二、主要功能模块
根据过程控制工程设计中设计文件的内在联系及功能,根据设计文件的特点和设计阶段不同,SHS 被划分成若干可独立运行的功能模块。在各个独立模块的程序设计过程中,注重了其功能的独立性和模块本身操作上的灵活性,使各个模块既能够独立运行,又能与其他相关模块连接在一起,形成完整的软件包。各个模块之间的独立是相对的,通过数据库建立其相互联系。SHS 的主要功能模块见表。
1. 表格类文件处理模块
(1)仪表索引表 建立仪表索引表,根据仪表回路构成,按照信号流向顺序建立仪表回路,每个回路中包括仪表位号、仪表名称和安装位置等相关数据,仪表位号的增加、删除和修改必须在该界面下完成。建立索引表的过程中,可使用自动编位号功能和相似回路组成的复制功能。必须一个仪表一个位号。可进行仪表和仪表回路的修改、删除、增加和刷新操作。仪表索引表模块的主界面如图所示。
- 仪表索引表编辑方式 仪表索引表编辑有三种方式,分别为单一回路编辑、多回路编辑和按仪表类型编辑,其中按仪表类型编辑功能可实现同类仪表的成批编辑功能,有助于批量检查和提高编辑效率。
- 仪表位号共用功能 对于一块仪表有多个位号的情形,例如多支热电偶、多点指示记录仪等,需要将多个位号关联到一块仪表上。本功能可指定一个主位号,然后选择关联位号,这样保证其仪表规格书能够填写该仪表的所有位号。
- 自动生成仪表所属的PID 图号 在仪表位号与PID 图号之间有相关性且存在内在规律性时,可以提取PID 号并写入仪表索引表所属仪表的PID 图号栏中。
- 读取仪表基本数据 仪表基本数据是指在仪表定义中定义的仪表基本数据,主要包括仪表名称、安装位置、信号类型、功能代号、是否需要计算、是否需要测量引线、本安、接线、信号端子、电源端子等。此功能的作用是根据需要将仪表的基本数据重新读取到仪表索引表中。
- 编辑回路数据 用于对回路的用途和备注内容进行集中编辑。
- 位号成批修改功能 在该界面下输入新仪表位号并保存后,将替换原有位号并保存所有数据。
- 仪表统计功能 仪表索引表完成后,采用此功能可统计出各类仪表的数量。
- 删除和恢复仪表回路功能 同时提供彻底删除回路功能。
(2)工艺仪表条件表 工艺专业的仪表条件有两种途径输入:一是在操作界面上直接键入;二是对于以Excel 表的形式提供的条件表可通过定义直接读入。
- 仪表规格书和计算程序的工艺数据,来源于工艺仪表条件表中的数据,保持其工艺数据的唯一性。
- 在进行工艺仪表条件表的编辑时,可通过定义附加数据看到仪表索引表中的相关数据,但是附加数据是根据设置属性来选择是否可以编辑。
- 根据不同的仪表类型可选择定义不同的工艺条件规格项,保证了输入条件的有效性。
- 工艺条件输入按三种分类方式完成,分别是按照工艺条件表分类、规格书分类和仪表类型分类。
- 由于节流装置与变送器的仪表索引表中的某些规格项是相同的,为了避免重复输入产生的二义性,可通过“节流装置数据读入变送器”功能,将定义好的节流装置仪表索引表中的相关数据同时在变送器的仪表索引表中显示。
(3)仪表规格书 在规格书选型数据输入界面显示工艺条件数据和/或计算数据,据此进行仪表规格项确定。仪表规格项可直接键入,也可在已有的选项中选择。仪表规格书模块的主界面如图所示。
- 可进行仪表分类数量统计。定义仪表分类的关键规格项,统计出仪表的数量。
- 仪表规格书输出时能够自动计算页数和页号索引,然后将每块仪表在规格书中所属的页号和文档号写回仪表索引表中。
(4)控制系统监控数据表(索引表) 该表可用于建立过程控制系统的监控数据规格项并输入数据。同时能够读取来自规格书的相关数据。
- 输出I/O 分配表,通过排序设定能够实现按照定义的顺序输出。
- 输出报警设定值一览表。
(5)仪表概算表 用户可灵活地确定概算选项,该选项可来自索引表、工艺条件表、仪表规格书和计算结果。
