齊桂卿，李海壽，劉鴻雁，崔 勝

（海洋石油工程股份有限公司設(shè)計院，天津 300451）

0 引言

AVEVA是國際著名的工廠工程信息技術(shù)企業(yè)，其開發(fā)的AVEVA系列應(yīng)用軟件廣泛應(yīng)用于石油化工工程中，對于設(shè)計行業(yè)的信息化建設(shè)尤為重要[1]。目前國內(nèi)已有部分設(shè)計院引進(jìn)這種軟件，并應(yīng)用到項目上，但大多是根據(jù)各專業(yè)的設(shè)計需求選擇性地應(yīng)用軟件的某一模塊，真正利用一體化集成平臺實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計的很少[2]。隨著企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求日趨迫切，設(shè)計軟件的全面應(yīng)用及二次開發(fā)迫在眉睫。

AVEVA系 列 軟 件 包 括AVEVA Diagrams、AVEVA E3D、AVEVA Instrumentation、AVEVA Electrical、AVEVA Engineering等專業(yè)設(shè)計軟件，是一套完整地針對工藝、管道、儀表、電氣等各專業(yè)設(shè)計需求而開發(fā)的集成設(shè)計平臺（Integrated Engineering and Design）。其基于數(shù)據(jù)庫平臺的數(shù)據(jù)傳遞與共享，提高了設(shè)計效率與質(zhì)量[3]。海洋石油工程股份有限公司在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，開發(fā)了一套集項目管理和數(shù)據(jù)傳遞于一體的協(xié)同設(shè)計平臺，由于參與協(xié)同設(shè)計專業(yè)的不同特點和對協(xié)同設(shè)計的不同需求，還需對參與協(xié)同設(shè)計的軟件做進(jìn)一步地二次開發(fā)和定制[4]。本文著眼于儀表設(shè)計的工作流程及數(shù)據(jù)流向，重點介紹基于SQL數(shù)據(jù)庫的AVEVA INSTRUMENTATION（AI）軟件。

1 儀控系統(tǒng)設(shè)計流程

在設(shè)計過程中，儀表專業(yè)同工藝、管道、電氣、安全等專業(yè)交互眾多[5]。其中，工藝PID的發(fā)布及儀表工藝參數(shù)是儀表系統(tǒng)設(shè)計的先決條件，儀控系統(tǒng)設(shè)計流程如圖1。

圖1 儀控系統(tǒng)設(shè)計流程Fig.1 I&C System design process

AI軟件包括Engineer、Designer、Wiring Manager、Security Manager及Process Engineer，5個模塊共享數(shù)據(jù)庫。從設(shè)計流程圖可以看出，同儀控系統(tǒng)設(shè)計成果密切相關(guān)的功能集中在前3個模塊，本文將逐一介紹。

2 AI Engineer模塊

AI Engineer模塊以現(xiàn)場儀表和控制回路為核心對象，在整個AI系列軟件中起到承上啟下的作用，既是整個儀控專業(yè)對外交互的窗口，也是儀控專業(yè)啟動本專業(yè)工作的“開門之匙”。該模塊通過儀表（回路）屬性的創(chuàng)建及賦值，完成儀表相關(guān)的表單類文件，如儀表清單、IO清單及儀表數(shù)據(jù)表等。

儀表清單、IO清單中儀表的創(chuàng)建及屬性賦值，包括手動錄入、外部EXCEL表格導(dǎo)入及經(jīng)AVEVA Engineering直接從上游專業(yè)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)獲取3種方式。

AI Engineer中儀表數(shù)據(jù)表的編制是基于標(biāo)準(zhǔn)模板，通過在標(biāo)準(zhǔn)模板中關(guān)聯(lián)對應(yīng)屬性字段，實現(xiàn)對已賦值屬性的自動引用。對于需要上游專業(yè)賦值并傳遞至本專業(yè)的屬性，需創(chuàng)建同AVEVA Engineering中所定義屬性的映射關(guān)系。

