一、SPI 软件简介

　　Smart Plant Instrumentation (SPI)是海克斯康PPM (原鹰图公司)推出的基于通用数据库及规则驱动的仪表设计软件。SPI 源于著名的INTools,为仪表工程提供整体解决方案。用户可用SPI进行仪表工程设计, 生成设计文档,也可进行施工管理和仪表的运营维护。该软件在新建或改扩建工厂中,被国内外知名的集团公 司和工程公司(设计院)普遍采用。
　　SPI 可完成仪表索引表、仪表规格书、IO 清单、控制阀、节流装置、温度计套管的计算、仪表接线、仪表回路图、仪表安装图和材料统计等功能。由于统一的数据库设计,相关人员可快速得到和共享工程数据,可 提高仪表专业的设计效率和准确率。
　　SPI 适用于多个工程公司合作的大型集约化现代化工厂的建设。工程设计数据是工厂管理的基础,为此用户要求所有工程设计公司有一个统一的设计平台,并遵循统一的设计标准,以满足今后工厂管理对工程设计数据的需求。用户或者总体院创建标准项目模板,各个工程公司依据此模板进行设计。最终交付的文档,不仅包括完整的图纸,还包括SPI库文件。用户可通过该库文件将SPI移植到用户的平台上还原设计的全部内容。

二、SPI 数字化应用

　　Intergraph SmartPlant Enterprise 是全工厂生命周期集成信息管理系统,它包括SPP&ID、SPI、SPEL、 SP3D、SPMAT、SPF 等多个平台,如图1 所示。
图1 全工厂生命周期集成信息管理系统组成
　　数据共享是提升生产力和保证设计质量的关键,SPI 可与上下游系统进行数据交换,比如智能工艺流程图 (SmartPlant P&ID)、电气软件(SmartPlant Electrical)、三维软件(SmartPlant 3D)、组态软件(DeltaV、 CS3000、ExperionPKS、System 800xA)和管理软件(SAP)等。通过数字化数据交换,降低了数据在传递过 程中的出错概率,设计人员也得以从重复的劳动中解放出来,集中精力进行更有意义的工作。SmartPlant Foundation (SPF)是SmartPlant Enterprise 智能工厂解决方案中集成化应用的枢纽,它是一个全生命周期的 cPLM 系统,也是一个工程数据库应用集成中心、文档和工作流管理系统,以及一个工程信息门户。SPF 由 EPC 和最终用户共同部署,用于工厂设计、修改、升级和改造的各个方面,有效地管理从工程前端设计到工 厂退役的全生命周期工厂系统。
　　SPI 在SmartPlant Enterprise 全生命周期中作用如下。

1. 设计

　　能灵活满足各个工程公司的不同的设计流程。总体的数据能够被导入和重新定义,设计文档可在项目周期 的任何时刻建立。内嵌有面向供应商的界面,例如艾默生DeltaV、横河CS3000、ABB System 800xA 和Honeywell Experion PKS 等的数据接口,以缩短设计时间和提高数据质量。

2. 采购

与海克斯康PPM 的材料采购和管理系统SmartPlant Materials 共同使用,SPI 可取代仪表设计数据移交给 采购部门的过程,缩短采购和交货周期。SPI 还能支持下游的变更管理,可以灵活地调整采购材料的裕量,降 低工程项目费用。SPI 同样可轻松导出仪表及其材料的大量信息,满足用户的不同需求。

3. 施工

　　SPI 能从数据库取得控制系统的数据来建立工作包,分配给承包商,跟踪工程的进程。该解决方案将与 SmartPlant Construction 集成。

4. 试车

　　SPI 能在试车期间为生产装置建立相应的测试数据包。这一仪表测试数据包为项目计划和报告提供最新的 正确数据。另外,SmartPlant Explorer 和SmartPlant Markup Plus 提供在Web 上浏览数据和做红笔标注的 功能。

5. 运营和维护

　　SPI 能为工厂的运营人员提供最新的、精确的和可靠的资料,使得所有运营人员能够快速完成工作,提高 装置的正常运营时间和安全性。
　　SPI 从SPP&ID、SPEL 获取数据,在设计完成后可将数据发布给SP3D、SPEL 的示例如图2 所示。
图2 SPI 与SP3D、SPEL 数据传递