- 在确定概算选项后,自动进行数据的统计工作,统计结果中包含该仪表的总量、该仪表在不同规格下的数量以及该类仪表的全部位号。
- 可以输出仪表概算表和仪表设备汇总表。
2. 计算类文件处理模块
在该模块中包含三个计算程序,分别为节流装置计算程序、调节阀计算程序和温度套管强度计算程序,这三个程序既能分别独立运行,也可与世宏软件联合运行。独立运行时,应建立新项目并生成数据库,然后输入相应的仪表位号;联合运行时,程序自动将节流装置位号读入上述界面的左侧,不能在该界面下输入相应的仪表位号,需要增删时要在仪表索引表中完成。
(1)节流装置计算 节流装置计算是基于ISO 5167、GB/T 2624 编制的。同时还包括BS 和VDI/VDE 非标准节流装置的计算。可进行设计计算和使用计算。节流装置计算模块的主界面如图所示。
- 程序具有对工艺条件和计算结果合法性检查功能,并提供相应的处理指南供用户参考。
- 程序中允许统一对工艺条件数据、规格书数据和计算结果进行编辑。
(2)调节阀计算 调节阀计算是基于GB/T17213、IEC60534 最新标准及简单计算进行编制的。能够计算在该标准中规定的调节阀类型和限制条件下的流通能力值和噪声值。根据不同调节阀生产厂商提供的流通能力系列值,确定调节阀的选择流通能力和阀门口径,根据噪声计算的结果,确定是否调整调节阀类型或采取降噪措施。调节阀计算模块的主界面如图所示。
- 程序采用程序和数据分离方式,调节阀样本文件数据可维护而数据是通用的,保证不同调节阀生产厂商的样本数据的可维护性。
- 程序具有对工艺条件和计算结果合法性检查功能,并提供相应的处理指南供用户参考。
- 程序中允许统一对工艺条件数据、规格书数据和计算结果进行编辑。
(3)温度套管强度计算 本程序的温度套管强度计算是基于ASME PTC19.3 TW 编制的。能够实现对满足该标准规定的套管类型和限制条件下的温度套管进行套管自然频率、疲劳应力、稳态应力和最大压力计算,并对套管的强度是否满足工艺条件要求进行判断,给出建议的套管插入深度。温度套管强度计算模块的主界面如图 所示。
- 根据计算结果,如果套管强度未获通过,程序会给出建议调整插深,这个建议值仅将套管的插深尺寸缩短到计算能够通过的长度,套管的其他尺寸不变。实际计算时可根据工程要求改变套管的其他尺寸,反复计算。
- 单独计算和批量计算可选。
- 套管材料的特性数据是可维护的。
- 套管工艺条件和计算结果均可成批编辑。
3. 安装图模块
在安装图模块中包含两个版本(1995 版和2012 版)的自控安装图及安装材料库,供设计时选用。
提供将已有项目或标准安装图导入该项目的功能,在当前项目中使用导入的安装图。导入时要指定原文件的路径。
安装图完成后可形成安装材料汇总表。
安装图模块的主界面如图所示。该主界面由三个区域组成,分别是仪表位号与安装图关联区、仪表位号数据区和安装图预览区。关联方式有三种,分别是拖动仪表位号、双击仪表位号和使用菜单关联。仪表位号数据区的内容来自经过滤的仪表索引表。
编辑安装图的界面如图所示。该界面由安装图属性区域、材料表编辑区、材料选择区、图形定义区和说明区组成。可对每张安装图的图形和材料表进行编辑或增加新的安装材料。也可在该功能下建立新的安装图。材料均采用编码形式,只能从材料库中选择,不能键入。新增材料或者对材料进行修改应在材料表维护界面下进行。该界面允许从其他项目数据库中导入材料表数据,这样可以使用其他项目的安装材料数据,有效减少设计人员的工作量,并有利于在一个项目中统一材料编码体系。
4. 回路接线图模块
该模块是基于仪表索引表并经过一系列相关定义生成仪表接线图、回路图和仪表电缆表,并最终汇总安装材料表的功能模块。
在仪表索引表中定义仪表回路的构成、信号连接关系和接线仪表的端子描述。回路构成由回路组成中的所有仪表位号体现;信号连接关系通过信号分组定义实现;端子描述主要是定义需要接线的现场仪表的端子特性,控制室仪表仅需要其型号。
