PDMS在石油化工自控設(shè)計中的應(yīng)用

徐德杰，張少鵬

(中國石油工程建設(shè)公司 華東設(shè)計分公司，山東 青島 266071)

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PDMS在石油化工自控設(shè)計中的應(yīng)用

徐德杰，張少鵬

(中國石油工程建設(shè)公司 華東設(shè)計分公司，山東 青島 266071)

摘要：三維布置設(shè)計管理系統(tǒng)(PDMS)是一個三維多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的數(shù)據(jù)庫平臺。 簡單介紹了PDMS軟件的特點、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基本功能以及在某項目自控設(shè)計中的具體應(yīng)用，結(jié)合自控專業(yè)傳統(tǒng)設(shè)計方法和采用PDMS三維設(shè)計的對比，對PDMS三維設(shè)計在石油化工自控設(shè)計中的應(yīng)用前景及優(yōu)勢進行了分析。經(jīng)過實際項目的應(yīng)用證明： 采用PDMS三維設(shè)計對提高石油化工自控專業(yè)的設(shè)計效率效果顯著。最后結(jié)合自控專業(yè)自身特點，對PDMS的應(yīng)用提出了一些二次開發(fā)的建議。

關(guān)鍵詞：PDMS軟件三維設(shè)計自控設(shè)計二次開發(fā)數(shù)據(jù)庫

三維布置設(shè)計管理系統(tǒng)PDMS(plant design management system)是一體化多專業(yè)集成設(shè)計布置數(shù)據(jù)庫平臺[1]，能夠?qū)こ添椖窟M行全比例的三維實體建模，可以應(yīng)用于工程設(shè)計、施工、管理等工作。采用PDMS，為現(xiàn)代工程項目管理從粗放被動型向精細(xì)主動型發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的條件。近年來，隨著PDMS在石油化工行業(yè)的廣泛應(yīng)用，管道、設(shè)備、建筑、結(jié)構(gòu)等各個專業(yè)都將全比例的實體模型在三維軟件中進行了布置，使各專業(yè)間協(xié)調(diào)配合的需求增加，因而對自控專業(yè)的三維設(shè)計水平提出了更高的要求。

在詳細(xì)設(shè)計階段的儀表管線平面布置圖、儀表電纜主匯線槽敷設(shè)圖、儀表電纜作業(yè)表設(shè)計過程中，如果自控專業(yè)設(shè)計人員使用PDMS三維設(shè)計，就能夠?qū)x表和電纜匯線槽進行準(zhǔn)確、高效、直觀的定位，能夠進行實時的三維碰撞檢查，避免在現(xiàn)場出現(xiàn)不同專業(yè)的管道“打架”的情況發(fā)生，減少設(shè)計變更，節(jié)約材料和施工周期；并且能通過PDMS軟件進行電纜穿線管、電纜匯線槽及電纜長度的統(tǒng)計。與傳統(tǒng)的人工匯料相比，該方式極大地提高了設(shè)計的效率和準(zhǔn)確性。

本文以某項目為例，介紹了PDMS三維設(shè)計在石油化工自控設(shè)計中的應(yīng)用。

1PDMS軟件介紹

PDMS是一套完全以數(shù)據(jù)庫為核心的三維布置設(shè)計管理軟件[2]，包括設(shè)計模塊(Design)、平面出圖模塊(Draft)、單管圖出圖模塊(Isodraft)、項目管理模塊(Admin)、元件庫模塊(Paragon)、特性數(shù)據(jù)模塊(Propcon)、用戶自定義屬性模塊(Lexicon)。

在設(shè)計模塊中可以進行模型碰撞檢查、創(chuàng)建和修改三維工廠模型(包括設(shè)備、管道、建筑結(jié)構(gòu)、采暖通風(fēng)、電纜橋架、多專業(yè)支吊架等)；平面出圖模塊可以實現(xiàn)平面圖、立面圖自動標(biāo)注，自動更新；單管圖出圖模塊可以快速生成軸測圖；項目管理模塊可以進行用戶管理、數(shù)據(jù)庫讀寫權(quán)限管理等；元件庫模塊可以創(chuàng)建和管理元件庫、等級庫、單位庫、連接表、螺栓數(shù)據(jù)庫；特性數(shù)據(jù)模塊可以存儲元件和材料特性數(shù)據(jù)；用戶自定義屬性模塊可以存儲用戶自定義的元素屬性和類型。

