基于SmartPlant 3D軟件的電氣建模方法

張　卓，張明明

(中海油石化工程有限公司 電氣室，山東 濟南　250101)

1　引言

伴隨“中國制造2025”戰略的推進，"智慧工廠"概念慢慢成為工業領域的前沿熱點。智慧工廠是工業信息化發展的新階段，是在工業自動化基礎上，深入應用人工智能、大數據和物聯網等信息化技術的產物。作為智能工廠的有機組成部分，三維模型越來越受到工程領域的重視。

SmartPlant 3D是一款在石化領域應用較多的三維設計軟件，是基于數據、規則驅動的多專業一體化設計平臺。本文第2部分首先介紹SmartPlant 3D數據庫的構成及其配置和過濾器的概念，然后第3部分從工程應用角度對電氣專業的建模方法進行闡述，第4部分介紹了從模型中抽取圖、表等成品文件的方法，最后對整個建模過程進行總結。

2　數據庫與過濾器

2.1　數據庫構成及配置

SP 3D是以數據為中心的建模軟件，其基礎數據平臺為MS SQL或Oracle[1]。全部的模型都以數據形式存放在基礎數據庫中，不僅充分利用了商業數據庫的強大平臺支撐，也保持了數據的通用性[2]。SP 3D的數據庫構成如圖1所示。

圖1　SmartPlant 3D數據庫構成

建立新的site時，管理員須在Database Wizard中創建Site Database和Catalog Database及其Schema。在建立新的Plant時，須在Project Management中新建Plant Model Database和Report Database，對應的Schema會自動生成。在設計人員使用SP 3D建模前，須在Modify Site Database Location中配置數據庫，以連接到服務器數據庫。

2.2　過濾器

由于全部模型是以數據形式存儲在服務器數據庫中，故當客戶端在需要某部分特定模型時須從服務器下載數據，從服務器數據庫中查詢數據的過程須借助過濾器來完成。過濾器是一組查詢規則，應用過濾器便是查詢合規數據的過程。

在SP3D中存在各類過濾器，例如在打開模型時便須在Define Workspace中設置過濾器，選擇需要呈現的模型內容。

3　電氣建模

電氣專業設計人員在使用SP 3D進行建模工作時，首先需要將項目中可能用到的開關柜、配電箱、操作柱、橋架和電纜等設備材料添加入參考數據庫中，然后進行設備、橋架的空間布置及碰撞檢查，最后敷設電纜，電氣建模流程如圖2所示。

圖2電氣建模流程圖

3.1　補充參考數據庫

由于SP 3D自帶的參考數據庫規模有限，在正式建模前須將項目中可能用到的設備和材料添加入參考數據庫中，這一方面有助于準確的進行碰撞檢查，也為設備材料統計和采辦做好了準備。

向參考數據庫中添加新設備材料，首先須要填寫CableTray、Cabling、Conduit等Excel表，由于橋架、電纜和穿線管等參考數據庫的結構不同，Excel表的內容及導入方式稍有差別。

3.1.1添加橋架

添加橋架，首先需要建立一個新的橋架系列。打開CableTray.xls中的表CableTraySpec，新增一個Spec。Spec由Manufacturer、Material、TrayType、RungSpacing、LoadSpanClassificition等屬性定義，在SP 3D中依靠這些屬性過濾出同系列的部件，屬性的代碼含義在表AllCodeLists中定義，如果沒有須在其中添加。

填寫好的表格須通過Bulkload Reference Data導入，一般采用AMD方式，即添加、修改和刪除已有數據庫中的記錄。采用AMD方式須在記錄條目的Head字段使用字母"A"、"M"和"D"進行標識，分別代表將對已有數據庫進行添加、修改和刪除操作。

創建Spec完成后，便可向其添加新部件。首先參照已有部件表格式新建一張表，然后填寫需添加部件的各項屬性，可添加的部件及其屬性在手冊Electrical 3D Symbols Reference中查詢。新建的部件表須加入到目錄結構中在SP 3D內才可見，在表ClassNodeType中新建目錄，在表R-Hierarachy中定義目錄的層級結構，在表R-ClassNodeDescribes中關聯目錄與部件表。然后將部件的dll文件加入Custom Symbols文件夾中，在Project Manager內選擇Tools->Update Custom Symbol Configuration更新符號。更新完成后在Bulkload Reference Data中使用AMD方式導入表AllCodeLists和表CableTray。

新的Spec在使用前須進行許可，SP 3D的Systems and Specifications模塊中的Define Allowed Specifications功能定義了當前項目可用的Spec，在允許列表中添加新的Spec即可。綜上所述，添加橋架的步驟如圖3所示。

圖3　添加橋架流程圖

以上步驟為創建新橋架系列新部件的過程，若僅新增已有橋架系列的部件規格，只需在已有部件表中增加記錄即可。

3.1.2添加穿線管

與添加橋架類似，首先打開Conduit.xls中的表ConduitSpec，新增一個Spec，填寫Material與Service屬性信息。與橋架系列不同，穿線管系列并不依賴這兩個屬性過濾部件，而是由表ConduitFilter直接定義。在表ConduitFilter中，定義了穿線管系列所含的部件類型、尺寸范圍和制造信息。其中，尺寸范圍內的規格具體在表ConduitNominalDiameters中定義。在表ConduitFilter中增加新系列所含部件的部件類型和尺寸范圍，制造信息后續補充，在表ConduitNominalDiameters中增加穿線管系列所需管徑。