(1)控制室接线设备定义 包括电涌防护器、安全栅、继电器、控制系统端子板(FTA)、控制系统IO卡板五种接线设备和电缆材料以及穿线管材料两种安装材料。接线设备的描述特性主要是厂商名称、型号、端子描述和输入输出定义;安装材料种类和规格从安装材料库中选择。这里的定义类似于项目中采用的这些设备的样本编辑,凡是在项目中使用的设备在此均应定义,否则无法进行相关接线。定义完成的数据可以进行导入导出,用于其他项目。
回路接线模块主界面如图 所示。
(2)连接过程 分为八个部分:现场表—接线箱—端子排—电涌防护器—安全栅—继电器—第二端子排—控制系统。其中,带有位号的现场表、电涌防护器和安全栅的接线属性定义可在仪表索引表中完成;接线箱、端子排、继电器、第二端子排和控制系统需要在该界面下进行定义。
- 接线箱定义 包括接线箱位置、接线箱位号、端子描述、进线口和出线口规格等,端子排和第二端子排的定义与接线箱基本一致,仅仅是接线箱位置换成机柜号,且取消进线口规格和出线口规格两项内容。
- 接线箱关联端子排的功能 用于将接线箱与端子排进行绑定,根据接线箱的端子数,将接线箱端子绑
定到端子排的指定位置中。 - 电涌防护器和安全栅的安装位置和备用功能编辑 用于定义其在控制室内安装的机柜号-组号-组数据。
- 继电器的定义与使用 定义继电器的机柜号、组号、编号、型号、状态和输入输出等数据;型号来自于“控制室接线设备定义”中的继电器型号;状态是指常开常闭接点选择;输入输出用于指定该继电器为输入继电器还是输出继电器。
- 控制系统定义 按照机柜号、机箱号、机箱位置、卡号进行定义,采取如图所示界面右面的树形结构,其层次是机柜号、机箱号、机箱位置、卡号和通道号,可增加机柜号、机箱号和机箱位置。卡件编辑有专门的界面,该界面显示三个部分:卡件部分、副卡部分和FTA 部分,在本界面上完成控制系统的I/O 分配。卡件有卡号、控制器号、卡型号和卡件类型四项数据,其中卡号和卡型号为必须输入的内容。
以上定义和编辑完成后,在回路接线模块主界面上完成继电器、接线箱、端子排等接线的指定操作。
(3)过滤和隐藏功能 在进行接线查询和编辑过程中,为了方便高效操作,可将暂时不需要接线操作的数据进行屏蔽,而只显示需要接线的数据,可采用过滤功能。按照仪表和控制系统类型分别进入过滤界面。在仪表过滤界面,按照仪表的特性进行过滤,可以分单元、按仪表名称、仪表功能过滤;在控制系统过滤界面,按板卡及其所在的机柜号、机箱号、机箱位置和卡号进行过滤。对于已经完成接线不需要显示的行可选用隐藏功能,使接线主界面的操作清晰简洁。
(4)接线观察功能 可按照回路或者卡件观察接线状态,查看接线状态界面,如图所示。
(5)编辑电源 用于回路图中仪表供电回路的建立。仪表供电分三种情况,现场仪表供电、控制室仪表供电和在信号回路中串联电源。编辑电源界面如图所示。
现场仪表供电由现场仪表及端子、接线箱、电源箱及端子三部分组成;控制室仪表供电由控制室仪表及端子、电源箱及端子两部分所组成;串联电源的端子可以来自不同的电源箱。
(6)编辑电缆表 在该界面下将电缆分成三部分,分别是现场仪表信号部分、现场仪表电源部分及接线箱电缆。输入电缆号、电缆长度和选择电缆代码,为仪表电缆表和材料统计准备数据。
(7)编辑穿管数据 应在电缆数据编辑完成后进行穿管数据编辑。在该界面中,按照仪表信号、仪表电源、接线箱列出所有的电缆数据,包括电缆号、电缆规格和电缆长度,然后完善穿管号、穿管长度和穿管代码等数据。
(8)编辑柜间电缆表 在该界面中,将数据分为起始设备、终止设备和电缆,起始设备和终止设备采用机柜号、名称、位置和端子定义。按照起始机柜和终止机柜的顺序进行排序并显示所有需要连接且不在一个机柜的接线信息,然后根据需要可以对电缆号、电缆长度和电缆代码进行编辑。
