淺析AVEVA Instrumentation在儀表設計中的應用

齊桂卿，李海壽，劉鴻雁，崔 勝

（海洋石油工程股份有限公司設計院，天津 300451）

0 引言

AVEVA是國際著名的工廠工程信息技術企業，其開發的AVEVA系列應用軟件廣泛應用于石油化工工程中，對于設計行業的信息化建設尤為重要[1]。目前國內已有部分設計院引進這種軟件，并應用到項目上，但大多是根據各專業的設計需求選擇性地應用軟件的某一模塊，真正利用一體化集成平臺實現各專業協同設計的很少[2]。隨著企業的數字化轉型需求日趨迫切，設計軟件的全面應用及二次開發迫在眉睫。

AVEVA系 列 軟 件 包 括AVEVA Diagrams、AVEVA E3D、AVEVA Instrumentation、AVEVA Electrical、AVEVA Engineering等專業設計軟件，是一套完整地針對工藝、管道、儀表、電氣等各專業設計需求而開發的集成設計平臺（Integrated Engineering and Design）。其基于數據庫平臺的數據傳遞與共享，提高了設計效率與質量[3]。海洋石油工程股份有限公司在數字化轉型過程中，開發了一套集項目管理和數據傳遞于一體的協同設計平臺，由于參與協同設計專業的不同特點和對協同設計的不同需求，還需對參與協同設計的軟件做進一步地二次開發和定制[4]。本文著眼于儀表設計的工作流程及數據流向，重點介紹基于SQL數據庫的AVEVA INSTRUMENTATION（AI）軟件。

1 儀控系統設計流程

在設計過程中，儀表專業同工藝、管道、電氣、安全等專業交互眾多[5]。其中，工藝PID的發布及儀表工藝參數是儀表系統設計的先決條件，儀控系統設計流程如圖1。

圖1 儀控系統設計流程Fig.1 I&C System design process

AI軟件包括Engineer、Designer、Wiring Manager、Security Manager及Process Engineer，5個模塊共享數據庫。從設計流程圖可以看出，同儀控系統設計成果密切相關的功能集中在前3個模塊，本文將逐一介紹。

2 AI Engineer模塊

AI Engineer模塊以現場儀表和控制回路為核心對象，在整個AI系列軟件中起到承上啟下的作用，既是整個儀控專業對外交互的窗口，也是儀控專業啟動本專業工作的“開門之匙”。該模塊通過儀表（回路）屬性的創建及賦值，完成儀表相關的表單類文件，如儀表清單、IO清單及儀表數據表等。

儀表清單、IO清單中儀表的創建及屬性賦值，包括手動錄入、外部EXCEL表格導入及經AVEVA Engineering直接從上游專業產生的結構化數據獲取3種方式。

AI Engineer中儀表數據表的編制是基于標準模板，通過在標準模板中關聯對應屬性字段，實現對已賦值屬性的自動引用。對于需要上游專業賦值并傳遞至本專業的屬性，需創建同AVEVA Engineering中所定義屬性的映射關系。

3 AI Designer模塊

AI Designer模塊以設計過程中的圖紙類文件（如儀表典型安裝圖、回路圖等）為核心，處理圖紙文件所承載的設計對象及其屬性。該模塊的設計基于可模板化的CAD圖紙，基于AI軟件的Datalink機制，通過在CAD模板圖紙中設置宏函數與AI數據庫的數據創建映射關系。

該模塊的功能歸納如下：

1）基于模板自動生成Hook-up圖。

2）基于模板自動生成回路圖。

3）基于種子文件自動生成電纜框圖和端子圖。

其中，儀表典型安裝圖和回路圖所承載的設計對象比較單一，符合一個模板對應一類設計對象的邏輯，因此基于“CAD模板+Datalink”的處理機制生成圖紙文件，在技術上較為成熟，在實際工程設計中也獲得了廣泛使用。而基于種子文件的電纜框圖和端子圖，由于其承載對象的多樣性（包括電纜、設備、接線端子等），往往需要大量的二次開發工作，且一旦種子文件鎖定，靈活性較差，在實際工程設計中較少使用。