三、SPI的版本发展及新功能

　　SPI 经过多次版本更新,已经具有相对完备的自控设计功能,如管理模块、仪表索引模块、工艺数据模 块、计算模块、仪表规格书模块、接线模块、回路图模块、安装图模块、文档绑定模块、项目合并模块等。
　　目前新版本SPI 2019 功能改进:

  1. 查询绑定功能,使工程师或设计师在不了解数据库结构的情况下也可快速进行数据查询,查询结果显 示在一个称为Engineering Data Editor (EDE)的全新设计的窗口,该窗口不仅提供快速查询,还支持数据修 改、数据筛选和比较等功能;
  2. 实现了一个完整的新的待办事项列表概念,便于以管理的方式共享这些数据,用颜色编码,用户可很 快看到什么将被添加,修改或删除;
  3. 通过将仪表信息发布给SP3D,在SP3D 中实现仪表自动电缆布线功能,用户能准确地知道需要采购多 少电缆,最大限度地减少浪费,减少因材料短缺而带来的风险;
  4. 仪表规格书,由供应商完善外形尺寸,将这些信息导入到SPI 后,从SPI 发布仪表模型信息到SPF 中, SP3D 通过SPF 接收相应仪表模型信息。

四、SPI 功能模块

1. 管理模块(Administration)

　　在该模块中,客户可进行项目的新建、备份、恢复和升级,设定项目的工厂层次结构。该模块还提供基于 用户权限分配的项目统一管理方式,并可便捷地生成各种有关项目信息的报表。管理模块主界面如图3 所示。
图3 管理模块主界面
用户权限的分配界面如图4 所示。权限可分为四类:完全控制、可添加和编辑但不可删除、只读以及无权限。
图4 用户权限分配界面
项目数据报表界面如图5 所示。管理模块中可生成关于项目整体情况的相关数据报表。
图5 项目数据报表示例

2. 仪表索引模块(Instrument Index)

　　本模块是SPI 所有模块中最主要和最基本的一个模块。此模块允许用户建立、修改和维护整个项目数据库 数据,通过此模块用户可查看所选定仪表的索引信息和仪表回路组成。仪表索引表模块界面如图6 所示。
图6 仪表索引表模块界面
　　仪表索引模块提供了一系列工具给用户来新建、编辑、复制和删除仪表回路和仪表位号。仪表种类及其定 义功能给用户建立自己的仪表清单提供了方便。另外一些数据,像供应商及型号,P&ID 图号,管线号、位置,I/O 种类,设备名称等,可在Browser 或EDE 中编辑。
　　仪表索引模块是工艺条件、规格书、计算、安装图、接线、回路图等模块的基础,如图7 所示,只有建好仪表索引,才能开展设计工作。
图7 仪表索引表与其他模块的关系
　　仪表索引模块还提供了一系列的功能来对用户的数据窗口进行过滤和排序。用户可以生成多种格式的多级灵活报告,如 按仪表位号排序的报表中,用户还可进一步查询该仪表位号的相关信息,示例界面见图8;可建立用户汇总表;用户可便捷地查看数据历史状况,以及进行版本间的比较。
图8 仪表索引表的报告功能界面
　　利用此模块,用户还可生成仪表清单、回路表、回路汇总 表等文档。

3. 工艺数据模块(Process Data)

　　工艺数据模块可为仪表或者工艺管线建立工艺数据,界面如图9 所示。SPI根据缺省设置,指定了各 个工艺数据项的测量单位,当改变测量单位时,已经输入的数值可随单位自动换算。
图9 工艺数据模块界面
　　可以通过SPI 的IMPORT模块导入工艺数据。仪表的工艺数据可被仪表规格书、计算模块和仪表索引等 模块引用,用户只需要输入一次工艺数据即可,在相应的程序界面或者输出报表里,可包含所需的工艺数据项。
　　对于IN-Line 仪表,如果SPI中的工艺管线上包含工艺数据,管线上的工艺数据可通过执行Propagate 操作,把工艺数据传递给该管线上的所有仪表。

4. 计算模块(Calculation)

　　计算模块可计算调节阀的Cv 、Kv值和分贝值,流量孔板的孔径,安全阀所需的排放面积,以及温度计套 管等参数,并生成计算书。可按类批量计算。
　　采用的计算方法依据的主要国际标准ISA、ANSI、API、ISO、IEC 60534-1 等。某流量仪表的计算示例界 面如图10 所示。
图10 计算模块流量仪表计算示例界面

