PDMS在石油化工自控设计中的应用.pdf

第 5 2卷第 1期 2 0 1 6年 2月 石油化工自动化 AUT0MATI ON I N P ETR0一 CHEMI CAL I NDUS TRY Vo 1 ． 5 2，No ． 1 Fe b r u a r y ，2 0 1 6 P DMS在石油化工 自控设计 中的应用 徐德杰， 张少鹏 中国石油工程建设公司 华东设计分公司， 山东 青岛 2 6 6 0 7 1 摘要 三维布置设计管理系统 P D MS 是一个三维多专业协同设计的数据库平台。 简单介绍了P D MS 软件的特点、 系统结构、 基本功能以及在某项 目自控设计中的具体应用， 结合 自 控专业传统设计方法和采用 P D MS 三维设计的对比， 对 P D MS三维设 计在石油化工自控设计中的应用前景及优势进行了分析。经过实际项目的应用证明 采用 P D MS 三维设计对提高石油化工自 控专业的设计效率效果显著。最后结合自控专业自身特点， 对P D MS的应用提出了一些二次开发的建议。 关键 词 P D MS软件三维设计自 控设计二次开发数据库 中图分类号 T P 2 0 2 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 7 - 7 3 2 4 2 0 1 6 0 1 0 0 1 8 - 0 4 Ap pl i c a t i o n o f PDM S i n Pe t r o c h e m i c a l Au t o ma t i c Co nt r o l De s i g n Xu De j i e ，Z h a n g S h a o p e n g CP ECC Ea s t C h i n a De s i g n B r a n c h，Qi n g d a o ，2 6 6 0 7 1，Ch i n a Ab s t r a c t P l a n t d e s i g n ma n a g e me n t s y s t e m PDM S i s a d a t a b a s e p l a t f o r m f o r t h r e e d i me n s i o n a l 3 D mu l t i p r o f e s s i o n a l c o l l a b o r a t i v e d e s i g n ． Th e f e a t u r e s ，s y s t e m s t r u c t u r e ， b a s i c f u n c t i o n s a n d s p e c i f i c a p p l i c a t i o n i n a u t o ma t i c c o n t r o l d e s i g n i n s o me p e t r o c h e mi c a l p r o j e c t o f P DMS a r e b r i e f l y i n t r o d u c e d ．Th e a p p l i c a t i o n p r o s p e c t a n d a d v a n t a g e s o f P D MS i n p e t r o c h e mi c a l a u t o ma t i c c o n t r o l d e s i g n a r e a n a l y z e d c o mb i n i n g c o mp a r i s o n o f t r a d i t i o n a l d e s i g n me t h o d a n d P DMS ．B a s e d o n p r a c t i c e o f s o me p e t r o c h e mi c a l p r o j e c t s ，i t i s c o n c l u d e d d e s i g n e f f i c i e n c y a n d r e s u l t a r e i mp r o v e d o b v i o u s l y u s i n g P DM S 3 D f o r p e t r o c h e mi c a l a u t o ma t i c c o n t r o l d e s i g n ． S