3 AI Designer模塊

AI Designer模塊以設(shè)計過程中的圖紙類文件（如儀表典型安裝圖、回路圖等）為核心，處理圖紙文件所承載的設(shè)計對象及其屬性。該模塊的設(shè)計基于可模板化的CAD圖紙，基于AI軟件的Datalink機(jī)制，通過在CAD模板圖紙中設(shè)置宏函數(shù)與AI數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)創(chuàng)建映射關(guān)系。

該模塊的功能歸納如下：

1）基于模板自動生成Hook-up圖。

2）基于模板自動生成回路圖。

3）基于種子文件自動生成電纜框圖和端子圖。

其中，儀表典型安裝圖和回路圖所承載的設(shè)計對象比較單一，符合一個模板對應(yīng)一類設(shè)計對象的邏輯，因此基于“CAD模板+Datalink”的處理機(jī)制生成圖紙文件，在技術(shù)上較為成熟，在實際工程設(shè)計中也獲得了廣泛使用。而基于種子文件的電纜框圖和端子圖，由于其承載對象的多樣性（包括電纜、設(shè)備、接線端子等），往往需要大量的二次開發(fā)工作，且一旦種子文件鎖定，靈活性較差，在實際工程設(shè)計中較少使用。

4 AI Wiring Manager模塊

AI Wiring Manager模塊以電纜及所連接的設(shè)備為其核心設(shè)計對象，在電纜目錄庫、設(shè)備庫、接線規(guī)則等基礎(chǔ)上開展設(shè)計工作，該模塊包括以下功能：

1）電纜管理，包括電纜庫的維護(hù)和項目電纜的創(chuàng)建。

2）設(shè)備管理，包括設(shè)備如中控盤柜、接線箱及現(xiàn)場控制盤等的定義以及設(shè)備內(nèi)端子排、端子號的創(chuàng)建。

3）關(guān)聯(lián)儀表位號及中控盤柜卡件。

4）完成電纜接線。

5）生成電纜清冊、電纜料單及其他按需定制的報表。

6）生成電纜滾筒清冊。

7）生成填料函料單。

8）支持CAD版本或EXCEL版本的端子圖自動生成。

9）支持快速查看電纜連接關(guān)系。

在該模塊中，儀表設(shè)計工作包括兩個階段。

4.1 電纜框圖的設(shè)計

按照傳統(tǒng)設(shè)計流程，電纜框圖的設(shè)計以IO清單為主要輸入，結(jié)合接線箱及托架布置，在CAD中完成電纜同起始端設(shè)備的連接關(guān)系。在AI Wiring Manager模塊中，起始端設(shè)備可手動逐個創(chuàng)建，也可以EXCEL的方式批量導(dǎo)入。在創(chuàng)建電纜時，設(shè)計人員僅需完成電纜的連接關(guān)系，成果文件的排版可通過REPORT功能以表格的形式生成。

相對于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，在AI環(huán)境中開展電纜框圖的設(shè)計工作在效率上并無明顯提升，但在AI中完成設(shè)計后，后續(xù)的電纜清冊設(shè)計可一鍵完成，無需重新人工錄入；同時，在AI中創(chuàng)建的電纜連接關(guān)系可以映射到E3D軟件中，用于完成自動布線工作。因此，當(dāng)放眼整個設(shè)計流程時，效率提升非常顯著。

4.2 端子圖設(shè)計

端子圖的設(shè)計是在電纜框圖基礎(chǔ)上，結(jié)合廠家資料進(jìn)一步深化設(shè)計，包括為起始端設(shè)備創(chuàng)建端子（排）及完成電纜接線。在AI Wiring Manager模塊中，端子排的創(chuàng)建包括手動創(chuàng)建、預(yù)設(shè)接線規(guī)則創(chuàng)建和批量導(dǎo)入創(chuàng)建等方式，針對不同的設(shè)計對象，通常采用不同的方法進(jìn)行端子的創(chuàng)建及連接。