(9)读取Excel 数据 通过Excel 表的方式读取的数据主要来自两方面,一是从仪表电缆表中获得的现场仪表与接线箱关联数据,二是由控制系统厂商提供的控制室内控制系统接线数据。
- 读取现场仪表与接线箱数据的内容为:现场仪表数据,包括位号、电缆号、电缆长度、电缆代号、电缆规格和电缆描述六项,仪表位号是必须有的;接线箱数据,包括位置、位号、端子、电缆长度、电缆号、电缆代码、电缆规格、电缆描述、进出线口的规格等。读取的数据可以进行编辑并保存。现场仪表与接线箱关联数据表界面如图所示。
- 读取控制系统厂商提供的接线数据范围,包括端子排、电涌防护器、安全栅、继电器、第二端子排和控制系统,控制系统接线数据导入界面如图所示。可使用的数据内容包括仪表位号、端子排数据(机柜号、位号、端子号和端子描述)、电涌防护器数据(机柜号、组号、编号、型号)、安全栅数据(机柜号、组号、编号、型号)、继电器数据(机柜号、组号、编号、型号)、第二端子排数据(机柜号、位号、端子号、端子描述)、控制系统数据(机柜号、机箱号、机箱位置、卡号、通道号、控制器号、卡型号、卡类型、副卡机柜号、副卡机箱号、副卡机箱位置、副卡卡号)、FTA 数据(机柜号、卡号、型号)。如果电涌防护器和安全栅有位号,读取的数据是定义控制室仪表的位置,如果没有位号,仅能够用于控制系统的备份通道中。继电器没有位号,可以在任何数据状态下使用。读取这些数据时,仪表位号和控制系统部分的接线内容必须存在,其他部分可选。
(10)输出 包括图形输出和表格输出。图形输出是指输出回路图和接线图,表格输出是指输出电缆表和材料汇总表。回路图输出时可以将几个回路组合到一张图中输出,也可选择输出单双线回路图以及是否标注电缆号等。接线图输出一般以卡件为首选顺序输出板卡接线图,如果卡件的点数较多,无法在一张图中绘制,可以拆成两张或多张接线图。
(11)图块定义 回路图或接线图图块的绘制采用图块加属性的方式,图块保存在格式图的DWG 文件中,对图块的属性有一些约定,在用户化时必须满足这些约定。建立回路图或接线图时,根据仪表端子描述中的图块名称自动找出对应图块,并按规定的位置插入到图形中去,然后将图块中的属性值设置为实际的数值,并且根据端子的连接线进行连接。在保存的图块格式图(DWG 文件)中包括以下类型的图块定义,分别是现场仪表图块定义、控制室仪表图块定义、继电器图块定义、接线箱与端子排图块定义、控制系统图块定义、电源及供电相关图块定义和其他图块定义。每种图块定义都包括了图块命名规则、图块属性名称和应用范围,用户可以自行修改或添加图块,但应按照给定的规则绘制。其中控制系统图块定义,根据输出形式不同分为回路图图块和接线图图块,接线图图块由通道、FTA 卡和控制系统三部分组成,其中通道和控制系统部分是必须的。
5. 平面敷设图模块
该模块主要完成现场仪表的位置确定、接线箱与现场仪表的关联及现场定位、分支电缆及主电缆的长度确定,最终完成仪表平面敷设图绘制和仪表电缆表生成。该模块既可独立运行,也可与世宏软件联合运行。独立运行时,应建立新项目并生成数据库,然后从Excel 表形式的仪表索引表中导入相应的仪表位号及数据;联合运行时,程序自动将经过过滤的仪表位号和数据从索引表及规格书中读入。
首先需要确定应在平面敷设图中绘制的现场仪表的位号、仪表名称、信号类型、所属控制单元、防爆类型、供电及等级以及在3D 模型中的坐标。这些数据来自仪表索引表和来自配管专业的3D 模型仪表安装数据表。
3D 模型仪表安装数据导入界面如图所示。
仪表索引表数据导入界面如图所示。
敷设图中仪表数据导入界面如图所示。
对于来自不同文件的仪表及其数据经过比较后出具对比报告,以便进一步确认这些数据的一致性。
