所加入的領(lǐng)域（這里僅列出一些最常見的）包括化學(xué)過程設(shè)計(jì)、優(yōu)化與操作，化學(xué)過程建模、過程與控制工程，自動(dòng)化理論，儀器與控制，認(rèn)知科學(xué)，人為因素，人力績效建模，可用性工程，工業(yè)過程通信，計(jì)算機(jī)輔助工程，功能安全，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，工業(yè)自動(dòng)化中間件，信息與業(yè)務(wù)流程建模和語義網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)科學(xué)。所有這些領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，都有益于有效和高效的過程控制系統(tǒng)工程。比起提供一個(gè)冗長且不完整的名單來感謝所有在那些國際交流與合作中曾與我一起工作和我?guī)煆倪^的人，我更希望以一份感謝之辭表達(dá)敬意，參考文獻(xiàn)列表中所列出的工作也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)可。
《過程控制系統(tǒng)工程》必須單獨(dú)提及西門子SCE的Roland Scheuerer，是他讓我深信一本關(guān)于過程控制系統(tǒng)工程教育的書的價(jià)值。本書具有獨(dú)特理念，結(jié)合了系統(tǒng)獨(dú)立理論和系統(tǒng)具體實(shí)踐，是過程控制系統(tǒng)工程的集體討論和應(yīng)用研究項(xiàng)目的教學(xué)和培訓(xùn)理念的產(chǎn)物。我也很感謝他的助理Sabine Stengel在最后時(shí)刻對(duì)行政問題的支持。此外，我想向奧登伯格工業(yè)出版社的Anne Htter表達(dá)謝意，她總能及時(shí)地幫我處理好一些事情。
下面所提及的人在概念討論和章節(jié)核對(duì)方面給予了寶貴援助：Falk Doherr、Markus Graube、Richard Holmes、Annett Krause、Wolfgang Morr、Michael Obst和Jens Ziegler。感謝過程控制系統(tǒng)工程的主席團(tuán)成員對(duì)我在德累斯頓工業(yè)大學(xué)進(jìn)行SCE項(xiàng)目PCS 7培訓(xùn)高校模塊教材編輯的無私幫助。
第8章獨(dú)立驅(qū)動(dòng)功能Jens
Ziegler第9章連續(xù)反饋控制Annett Krause第10章順序控制Jens Ziegler第13章報(bào)警工程Jens Ziegler最后，我要感謝我的妻子Petra，感謝她的愛和這些年對(duì)我一如既往的支持。
目錄
致謝
第1章引言
1.1結(jié)構(gòu)
1.2怎樣閱讀本書
1.3參考文獻(xiàn)
第2章過程控制系統(tǒng)要求
2.1概述
2.2過程工業(yè)
2.2.1化工
2.2.2制藥
2.2.3石油與天然氣
2.2.4水/污水
2.2.5紙漿與造紙
2.2.6食品與飲料
2.3概要
2.4跨領(lǐng)域概念
2.4.1化工單元操作
2.4.2批處理過程
2.4.3連續(xù)過程
2.4.4通過過程自動(dòng)化減少風(fēng)險(xiǎn)
2.4.5人力監(jiān)督控制
2.4.6分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.5參考文獻(xiàn)
第3章過程控制系統(tǒng)工程
3.1概述
3.2工廠工程項(xiàng)目
3.3過程控制系統(tǒng)工程的過程
模型
3.3.1PPEAM過程工廠工程
活動(dòng)模型
3.3.2PAS 1059：工廠設(shè)計(jì)過程
過程模型和術(shù)語
3.3.3NA35：PCT項(xiàng)目處理
3.4初級(jí)工程
3.4.1工廠概念和過程控制系統(tǒng)
概念
3.4.2成本估算
3.4.3過程控制系統(tǒng)選擇
3.5基礎(chǔ)與詳細(xì)過程控制系統(tǒng)
工程
3.6未來發(fā)展方向
3.6.1工程工作流程的正式模型
3.6.2信息交換
3.6.3過程控制系統(tǒng)工程任務(wù)的
自動(dòng)化
3.7參考文獻(xiàn)
第4章模塊化工程研究工廠
4.1過程描述
4.2儀器儀表
4.2.1管道和儀表圖
4.2.2識(shí)別系統(tǒng)
4.2.3過程控制要求
4.2.4PCT因果矩陣
4.3參考文獻(xiàn)