① 接線規(guī)則創(chuàng)建：適用于典型儀表設(shè)備如火焰探頭、壓力變送器等。

② 批量導(dǎo)入創(chuàng)建：適用于中控系統(tǒng)盤柜、電氣盤柜等端子相對集中的設(shè)備。

③ 手動創(chuàng)建：適用于接線箱、現(xiàn)場控制盤等個體差異性較大的設(shè)備。

5 AI軟件中庫的開發(fā)

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的建立是AI軟件開發(fā)工作的重點內(nèi)容，也是標(biāo)準(zhǔn)化建立的深化過程[1]。各工程設(shè)計單位應(yīng)基于自身的設(shè)計流程、設(shè)計習(xí)慣、采辦需求、標(biāo)準(zhǔn)化成果等完善AI軟件中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫包括規(guī)則庫、屬性庫和材料目錄庫。

5.1 位號（回路號）命名規(guī)則

儀表位號及回路號命名規(guī)則（Tag Format）位號（或回路號）的命名規(guī)則的定義包括位號（或回路號）格式的定義和儀表設(shè)備代碼（回路功能編碼）的定義兩部分，在海洋石油平臺設(shè)計過程中，儀表設(shè)備格式如圖2。

圖2 典型儀表位號命名格式Fig.2 Naming format of typical instrument tag numbers

在AI軟件中，用AREA對應(yīng)單體，SUBAREA對應(yīng)系統(tǒng)代號如圖3。單體設(shè)備代碼的定義需要在AI軟件的儀表類型庫中定義。

圖3 AI軟件位號命名規(guī)則定義界面Fig.3 AI Software tag naming rule definition interface

位號（或回路號）命名規(guī)則的定義必須同上游軟件AVEVA Diagrams，AVEVA Engineering中定義的格式保持一致，否則無法完成專業(yè)軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞。

5.2 儀表屬性庫

AI軟件支持設(shè)計人員為儀表設(shè)備（或回路）自定義屬性庫，從設(shè)計的角度看，承載儀表屬性的設(shè)計文件主要包括儀表索引表、IO清單和數(shù)據(jù)表等文件，與之對應(yīng)，AI軟件分別創(chuàng)建了InstrumentList、ProcessData和instrumentData 3個庫表文件。

其中，InstrumentList用于定義儀表索引表中定義的通用屬性，后兩者分別對應(yīng)數(shù)據(jù)表中的工藝屬性（如設(shè)計壓力）和儀表屬性（如材質(zhì)）。

工藝與儀控專業(yè)數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性是由屬性的唯一性保證的，為使AI軟件數(shù)據(jù)與Engineering數(shù)據(jù)庫中的屬性數(shù)據(jù)保持一致，工藝屬性的建立需與Engineering數(shù)據(jù)庫中工藝屬性的創(chuàng)建遵循統(tǒng)一原則，典型如數(shù)據(jù)類型、字符串長度限制等。

圖4 儀表屬性的定義Fig.4 Definition of instrument attributes

屬性定義完成后，可借助AI軟件的PickList功能實現(xiàn)下拉菜單，既可以保證屬性賦值的規(guī)范性，同時也可以提升設(shè)計效率。

需要注意的是，對部分重要屬性（如位號），AI軟件已進(jìn)行定義，設(shè)計人員應(yīng)避免使用自定義屬性代替之，以避免對數(shù)據(jù)的有效傳遞造成影響。

5.3 接線規(guī)則

電纜接線規(guī)則用于為常用典型儀表預(yù)設(shè)接線信息，通過電纜接線規(guī)則，可實現(xiàn)：

① 端子信息：端子編號、標(biāo)識及順序。

② 電纜信息：電纜編號、電纜規(guī)格等。

③ 連接關(guān)系：端子同電纜線芯的對應(yīng)關(guān)系。

接線規(guī)則創(chuàng)建后，可以在儀表設(shè)備代碼庫中同F(xiàn)unction Code進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這種情況下，現(xiàn)場儀表一旦創(chuàng)建即有默認(rèn)的接線規(guī)則，可提高設(shè)計效率；當(dāng)默認(rèn)接線規(guī)則不適用時，也可根據(jù)需要在項目級數(shù)據(jù)庫進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整不會影響其它采用了同一種子庫其它項目。

5.4 材料目錄庫

針對儀控設(shè)計中涉及的大宗散料，在AI軟件中可創(chuàng)建電纜目錄庫、填料函目錄庫、安裝材料目錄庫，3個材料目錄庫均支持Excel批量導(dǎo)入。

