探讨仪表辅助设计软件的二次开发

2012-04-13赵纯正

石油化工自动化 2012年6期

赵纯正

（中石化宁波工程有限公司兰州分公司，兰州730060）

随着信息化技术的飞速发展，工程项目日趋大型化、复杂化，自控设计中仅仅依靠计算机辅助设计（AutoCAD）技术及Office办公软件等传统方法明显地出现局限性。为了提高设计质量和效率，开发出了多种仪表辅助设计软件（仪表工程管理软件）。国内已商业化的仪表辅助设计软件主要有 INtools（SPI），WINPCCAD，CCAS，而INtools约占70%的全球市场份额［1］。在仪表工程设计实践中，这些仪表辅助设计软件对提高设计质量和设计效率起到了一定的作用。

仪表辅助设计软件往往都要经过二次开发才能使用［2］。针对这些软件进行的二次开发，基本上都集中在做种子文件。但由于种种原因，这些仪表辅助设计软件的使用情况并不乐观。比如，国内不少石油化工项目在设计时使用INtools软件，是由于业主招标文件与合同中强制要求使用［3］。文献［3］中指出了设计人员某些不使用INtools的原因，包括业主没有提供经二次开发的相对完善的INtools种子文件，工期压力和交工习惯。笔者认为，它只在设计实践的局部带来了设计质量和效率的提高，对仪表设计人员来说，整体上带来的好处并不足够明显，甚至在一些工作中，增加了设计的难度和复杂性。这是由于对设计实践过程考虑不够全面，软件使用中有一些瑕疵，正是这些瑕疵严重影响了使用者的感受。文中围绕仪表辅助设计软件的部分功能模块进行讨论，并指出二次开发后，就能充分地发挥这些仪表辅助设计软件的作用，提高设计质量和效率。

1 仪表索引表

如果以前做过同类项目，可以直接以原来的文件为模版进行修改，或创建种子文件再进行修改即可。如果以前没有做过同类项目，通常最初的仪表索引表需要以全人工的方式建立。使用和不使用仪表辅助设计软件工作效率基本一样。

1.1 自动生成仪表索引表

文献［4］提出并实现了利用VBA开发自动生成仪表索引表软件。使用该软件能减少约60%的设计工作量。在具体的开发实践中，还有一些其他的方法可以采用，具体采用什么方式应根据工艺－自控条件表格决定。文献［4］是根据仪表位号（准确地说是回路号）来进行回路功能判断。

有时工艺－自控条件中的位号只是现场仪表位号，包括现场检测仪表和阀门，文献［4］没有对这种情况下怎样处理进行论述。在此情况下，仪表回路功能可以通过判断条件表中其他的内容来获得。对于仪表类型的确定，除了可以在程序生成索引表时手动选择外，也可以在工艺－自控条件表的后面加一列，填上表示仪表类型的数值或字符。同样对于阀门是调节阀或两位阀，或调节阀是否需要带电磁阀，也可以采用同样的方法。采用在条件表中增加列的方式，通过程序判断增加列中的内容，在生成索引表时可以不用干预。与采用生成索引表的过程中选择仪表类型工作是一样的，只是确定仪表类型的工作转移到了索引表生成前。

1.2 仪表索引表和P＆ID进行核对

自动生成的仪表索引表需要根据P＆ID进行必要的核对。核对工作分为：P＆ID中的回路（包含仪表）是否已在仪表索引表中建立；回路关系是否正确及完整。

对于第一部分内容的核对，可以进行人工核对。也可以采用程序将P＆ID中的仪表位号读取到Excel表格中，再将读取的位号和仪表索引表核对。当P＆ID中图例采用块表示时，读取块属性能获得仪表位号，当不是采用块作为图例时，需要根据P＆ID中图例的画法，判断仪表位号图例，并读取图形中的文本作为仪表位号。有时在P＆ID中会采用多种形式的图例。程序不能将仪表位号完全读取出来，同时还会读取安全阀位号等无用信息。因此，当从P＆ID中读取到一个位号时，将表示位号的文本和图形符号的颜色进行修改，这样容易发现没有读取到的仪表位号。没有读取的位号直接采用人工方式和仪表索引表核对。在与仪表索引表核对前，将仪表位号中表示仪表功能的首字母，仪表功能的后续字母以及流水号分开，再根据首字母和流水号进行排序，使仪表位号的顺序与仪表索引表中仪表位号顺序一致，能减少核对的工作量。

