PDMS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 266071)



PDMS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 266071)

摘要：三维布置设计管理系统(PDMS)是一个三维多专业协同设计的数据库平台。 简单介绍了PDMS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PDMS三维设计的对比，对PDMS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PDMS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PDMS的应用提出了一些二次开发的建议。

关键词：PDMS软件三维设计自控设计二次开发数据库

三维布置设计管理系统PDMS(plant design management system)是一体化多专业集成设计布置数据库平台[1]，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PDMS，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PDMS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PDMS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PDMS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PDMS三维设计在石油化工自控设计中的应用。

1PDMS软件介绍

PDMS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(Design)、平面出图模块(Draft)、单管图出图模块(Isodraft)、项目管理模块(Admin)、元件库模块(Paragon)、特性数据模块(Propcon)、用户自定义属性模块(Lexicon)。

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。

PDMS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PDMS数据库之间关系如图1所示。

图1　PDMS数据库之间的关系示意

PDMS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[5-6]。

2PDMS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PDMS和AutoCAD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—PML。

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PDMS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[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。PDMS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PDMS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PDMS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PDMS进行仪表管线布置图设计

采用PDMS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PDMS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PDMS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；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。

图2　采用PDMS进行仪表管线布置图设计流程示意

4.1PDMS建模

4.1.1仪表设备模块相关定义

在PDMS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PDMS中的建模步骤类似，以仪表元件库为例，简要说明PDMS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。

图3　仪表和仪表模板之间的对应关系示意

1) WOLRD。建立数据库时，会自动生成1个

WORLD层次，是装置的定位点，在整个树状结构中只能看到1个WORLD。

2) SITE。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SITE。

3) ZONE。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) Equipment (EQUI)，Sub-equipment (SUBE)，Pipe，Structure (STRU)。定义了模型的类型和名字。

5) Primitive。组成模型的基本体，包括长方体(Box)、圆柱体(Cylinder)、盘状体(Dish)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PDMS标准功能建立设备模型或者将已搭建好的设备导入到PDMS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)。

图4　元件库结构示意

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PDMS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PDMS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PDMS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PDMS中确定之后，需进行接线箱规划(按照项目要求)，DCS，SIS，FGS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PDMS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PDMS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。

5PDMS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PDMS等三维协同设计中。一方面是受自控专业PDMS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[10-11]。

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PDMS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。

PDMS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。PDMS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.PDMS在核电站通风系统中的应用[J].产业与科技论坛,2013,12(09)： 63-64.

[2]熊新强，陈雪松，付晓东，等.PDMS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，2013(04)： 37-39.

[3]张祖辉.PDMS元件库在实际工程中的应用[J].工程建设与设计,2004(06)： 60-62.

[4]朱春田.石油化工多专业三维协同设计与设计模式变革[J].石油化工设计,2006,23(02)： 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，2012,40(02)： 92-93.

[6]张少辉.三维设计现状及发展趋势[J].聚酯工业,2013,23(02)： 15-19.

[7]秦鹏,何磊,袁振邦，等.PDMS三维软件在电缆敷设中的应用[J].电气制造,2010(01)： 77-78.

[8]陈功军,张金辉,高英.实施水利工程三维协同设计的探索[J].人民长江,2013,44(16)： 105-108.

[9]韩秀君.世宏软件与PDMS的自控设计一体化解决方案[J].石油化工自动化,2009，45(04)： 14-18.

[10]万金发.PDMS三维软件在工程设计中的运用[J].钢铁技术,2002(06)： 49-51.

[11]张馨.三维设计在核电工程中的应用[J].华电技术,2008,30(10)： 45-47.

Application of PDMS in Petrochemical Automatic Control Design

Xu Dejie, Zhang Shaopeng

(CPECC East-China Design Branch, Qingdao, 266071, China)

Abstract:Plant design management system (PDMS) is a database platform for three-dimensional (3D) multi-professional collaborative design. The features, system structure, basic functions and specific application in automatic control design in some petrochemical project of PDMS are briefly introduced. The application prospect and advantages of PDMS in petrochemical automatic control design are analyzed combining comparison of traditional design method and PDMS. Based on practice of some petrochemical projects, it is concluded design efficiency and result are improved obviously using PDMS 3D for petrochemical automatic control design. Some secondary development suggestions are submitted linking with characteristics of automatic control.

Key words:plant design management system; three-dimensional design; automatic control design; secondary development; database

中图分类号：TP202

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2016)01-0018-04

作者简介：徐德杰(1988—)，男，山东青岛人，2014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。

稿件收到日期： 2015-11-04。