參照已有穿線管部件表格式新建一張表，填寫需添加部件的各項屬性。在表ConduitCommodityMatlControlData中加入新部件的制造信息，并將其補充入表ConduitFilter中。在表ClassNodeType、表R-Hierarchy、表R-ClassNodeDescribes中為新的部件表創建目錄。然后將部件的dll文件加入Custom Symbols文件夾中，在Project Manager內更新符號。更新完成后導入表AllCodeLists和表Conduit，在SP 3D的Systems and Specifications模塊中許可后即可使用。綜上所述，添加穿線管的步驟如圖4所示。

圖4　添加穿線管流程圖

3.1.3添加電氣設備

添加電氣設備須先將其對應的設備表模版復制到本地設備表中，填寫需添加電氣設備的各項屬性。然后為其創建目錄，與電纜橋架和穿線管的目錄結構不同，在表ClassNodeType中新建目錄，在表R-Hierarachy中定義目錄的層級結構，并直接關聯到設備表。若所添加的電氣設備含有特殊代碼，須將設備對應的Select List表復制到表AllCodeLists中。

然后將電氣設備的dll文件加入Custom Symbols文件夾中，在Project Manager內更新符號，完成后導入電氣設備表和表AllCodeLists即可。綜上所述，添加電氣設備的步驟如圖5所示。

圖5添加電氣設備流程圖

3.1.4添加電纜

添加電纜可直接參照已有電纜表格式新建一張表，填寫需添加電纜的規格、型號等各項屬性，在表R-ClassNodeDescribes中關聯目錄與電纜表，最后將表Cabling與AllCodeLists導入即可。

在上述添加設備材料的過程中，若出現新的屬性，須在表CustomInterfaces中新建屬性。

3.2　布置電氣設備

所布置的電氣設備主要指用電設備、操作柱、動力箱、開關柜和電纜通道等。

3.2.1布置設備

布置用電設備、操作柱、動力箱和開關柜等電氣設備有兩種方式，布置參數化或非參數化設備模型，以及通過導入外部文件插入設備模型。

在Electrical模塊或Equipment and Furnishings模塊中選擇布置參數化設備，即可在參考數據庫中選擇預先創建的參數化模型。若要創建非參數化模型，首先在Equipment and Furnishings模塊中選擇布置非參數化設備，然后在其中添加形狀和設備部件。搭建完成的非參數化設備可以通過Edit菜單中的Copy to Catalog命令添加入Catalog中，使用時再通過Paste from Catalog調用。

SP3D支持SAT、DGN、DWG等文件直接導入，對于一些形狀復雜的設備，通過外部導入模型可以提高建模精度和效率。

3.2.2布置電纜通道

電纜通道包括橋架和穿線管，在Electrical模塊中，選擇橋架或穿線管功能即可實現布置參考數據庫中已創建的橋架或穿線管。

3.3　檢查碰撞

SP 3D支持對模型進行碰撞檢查，不僅可以檢查模型之間的直接碰撞，也可以檢查預留空間與模型之間的軟碰撞。碰撞檢查分為服務器級和客戶端級，在服務器中設置碰撞檢查后，客戶端始終顯示檢查結果，若只在客戶端設置碰撞檢查，則僅在本地顯示檢查結果。

3.4　敷設電纜

敷設電纜分為插入電纜和敷設電纜兩步。首先在Electrical模塊中選擇插入電纜，設置電纜的起點、終點、電壓等級、規格等信息。插入的電纜顯示為一條直線段，如果線段的起點、終點不在預想的位置，則需要手動調整。然后選中待敷設的電纜，依次選擇電纜通道的入口、路徑和出口即可完成敷設。

4　生成成品文件

電氣專業成品文件主要包括平面圖與設備材料表。SP 3D出圖有兩種方式：Volume Drawing與Composed Drawing，電氣專業主要使用Composed Drawing方式。

4.1　生成平面圖

首先在Space Management模塊中，布置Composed Volume設置出圖空間。然后打開Drawing Console，創建Composed Drawing，在Composed Drawing里新建一幅Drawing，并指定要選用的模版。在Drawing中創建View并與模型中的Composed Volume進行關聯，通過過濾器的設置選擇顯示內容，通過視角方向的設置選擇視圖類型。最后對View進行更新，即完成了出圖工作，生成平面圖的步驟如下圖所示。

圖6　平面圖生成步驟

4.2　生成設備材料表

首先在Composed Drawing中創建Spreadsheet Reports，然后新建一個報告，設置模版和統計范圍，最后更新報告即可。

5　結束語

本文從SP 3D的數據庫組成開始，逐步介紹了電氣專業補充參考數據庫、布置電氣設備、碰撞檢查、電纜敷設和生成成品文件的方法。三維建模的應用不僅提升了設計效率與質量，還有力的控制了成本，是提升競爭力的重要途徑，也為建設智慧工廠奠定了基礎。