5. 仪表规格书模块(Specifications)

　　仪表规格书模块为用户提供了生成仪表规格书功能,仪表规格书上的数据来自于仪表索引、工艺数据和计 算等模块,界面如图11 所示。
图11 仪表规格书模块界面
　　用户可生成多种形式的仪表规格书(单页、多页和多位号等),界面如图12 所示,且可保存为Excel 或PDF格式。
图12 仪表Forms 定制界面
　　SPI 软件提供了全部ISA 的标准仪表规格书的模板共87种。用户可根据自己的要求自行修改模板。

6. 接线模块(Wiring)

　　SPI 为用户提供了建立复杂系统的接线设计能力,界面如图13 所示。接线范围是从现场仪表到I/O 卡 的端口,对于I/O 卡后的接线,目前的版本仅可做简单的接线。用户可定义和管理下列部件:
图13 仪表接线模块界面

  1. 接线箱,如现场接线箱、DCS 和PLC、现场机柜室或控制室的接线柜等;
  2. 带有插座的接线盒,用于FF 现场总线(Foundation Fieldbus)和过程现场总线(Profibus)等;
  3. 现场仪表及其电缆; ④ 多信号的仪表及其端子或者带有插座的接线盒;
  4. 端子排和端子;
  5. 接线设备(I/O 卡、终端电阻、安全栅、集线器、继电器等);

  6. 电缆及其组和芯,插头。
    　　当用户完成接线后,用户可生成三十余种的图形报告。像I/O 的分配表,电缆表,端子排接线图,仪表点 到点的接线图,以及I/O 卡或端子排上所有信号从现场到现场机柜室或控制室的接线图等。

    7. 回路图模块(Loop Drawing)

    　　当完成接线后,用户可利用此模块自动生成仪表回路图,并且可把前面模块中输入的数据显示在图上。在 回路图上的每一个仪表设备都可连接一个图块来显示其功能和接线状况。在回路图上可以显示回路和仪表的信 息,如接线状况、管线号、DCS 数据和版本信息等,界面如图14 所示。
    图14 仪表回路图模块界面
    　　用户可选用下列两种方式生成回路图:
    ① ESL (Enhanced Smart Loop)———内嵌在SPI 中的智能图形生成器;
    ② 公共的CAD 平台(SPI 现在支持SmartSketch、AutoCad、Microstation)。
    　　图15 安装图模块界面
    图15 安装图模块界面

    8. 安装图模块(Hook-Ups)

    　　在SPI 中可生成、浏览和编辑仪表的安装图及其上面的详细信息,界面如图15 所示。用户可自行定义 1060安装材料库,在安装图中选择安装材料种类以及数量,用户可生成各式各样仪表安装图和安装材料清单。安装 图的形式可以是SPI 中的智能图形生成器,也可以是通用的CAD平台。
    图15 安装图模块界面
    　　每个安装图都可以关联材料库中的任意材料,都可以关联多块仪表。SPI 管理员建立好安装图和材料的对 应关系,设计人员建立位号和安装图的对应关系,示例界面如图16 所示。
    图16 仪表位号与安装图对应关系示例界面

    9. EDE 模块(Engineering Data Editor)

    　　EDE 模块提供用户浏览、检索、过滤和编辑SPI 数据库的功能,用户可通过批处理来编辑和修改数据。
    　　在这里SPI 软件预先定义了一系列的窗口(Browser),用户也可通过InfoMaker 自行定制全新的窗口,界面如 图17 所示。
    图17 EDE （Broswer）模块界面
    　　从SPI2016 开始,EDE 功能得到了增强,支持嵌入SQL 语句进行自定义查询,无需借助InfoMaker 也可 实现所有的查询功能,如图18 所示。
    图18 EDE 功能示例界面

    10. 文档绑定模块(Document Binder)

    　　文档绑定模块是为发布仪表规格书和其他SPI 文档而开发,界面如图19 所示。其目的是将零散的仪表 规格书和文档绑定在一起,列出清单和为仪表规格书编页码。用户也可根据需要将外部的多种格式文档绑定, 如Word、Excel、PDF 等。
    图19 文档绑定模块界面

    11. 项目合并模块(Merger Utility)