o me s e c o n d a r y d e v e l o p me n t s u g g e s t i o n s a r e s u b mi t t e d l i n k i n g wi t h c h a r a c t e r i s t i c s o f a u t o ma t i c c o n t r o 1 ． Ke y wo r d s p l a n t d e s i g n ma n a g e me n t s y s t e m；t h r e e - d i me n s i o n a 1 d e s i gn ；a u t o ma t i c c o n t r o 1 d e s i g n ； s e c o n d a r y d e v e l o p me n t ；d a t a b a s e 三维布置设计 管理系统 P DMS p l a n t d e s i g n ma n a g e me n t s y s t e m 是一体化多专业集成设计布 置数据库平台口 ] ， 能够对工程项 目进行全 比例 的三 维实体建模 ， 可以应用于工程设计 、 施工 、 管理等工 作。采用 P D MS ， 为现代工程项 目管理从粗放被动 型向精细主动型发展创造 了十分有利的条件 。近 年来 ， 随着 P D MS在石油化工行业的广泛应用 ， 管 道、 设备、 建筑、 结构等各个专业都将全比例的实体 模型在三维软件 中进行了布置 ， 使各专业间协调配 合的需求增加， 因而对自控专业的三维设计水平提 出了更高的要求 。 在详细设计阶段的仪表管线平面布置图、 仪表 电缆主汇线槽敷设图、 仪表电缆作业表设计过程 中， 如果自控专业设计人员使用 P D MS三维设计， 就能够对仪表和电缆汇线槽进行准确、 高效、 直观 的定位 ， 能够进行实时的三维碰撞检查 ， 避免在现 场出现不同专业的管道“ 打架” 的情况发生， 减少设 计变更 ， 节约材料和施工周期 ； 并且能通过 P DMS 软件进行电缆穿线管 、 电缆汇线槽及 电缆长度 的统 计 。与传统的人工汇料相 比， 该方式极大地提高了 设计 的效率和准确性 。 本文 以某项 目为例 ， 介绍了 P D MS三维设计 在石油化工 自控设计 中的应用 。 1 P D MS软件介绍 P D MS 是一套完全以数据库为核心的三维布置 设计管理软件[ 2 ] ， 包括设计模块 D e s i gn 、 平 面出图 模块 D r a f t 、 单管图出图模块 I s o d r a f t 、 项 目管理 模块 A d mi n 、 元件库模块 P a r a g o n 、 特性数据模块 P r o p c o n 、 用户 自定义属性模块 L e x i c o n 。 稿件收到 日期 2 0 1 5 一l l O 4 。 作者简介 徐德杰 1 9 8 8 一 ， 男 ， 山东青 岛人 ， 2 0 1 4年毕业 于华 东 理工大学控制工程专业 ， 获硕士学位 ， 现就职于 中国石油工程建设 公司华东设计分公司电控室， 任助理工程师。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 徐德杰等．P D MS在石油化工 自控设计中的应用 1 9 在设计模块中可以进行模型碰撞检查 、 创建和 修改三维工厂模型 包括设备、 管道、 建筑结构、 采 暖通风、 电缆桥架、 多专业支吊架等 ； 平面出图模 块可以实现平面图、 立面图自 动标注， 自 动更新； 单 管图出图模块可以快速生成轴测 图； 项 目管理模块 可以进行用户管理、 数据库读 写权 限管理等 ； 元件 库模块可以创建和管理元件库、 等级库、 单位库、 连 接表 、 螺栓数据库 ； 特性数据模块可以存储元件和 材料特性数据； 用户 自 定义属性模块可以存储用户 自定义的元素属性和类型。 P D MS数据库基于严格的层次和树状结构搭 建_ 3] ， 专门为工厂设计定制， 数据库结构简单且具 有逻辑性 。各个 P DMS数 据库 之 间关 系如 图 1 所示 。 l 翟 蛊 息 嘉 l厂 l 星 墼 塑 堕l L l 篁 垦 塾 塑 堕 ● 垫 塑 堕l 图 1 P D MS数据库之间的关系示意 P D MS软件基本涵盖 了工厂设计 中的各个专 业， 包括配管、 设备、 结构、 采暖通风、 电气、 自控等， 使得各个专业在 同一个软件系统中实现协同设计 ， 实时进行碰撞检查_ 4 ] 。