(1)仪表定位及图例符号替换 来自配管专业的平面图中包含了该图中敷设的仪表位号和坐标,程序能够自动定位该仪表在图中的位置。对应的仪表符号替换可以批量处理,也可单独替换。仪表图例符号替换界面如图所示。
(2)仪表标注 仪表标注包括简单标注、联合标注和表格标注三种方式。标注内容为仪表位号、对应的管道设备号、标高、对应接线箱号等。其具体格式可以自定义。仪表标注格式定义界面如图所示。
(3)接线箱与仪表关联 首先进行接线箱属性定义,根据关联仪表所属控制单元、信号类型和防爆类型,定义接线箱位号及自身属性,满足条件的仪表与接线箱的关联关系可在接线箱平面位置确定后自动批量完成,也可手动单独完成。接线箱与仪表关联关系确定界面如图所示。
(4)分支电缆敷设 程序提供分支电缆规格型号、穿线管规格、直通弯通规格选型界面,分支电缆和穿线管长度根据接线箱与仪表的三维坐标、附加长度和余量按照正交法计算。
(5)主电缆敷设 程序提供主电缆规格型号、穿线管规格、直通弯通规格选型界面,主电缆和穿线管长度根据接线箱与仪表电缆桥架之间的敷设点的三维坐标、基准点长度、附加长度和余量按照正交法计算。这里基准点长度是指在该平面图中确定的基准点距离电缆终点的长度。
6. 材料表模块
该模块实现将不同模块所产生的仪表安装材料进行汇总。将材料分成为七大类:引压管、伴热管、供气及气动信号管、穿线管、电缆桥架、电线及电缆和其他材料,材料量分别来自仪表安装图模块、回路接线图模块和平面敷设图模块。可以导入其他项目的材料到该项目数据库中。材料表模块主界面如图所示。
(1)材料补充 可在此界面下进行材料的种类和数量的追加、修改,材料选择来自于主界面下的材料库中,但是对于来自于程序汇总的材料不能进行编辑。
(2)编辑附加裕量 对来自材料汇总表中的材料可以进行附加裕量的设定,主要设定参数包括单重、裕量(%)、最低备用量和最低数量约束条件。
(3)导入数据 包括导入基本数据和导入裕量数据表,目的是导入其他项目已经定义好的基本数据和裕量数据表。
(4)材料汇总 汇总内容可选,可以部分汇总,也可以全部汇总。例如,仅需要汇总安装图材料时,可以仅选引压管、伴热管、供气及气动信号管和穿线管四项即可。汇总类别可选,如果选择按类别汇总选项,将按照七大类材料分别进行汇总,如果不选择此选项,将统一根据材料规格进行汇总。
7. 文件输出处理程序
世宏软件文件输出借助于Excel 表格形式生成各类数据表,借助于Autocad 的DWG 图形文件格式生成各类图纸。对于所有能够采用表格形式表述的仪表设计文件和过程文件,均要求制成Excel 表格形式,然后进行表格定义,就能够完成程序与表格的数据连接关系,生成满足自身定制要求的数据文件。仪表安装图、仪表回路图、接线图和仪表平面敷设图以DWG 图形文件形式输出,在使用程序进行设计的过程中,这些图形均可在操作界面中“所见即所得”。
基于此程序对Excel 和Autocad 不同版本均有相应的测试,并对不同版本的测试情况以打补丁的方式予以完善,保证当前版本的公共程序能够顺利应用在世宏软件中。
8. 软件技术接口
世宏软件采用开放的数据结构,能够与其他工程辅助设计软件进行数据交换。数据交换的方式有两种。一种方式是开发接口程序,根据两个软件的数据库类型、数据结构和存储方式等特点,开发出两种软件间数据交换的接口程序,通过接口程序实现数据的相互读取和保存。该方式的优点是接口程序可以实时在线工作,使用方便;缺点是需要开发接口程序,基础性工作量大。另一种方式是在充分了解两种数据库的基础上,定制出用于数据交换的模板文件,一般可以采用Excel 表的形式,把需要交换的数据信息导出到定制的Excel 文件中,再导入到另一个软件中。该方式的优点是不依赖其他软件,操作灵活、简单;缺点是数据库更新之后需要重新执行导入、导出及数据筛选工作,实时性差。两种接口方式各有优缺点,可以根据所采用的其他工程辅助设计软件的结构及使用习惯酌情选择。