4 AI Wiring Manager模塊

AI Wiring Manager模塊以電纜及所連接的設備為其核心設計對象，在電纜目錄庫、設備庫、接線規則等基礎上開展設計工作，該模塊包括以下功能：

1）電纜管理，包括電纜庫的維護和項目電纜的創建。

2）設備管理，包括設備如中控盤柜、接線箱及現場控制盤等的定義以及設備內端子排、端子號的創建。

3）關聯儀表位號及中控盤柜卡件。

4）完成電纜接線。

5）生成電纜清冊、電纜料單及其他按需定制的報表。

6）生成電纜滾筒清冊。

7）生成填料函料單。

8）支持CAD版本或EXCEL版本的端子圖自動生成。

9）支持快速查看電纜連接關系。

在該模塊中，儀表設計工作包括兩個階段。

4.1 電纜框圖的設計

按照傳統設計流程，電纜框圖的設計以IO清單為主要輸入，結合接線箱及托架布置，在CAD中完成電纜同起始端設備的連接關系。在AI Wiring Manager模塊中，起始端設備可手動逐個創建，也可以EXCEL的方式批量導入。在創建電纜時，設計人員僅需完成電纜的連接關系，成果文件的排版可通過REPORT功能以表格的形式生成。

相對于傳統的設計方法，在AI環境中開展電纜框圖的設計工作在效率上并無明顯提升，但在AI中完成設計后，后續的電纜清冊設計可一鍵完成，無需重新人工錄入；同時，在AI中創建的電纜連接關系可以映射到E3D軟件中，用于完成自動布線工作。因此，當放眼整個設計流程時，效率提升非常顯著。

4.2 端子圖設計

端子圖的設計是在電纜框圖基礎上，結合廠家資料進一步深化設計，包括為起始端設備創建端子（排）及完成電纜接線。在AI Wiring Manager模塊中，端子排的創建包括手動創建、預設接線規則創建和批量導入創建等方式，針對不同的設計對象，通常采用不同的方法進行端子的創建及連接。

① 接線規則創建：適用于典型儀表設備如火焰探頭、壓力變送器等。

② 批量導入創建：適用于中控系統盤柜、電氣盤柜等端子相對集中的設備。

③ 手動創建：適用于接線箱、現場控制盤等個體差異性較大的設備。

5 AI軟件中庫的開發

標準數據庫的建立是AI軟件開發工作的重點內容，也是標準化建立的深化過程[1]。各工程設計單位應基于自身的設計流程、設計習慣、采辦需求、標準化成果等完善AI軟件中的標準數據庫。如圖1所示，標準數據庫包括規則庫、屬性庫和材料目錄庫。

5.1 位號（回路號）命名規則

儀表位號及回路號命名規則（Tag Format）位號（或回路號）的命名規則的定義包括位號（或回路號）格式的定義和儀表設備代碼（回路功能編碼）的定義兩部分，在海洋石油平臺設計過程中，儀表設備格式如圖2。

圖2 典型儀表位號命名格式Fig.2 Naming format of typical instrument tag numbers

在AI軟件中，用AREA對應單體，SUBAREA對應系統代號如圖3。單體設備代碼的定義需要在AI軟件的儀表類型庫中定義。

圖3 AI軟件位號命名規則定義界面Fig.3 AI Software tag naming rule definition interface

位號（或回路號）命名規則的定義必須同上游軟件AVEVA Diagrams，AVEVA Engineering中定義的格式保持一致，否則無法完成專業軟件之間的數據傳遞。

5.2 儀表屬性庫

AI軟件支持設計人員為儀表設備（或回路）自定義屬性庫，從設計的角度看，承載儀表屬性的設計文件主要包括儀表索引表、IO清單和數據表等文件，與之對應，AI軟件分別創建了InstrumentList、ProcessData和instrumentData 3個庫表文件。

其中，InstrumentList用于定義儀表索引表中定義的通用屬性，后兩者分別對應數據表中的工藝屬性（如設計壓力）和儀表屬性（如材質）。

工藝與儀控專業數據傳遞的準確性是由屬性的唯一性保證的，為使AI軟件數據與Engineering數據庫中的屬性數據保持一致，工藝屬性的建立需與Engineering數據庫中工藝屬性的創建遵循統一原則，典型如數據類型、字符串長度限制等。