PDMS數(shù)據(jù)庫基于嚴(yán)格的層次和樹狀結(jié)構(gòu)搭建[3]，專門為工廠設(shè)計定制，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)簡單且具有邏輯性。各個PDMS數(shù)據(jù)庫之間關(guān)系如圖1所示。

圖1　PDMS數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系示意

PDMS軟件基本涵蓋了工廠設(shè)計中的各個專業(yè)，包括配管、設(shè)備、結(jié)構(gòu)、采暖通風(fēng)、電氣、自控等，使得各個專業(yè)在同一個軟件系統(tǒng)中實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計，實時進行碰撞檢查[4]。多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計不僅帶來了設(shè)計水平的提升和設(shè)計品質(zhì)的提高，使得工程承包商、施工單位、業(yè)主多方受益，也是國內(nèi)工程公司與國際接軌的有效載體和標(biāo)志[5-6]。

2PDMS三維設(shè)計的主要特點

1) 全比例的三維實體模型，以所見即所得的方式建模。

2) 通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多專業(yè)實時協(xié)同設(shè)計，模擬真實現(xiàn)場環(huán)境： 按專業(yè)分區(qū)分類布置，并設(shè)置相應(yīng)的層次和讀寫權(quán)限，按照設(shè)計流程劃分設(shè)計人員角色，各司其職，避免不同專業(yè)和分區(qū)的誤操作，保證了設(shè)計的準(zhǔn)確性。

3) 在交互式的設(shè)計過程中，能夠進行實時的三維碰撞檢查： 可以設(shè)置為在設(shè)計過程中自動地在元件或者各專業(yè)設(shè)計之間進行碰撞檢查，避免在現(xiàn)場出現(xiàn)“打架”的情況；也可在設(shè)計完成后，指定某些層次或者元件進行整體的碰撞檢查，并可以將檢查結(jié)果進行顯示或者輸出。

4) 能夠生成單管圖和軸測圖等，和二維平面圖有機結(jié)合。

5) 獨立的數(shù)據(jù)庫，元件和設(shè)備信息實現(xiàn)數(shù)字化的存儲： 數(shù)據(jù)庫為增量型數(shù)據(jù)庫，可以在管理模塊中，還原到初始或者之前保存的狀態(tài)，可以有效避免誤操作造成的返工或者信息的丟失。

6) 包含PDMS和AutoCAD接口，能夠方便地將二者的圖紙相互轉(zhuǎn)換。

7) 具有非常強大的可編程宏語言—PML。

3自控專業(yè)傳統(tǒng)設(shè)計方法與采用三維設(shè)計的對比

1) 傳統(tǒng)設(shè)計方法中，各專業(yè)的設(shè)計流程相對獨立，設(shè)計過程是通過上下游專業(yè)間提出條件的方式進行的。而在PDMS三維環(huán)境下，各專業(yè)均處于同一個設(shè)計平臺，每個專業(yè)的改動都將在三維環(huán)境中與其他專業(yè)產(chǎn)生校驗[7]。比如，設(shè)備布置發(fā)生變動時會影響到自控專業(yè)的儀表布置和電纜敷設(shè)，在傳統(tǒng)的二維設(shè)計過程中需要通知自控專業(yè)人員平面發(fā)生變化，自控專業(yè)人員根據(jù)更新后的平面布置圖調(diào)整相關(guān)儀表、橋架和電纜的位置，無法提高設(shè)計效率。

2) 傳統(tǒng)設(shè)計方法中，自控專業(yè)儀表管線平面布置圖的設(shè)計是以設(shè)備、框架為參照進行儀表布置的，由于工藝管線一般不體現(xiàn)在儀表平面布置圖上，因而在現(xiàn)場施工階段往往會發(fā)生儀表、接線箱與工藝管線碰撞的情況。PDMS三維協(xié)同設(shè)計是全新的設(shè)計模式和協(xié)同狀態(tài)，以團隊高效協(xié)作和知識高度集成共享的工作方式使工程設(shè)計更加高效[8]。其全比例的三維實體模型更加符合設(shè)計人員的思維習(xí)慣，更容易直觀發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中的碰撞和錯漏，而且PDMS軟件還能進行實時的碰撞檢查，有效地減少了設(shè)計修改和設(shè)計變更。

3) 傳統(tǒng)設(shè)計方法中，儀表管線平面布置圖、儀表電纜主繪線槽敷設(shè)圖、儀表電纜作業(yè)表的材料統(tǒng)計需要自控設(shè)計人員人工匯總，工作量大并且不能保證材料統(tǒng)計的準(zhǔn)確性。而使用PDMS三維設(shè)計只需通過簡單的配置就能自動地從軟件中抽取材料，杜絕了傳統(tǒng)設(shè)計過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錄入和統(tǒng)計錯誤，大幅減少了人力資源的浪費，提高了勞動效率。

