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目次1

译序1

中译本前言1

前言1

1 什么是过程自动化、过程控制技术和过程数据处理？1

1.1 若干基本概念的定义1

1.1.1 “技术过程”的定义1

1.1.2 过程计算机是什么？2

1.1.3 过程计算机系统3

1.1.4 被称为过程自动化、过程引导技术或过程数据处理的新技术领域5

1.2 器具与机器自动化及成套设备自动化6

1.2.1 两类过程自动化系统6

1.2.2 器具与机器自动化的表征特点7

1.2.3 成套设备自动化的表征特点8

1.3 自动化程度和过程计算机的运行方式9

1.3.1 自动化程度的定义9

1.3.2 过程运行的传统方式10

1.3.3 计算机离线运行10

1.2.4 过程计算机系统在线开环运行11

1.3.5 过程计算机系统在线闭环运行12

1.4 过程自动化系统（过程引导系统）的组成部分14

1.4.1 过程自动化系统的分系统14

1.4.2 自动化系统与技术过程的接口15

1.4.3 过程计算机系统15

1.4.4 过程计算机软件系统15

1.5 过程控制的层次和自动化功能17

1.5.1 决策和执行层次17

1.5.2 自动化功能18

1.6.1 技术过程的习惯分类法19

1.6 技术过程中分过程的基本类型19

1.6.2 分过程按过程变量的形式分类20

1.6.3 连续分过程、顺序分过程和散件分过程20

1.6.4 技术过程按主导分过程的类型分类22

1.6.5 技术过程的图形表示22

1.7 一个过程自动化系统实例：供热和回水系统自动化25

1.7.1 设计任务要求25

1.7.2 技术解决方案25

1.7.3 过程自动化系统的生成26

1.8 过程自动化对人类和社会的影响28

1.8.1 预期的（积极的）效果与无意的（消极的）后果28

1.8.2 自动化工程师对过程自动化造成影响的责任28

自测题29

2.1.1 什么是小型和微型计算机30

2.1.2 用作过程计算机的微型计算机构造30

2.1 小型和微型计算机用作过程计算机30

2 过程计算机硬件系统30

2.1.3 微型计算机硬件的特点33

2.1.4 过程计算机中过程数据的表示方式34

2.2 集中型和分散型的自动化结构35

2.2.1 各种不同的自动化结构35

2.2.2 比较自动化结构特点的判据36

2.3 自动化的层次结构40

2.3.1 工效集中型和分散型结构的组合40

2.3.2 用总线连接的分布式过程计算机系统实现自动化层次结构42

2.4 分布式过程自动化系统43

2.4.1 采用分布式过程自动化系统的目的43

2.4.2 分布式过程自动化系统通讯的基本结构43

2.4.3 现代通讯系统的技术发展趋势45

2.5.2 硬件冗余46

2.5 带冗余的自动化结构46

2.5.1 冗余的形式46

2.5.3 软件冗余48

2.6 过程计算机硬件的配置49

2.6.1 过程计算机硬件配置中的各种装置49

2.6.2 过程计算机硬件配置实例50

自测题52

3 过程外围设备54

3.1 过程计算机系统同技术过程间的接口54

3.1.1 过程计算机系统同技术过程间过程信号的传输54

3.1.2 过程计算机系统接口端过程信号的种类56

3.1.3 空间集中型结构的自动化系统中过程信号的输入和输出装置56

3.1.4 空间分散型结构的自动化系统中过程信号的输入和输出装置56

3.2 数字输入输出装置60

3.2.1 数字输入装置60

3.2.2 数字输出装置61

3.2.3 二进制信号的电隔离导通装置62

3.3 模拟输入输出装置63

3.3.1 模拟输入装置63

3.3.2 模数转换器65

3.3.3 模拟输出装置69

3.3.4 数模转换器69

3.3.5 模拟信号的电隔离导通装置72

3.4 可编程序的和“智能型”的过程信号输入输出单元73

3.4.1 可编程序的数字输入输出单元73

3.4.2 “智能型”的过程信号输入输出单元73

3.5 传感器和执行器76

3.5.1 传感器76

3.5.2 执行器78

3.6.1 干扰的种类79

3.6 过程信号导线上的干扰79

3.6.2 推挽干扰影响80

3.6.3 同相干扰影响82

3.7 防干扰措施83

3.7.1 防止接地电位差造成干扰的措施83

3.7.2 防止电磁场干扰过程信号输入导线的措施83

3.7.3 接地措施85

3.7.4 电子线路输入端的防高压（过电压）保护措施85

自测题86

4 过程计算机的实时程序设计87

4.1 问题的指出87

4.1.1 什么是实时程序设计87

4.1.2 对及时性的要求88

4.1.4 实时计算系统的种类90

4.1.3 对同时性的要求90

4.2 实时程序设计方法91

4.2.1 两种基本对策91

4.2.2 同步程序法91

4.2.3 异步程序（并发程序）法95

4.3 进程（任务）97

4.3.1 进程概念简介97

4.3.2 进程的状态模型99

4.3.3 进程的启动99

4.4 进程的时序协调（同步）100

4.4.1 进程的并发、串行、伴行和同时动作100

4.4.2 进程间的同步100

4.4.3 实现进程间同步的信号灯变量和信号灯操作102

5 自测题104

5.1.1 什么是操作系统106