圖4 儀表屬性的定義Fig.4 Definition of instrument attributes

屬性定義完成后，可借助AI軟件的PickList功能實現下拉菜單，既可以保證屬性賦值的規范性，同時也可以提升設計效率。

需要注意的是，對部分重要屬性（如位號），AI軟件已進行定義，設計人員應避免使用自定義屬性代替之，以避免對數據的有效傳遞造成影響。

5.3 接線規則

電纜接線規則用于為常用典型儀表預設接線信息，通過電纜接線規則，可實現：

① 端子信息：端子編號、標識及順序。

② 電纜信息：電纜編號、電纜規格等。

③ 連接關系：端子同電纜線芯的對應關系。

接線規則創建后，可以在儀表設備代碼庫中同Function Code進行關聯。這種情況下，現場儀表一旦創建即有默認的接線規則，可提高設計效率；當默認接線規則不適用時，也可根據需要在項目級數據庫進行調整，這種調整不會影響其它采用了同一種子庫其它項目。

5.4 材料目錄庫

針對儀控設計中涉及的大宗散料，在AI軟件中可創建電纜目錄庫、填料函目錄庫、安裝材料目錄庫，3個材料目錄庫均支持Excel批量導入。

其中，電纜庫和填料函庫在Wiring Manager中創建，電纜庫批量導入如圖5，它是開展電纜框圖繪制工作的必要條件。

圖5 電纜目錄庫批量導入Fig.5 Batch import of cable catalog library

儀表安裝材料庫在designer中創建如圖6，材料庫結合HOOK-UP圖紙模板庫，即可實現儀表典型圖位號自動賦值、安裝材料的快速統計功能。

圖6 儀表安裝材料庫批量導入Fig.6 Batch import of instrument installation material library

6 清單類文件的編制

在AI Engineer可實現基于特定對象（如儀表、回路等）的Report定制，Report定制是通過Report Designer工具進行屬性項的選取并預設其輸出格式，如圖7。與此同時，在開發中實現了文件封皮及IO統計信息的定制，實現了成果文件的一鍵生成，無需設計人員進行任何二次加工。

圖7 清單文件模板定制Fig.7 Template customization of the manifest file

需要注意的是，定制的Report是只讀的，無法在Report中對儀表屬性進行編輯，也無法代替基于成果文件創建的Gridview使用，建議設計人員統一Gridview和對應Report過濾條件，借助前者開展屬性的錄入工作，后者則僅用于實現輸出成果文件的“所見即所得”。

7 儀表數據表的定制

設計流程上，儀表索引表先于數據表，待儀表索引表完成后，方可進行儀表數據表的設計工作。儀表數據表生成流程如圖8：左側為開發定制過程，右側為設計人員使用過程。限于篇幅，本文僅展開定制過程，使用過程可參見操作手冊。

圖8 儀表數據表定制及生成流程Fig.8 Customization and generation process of instrument data sheet

7.1 創建數據表模板

創建模板實際上就是創建一個Excel版的儀表數據表，包括封皮、匯總頁及儀表數據表單等，并存放在制定的模板存儲路徑下，該路徑可以在項目初始階段設置。

在Home->Select->Datasheet Forms中新建一個datasheet，選擇所創建的模板，如圖9。其中，Spreadsheet Layout用于定義模板中的行列范圍。

圖9 創建數據表模板Fig.9 Create data table template

7.2 基于模板進行屬性鏈接

儀表數據表的屬性鏈接通過為模板中的單元格創建datalink實現，如圖10。通過該機制，不管是在儀表索引表中已經賦值的屬性，還是通過數據交互從其它軟件賦值的屬性，均可以直接賦值到所Link的單元格，避免設計人員重復錄入，實現數據賦值的“以一貫之”。

圖10 對模板進行數據鏈接配置Fig.10 Data link configuration of template

為了提高屬性值的規范性、一致性，可通過預設屬性值的PickList功能實現，模板中的單元格關聯屬性后，還可以選取預定義的PickList，設計人員開展工作時以下拉菜單形式直接選取，有效規避手動錄入時的筆誤。

8 結束語

AVEVA系列軟件涵蓋了從工藝專業到儀表專業、從二維設計到三維設計的設計需求，而AI軟件基本實現了整個儀控系統設計流程中的大部分成果文件的定制及出圖，充分開發利用好AI軟件的各功能模塊，對實現數字化轉型具有重大意義。