对于第二部分内容的核对，自动生成的仪表索引表中简单回路关系不会有问题。对于较复杂的回路需要根据P＆ID，甚至复杂回路图及联锁逻辑图，进行人工核对。

1.3 仪表索引表导入仪表辅助设计软件

仪表辅助设计软件以仪表位号为关键字。自控专业具体设计工作的第一步是建立仪表索引表。将仪表索引表导入仪表辅助设计软件，为在不增加额外工作的情况下使用仪表辅助设计软件创造了条件。INtools提供了输入模块，采用该模块可以直接导入仪表索引表，该方法步骤略为繁琐，通用性强。有的工程公司为了简化数据导入，开发了专门的导入软件，导入步骤简单，但不具备通用性。WINPCCAD没有提供仪表索引表导入模块，需要开发专门的软件才能实现仪表索引表的导入。

2 仪表规格书

各工程公司都有自己的仪表规格书，仪表辅助设计软件提供的模板往往需要修改后才能使用，这也是对仪表辅助设计软件进行二次开发最主要的工作之一。WINPCCAD的输出模板能很好地支持Excel类型文件，按照用户手册进行处理即可。INtools的输出模板不支持Excel类型文件，虽然提供了informaker报表定制软件，但该软件定制困难，灵活性差［5］。文献［5］通过创建ODBC采用SQL查询，实现了从INtools数据库中提取数据并传到基于Excel的报表输出软件中，解决了使用INtools的不足。

仪表辅助设计软件提供了工艺数据导入功能，将工艺数据导入其数据库，可以减轻手工输入工艺的麻烦并避免出错。但工程公司的Excel类型、竖表形式的仪表规格书不能直接导入其数据库。仪表设计人员借鉴类似工况下的仪表选型时，仪表规格只能手工输入，反而显得麻烦。特别是设计人员如果做过同类装置的设计，且在设计该项目过程中，没有使用仪表辅助设计软件，就可能出现不愿使用仪表辅助设计软件的现象。

开发可以将Excel类型、竖表形式的仪表规格书导入仪表辅助设计软件的软件，能方便仪表设计。在设计实践中，将需要引用的仪表规格书中位号改为需要的仪表位号，先将规格书导入仪表辅助设计软件，再将工艺数据导入仪表辅助设计软件，最后进行必要检查即完成该位号仪表规格书设计。对于以往做过的同类项目，也可以直接将规格书导入，再导入工艺数据，最后再检查即可。在进行规格书导入软件开发时，可以创建ODBC采用SQL实现对INtools数据库的访问，也可以采用XML实现数据库的访问或者采用其他的方法。

3 仪表回路图及仪表（接线箱）接线图

仪表辅助设计软件都提供了接线模块，在该模块中可以设置各种接线排、端子以及电缆，只需拖拽电缆就可以完成接线。根据这些接线可以方便地生成仪表回路接线图。根据出图习惯，工程公司还要出仪表（接线箱）接线图或仪表电缆连接表。而仪表辅助设计软件无法生成符合设计习惯的仪表（接线箱）接线图或仪表电缆连接表。在这种情况下，设计人员至少有三种方法：

a）结合仪表辅助设计软件进行生成仪表（接线箱）接线图或仪表电缆连接表的二次开发。在仪表辅助软件中完成接线，利用二次开发的软件读取数据库中信息，并生成仪表（接线箱）接线图或仪表电缆连接表。利用仪表辅助设计软件生成仪表回路接线图。

生成仪表接线箱或仪表电缆连接表，有两个步骤。首先从仪表辅助设计软件中读取接线信息，可以采用文献［5］中提供的方法或其他方法，再根据接线信息生成接线箱接线图或仪表电缆连接表。生成的图如果是AutoCAD形式的，比较简单的方法是先画几种规格的接线箱接线图或电缆连接表的模板，根据读取的数据选择对应的模板，并将读取的信息填入相应的位置。采用该方法时，设计时选用的接线箱端子数应与模板中的接线箱端子数相同。

b）开发一个将仪表（接线箱）接线数据导入仪表辅助设计软件的软件。通过手工方式完成仪表（接线箱）接线表，用二次开发的软件将数据导入仪表辅助设计软件。利用仪表辅助设计软件生成仪表回路接线图。

c）直接利用仪表（接线箱）接线表中的接线信息生成仪表回路接线图。通过手工方式完成仪表（接线箱）接线表，利用开发的软件生成仪表回路接线图。该方法笔者已经在项目中进行了实践应用。

该方法的思路是将所有的接线信息集中到同一张表中，并对仪表位号进行一定的排序，将同一回路的位号排在一起。建立若干个块，包括二线制的现场端子、三线制的现场端子、二线制的接线箱接线端子、三线制的接线箱接线端子、二线制安全栅接线端子、三线制安全栅接线端子、安全栅、继电器、卡件等。根据接线表中的信息，选择相应的块到图纸中适当的位置并画上相应的连接线，再将接线表中相应的数据填写到适当的位置。

