董湛波，王海涛，徐 昆

(江苏省电力设计院，江苏 南京 211102)

1 研究背景及意义

火电厂汽机房内工艺管道和设备数量繁多，其中大多数管道和设备上都安装有测量压力、差压的测点，这些测点的压力信号沿着仪表导管引到对应的压力、差压变送器或开关，产生二次信号送至控制设备。因此，压力、差压变送器和开关量仪表的数量也是很大的。例如，某2×50 MW背压供热机组，汽机房内的压力、差压变送器及开关一共有193台，某2×600 MW机组，汽机房内的压力、差压变送器及开关一共有287台。这些变送器及开关量仪表在进行布置时，一般都是在某个区域内将靠的比较近的几个仪表安装在一个仪表架上。但是由于仪表的数量众多，分布零散，如果全部由设计人员人工布置，工作量极大，容易造成遗漏。

在以往的国内火电工程中，仪表架的设计深度较浅，电力设计院只负责粗略定位仪表架，以及确定每个仪表架上安装的仪表，具体布置主要由电力施工单位在现场完成。由于施工单位缺少较为完整的三维模型信息，因此经常出现布置不合理以及安装材料浪费等情况。随着海外工程、工程总承包、三维数字化电厂等新业务的开展，业主对设计院的设计深度要求越来越高，许多海外工程业主明确要求设计院提供仪表架的布置图和三维模型。另外，从总包工程降本增效的角度考虑，也有必要对仪表架布置进行精细化设计。

对汽机房仪表架布置进行精细化设计，如果完全由人工完成，只能根据热控设备清册，在PDMS中逐根管道或者逐个设备地去人工定位测点，再由设计人员确定哪几个变送器或开关量仪表放在同一个仪表架上，最后确定仪表器的位置。这样的设计流程工作量极大，容易造成仪表架布置不合理，浪费安装材料。

因此，研究火电厂汽机房内仪表架布置的特点，从中总结出一定的规律，再结合规程规范，提出一套适用于仪表架自动布置的算法流程，并根据算法开发仪表架自动布置的软件，对提高火电厂汽机房仪表架布置设计的精度，以及降低人工设计的工作量，具有重要意义。

2 布置算法研究

2.1 布置特点

经过去多个电厂实地调研，我们发现施工单位在布置汽机房仪表架时，大体有两种情况：一种是针对设备上的压力、差压测点，例如加热器，疏水灌，精处理装置等设备，这些测点对应的变送器及开关量仪表通常集中安装在设备附近的仪表架上；另一种是针对管道上的压力、差压测点，通常都是将多个靠近的热工测点对应的变送器及开关量仪表集中安装在同一个仪表架上，仪表架一般都是靠墙、柱或者设备布置。这样可以最大程度降低对检修通道的占用，同时也便于仪表导管的敷设。

图1是某电厂凝结水精处理装置附近仪表架的安装图片，上面安装的是精处理装置的差压变送器，属于上述第一种情况；图2中的仪表架靠墙布置，上面安装的是汽机房蒸汽管道上的压力变送器，属于上述第二种情况。

这种安装方式符合相关规程中的要求，即“汽机房的布置大格局差异不大，一般分底层、中间层、运行层三层，另外还有除氧器层，对变送器和开关量仪表可相对集中布置在支架上。在设计仪表支架的布置位置时，要结合主设备布置、电缆通道布置、取样导管的长度等综合考虑，可以分区集中布置，也可以按系统就近布置”。

图1 火电厂汽机房仪表架安装图片(一)

图2 火电厂汽机房仪表架安装图片(二)

工艺设备上的测点安装在设备附近的仪表架上，且测点较为集中，由设计人员人工布置，工作量不大；但是，管道上的测点数量多，且较为分散，设计人员布置设计的工作量比较大。因此，本文针对的主要是汽机房管道上压力、差压测点对应的变送器或开关量仪表以及相关仪表架的自动布置。

2.2 布置算法

2.2.1 算法思路

根据现场仪表架安装的特点，以及相关规程规范及安装指南，火电厂汽机房仪表架的自动布置算法可以按照以下思路进行设计，具体步骤为：

(1)逐层搜索汽机房里每一个柱子和墙。

(2)搜索每一个柱子或者墙附近一定空间范围内的压力、差压测点。

(3)将同一个柱子或者墙附近空间内搜索到的测点对应的变送器及开关量仪表集中安装在同一个仪表架上，仪表架靠柱子或者墙布置。

(4)合并重复的变送器，处理没有搜索到的测点。

(5)根据测点的介质，调整部分变送器的安装位置(测量蒸汽或液体流量时，差压仪表或变送器的位置应低于取源部件；测量气体压力或流量时，差压仪表或变送器应高于取源部件的位置，否则应采取放气或排水措施)。

2.2.2 算法流程

将上述的算法步骤进行细化，绘制成算法流程图，作为开发软件的依据。

见图3，先根据人工设定的搜索距离D，针对每一层中的每一个柱子(先要确保柱子底部有楼板)，搜索以该柱子为中心，半径为D的圆柱体空间内的压力和差压测点；针对每一层中的每一面墙(先要确保墙底部有楼板)，搜索其前后D的长方体空间内的压力和差压测点。然后将每一个柱子或墙搜索到的测点对应的变送器或开关量仪表放置在同一个仪表架上，仪表架放置在柱子的底部或者墙的底部中心处。然后针对未搜索到的测点，搜索其水平方向1.2D范围内是否有柱子或者墙，如果有，则放置在该柱子或墙对应的仪表架上。