多专业三维协同设计不仅 带来了设计水平的提升和设计品质的提高， 使得工 程承包商、 施工单位、 业主多方受益， 也是国内工程 公司与国际接轨 的有效载体和标志 ] 。 2 P D MS三维设计的主要特点 1 全 比例的三维实体模型 ， 以所见 即所得的 方式建模。 2 通过网络实现多专业实时协同设计 ， 模 拟 真实现场环境 按专业分区分类布置， 并设置相应 的层次和读写权限 ， 按照设计流程划分设计人员角 色， 各司其职， 避免不同专业和分区的误操作， 保证 了设计的准确性 。 3 在交互式 的设计过程 中， 能够进行实时的 三维碰撞检查 可以设 置为在设计过 程中 自动地 在元件或者各专业设计之间进行碰撞检查， 避免在 现场出现“ 打架” 的情况； 也可在设计完成后， 指定 某些层次或者元件进行整体 的碰撞检查 ， 并可以将 检查结果进行显示或者输出。 4 能够生成单管图和轴测 图等 ， 和二维平面 图有机结合。 5 独立 的数据库 ， 元件和设备信息实现数字 化的存储 数据库为增量型数据库 ， 可 以在管理模 块中， 还原到初始或者之前保存的状态， 可以有效 避免误操作造成的返工或者信息的丢失。 6 包含 P DMS和 Au t o C AD接 口， 能够方便 地将二者 的图纸相互转换。 7 具有非常强大的可编程宏语言一P ML。 3 自控专业传统设计方法与采用三维设计的对比 1 传统设计方法 中， 各专业 的设计 流程相对 独立 ， 设计过程是通过上下游专业 间提出条件 的方 式进行的。而在 P D MS三维环境下 ， 各专业均处 于同一个设计平台， 每个专业的改动都将在三维环 境中与其他专业产生校验l_7 ] 。比如， 设备布置发生 变动时会影响到自控专业的仪表布置和电缆敷设， 在传统的二维设计过程 中需要通知 自控专业人员 平面发生变化 ， 自控专业人员根据更新后的平面布 置图调整相关仪 表、 桥架和电缆的位置 ， 无法提高 设计效率。 2 传统设计方法中， 自控专业仪表管线平面 布置图的设计是以设备、 框架为参照进行仪表布置 的， 由于工艺 管线 一般不体 现在仪表平 面布置 图 上， 因而在现场施工阶段往往会发生仪表、 接线箱 与工艺管线碰撞 的情况 。P D MS三维协 同设计是 全新的设计模式和协同状态 ， 以团队高效协作和知 识高度 集成共 享 的工作方 式使 工程 设计 更加 高 效_ 8 ] 。其全 比例 的三维实体模 型更加符合设计人 员 的思维习惯 ， 更容易直观发现设计过程中的碰撞 和错漏 ， 而且 P D MS软件还能进行实 时的碰撞检 查， 有效地减少了设计修改和设计变更。 3 传统设计方法中， 仪表管线平面布置图、 仪 表电缆主绘线槽敷设图、 仪表电缆作业表的材料统 计需要 自控设计人员人工汇总， 工作量大并且不能 保证材料统计的准确性 。而使用 P D MS三维设计 只需通过简单的配置就能 自动地从软件 中抽取材 料 ， 杜绝 了传统设计过程中产生的数据录入和统计 错误， 大幅减少了人力资源的浪费， 提高了劳动 效率。 4 采用 P D MS进行仪表管线布置图设计 采用 P DMS进 行仪 表管 线 布置 图设计 应首 先进行仪表 、 桥架 及 电缆 的建 模 ， 即定 制仪 表元 件库、 桥架库和电缆库； 结合单元平面设备平面 布置图， 与配管、 电气等相关专业规划好装置或 者单元仪表主汇线槽并在 P D MS中进行绘制； 随 着设计过程的深入， 在完成仪表元件库的基础上 通过 P DMS标准功 能创建 设备 的方 式从元 件库 中选择所需仪表并修改属性及位置， 使其满足实 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 O 石油化工 自动化 第 5 2卷 际测量需求及标 准规范 ； 然后根 据测量需求 绘制 仪表取源引线； 根据各类仪表布置的情况及项 目 要求规划仪 表分 支槽盒 、 接 线箱 及 电缆穿 线管 ； 在P D MS 中建立模型 绘 制仪表主 汇线槽 在P DMS 中布置仪表 设备 绘制仪表取源管线 规划仪表接线箱 根据项 目 要求 创建项 目电缆 库 并从 中选 择 电缆 ， 进 行 电缆敷 设 ； 通过配置实现材料的自动统计 。具体设计流 程及步骤如图 2所示 。 