    用户可利用项目合并模块对项目进行合并,有利于大工程项目的工作划分以及协同工作,使得SPI 成为面 向国际化大工程项目的公司级软件。其界面如图20 所示。
    图20 项目合并模块界面

    12. 数据导入模块(Import Utility)

    　　数据导入模块是为了用户方便地导入外部数据到SPI 的数据库而开发。用户可连接Oracle 和SQL 的服务 器,及任何微软ODBC 可以识别的电子数据文件。通过此模块,还可与PDS、SPP&ID、FIRSTVUE、MASONEILAN 等软件进行数据交换,界面如图21 所示。
    图21 数据导入模块界面
    　　除此之外,SPI 还有几个附加模块,如仪表几何尺寸输入模块、建造模块、仪表维护、标定模块等。

五、SPI定制工作及二次开发

　　SPI 客户化是指定制符合本公司的设计风格和输出风格的模板,包括输入和输出两部分。

1. 输入客户化

(1)建立命名规则

　　在SPI 数据库中,任何回路和位号、接线箱号、电缆号都应该遵循一定规则,这个规 则称之为命名规则。只有建立严格的规则,输入才有据可依,这是保证SPI 输入准确性的基础。该项工作通常 由软件管理员和专业负责人商定。一个典型回路、位号命名规则如图22 所示。
图22 建立命名规则界面

(2)UOM 定义

　　用于对项目中的工程单位和数据精度设置缺省值,界面如图23 所示。
图23 工程单位和数据精度设置界面
　　UOM 的定义用于整个项目,即任何登录到该项目的用户在新建位号的工艺数据表时,均按照UOM 中的 定义来确定初始的工程单位和数据精度。在项目建立之初,专业负责人统一规定该项目的工程单位和数据精度 等,以便项目中的设计人员参照执行。

(3)索引模块中若干项定义

　　索引模块是设计的基础,其中仪表类型Instrument type 的定义非常重要, 不仅影响设计人员创建索引,还涉及仪表规格书、电缆接线、仪表安装图、仪表回路图等工作。例如Flow 功 能下的仪表类型定义界面如图24 所示。
图24 仪表类型定义界面
目前已经有的分类包括General、Flow、Level、Pressure、Temperature、Analyzer、Control Valve、Relief Valve 等。这些分类是SPI 系统预定义的,用户可根据工程设计的需要,增删或者修改仪表类型的定义。
　　每一个Instrument Type 均可设置其关联,包括规格书号、I/O Type、Location、是否关联Hook-Up 图、 是否接线等信息。这些信息设置的越全面,创建索引以后自动生成的信息就越丰富,将来需要补充的信息就越 少。在进行设计前,软件管理员和专业负责人需要沟通,尽可能提供详尽的Instrument Type 信息。
　　如果要创建适用于所有项目的模板库,建立的仪表类型条目会非常多,手动输入非常繁琐且容易出错。通 常建立一个包含所有类型的Excel 表,并通过SPI 自带的Import Utility 工具,将仪表类型及相关信息导入数 据库。仪表类型汇总示例如表1 所示。
表1 仪表类型汇总示例

(4)定义典型回路

　　典型回路可看作是用户定义的典型编号结合,这些编号实际上就是各种各样的工具类 型。建立一个用户定义典型回路,让它作为批处理模式中设备回路的组构造模板。这个功能非常有用,可建立 一个庞大的典型回路库,并利用它们在批处理模式下建立仪表回路。
　　一个典型回路设置界面如图25 所示。
图25 典型回路设置界面
　　如果典型回路数量很大,也可通过Import Utility 导入Excel 表的方式创建。
　　定义安装图、材料表、接线材料、回路图不再详叙。
　　以上工作完成后,可将该库作为模板库,设置库的可写权限为管理员所有,其他用户仅有只读权限。管理 员依然可以维护模板库,并可用该模板库生成新的项目。

2. 输出客户化

(1)索引表模板

图26 仪表索引表模板

(2)监控数据表模板

图27 监控数据表模板

(3)规格书模板

图28 规格书模板

(4)安装图索引页模板

图29 安装图索引页模板(为外部定制开发)

(5)电缆表模板

图30 电缆表模板(为外部定制开发)

(6)回路图模板

图31 回路图模板

最后修改：2024 年 11 月 19 日
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