搜索完毕之后，检查不同仪表架上是否有相同的变送器或开关量仪表，如果有重复的，则保留变送器数量少的仪表架上的。最后，再根据测点所引介质，调整部分变送器的位置。测量蒸汽或液体流量时，变送器或开关量仪表的位置应低于测点，放置在低于测点的仪表架上；测量气体压力或流量时，变送器或开关量仪表应高于测点，放置在高于测点的变送器上。

3 软件开发

3.1 软件的主要功能

图3 仪表架自动布置算法流程图

我院以PDMS作为三维设计平台，该平台支持二次开发。为了将上面提出的仪表架自动布置算法应用到PDMS平台上，可以采用C#语言和SQL数据库进行二次开发，设计一个嵌入在PDMS平台上的软件，利用PDMS中已有的汽机房土建专业信息(梁、板、柱、墙等)、工艺专业信息(设备、管道)和热控专业信息(热工测点)，通过上面提出的算法，自动布置仪表架及仪表架上安装的仪表，在PDMS中定位及生成仪表架和仪表的模型。同时，软件有调整仪表架位置以及手动建模的功能，用于完善软件自动布置的结果。

3.2 软件开发

使用C#和SQL数据库混合编程。用C#语言编写软件界面以及读取PDMS模型信息(包含土建、工艺设备以及管道上的热工测点的信息)、数据流转、数据保存、结果输出、模型定位及生成等功能，从PDMS读取的模型信息保存在SQL数据库中。仪表架自动布置算法则在SQL数据库中，利用SQL数据库强大的数据处理功能来执行，整个流程见图4。

图4 软件流程图

软件的主界面见图5，用户可以通过界面读取PDMS模型信息，输入设定值，并导入到数据库中。通过数据库进行仪表架自动布置算法的运算，运算结果以表格的形式显示给用户，同时也可以导出。运算完毕后，点击界面上的建模按钮，即可在PDMS中定位及生成仪表架及安装在仪表架上的压力、差压变送器及开关量仪表的模型。

图5 软件主界面

4 软件测试

在华能玉带燃煤热电工程的PDMS模型中，利用模型中已有的汽机房土建柱子、墙、楼板信息，工艺设备信息，以及管道上的热工测点信息，在软件界面上输入设定值，搜索距离设定为9000 mm，仪表架最大容量设定为9，最小容量设定为1，命名规则设定为10CXA(即仪表架编号以10CXA为前缀，后面采用01,02，……的流水号进行编号)，放置仪表架的标高选定在0，4500 mm，9000 mm，12000 mm，13200 mm，16500 mm。将模型信息和设定值都导入软件数据库进行运算，运算结果显示在弹出的对话框上，见图6。

图6 算法运行结果

软件将程序自动生成的仪表架信息显示在对话框最上面的表格中，包括仪表架的编号，最大容量，几何位置，以及上面安装的变送器及开关量仪表的编号。中间的表格是显示的是设计人员手动添加的仪表架信息。最下面的表格则是程序无法处理的测点，这部分测点一般都是附近没有柱子、墙以及工艺设备，因此无法按照本文提出的算法来放置在某个仪表架上，这部分测点对应的变送器或开关量仪表需要设计人员在PDMS中根据具体的布置情况人工进行布置。

将算法运行结果以.txt文件导出，里面存放仪表架的编号，容量，位置，以及安装的变送器编号，然后在“三维信息导入/导出”界面导入该.txt文件，点击“建模”按钮，即可在PDMS中定位及生成仪表架及仪表的模型。此时，用户可以在“三维信息导入/导出”界面对仪表架位置和朝向进行调整。在PDMS中生成的仪表架及仪表的三维模型见图7，在PDMS中利用Draft模块抽取的平面布置图见图8。

图7 PDMS中生成的仪表架模型

图8 从PDMS中抽取的平面布置图

5 结论

本文根据火电厂汽机房仪表架的布置特点，提出了仪表架自动布置的算法，并根据算法使用C#和SQL数据库开发了嵌入在PDMS平台的火电厂汽机房仪表架自动布置软件。软件可以利用PDMS中已有的土建柱子、墙、楼板信息，工艺设备信息，以及管道上的热工测点信息，在数据库中完成仪表架自动布置的算法，并在PDMS中自动定位和生成仪表架以及变送器的模型。在华能玉带工程汽机房的PDMS模型中进行了测试，测试效果良好，符合现场安装要求。本软件如果推广使用，可以降低人工布置仪表架及变送器的工作量，提高设计效率和精度，满足海外工程，三维数字化交付，以及工程总承包等业务的要求。

[1]Q/DG 1－K001－2011．火力发电厂仪表与控制电缆、导管和就地设备布置设计导则[S]．

[2]DL 5190．4－2012．电力建设施工技术规范 第4部分：热工仪表及控制装置[S]．

[3]叶江祺．热工测量和控制仪表的安装[M]．北京：中国电力出版社，1998．