定制仪表 元件库 定制桥 架库 定制电缆库 从仪表元 件库 中创建标 准仪表 设备 修改仪 表属性 进行仪表 布置 定义管线的头尾 绘制仪表管线阀门、管件等 绘制 电缆敷设路 径 分支槽盒 、穿线管等 建立仪表模 型 建立 相应数据库 层次 创建仪表 模型和数据 库的映射 仪表 设备参数 化 建立电缆属性库 创建电缆元件库 创建 电缆 敷设电缆卜 _ 叫 统计材料 图 2 采用 P D MS进行仪表管线布置 图设计流程示意 4 ． 1 P D MS建 模 4 ． 1 ． 1 仪表设备模块相关定义 在 P D 软件中进行仪表管线布置图的前提条 件是已经定制好仪表、 桥架及电缆模型 仪表元件库、 桥架库和电缆库 ， 各类库在 P D MS中的建模步骤类 似， 以仪表元件库为例， 简要说明 P D MS建模过程。 仪表设备和仪表设备模板的对应关系如图3 所示。 WOR L D层次 S I T E 层次 仪I 兰 呈 星 表 l } E Q U I层 次 二二 ] 二 l B o x 等 l 设备基本体 复制 仪 表 模 板 图3 仪表和仪表模板之间的对应关系示意 1 WO L R D。建立数据库时 ， 会 自动生成 1 个 WORL D层次 WO RL D层次 ， 是装置 的定位点， 在整个 树状结 构 中只能看到 1 个 WO RL D。 2 S I TE。可以是整个工厂 ， 也可以是 1 个单 元 。在 1 个项 目中可以有多个 S I TE。 3 Z ONE。不是 1 个物理分区， 而是 同类元件 的集合 ， 可以当作 1个逻辑组 。一般项 目中会作为 专业的划分 。 4 E q u i p m e n t E Q u ， S u b - e q u i p me n t S 1 膻 ， P i p e ， S t r u c t u r e I D。定义了模型的类型和名字。 5 P r i mi t i v e 。组成模 型 的基本体 ， 包括长 方 体 B o x 、 圆柱体 C y l i n d e r 、 盘状体 D i s h 等。 4 ． 1 ． 2 仪表模板的定制 仪表模板的定制包括 以下步骤 1 使用 P D MS 标准功能建立设备模型或者将 已搭建好的设备导人到 P DMS中。 2 按图 3对应关系建立数据库层次。 3 按图4 所示在元件库模块中建立等级库层次。 4 建立等级库和仪表设备的映射关系。 5 对仪表设备模板进行参数化 支架高度、 底 板规格等信息 。 T ABWL D l f CC T A I l BU_ A f l CA T A l l U NI T l l S P WL I l S P E C f I S E L E C f l S P C O 表 定义 l I 元 件 连 接 表 l l 螺 栓 数据 库 l l 元 件 库 I J 单位 库 l f 等 级 库 广 ． 1 等级 表 r I 等 级 选 项 表 一 等 级 选 项 图 4 元件库结构示意 ～ 一 一 一 一一 一歇 一 瞄一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 徐德杰等．P DMS在石油化工 自控设计中的应用 4 ． 2 仪表电缆主汇线槽的敷设 结合单元设备平面布置图， 与配管、 电气等相关 专业规划好装置或者单元仪表主汇线槽， 其中包括 汇线 槽 的 规格 、 分 隔 和 分层 及 层 高 等 内容 。在 P D MS 软件中通过创建桥架元件 弯通、 三通、 直通 等 及批量复制功能完成仪表电缆主汇线槽的绘制。 4 ． 3 仪表设备在 P D MS中的布置及管线绘制 在定制好仪表元件库后 ， 设计人员可以根据仪 表的类型、 平台的位置、 仪表安装方案等确定仪表 的位置， 并使用 P D MS创建标准设备的方法将仪 表设备创建出来， 并调整其位置和高度等参数。 1 根据工艺管线、 框架、 设备、 取源点等确定 变送器位置并创建该变送器 ， 修改属性后将其放置 在合适的位置 。 2 定义引压管线的头、 尾等信息。 3 绘制引压管线并加入相应的管件 、 阀门。 4 ． 4 接线箱的规划 仪表位置在 P D MS中确定之后 ， 需 进行接线 箱规划 按照项 目要求 ， D C S ， S I S ， F GS等 系统 的 防爆接线箱应独立设置 ， 本安 、 隔爆 、 电源等不同类 型的信号电缆应进不同的防爆接线箱。 