P&ID 中的自動化

文/ Burkhard Hunold，Niclas Krink

實現(xiàn)流程設(shè)計過程中管道、儀表工作狀態(tài)的可視化以及利用管道儀表流程圖設(shè)計軟件Plant Engineer 進行初步設(shè)計——管道儀表流程圖（P&ID）是流程設(shè)備規(guī)劃設(shè)計中的重要技術(shù)文件。當(dāng)前，借助于全新的工程設(shè)計應(yīng)用軟件就可以在P&ID 的初期設(shè)計階段，對管道、儀表的工作狀態(tài)進行可視化觀察。由此能夠?qū)崿F(xiàn)流程工藝技術(shù)和自動化技術(shù)之間數(shù)據(jù)、信息的直接交流，并且實現(xiàn)端到端的流程工藝設(shè)計。

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＊反饋編碼：200634

圖1 DIN EN 61512 標(biāo)準(zhǔn)對流程工業(yè)大批量生產(chǎn)過程中的自動化術(shù)語和圖形符號進行了標(biāo)準(zhǔn)化，圖示為一個符合DIN EN 61512 標(biāo)準(zhǔn)的物理模型

在化學(xué)工業(yè)和制藥工業(yè)領(lǐng)域中，各行各業(yè)的許多企業(yè)都在跨學(xué)科合作的基礎(chǔ)上共同為一個復(fù)雜的長期項目而努力付出。在如此復(fù)雜的工程項目中，非常重要的是不同專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域中的工程師之間傳遞具有高知識含量的流程工藝和自動化技術(shù)設(shè)計方案。在這些方案的傳遞過程中，流程工藝所需的工藝技術(shù)條件和工藝過程的先后順序需要“翻譯”成針對控制程序編制的要求和技術(shù)規(guī)范。這一轉(zhuǎn)換過程對于工程技術(shù)人員一直是一大挑戰(zhàn)：在整個項目的進展過程中需要反復(fù)進行嘗試和溝通。而目前恰恰缺少將流程工藝技術(shù)術(shù)語轉(zhuǎn)換為自動化技術(shù)術(shù)語的翻譯工具。這就常常導(dǎo)致在工程現(xiàn)場才發(fā)現(xiàn)控制程序中的錯誤，并著手糾正編程錯誤。這最終會導(dǎo)致項目完工日期推遲，甚至有可能增加項目的投資費用。

柏林拜耳公司藥物活性成分研發(fā)部門經(jīng)理Burkhard Hunold 先生談選擇標(biāo)準(zhǔn)

圖片來源：BayerAG

在制藥工業(yè)領(lǐng)域中，流程工藝設(shè)備設(shè)計階段的流程工藝圖（R&Is）中常常用不同的顏色表示不同的流程工藝步驟。這些彩色的流程圖通常都是由供應(yīng)商手動繪制。根據(jù)具體的不同流程設(shè)備有著數(shù)百種不同標(biāo)記的流程工藝圖。為了簡化這項工作并輕松維護彩色的R&Is 流程工藝圖，我們一直在尋找合適的軟件，最終從X-Visual 公司找到了工程設(shè)計的解決方案。選擇這一工程軟件的標(biāo)準(zhǔn)就是能夠非常簡單地設(shè)計和修改彩色的R&Is 工藝流程圖，以及在標(biāo)準(zhǔn)辦公軟件系統(tǒng)中能夠簡單地使用這一工程設(shè)計軟件，而無需大量的使用操作培訓(xùn)。

通過Plant Engineer，我們找到了滿足所有要求，并能提供許多更加強大功能的R&Is 工藝流程圖設(shè)計解決方案。利用Plant Engineer，我們可以輕松地將流程工藝圖轉(zhuǎn)移到Visio 軟件中去，并對不同的流程工藝步驟標(biāo)上不同的顏色。另外，這一軟件系統(tǒng)還提供了按照基本功能繪制流程工藝步驟的可能性；同時，采用不同的色彩動態(tài)表示流程工藝圖的不同功能。這就使我們能夠在規(guī)劃設(shè)計的早期階段開始檢查流程工藝步驟是否正確，能夠在早期設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤。而且利用這款軟件也可以很好地培訓(xùn)我們的新員工；因為在P&ID 中是逐步顯示各個基本功能的。我們可以在流程圖中動態(tài)地顯示流程工藝過程的修改情況；輕松理解和檢查流程工藝修改的情況。這都大大地簡化和減少了彩色流程工藝圖的修改工作量。

