陸地

（中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司，北京100085）

隨著中國油氣行業(yè)的快速發(fā)展，海外油田地面工程項目逐漸增加，油田工程越來越趨于大型化、復(fù)雜化、智能化，使得傳統(tǒng)的工程設(shè)計模式和工作流程逐漸顯現(xiàn)出其局限性，從而對工程設(shè)計過程提出了更高的要求。在儀表自控專業(yè)設(shè)計中，計算機(jī)輔助設(shè)計軟件AutoCAD及Office辦公自動化軟件是設(shè)計中的主要應(yīng)用工具。為了滿足業(yè)主要求和工程項目的需要，進(jìn)一步提高工程設(shè)計效率，保證工程設(shè)計質(zhì)量，以數(shù)據(jù)庫為核心的儀表設(shè)計與管理軟件SPI（SmartPlant Instrumentation）在儀表自控設(shè)計中得到越來越多的應(yīng)用。

1 SPI軟件概述

SPI源于美國Intergraph公司的Intools軟件，為工廠業(yè)主和EPC總包商（工程設(shè)計公司）提供的一款儀表工程軟件，該軟件基于數(shù)據(jù)庫原理，能夠在一個相互交互數(shù)據(jù)的共同平臺上，按照統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)則和工作流程，應(yīng)用軟件集成的各個模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、設(shè)計與管理，服務(wù)于從設(shè)計、施工到運營完整的工廠生命周期。目前SPI軟件在國際性工程公司儀表設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，國內(nèi)大型工程公司也引入該軟件，在石化行業(yè)得到認(rèn)知并逐步推廣開來。

1.1 SPI軟件基本功能

SPI包括Administration程序和SPI主程序，即管理模塊和工程設(shè)計模塊。在同一數(shù)據(jù)庫下，各個模塊的數(shù)據(jù)信息可以交互使用，每個模塊的數(shù)據(jù)存取和更新都是基于數(shù)據(jù)庫的，從而保證了各模塊間數(shù)據(jù)共享以及各模塊生成文件數(shù)據(jù)的一致性。

管理模塊分為系統(tǒng)管理員和項目管理員模塊。系統(tǒng)管理員的主要工作是在數(shù)據(jù)庫中對項目進(jìn)行初始化，定義SPI軟件用戶以及項目等。項目管理員模塊分配項目管理員的權(quán)限，創(chuàng)建Plant-Area-Unit結(jié)構(gòu)的項目架構(gòu)，以及項目的基本設(shè)置，例如定義具體的項目規(guī)則，定義組，分配用戶到組等。因此，在一個項目中要有專門的項目管理員對SPI軟件和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和維護(hù)，與工程設(shè)計人員配合完成工作。

工程設(shè)計模塊能夠完成油田地面工程設(shè)計中大部分儀表文件，主程序包括儀表索引模塊、規(guī)格書模塊、計算模塊、工藝參數(shù)模塊、接線模塊、回路圖模塊、安裝圖模塊、文件Binder模塊、Browser模塊等。各個模塊的功能及特點［1］見表1所列。

表1 SPI軟件組成及功能

1.2 SPI軟件的先進(jìn)性

目前SPI軟件在國內(nèi)外大型工程公司都有所應(yīng)用，很多業(yè)主也要求以SPI軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行儀表自控的設(shè)計，其廣泛的應(yīng)用前景得到越來越多的關(guān)注。較之于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，SPI軟件的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）數(shù)據(jù)庫平臺。SPI采用客戶端－數(shù)據(jù)庫的模式，多個用戶在一定的權(quán)限內(nèi)在同一平臺同時展開工作，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一致性。

2）數(shù)據(jù)交互。在項目內(nèi)，所有項目需要用到的模板和各參數(shù)，遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使用統(tǒng)一模板，統(tǒng)一參數(shù)定義，所有數(shù)據(jù)在不同模塊之間可以交互使用。不同專業(yè)間，SPI作為Intergraph公司集成數(shù)據(jù)框架的一部分，能夠與其他SmartPlant系列軟件分享數(shù)據(jù)。在EPC與業(yè)主之間，所有的數(shù)據(jù)信息都在一個數(shù)據(jù)庫DB文件中，在文件提交時只需要提交一個數(shù)據(jù)庫文件，業(yè)主方安裝SPI軟件即可調(diào)出相應(yīng)文件。