4采用PDMS進行儀表管線布置圖設(shè)計

采用PDMS進行儀表管線布置圖設(shè)計應(yīng)首先進行儀表、橋架及電纜的建模，即定制儀表元件庫、橋架庫和電纜庫；結(jié)合單元平面設(shè)備平面布置圖，與配管、電氣等相關(guān)專業(yè)規(guī)劃好裝置或者單元儀表主匯線槽并在PDMS中進行繪制；隨著設(shè)計過程的深入，在完成儀表元件庫的基礎(chǔ)上通過PDMS標(biāo)準(zhǔn)功能創(chuàng)建設(shè)備的方式從元件庫中選擇所需儀表并修改屬性及位置，使其滿足實際測量需求及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；然后根據(jù)測量需求繪制儀表取源引線；根據(jù)各類儀表布置的情況及項目要求規(guī)劃儀表分支槽盒、接線箱及電纜穿線管；創(chuàng)建項目電纜庫并從中選擇電纜，進行電纜敷設(shè)；通過配置實現(xiàn)材料的自動統(tǒng)計。具體設(shè)計流程及步驟如圖2所示。

圖2　采用PDMS進行儀表管線布置圖設(shè)計流程示意

4.1PDMS建模

4.1.1儀表設(shè)備模塊相關(guān)定義

在PDMS軟件中進行儀表管線布置圖的前提條件是已經(jīng)定制好儀表、橋架及電纜模型(儀表元件庫、橋架庫和電纜庫)，各類庫在PDMS中的建模步驟類似，以儀表元件庫為例，簡要說明PDMS建模過程。儀表設(shè)備和儀表設(shè)備模板的對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。

圖3　儀表和儀表模板之間的對應(yīng)關(guān)系示意

1) WOLRD。建立數(shù)據(jù)庫時，會自動生成1個

WORLD層次，是裝置的定位點，在整個樹狀結(jié)構(gòu)中只能看到1個WORLD。

2) SITE?？梢允钦麄€工廠，也可以是1個單元。在1個項目中可以有多個SITE。

3) ZONE。不是1個物理分區(qū)，而是同類元件的集合，可以當(dāng)作1個邏輯組。一般項目中會作為專業(yè)的劃分。

4) Equipment (EQUI)，Sub-equipment (SUBE)，Pipe，Structure (STRU)。定義了模型的類型和名字。

5) Primitive。組成模型的基本體，包括長方體(Box)、圓柱體(Cylinder)、盤狀體(Dish)等。

4.1.2儀表模板的定制

儀表模板的定制包括以下步驟：

1) 使用PDMS標(biāo)準(zhǔn)功能建立設(shè)備模型或者將已搭建好的設(shè)備導(dǎo)入到PDMS中。

2) 按圖3對應(yīng)關(guān)系建立數(shù)據(jù)庫層次。

3) 按圖4所示在元件庫模塊中建立等級庫層次。

4) 建立等級庫和儀表設(shè)備的映射關(guān)系。

5) 對儀表設(shè)備模板進行參數(shù)化(支架高度、底板規(guī)格等信息)。

圖4　元件庫結(jié)構(gòu)示意

4.2儀表電纜主匯線槽的敷設(shè)

結(jié)合單元設(shè)備平面布置圖，與配管、電氣等相關(guān)專業(yè)規(guī)劃好裝置或者單元儀表主匯線槽，其中包括匯線槽的規(guī)格、分隔和分層及層高等內(nèi)容。在PDMS軟件中通過創(chuàng)建橋架元件(彎通、三通、直通等)及批量復(fù)制功能完成儀表電纜主匯線槽的繪制。

4.3儀表設(shè)備在PDMS中的布置及管線繪制

在定制好儀表元件庫后，設(shè)計人員可以根據(jù)儀表的類型、平臺的位置、儀表安裝方案等確定儀表的位置，并使用PDMS創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的方法將儀表設(shè)備創(chuàng)建出來，并調(diào)整其位置和高度等參數(shù)。