第5章過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
5.1概述
5.2分布式結(jié)構(gòu)
5.3過程控制站
5.4I/O模塊
5.5MEAR工廠的硬件組態(tài)
5.5.1創(chuàng)建一個(gè)PCS 7項(xiàng)目
5.5.2組態(tài)AS
5.5.3組態(tài)遠(yuǎn)程I/O
5.5.4組態(tài)操作員站
5.5.5檢查與編譯網(wǎng)絡(luò)
5.6參考文獻(xiàn)
第6章工業(yè)通信工程
6.1概述
6.2現(xiàn)場級(jí)工業(yè)通信
6.2.1傳統(tǒng)布線
6.2.2數(shù)字現(xiàn)場總線
6.2.3現(xiàn)場總線工程
6.3與MES和ERP工業(yè)通信
6.3.1OPC
6.3.2組態(tài)PCS 7 OPC服務(wù)器
6.4未來的發(fā)展方向
6.5參考文獻(xiàn)
第7章批量組態(tài)
7.1概述
7.2一般結(jié)構(gòu)原則
7.3工廠層級(jí)
7.3.1結(jié)構(gòu)規(guī)則
7.3.2MEAR工廠的功能結(jié)構(gòu)
7.4PCS工廠層級(jí)
7.4.1HMI生成
7.4.2AS-OS分配
7.4.3Batch配方
7.5批量組態(tài)內(nèi)容
7.5.1過程標(biāo)簽類型和模型
7.5.2過程標(biāo)簽類型
7.5.3模型
7.5.4參數(shù)和信號(hào)
7.5.5過程對(duì)象視圖
7.6MEAR工廠的過程標(biāo)簽
類型舉例
7.7MEAR工廠的模型舉例
7.8參考文獻(xiàn)
第8章獨(dú)立驅(qū)動(dòng)功能
8.1概述
8.2IDF的基本概念
8.2.1PCS 7的功能塊類型
8.2.2安全規(guī)范
8.2.3操作模式
8.3預(yù)置的IDF現(xiàn)場設(shè)備
8.4通道功能（驅(qū)動(dòng)）
8.5來自數(shù)據(jù)庫的IDF模板
8.6參考文獻(xiàn)
第9章連續(xù)反饋控制
9.1概述
9.2原理
9.2.1介紹
9.2.2控制器的工業(yè)適用性
9.2.3擴(kuò)展的控制結(jié)構(gòu)
9.2.4與過程的連接
9.3練習(xí)：實(shí)現(xiàn)一個(gè)連續(xù)控制
回路
9.4參考文獻(xiàn)
第10章順序控制
10.1概述
10.1.1連續(xù)與順序控制
10.1.2步序列的結(jié)構(gòu)
10.1.3選擇與并行分支
10.1.4順序控制的設(shè)計(jì)
10.1.5順序控制和邏輯控制系統(tǒng)的
相互作用
10.1.6順序控制中的保護(hù)功能和
操作模式
10.1.7PCS 7中的順序控制
10.2練習(xí)：反應(yīng)釜注料
10.3參考文獻(xiàn)
第11章使用配方的批量控制
11.1概述
11.2配方
11.3程序、過程和工廠的分層
建模
11.4過程模型
11.5程序模型
11.6物理模型
11.7監(jiān)測、歸檔和報(bào)告
11.8配方工程
11.9PCS 7批量控制
11.9.1軟件組件實(shí)例
11.9.2建模
11.9.3定義一個(gè)主配方
11.9.4創(chuàng)建并啟動(dòng)一個(gè)
BATCH
11.10參考文獻(xiàn)
第12章過程顯示HMI
12.1概述
12.2過程管理目標(biāo)
12.3任務(wù)和信息分解
12.4HMI設(shè)計(jì)
12.4.1表達(dá)概念
12.4.2表達(dá)技術(shù)
12.4.3趨勢(shì)顯示
12.5在PCS 7 中生成HMI
12.5.1在PCS 7中組態(tài)服務(wù)
接口
12.5.2在PCS 7中組態(tài)過程
顯示
12.6為MEAR工廠創(chuàng)建基本的
HMI畫面
12.6.1工程系統(tǒng)創(chuàng)建
12.6.2生成OS的準(zhǔn)備
12.6.3生成OS
12.6.4OS編輯
12.6.5集成面板
12.7未來的發(fā)展方向
12.7.1模型驅(qū)動(dòng)的人機(jī)工程
12.7.2autoHMI
12.8參考文獻(xiàn)
第13章報(bào)警工程
13.1概述
13.2報(bào)警系統(tǒng)
13.2.1報(bào)警與警告
13.2.2操作員報(bào)警處理
13.3PCS 7的報(bào)警管理
13.4參考文獻(xiàn)
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