以上几种方法，各有利弊。采用方法a），接线时的设置较多，可以检查是否所有仪表都完成接线；方法b）的接线是传统方式，使用起来简单方便，效率高，但不能检查是否所有仪表都完成了接线；方法c）的接线是传统方式，使用起来简单方便，效率高，也不能检查是否所有仪表都完成了接线，更适合没有采用仪表辅助设计软件的情况。

4 端子（安全栅）柜接线图

在仪表设计中，工程公司与控制系统成套商的分界面一般都是以盘柜进／出端子为界。进／出系统端子排由工程公司负责设计，仪表设计需要出端子（安全栅）柜接线图［6］。在仪表接线部分，设计人员已经完成了现场进／出端子（安全栅）的接线信息。由于仪表辅助设计软件输出接线信息的功能不强，无法输出满足要求的端子（安全栅）柜接线图，在实际项目的设计过程中仍然要使用AutoCAD制作相关图纸［7］。对仪表辅助设计软件进行二次开发，将仪表辅助设计软件中的端子（安全栅）接线信息读取出来，并生成满足要求的端子（安全栅）柜接线图。自动生成端子（安全栅）柜接线图可以避免现场至端子（安全栅）的信息重复录入，不但能提高设计效率，而且避免手工录入可能产生的错误。

开发软件的思路是绘制单个的端子，读取仪表辅助设计软件中的端子数量和接线信息，将端子模块复制到图纸中指定的位置，并填上接线信息，再绘制完成下一个端子及下一排端子。由于现场进入端子的电缆是一对，或是多对的，具体编程中还应进行一些细节的处理，使生成的图纸符合出图习惯。

5 仪表安装材料统计

手工进行仪表安装材料的统计是一项繁琐、费时、费力的工作。为了解决该问题，仪表辅助设计软件提供了材料统计功能，主要是将辅助软件中涉及到的仪表材料都放入数据库中，需要的时候生成材料报表。

仪表辅助设计软件在材料统计方面，提高了设计质量和效率，但是开发仪表材料统计软件还是很有必要和意义的，主要原因：仪表辅助设计软件只是对软件中用到的材料进行统计，并没有覆盖所有涉及到材料的文件；涉及到材料的文件都是以图形文件为主，仪表辅助设计软件在图形处理方面能力不强。对于部分设计文件，如果为了统计材料而使用仪表辅助设计软件，会增加设计工作量。对于仪表辅助设计软件没有涉及到的材料，在不采用其他手段的情况下，还是需要人工对所有的材料进行汇总。因此，使用仪表辅助设计软件只能部分提高材料统计效率和精度。

在开发材料统计软件前，要考虑统计材料是由软件独立完成，还是与仪表辅助设计软件联合完成。如果是联合完成，还应考虑两个软件的统计结果如何结合等问题。在编制软件时，首先要考虑到图纸文件的类型，是采用Excel还是AutoCAD；其次是对设计文件中材料数据的提取与处理，文献［8］比较了多个文献提出的方法，也提出了自己实现的方法。

材料自动统计软件开发分为文件操作、数据读取和数据处理三部分。文件操作主要包括文件的自动打开，待材料数据读取完成后将文件关闭，然后打开下一个需要读取材料的文件，建立并填写仪表综合材料表等工作。对于AutoCAD文件中的材料提取，各种文献提到的方法都需要对设计过程做一些改变。还有一种可以不改变设计习惯的方法，设计人员只需要按照以往的习惯，在AutoCAD中用直线绘制的表格中填上各种材料。在统计前用矩形框将图形中的材料表框起来，此矩形框放在一个特定的图层中。读取材料时先读取该图层中的所有矩形框的四个对角点并记录下来，再读取一个矩形框内材料表中各直线的交点，对交点进行一定排序后，再读取这些两个交点确定的框内的文本，就得到仪表材料，再读取下一个矩形框内的材料，直到一张图纸中所有的材料读取完成后再读取其他图纸中的材料。在数据处理时，需要对材料进行分类，在各种文献中提到的和仪表辅助设计软件中使用的方法都是根据材料的编码进行分类。规范［9］也对部分材料编制了材料代码，仪表设计实践中还有一些材料没有材料代码。采用代码进行材料分类，在设计时需要给没有代码的材料编制代码。中石化也建立了自己的材料编码库，采用软件进行材料统计，材料统计变得非常简单，但对材料进行编码过程还是显得比较麻烦。对于没有采用材料代码的情况，笔者曾经采用通过识别材料名称中的关键字的方法实现了材料的分类。采用该方法有部分材料的分类不准确，统计完后需要检查调整部分材料的分类。