1) 根據(jù)工藝管線、框架、設(shè)備、取源點等確定變送器位置并創(chuàng)建該變送器，修改屬性后將其放置在合適的位置。

2) 定義引壓管線的頭、尾等信息。

3) 繪制引壓管線并加入相應(yīng)的管件、閥門。

4.4接線箱的規(guī)劃

儀表位置在PDMS中確定之后，需進行接線箱規(guī)劃(按照項目要求)，DCS，SIS，F(xiàn)GS等系統(tǒng)的防爆接線箱應(yīng)獨立設(shè)置，本安、隔爆、電源等不同類型的信號電纜應(yīng)進不同的防爆接線箱。

4.5電纜敷設(shè)及材料統(tǒng)計

1) 在PDMS三維模型中創(chuàng)建電纜通道(小槽盒或者穿線管)，電纜在其中進行敷設(shè)。

2) 通過元件等級庫選取電纜。

3) 將電纜頭尾連接到設(shè)備。

4) 電纜在電纜通道中進行敷設(shè)。

電纜匯線槽、電纜穿線管以及電纜長度的統(tǒng)計可以在PDMS中通過簡單的配置，高效、準(zhǔn)確地分類抽取出各種材料的數(shù)量或者長度，提高了工作效率。

5PDMS在自控專業(yè)設(shè)計應(yīng)用中的展望

自控專業(yè)的設(shè)計過程中，通常還是基于二維平面設(shè)計，很少真正參與到PDMS等三維協(xié)同設(shè)計中。一方面是受自控專業(yè)PDMS軟件應(yīng)用水平的限制，另一方面是由于傳統(tǒng)觀念和現(xiàn)代設(shè)計方式的沖突。這就需要自控設(shè)計人員在加強自身學(xué)習(xí)的同時，轉(zhuǎn)變原有的設(shè)計思路，真正參與多專業(yè)協(xié)同設(shè)計。針對自控專業(yè)的特點，需做一些二次開發(fā)。

1) 與原有設(shè)計軟件(例如世宏軟件等)的接口，通過程序自動提取數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)錄入的錯誤并能縮短時間[9]。

2) 接線箱規(guī)劃工具，可以自動地根據(jù)信號類型規(guī)劃接線箱的數(shù)量和位置，自控設(shè)計人員根據(jù)現(xiàn)場情況進行微調(diào)，可以減少創(chuàng)建接線箱和分配電纜的重復(fù)工作。

3) 出圖規(guī)劃工具，生成更加符合設(shè)計院要求的圖紙[10-11]。

4) 電纜自動敷設(shè)工具，與接線箱規(guī)劃工具類似，可以幫助自控設(shè)計人員創(chuàng)建好電纜，減少工作量。

5) 電纜穿線管自動埋管工具，將設(shè)計人員工程設(shè)計經(jīng)驗使用計算機語言表達出來，進行電纜穿線管的自動敷設(shè)。

6結(jié)束語

詳細(xì)設(shè)計中，自控專業(yè)在儀表布置、電纜匯線槽走向布置圖、電纜敷設(shè)等階段都可以采用PDMS三維設(shè)計，提高儀表平面圖、材料統(tǒng)計的準(zhǔn)確性，以節(jié)省大量的人工時，提高工作效率。

PDMS將項目施工中所需的技術(shù)信息明晰化、精確化，從而具體、形象、全面反映工程項目全貌。PDMS為項目竣工保留三維技術(shù)資料，可以方便直觀地查詢?nèi)魏?個元件、設(shè)備等的相關(guān)資料，極大地便利了項目運行后的維護。同時，多專業(yè)協(xié)同設(shè)計也提高了設(shè)計水平，是今后設(shè)計工作努力的方向。

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Application of PDMS in Petrochemical Automatic Control Design

Xu Dejie, Zhang Shaopeng

(CPECC East-China Design Branch, Qingdao, 266071, China)

Abstract:Plant design management system (PDMS) is a database platform for three-dimensional (3D) multi-professional collaborative design. The features, system structure, basic functions and specific application in automatic control design in some petrochemical project of PDMS are briefly introduced. The application prospect and advantages of PDMS in petrochemical automatic control design are analyzed combining comparison of traditional design method and PDMS. Based on practice of some petrochemical projects, it is concluded design efficiency and result are improved obviously using PDMS 3D for petrochemical automatic control design. Some secondary development suggestions are submitted linking with characteristics of automatic control.

Key words:plant design management system; three-dimensional design; automatic control design; secondary development; database

中圖分類號：TP202

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)01-0018-04

作者簡介：徐德杰(1988—)，男，山東青島人，2014年畢業(yè)于華東理工大學(xué)控制工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司電控室，任助理工程師。

稿件收到日期： 2015-11-04。