Plant Engineer 滿足了我們的期望，為我們提供了很高的附加值。X-Visual 公司對我們的特殊要求給予了大力的支持和幫助，專門為我們修改了軟件系統(tǒng)中的部分程序。軟件系統(tǒng)的引進工作進展得非常順利，X-Visual 團隊在這一過程中起到了非常重要的作用。

確保工程項目進展順利

圖2 在P&ID 中也可以觀察復(fù)雜的自動化運動過程

在整個項目周期里，展示流程設(shè)備管道和儀表工作情況的P&ID 是流程設(shè)備的核心技術(shù)資料，而且其所使用的圖形符號是所有行業(yè)都了解、熟悉的視覺圖形。X-Visual技術(shù)公司與拜耳公司合作開發(fā)了一種工程設(shè)計應(yīng)用軟件，實現(xiàn)了管道、儀表工作狀態(tài)的可視化，而且能夠在P&ID 的設(shè)計過程中完成一部分自動化技術(shù)的規(guī)劃設(shè)計任務(wù)。這一過程也在流程工藝技術(shù)工程師和自動化技術(shù)工程師之間搭起了一座橋梁，實現(xiàn)了二者之間的直接溝通和交流；而這種直接的溝通和交流對整個工程項目來說至關(guān)重要。

在P&ID 中對自動化工作過程進行可視化觀察

設(shè)計師可以在P&ID 中按照DIN EN 61512 標(biāo)準(zhǔn)/ISA-88 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，設(shè)計不同的流程工藝管道設(shè)備和檢測控制儀表（參見圖1）。從控制技術(shù)的角度來看，流程圖中的符號和調(diào)整、設(shè)置的裝置等都被視為獨立的控制單元。例如，由一個檢測點、一個執(zhí)行器和PID 控制器組成的電磁閥或者調(diào)節(jié)裝置就是一個控制單元。自動化技術(shù)工程師為這些控制單元設(shè)計了不同的過程控制狀態(tài)，在流程圖中用不同的顏色表示它們在不同控制狀態(tài)下所處的工作位置。例如，電磁閥就具有“打開”和“關(guān)閉”兩種工作狀態(tài)。

多個控制單元構(gòu)成了一臺能夠完成一個或者多個流程工藝過程的技術(shù)設(shè)備。從控制技術(shù)的角度來講，各個單獨控制單元控制的流程工藝過程被稱為一項技術(shù)功能，用一系列的流程工藝步驟來表示。新的工程設(shè)計應(yīng)用軟件能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能執(zhí)行情況的可視化。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，工程設(shè)計應(yīng)用軟件為每一個功能步驟定義了一個控制單元受控時的工作狀態(tài)。這使得流程設(shè)備復(fù)雜的自動化控制過程能夠簡單地在P&ID 中實現(xiàn)可視化。另外，在流程設(shè)備的整個使用壽命周期內(nèi)，也可以方便地維護和添加這些數(shù)據(jù)、信息。

將自動化技術(shù)的信息整合到P&ID 中為簡化流程設(shè)備設(shè)計提供了很多可能性。通過將DIN EN 61512 標(biāo)準(zhǔn)的圖形符號集成到工程設(shè)計軟件中就可以實現(xiàn)接口編程：自動地根據(jù)P&ID 中存儲的信息生成控制代碼。將來，這一應(yīng)用軟件還支持創(chuàng)建基于DIN EN 60848 標(biāo)準(zhǔn)，以及與P&ID 中操作狀態(tài)有關(guān)聯(lián)的操作程序圖（參見圖2）。

借助于新的應(yīng)用程序軟件可以建立一個使流程工藝師和自動化技術(shù)工程師都能了解、熟悉的重要技術(shù)文件，從而確保項目順利實施。 ●