陸地
(中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jì)模式和工作流程逐漸顯現(xiàn)出其局限性,從而對(duì)工程設(shè)計(jì)過程提出了更高的要求。在儀表自控專業(yè)設(shè)計(jì)中,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件AutoCAD及Office辦公自動(dòng)化軟件是設(shè)計(jì)中的主要應(yīng)用工具。為了滿足業(yè)主要求和工程項(xiàng)目的需要,進(jìn)一步提高工程設(shè)計(jì)效率,保證工程設(shè)計(jì)質(zhì)量,以數(shù)據(jù)庫為核心的儀表設(shè)計(jì)與管理軟件SPI(SmartPlant Instrumentation)在儀表自控設(shè)計(jì)中得到越來越多的應(yīng)用。
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(jì)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(gè)相互交互數(shù)據(jù)的共同平臺(tái)上,按照統(tǒng)一的設(shè)計(jì)規(guī)則和工作流程,應(yīng)用軟件集成的各個(gè)模塊,進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、設(shè)計(jì)與管理,服務(wù)于從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)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(jì)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。
SPI包括Administration程序和SPI主程序,即管理模塊和工程設(shè)計(jì)模塊。在同一數(shù)據(jù)庫下,各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)信息可以交互使用,每個(gè)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(xiàng)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(duì)項(xiàng)目進(jìn)行初始化,定義SPI軟件用戶以及項(xiàng)目等。項(xiàng)目管理員模塊分配項(xiàng)目管理員的權(quán)限,創(chuàng)建Plant-Area-Unit結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目架構(gòu),以及項(xiàng)目的基本設(shè)置,例如定義具體的項(xiàng)目規(guī)則,定義組,分配用戶到組等。因此,在一個(gè)項(xiàng)目中要有專門的項(xiàng)目管理員對(duì)SPI軟件和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和維護(hù),與工程設(shè)計(jì)人員配合完成工作。
工程設(shè)計(jì)模塊能夠完成油田地面工程設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)模塊的功能及特點(diǎn)[1]見表1所列。
表1 SPI軟件組成及功能
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(jì),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(jì)方法,SPI軟件的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。SPI采用客戶端-數(shù)據(jù)庫的模式,多個(gè)用戶在一定的權(quán)限內(nèi)在同一平臺(tái)同時(shí)展開工作,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一致性。
2)數(shù)據(jù)交互。在項(xiàng)目?jī)?nèi),所有項(xiàng)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(gè)數(shù)據(jù)庫DB文件中,在文件提交時(shí)只需要提交一個(gè)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(dòng)轉(zhuǎn)移和報(bào)表自動(dòng)生成功能,減少了工作量,提高了效率,保證了文件質(zhì)量。
在大中型油田地面工程中有符合油田設(shè)計(jì)的流程,需要開發(fā)一套適合油田地面工程設(shè)計(jì)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(jì)管理專業(yè)軟件,在使用之前僅提供了一個(gè)儀表設(shè)計(jì)管理模塊的數(shù)據(jù)庫平臺(tái),需要相關(guān)人員進(jìn)行符合該行業(yè)、該部門設(shè)計(jì)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(jì)的需要,但是不同的單位、不同的項(xiàng)目有著各自的設(shè)計(jì)要求和文件格式,需要開發(fā)出符合項(xiàng)目要求的模板。
3)儀表設(shè)計(jì)中需要出版的索引表、I/O表、電纜表等報(bào)表類文件,需要進(jìn)行用戶化的開發(fā),符合用戶的要求。
1)基于SPI數(shù)據(jù)庫的開發(fā)。SPI軟件提供了13個(gè)模塊和1個(gè)管理員模塊,重點(diǎn)模塊需要在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行分模塊化的二次開發(fā),文中僅對(duì)索引模塊具體說明。
索引模塊:索引模塊在項(xiàng)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(diǎn)。索引模塊參數(shù)眾多,有的參數(shù)需要在項(xiàng)目開始之前定義好,可大幅減輕后續(xù)設(shè)計(jì)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(chǎng)接線端子、接線電纜等接線信息。在建立新的儀表位號(hào)時(shí),將自動(dòng)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(jì)文件,但是通過SPI軟件設(shè)計(jì)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(shì)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(bào)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)建立的,與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(xiàng)目要求的圖框后,完成現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(dòng)生成材料表。
c)對(duì)于儀表索引表、I/O表、接線箱表、電纜表、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表,甚至電纜橋架等報(bào)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。
SPI軟件在伊拉克某油田地面工程二期設(shè)計(jì)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(jì)文件。實(shí)際應(yīng)用中,對(duì)軟件與項(xiàng)目的結(jié)合尚需進(jìn)一步探索。SPI軟件在該項(xiàng)目的應(yīng)用主要包括以下內(nèi)容:
項(xiàng)目實(shí)施之前要根據(jù)項(xiàng)目的具體情況對(duì)SPI軟件進(jìn)行整體的規(guī)劃。
1)確定項(xiàng)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(xiàng),在SPI中建立Plant-Area-Unit的等級(jí)結(jié)構(gòu)。根據(jù)子項(xiàng)不同區(qū)域劃分為不同的Plant,每一個(gè)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(gè)平臺(tái)為一個(gè)Area;Area下的Unit單元根據(jù)實(shí)際所在區(qū)域的裝置進(jìn)行劃分。不同的項(xiàng)目有不同的結(jié)構(gòu)方式,對(duì)同一項(xiàng)目不同的專業(yè)人員也有不同的理解,但是每一個(gè)項(xiàng)目的等級(jí)結(jié)構(gòu)劃分要求清晰合理,以利于后期設(shè)計(jì)人員的分配、管理以及分區(qū)域成果文件的出版。
2)定義項(xiàng)目規(guī)則。項(xiàng)目開始前要在SPI軟件中定義命名規(guī)則,例如儀表位號(hào)、回路號(hào)、電纜、CS Tag的命名規(guī)則;根據(jù)項(xiàng)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(jí)別。在一個(gè)項(xiàng)目中根據(jù)實(shí)際需求將不同的設(shè)計(jì)人員劃分到相應(yīng)的組中,避免對(duì)軟件的誤操作,提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。
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(hào),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(hào)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(hào),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(shí),只需在模板的基礎(chǔ)上寫入回路號(hào)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(xiàng)目的儀表數(shù)據(jù)庫。
建立儀表位號(hào)時(shí),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(xiàng)無需重復(fù)錄入。
3.2.3 接 線
根據(jù)SPI軟件的特點(diǎn),首先要?jiǎng)?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(hào)創(chuàng)建時(shí)已經(jīng)自動(dòng)生成。油田地面工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)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(dòng)生成回路圖,與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式相比,保證了設(shè)計(jì)文件的準(zhǔn)確性,大幅提高了設(shè)計(jì)工作的效率?;芈穲D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(hào)未連通都會(huì)導(dǎo)致回路圖生成錯(cuò)誤。
SPI軟件突破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)中的實(shí)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(xiàng)目的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。隨著SPI在設(shè)計(jì)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(jì)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(chǎng)。
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