3）準(zhǔn)確性和高效率。數(shù)據(jù)的自動轉(zhuǎn)移和報表自動生成功能，減少了工作量，提高了效率，保證了文件質(zhì)量。

2 SPI軟件二次開發(fā)

2.1 二次開發(fā)的必要性

在大中型油田地面工程中有符合油田設(shè)計的流程，需要開發(fā)一套適合油田地面工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的模板，建立符合該行業(yè)、該單位規(guī)范和要求的數(shù)據(jù)庫，SPI軟件二次開發(fā)有其必然性：

1）SPI作為一款大型的儀表自控設(shè)計管理專業(yè)軟件，在使用之前僅提供了一個儀表設(shè)計管理模塊的數(shù)據(jù)庫平臺，需要相關(guān)人員進(jìn)行符合該行業(yè)、該部門設(shè)計要求和習(xí)慣的二次開發(fā)。

2）SPI的功能模塊僅能滿足一般儀表設(shè)計的需要，但是不同的單位、不同的項目有著各自的設(shè)計要求和文件格式，需要開發(fā)出符合項目要求的模板。

3）儀表設(shè)計中需要出版的索引表、I/O表、電纜表等報表類文件，需要進(jìn)行用戶化的開發(fā)，符合用戶的要求。

2.2 二次開發(fā)成果

1）基于SPI數(shù)據(jù)庫的開發(fā)。SPI軟件提供了13個模塊和1個管理員模塊，重點模塊需要在設(shè)計之初進(jìn)行分模塊化的二次開發(fā)，文中僅對索引模塊具體說明。

索引模塊：索引模塊在項目開始階段尤為重要，關(guān)系到其他模塊的應(yīng)用，是二次開發(fā)的重點。索引模塊參數(shù)眾多，有的參數(shù)需要在項目開始之前定義好，可大幅減輕后續(xù)設(shè)計的工作量。例如Instrument Type，選擇“Profile”后，在“Wiring and Control System”下可以定義儀表的現(xiàn)場接線端子、接線電纜等接線信息。在建立新的儀表位號時，將自動生成定義的信息。

2）進(jìn)一步的用戶化。分模塊的二次開發(fā)后，SPI軟件可以完成80%的設(shè)計文件，但是通過SPI軟件設(shè)計的表格類文件及圖紙其格式較為固定。因此，用戶化的文件開發(fā)勢在必行。使用數(shù)據(jù)庫開發(fā)軟件Power Builder中的Infomaker制作符合用戶化要求的PSR報表文件，調(diào)用SPI軟件的數(shù)據(jù)庫，以達(dá)到用戶化要求。

二次開發(fā)的所有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件模板都是基于油田地面工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)建立的，與傳統(tǒng)的設(shè)計一脈相承，均可應(yīng)用SPI軟件直接輸出成果文件，保證了數(shù)據(jù)和格式的統(tǒng)一性，具有一定的工程意義。

通過二次開發(fā)，完成軟件數(shù)據(jù)的錄入等工作后，可以直接出版儀表相關(guān)文件：

a）建立符合項目要求的圖框后，完成現(xiàn)場儀表到控制系統(tǒng)的接線，儀表接線圖可以通過軟件直接生成。

b）安裝圖是以AutoCAD模板圖為基礎(chǔ)，建立相應(yīng)的材料庫，將各儀表與對應(yīng)安裝圖關(guān)聯(lián)即可，根據(jù)關(guān)聯(lián)的儀表還可以自動生成材料表。

c）對于儀表索引表、I/O表、接線箱表、電纜表、監(jiān)控數(shù)據(jù)表，甚至電纜橋架等報表類文件，通過編制好的PSR文件調(diào)用SPI軟件數(shù)據(jù)庫，可以生成標(biāo)準(zhǔn)化的表格。

3 SPI軟件在海外某項目中的應(yīng)用

SPI軟件在伊拉克某油田地面工程二期設(shè)計中得到了初步應(yīng)用。目前，在軟件二次開發(fā)的基礎(chǔ)上，已經(jīng)出版了部分設(shè)計文件。實際應(yīng)用中，對軟件與項目的結(jié)合尚需進(jìn)一步探索。SPI軟件在該項目的應(yīng)用主要包括以下內(nèi)容：