5.1.2 操作系统的种类106

过程计算机的操作系统106

5.1 概念的确定106

5.1.3 资源（操作手段）108

5.2 过程计算机操作系统的组织管理任务108

5.2.1 概述108

5.2.2 进程管理108

5.2.3 存储管理110

5.2.4 输入和输出控制112

5.2.5 出错处理和（重新）运行112

5.3 以“微操作系统”的开发例示组织任务的设计实施112

5.3.1 开发步骤112

5.3.2 设定目标113

5.3.3 明确任务要求113

5.3.4 拟制解决方案113

5.4.1 按简化的任务要求作系统设计117

5.4 微操作系统的系统设计117

5.4.2 系统设计的初步扩充123

5.4.3 系统设计的第二次扩充124

5.4.4 系统设计的第三次扩充127

5.4.5 向真正的实时操作系统过渡127

5.5 过程计算机系统程序的组成128

5.6 过程计算机操作系统举例128

5.6.1 市售操作系统归类128

5.6.2 真正实时操作系统的构造与特性129

自测题132

6 用于过程自动化的程序语言134

6.1 基本概念134

6.1.1 程序语言的种类134

6.1.2 程序语言译为机器语言138

6.2.1 考虑过程自动化任务时面临的实时程序设计问题140

6.2 用于过程计算机系统实时程序设计的高级程序语言140

6.2.2 过程自动化使用汇编语言的优缺点141

6.2.3 过程自动化使用不依赖于机器的程序语言之发展方向142

6.3 过程计算机程序语言PEARL概观144

6.3.1 发展历史144

6.3.2 开发目的和语言要求146

6.3.3 重要的语言特点简介147

6.4 PEARL程序设计示例149

6.4.1 软件开发的工程任务149

6.4.2 供热自动化系统的任务和要求149

6.4.3 供热和调节方案151

6.4.4 系统设计153

6.4.5 把软件的详细设计改写为PEARL程序（程序实现）158

自测题177

7.1.1 问题的提出179

7.1 基本概念179

7 过程自动化系统的可靠性和安全性179

7.1.2 故障与错误180

7.1.3 达到可靠和安全的策略和方法181

7.2 可靠性技术181

7.2.1 可靠性的表征值181

7.2.2 硬件系统的可靠性模型185

7.2.3 程序系统的可靠性模型185

7.3 可靠性改善措施187

7.3.1 可靠性改善措施的分类187

7.3.2 硬件系统的可靠性改善措施188

7.3.3 程序系统的可靠性改善措施189

7.4 安全保障技术189

7.4.1 基本概念的定性定义189

7.4.2 具有和不具有安全状态的技术过程190

7.4.3 酿成事故危害的事态序列191

7.4.4 安全表征值的定量定义192

7.4.5 安全保障的技术规程192

7.4.6 安全保障证明193

7.5 安全保障措施193

7.5.1 过程自动化系统安全保障措施分类193

7.5.2 硬件系统方面的安全保障措施195

7.5.3 针对软件错误的安全保障措施196

自测题197

附录：PEARL语言的补充介绍200

A1 构造PEARL程序的语言手段200

A1.1 PEARL程序的构造200

A1.2 问题（PROBLEM）部分的构造200

A2.1 PEARL程序的书写规则201

A2 PEARL语言表述算法的语言核心201

A1.4 问题部分构造示例201

A1.3 PEARL程序的块式结构201

A2.2 PEARL程序中对象的说明203

A2.3 简单数型205

A2.4 结构数型206

A2.5 变量赋值207

A2.6 标准运算207

A2.7 对数组、字符串和位串的访问208

A2.8 控制程序运行的语句210

A2.9 过程（PROCEDURE）211

A3 PEARL用于输入和输出的语言手段215

A3.1 输入和输出的概念215

A3.2 系统（SYSTEM）部分中对设备连接和接线端子的描述215

A3.3 系统部分中对事件的说明218

A3.4 对数据站的说明218

A3.5 对用户定义的数据站的说明218

A3.6 输入和输出语句220

A4 PEARL用于实时程序设计的语言手段222

A4.1 对任务的说明222

A4.2 对任务状态转换的控制222

A4.3 对任务状态转换的安排224

A4.4 任务间的同步226

A4.5 中断屏蔽226

A5 用于分布式过程计算机系统的语言手段（多机PEARL）226

A5.1 多机PEARL程序的结构228

A5.2 对站的描述（STATION部分）229

A5.3 对物理连接的描述（NET部分）229

A5.4 对外围设备接口的描述（SYSTEM部分）230

A5.5 对软件配置的描述（CONFIGURATION部分）231

A5.6 信息交换232

第1章自测题解答235

自测题解答235

第2章自测题解答236

第3章自测题解答237

第4章自测题解答238

第5章自测题解答239

第6章自测题解答239

第7章自测题解答242

参考文献索引245

第1章文献索引245

第2章文献索引246

第3章文献索引246

第4章文献索引247

第5章文献索引248

第6章文献索引及附录248

第7章文献索引249

译者推荐的新近德文同类著作251