其中，電纜庫和填料函庫在Wiring Manager中創(chuàng)建，電纜庫批量導(dǎo)入如圖5，它是開展電纜框圖繪制工作的必要條件。

圖5 電纜目錄庫批量導(dǎo)入Fig.5 Batch import of cable catalog library

儀表安裝材料庫在designer中創(chuàng)建如圖6，材料庫結(jié)合HOOK-UP圖紙模板庫，即可實現(xiàn)儀表典型圖位號自動賦值、安裝材料的快速統(tǒng)計功能。

圖6 儀表安裝材料庫批量導(dǎo)入Fig.6 Batch import of instrument installation material library

6 清單類文件的編制

在AI Engineer可實現(xiàn)基于特定對象（如儀表、回路等）的Report定制，Report定制是通過Report Designer工具進(jìn)行屬性項的選取并預(yù)設(shè)其輸出格式，如圖7。與此同時，在開發(fā)中實現(xiàn)了文件封皮及IO統(tǒng)計信息的定制，實現(xiàn)了成果文件的一鍵生成，無需設(shè)計人員進(jìn)行任何二次加工。

圖7 清單文件模板定制Fig.7 Template customization of the manifest file

需要注意的是，定制的Report是只讀的，無法在Report中對儀表屬性進(jìn)行編輯，也無法代替基于成果文件創(chuàng)建的Gridview使用，建議設(shè)計人員統(tǒng)一Gridview和對應(yīng)Report過濾條件，借助前者開展屬性的錄入工作，后者則僅用于實現(xiàn)輸出成果文件的“所見即所得”。

7 儀表數(shù)據(jù)表的定制

設(shè)計流程上，儀表索引表先于數(shù)據(jù)表，待儀表索引表完成后，方可進(jìn)行儀表數(shù)據(jù)表的設(shè)計工作。儀表數(shù)據(jù)表生成流程如圖8：左側(cè)為開發(fā)定制過程，右側(cè)為設(shè)計人員使用過程。限于篇幅，本文僅展開定制過程，使用過程可參見操作手冊。

圖8 儀表數(shù)據(jù)表定制及生成流程Fig.8 Customization and generation process of instrument data sheet

7.1 創(chuàng)建數(shù)據(jù)表模板

創(chuàng)建模板實際上就是創(chuàng)建一個Excel版的儀表數(shù)據(jù)表，包括封皮、匯總頁及儀表數(shù)據(jù)表單等，并存放在制定的模板存儲路徑下，該路徑可以在項目初始階段設(shè)置。

在Home->Select->Datasheet Forms中新建一個datasheet，選擇所創(chuàng)建的模板，如圖9。其中，Spreadsheet Layout用于定義模板中的行列范圍。

圖9 創(chuàng)建數(shù)據(jù)表模板Fig.9 Create data table template

7.2 基于模板進(jìn)行屬性鏈接

儀表數(shù)據(jù)表的屬性鏈接通過為模板中的單元格創(chuàng)建datalink實現(xiàn)，如圖10。通過該機(jī)制，不管是在儀表索引表中已經(jīng)賦值的屬性，還是通過數(shù)據(jù)交互從其它軟件賦值的屬性，均可以直接賦值到所Link的單元格，避免設(shè)計人員重復(fù)錄入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)賦值的“以一貫之”。

圖10 對模板進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接配置Fig.10 Data link configuration of template

為了提高屬性值的規(guī)范性、一致性，可通過預(yù)設(shè)屬性值的PickList功能實現(xiàn)，模板中的單元格關(guān)聯(lián)屬性后，還可以選取預(yù)定義的PickList，設(shè)計人員開展工作時以下拉菜單形式直接選取，有效規(guī)避手動錄入時的筆誤。

8 結(jié)束語

AVEVA系列軟件涵蓋了從工藝專業(yè)到儀表專業(yè)、從二維設(shè)計到三維設(shè)計的設(shè)計需求，而AI軟件基本實現(xiàn)了整個儀控系統(tǒng)設(shè)計流程中的大部分成果文件的定制及出圖，充分開發(fā)利用好AI軟件的各功能模塊，對實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型具有重大意義。