3.1 項目準(zhǔn)備階段

項目實施之前要根據(jù)項目的具體情況對SPI軟件進(jìn)行整體的規(guī)劃。

1）確定項目結(jié)構(gòu)。油田地面工程包括CPF，F(xiàn)SF，外輸管線、電站等子項，在SPI中建立Plant-Area-Unit的等級結(jié)構(gòu)。根據(jù)子項不同區(qū)域劃分為不同的Plant，每一個Plant根據(jù)具體功能有不同的Area劃分方式。在CPF中，工藝流程區(qū)域包括油處理、氣處理和水處理，可以以此為依據(jù)劃分不同的Area；FSF下每一個平臺為一個Area；Area下的Unit單元根據(jù)實際所在區(qū)域的裝置進(jìn)行劃分。不同的項目有不同的結(jié)構(gòu)方式，對同一項目不同的專業(yè)人員也有不同的理解，但是每一個項目的等級結(jié)構(gòu)劃分要求清晰合理，以利于后期設(shè)計人員的分配、管理以及分區(qū)域成果文件的出版。

2）定義項目規(guī)則。項目開始前要在SPI軟件中定義命名規(guī)則，例如儀表位號、回路號、電纜、CS Tag的命名規(guī)則；根據(jù)項目定義儀表類型及屬性，包括接線端子、電纜類型、接線方式等。命名規(guī)則及儀表類型定義之后，可以減少后續(xù)的工作量，提高工作效率。

3）分配用戶權(quán)限。SPI用戶包括管理員和普通用戶，建立用戶之后，需要將用戶分配到組，不同的組別具有不同的權(quán)限級別。在一個項目中根據(jù)實際需求將不同的設(shè)計人員劃分到相應(yīng)的組中，避免對軟件的誤操作，提高設(shè)計的準(zhǔn)確性。

3.2 項目實施階段

3.2.1 儀表索引

前期的準(zhǔn)備階段完成之后，首先需要建立儀表位號，儀表數(shù)據(jù)的錄入是展開其他工作的基礎(chǔ)。在SPI軟件的索引模塊中，常用的儀表位號建立方式有以下三種方式［2］：

1）采用SPI中最基本的NEWTAG的方式建立儀表位號，可以通過DUPLICATE復(fù)制建立相類似的儀表。

2）采用典型回路的方式，SPI軟件中先建立好每種典型的回路（如FT，F(xiàn)Y，F(xiàn)V），以此作為模板，在生成回路時，只需在模板的基礎(chǔ)上寫入回路號即可快速生成回路及回路中所有的儀表。

3）采用IMPORT方式，也就是先將所有儀表的信息錄入到Excel表格中，再通過SPI軟件提供的IMPORT程序，一次性將所有Excel中的儀表信息輸入到SPI軟件中，建立起項目的儀表數(shù)據(jù)庫。

建立儀表位號時，主要采用的是第一種方式，通過DUPLICATE復(fù)制相似回路，應(yīng)用Browser模塊可以提高儀表信息的錄入效率。

3.2.2 工藝參數(shù)及儀表數(shù)據(jù)表

在建立好的數(shù)據(jù)表模板中包含工藝的參數(shù)，需要工藝專業(yè)提供相關(guān)信息，模板中相同的數(shù)據(jù)項無需重復(fù)錄入。

3.2.3 接 線

根據(jù)SPI軟件的特點，首先要創(chuàng)建必要的儀表盤柜和電纜，儀表盤柜包括接線箱、Marshaling柜、系統(tǒng)柜等，儀表電纜在儀表位號創(chuàng)建時已經(jīng)自動生成。油田地面工程項目現(xiàn)場儀表較為分散，因而接線箱的布置以及接線箱和Marshaling柜的端子需要根據(jù)點數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃。

3.2.4 回路圖

儀表接線完成后，SPI軟件自動生成回路圖，與傳統(tǒng)設(shè)計方式相比，保證了設(shè)計文件的準(zhǔn)確性，大幅提高了設(shè)計工作的效率。回路圖的生成過程也是檢查接線是否正確的過程，如果接線有誤或者信號未連通都會導(dǎo)致回路圖生成錯誤。

4 結(jié)束語

SPI軟件突破了傳統(tǒng)的設(shè)計理念和方式，在國內(nèi)外工程公司中得到越來越多的應(yīng)用。通過在油田地面工程儀表設(shè)計中的實際應(yīng)用，進(jìn)一步提高了該軟件的可操作性和靈活性，為其他項目的實施奠定了基礎(chǔ)。隨著SPI在設(shè)計人員中的廣泛應(yīng)用以及二次開發(fā)的不斷深入，該軟件在石油地面工程設(shè)計中的應(yīng)用將更加成熟，有利于國內(nèi)工程公司開拓國外市場。

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