4 ． 5 电缆敷设及材料统计 1 在 P D MS三维模型 中创建电缆通道 小槽 盒或者穿线管 ， 电缆在其中进行敷设。 2 通过元件等级库选取电缆。 3 将 电缆头尾连接到设备。 4 电缆在电缆通道中进行敷设 。 电缆汇线槽 、 电缆穿线管以及 电缆长度的统计 可以在P D MS中通过简单的配置， 高效、 准确地分类 抽取出各种材料的数量或者长度， 提高了工作效率。 5 P D MS在 自控专业设计应用 中的展望 自控专业的设计过程中， 通常还是基于二维平 面设计， 很少真正参与到 P D MS等三维协同设计 中。一方面是受 自控专业 P D MS软件应用水平的 限制 ， 另一方面是由于传统观念和现代设计方式的 冲突。这就需要 自控设计人 员在加强 自身学 习的 同时 ， 转变原有的设计思路 ， 真正参与多专业协同 设计。针对 自控专业 的特点 ， 需做一些二次开发 。 1 与原有设 计软件 例 如世宏 软件等 的接 口， 通过程序 自动提取数据 ， 减少数据录入 的错误 并能缩短时间_ 9 ] 。 2 接线箱规划工具， 可以自动地根据信号类 型规划接线箱的数量和位置 ， 自控设计人员根据现 场情况进行微调 ， 可以减少创建接线箱和分配电缆 的重复工作 。 3 出图规划工具， 生成更加符合设计院要求 的图纸 。 4 电缆 自动敷设工具， 与接线箱规划工具类 似 ， 可 以帮 助 自控 设计人 员创建 好 电缆， 减少工 作量 。 5 电缆穿线管 自动埋管工具 ， 将设计人员工 程设计经验使用计算机语言表达出来， 进行电缆穿 线管的 自动敷设 。 6 结束语 详细设计中， 自控专业在仪表布置、 电缆汇线 槽走向布置图、 电缆敷设等阶段都可以采用 P D MS 三维设计 ， 提高仪表平面图、 材料统计 的准确性 ， 以 节省大量的人工时， 提高工作效率。 P D MS将 项 目施工 中所 需 的技术 信 息 明晰 化、 精确化 ， 从而具体 、 形象、 全面反 映工程项 目全 貌 。P D MS为项 目竣 工保 留三维技术 资料 ， 可 以 方便直观地查 询任何 1个元件 、 设备等 的相关资 料 ， 极大地便利了项 目运行后 的维护 。同时 ， 多专 业协同设计也提高了设计水平， 是今后设计工作努 力 的方 向。 参考 文献 [ 1 ] 高元． P D MS在核电站通风系统中的应用[ J ] ． 产业与科技 论坛 ， 2 0 1 3 ， 1 2 O 9 6 3 6 4 ． [ 2] 熊新强 ， 陈雪松 ， 付晓东 ， 等． P D MS三维设计 在油气 田地面 工程中的应 用 [ J ] ． 石 油工 业计 算机应 用， 2 0 1 3 0 4 3 73 9 ． [ 3] 张祖 辉． P D MS元件库 在实 际工程 中的应用 [ J ] ． 工 程建设 与设计 ， 2 0 0 4 O 6 6 0 6 2 ． [ 4 ] 朱春 田． 石油化工多专业三维协同设计与设计模式变革 L J ] ． 石油化工设计， 2 0 0 6 ， 2 3 0 2 3 6 ． [ 5 ] 董丽娜， 孙雷． 三维系统设计研究综述_ J ] ． 黑龙江水利科 技 ， 2 0 1 2 ， 4 0 0 2 9 2 9 3 ． [ 6 ] 张少辉． 三维设计现状及发展趋势[ J ] ． 聚酯工业， 2 0 1 3 ， 2 3 0 2 1 5 1 9 ． [ 7 ] 秦鹏， 何磊， 袁振邦， 等． P D MS 三维软件在电缆敷设中的应 用[ J ] ． 电气制造， 2 0 1 0 0 1 7 7 7 8 ． [ 8 ] 陈功军， 张金辉， 高英． 实施水利工程三维协同设计的探索 口 ] ． 人民长江， 2 0 1 3 ， 4 4 1 6 1 0 5 1 0 8 ． [ 9] 韩 秀君． 世宏 软件 与 P D MS的 自控 设 计一 体 化解 决 方案 _ J ] ． 石油化工 自动化 ， 2 0 0 9 ， 4 5 0 4 1 4 1 8 ． [ 1 O ] 万金发． P D MS 三维软件在工程设计中的运用[ J ] ． 钢铁技 术 ， 2 0 0 2 0 6 4 9 5 1 ． [ 1 1 ] 张馨． 三维设计在核电工程中的应用[ J ] ． 华电技术， 2 0 0 8 ， 3 0 1 O 4 5 47 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m