P&ID 中的自動化

文/ Burkhard Hunold，Niclas Krink

實現流程設計過程中管道、儀表工作狀態的可視化以及利用管道儀表流程圖設計軟件Plant Engineer 進行初步設計——管道儀表流程圖（P&ID）是流程設備規劃設計中的重要技術文件。當前，借助于全新的工程設計應用軟件就可以在P&ID 的初期設計階段，對管道、儀表的工作狀態進行可視化觀察。由此能夠實現流程工藝技術和自動化技術之間數據、信息的直接交流，并且實現端到端的流程工藝設計。

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圖1 DIN EN 61512 標準對流程工業大批量生產過程中的自動化術語和圖形符號進行了標準化，圖示為一個符合DIN EN 61512 標準的物理模型

在化學工業和制藥工業領域中，各行各業的許多企業都在跨學科合作的基礎上共同為一個復雜的長期項目而努力付出。在如此復雜的工程項目中，非常重要的是不同專業學科領域中的工程師之間傳遞具有高知識含量的流程工藝和自動化技術設計方案。在這些方案的傳遞過程中，流程工藝所需的工藝技術條件和工藝過程的先后順序需要“翻譯”成針對控制程序編制的要求和技術規范。這一轉換過程對于工程技術人員一直是一大挑戰：在整個項目的進展過程中需要反復進行嘗試和溝通。而目前恰恰缺少將流程工藝技術術語轉換為自動化技術術語的翻譯工具。這就常常導致在工程現場才發現控制程序中的錯誤，并著手糾正編程錯誤。這最終會導致項目完工日期推遲，甚至有可能增加項目的投資費用。

柏林拜耳公司藥物活性成分研發部門經理Burkhard Hunold 先生談選擇標準

圖片來源：BayerAG

在制藥工業領域中，流程工藝設備設計階段的流程工藝圖（R&Is）中常常用不同的顏色表示不同的流程工藝步驟。這些彩色的流程圖通常都是由供應商手動繪制。根據具體的不同流程設備有著數百種不同標記的流程工藝圖。為了簡化這項工作并輕松維護彩色的R&Is 流程工藝圖，我們一直在尋找合適的軟件，最終從X-Visual 公司找到了工程設計的解決方案。選擇這一工程軟件的標準就是能夠非常簡單地設計和修改彩色的R&Is 工藝流程圖，以及在標準辦公軟件系統中能夠簡單地使用這一工程設計軟件，而無需大量的使用操作培訓。

通過Plant Engineer，我們找到了滿足所有要求，并能提供許多更加強大功能的R&Is 工藝流程圖設計解決方案。利用Plant Engineer，我們可以輕松地將流程工藝圖轉移到Visio 軟件中去，并對不同的流程工藝步驟標上不同的顏色。另外，這一軟件系統還提供了按照基本功能繪制流程工藝步驟的可能性；同時，采用不同的色彩動態表示流程工藝圖的不同功能。這就使我們能夠在規劃設計的早期階段開始檢查流程工藝步驟是否正確，能夠在早期設計階段發現并糾正錯誤。而且利用這款軟件也可以很好地培訓我們的新員工；因為在P&ID 中是逐步顯示各個基本功能的。我們可以在流程圖中動態地顯示流程工藝過程的修改情況；輕松理解和檢查流程工藝修改的情況。這都大大地簡化和減少了彩色流程工藝圖的修改工作量。

Plant Engineer 滿足了我們的期望，為我們提供了很高的附加值。X-Visual 公司對我們的特殊要求給予了大力的支持和幫助，專門為我們修改了軟件系統中的部分程序。軟件系統的引進工作進展得非常順利，X-Visual 團隊在這一過程中起到了非常重要的作用。

確保工程項目進展順利

圖2 在P&ID 中也可以觀察復雜的自動化運動過程

在整個項目周期里，展示流程設備管道和儀表工作情況的P&ID 是流程設備的核心技術資料，而且其所使用的圖形符號是所有行業都了解、熟悉的視覺圖形。X-Visual技術公司與拜耳公司合作開發了一種工程設計應用軟件，實現了管道、儀表工作狀態的可視化，而且能夠在P&ID 的設計過程中完成一部分自動化技術的規劃設計任務。這一過程也在流程工藝技術工程師和自動化技術工程師之間搭起了一座橋梁，實現了二者之間的直接溝通和交流；而這種直接的溝通和交流對整個工程項目來說至關重要。

在P&ID 中對自動化工作過程進行可視化觀察

設計師可以在P&ID 中按照DIN EN 61512 標準/ISA-88 標準的規定，設計不同的流程工藝管道設備和檢測控制儀表（參見圖1）。從控制技術的角度來看，流程圖中的符號和調整、設置的裝置等都被視為獨立的控制單元。例如，由一個檢測點、一個執行器和PID 控制器組成的電磁閥或者調節裝置就是一個控制單元。自動化技術工程師為這些控制單元設計了不同的過程控制狀態，在流程圖中用不同的顏色表示它們在不同控制狀態下所處的工作位置。例如，電磁閥就具有“打開”和“關閉”兩種工作狀態。

多個控制單元構成了一臺能夠完成一個或者多個流程工藝過程的技術設備。從控制技術的角度來講，各個單獨控制單元控制的流程工藝過程被稱為一項技術功能，用一系列的流程工藝步驟來表示。新的工程設計應用軟件能夠實現這些功能執行情況的可視化。為了實現這一目標，工程設計應用軟件為每一個功能步驟定義了一個控制單元受控時的工作狀態。這使得流程設備復雜的自動化控制過程能夠簡單地在P&ID 中實現可視化。另外，在流程設備的整個使用壽命周期內，也可以方便地維護和添加這些數據、信息。

將自動化技術的信息整合到P&ID 中為簡化流程設備設計提供了很多可能性。通過將DIN EN 61512 標準的圖形符號集成到工程設計軟件中就可以實現接口編程：自動地根據P&ID 中存儲的信息生成控制代碼。將來，這一應用軟件還支持創建基于DIN EN 60848 標準，以及與P&ID 中操作狀態有關聯的操作程序圖（參見圖2）。

借助于新的應用程序軟件可以建立一個使流程工藝師和自動化技術工程師都能了解、熟悉的重要技術文件，從而確保項目順利實施。 ●