浅析AVEVA Instrumentation在仪表设计中的应用

齐桂卿，李海寿，刘鸿雁，崔 胜

（海洋石油工程股份有限公司设计院，天津 300451）

0 引言

AVEVA是国际著名的工厂工程信息技术企业，其开发的AVEVA系列应用软件广泛应用于石油化工工程中，对于设计行业的信息化建设尤为重要[1]。目前国内已有部分设计院引进这种软件，并应用到项目上，但大多是根据各专业的设计需求选择性地应用软件的某一模块，真正利用一体化集成平台实现各专业协同设计的很少[2]。随着企业的数字化转型需求日趋迫切，设计软件的全面应用及二次开发迫在眉睫。

AVEVA系 列 软 件 包 括AVEVA Diagrams、AVEVA E3D、AVEVA Instrumentation、AVEVA Electrical、AVEVA Engineering等专业设计软件，是一套完整地针对工艺、管道、仪表、电气等各专业设计需求而开发的集成设计平台（Integrated Engineering and Design）。其基于数据库平台的数据传递与共享，提高了设计效率与质量[3]。海洋石油工程股份有限公司在数字化转型过程中，开发了一套集项目管理和数据传递于一体的协同设计平台，由于参与协同设计专业的不同特点和对协同设计的不同需求，还需对参与协同设计的软件做进一步地二次开发和定制[4]。本文着眼于仪表设计的工作流程及数据流向，重点介绍基于SQL数据库的AVEVA INSTRUMENTATION（AI）软件。

1 仪控系统设计流程

在设计过程中，仪表专业同工艺、管道、电气、安全等专业交互众多[5]。其中，工艺PID的发布及仪表工艺参数是仪表系统设计的先决条件，仪控系统设计流程如图1。

图1 仪控系统设计流程Fig.1 I&C System design process

AI软件包括Engineer、Designer、Wiring Manager、Security Manager及Process Engineer，5个模块共享数据库。从设计流程图可以看出，同仪控系统设计成果密切相关的功能集中在前3个模块，本文将逐一介绍。

2 AI Engineer模块

AI Engineer模块以现场仪表和控制回路为核心对象，在整个AI系列软件中起到承上启下的作用，既是整个仪控专业对外交互的窗口，也是仪控专业启动本专业工作的“开门之匙”。该模块通过仪表（回路）属性的创建及赋值，完成仪表相关的表单类文件，如仪表清单、IO清单及仪表数据表等。

仪表清单、IO清单中仪表的创建及属性赋值，包括手动录入、外部EXCEL表格导入及经AVEVA Engineering直接从上游专业产生的结构化数据获取3种方式。

AI Engineer中仪表数据表的编制是基于标准模板，通过在标准模板中关联对应属性字段，实现对已赋值属性的自动引用。对于需要上游专业赋值并传递至本专业的属性，需创建同AVEVA Engineering中所定义属性的映射关系。

3 AI Designer模块

AI Designer模块以设计过程中的图纸类文件（如仪表典型安装图、回路图等）为核心，处理图纸文件所承载的设计对象及其属性。该模块的设计基于可模板化的CAD图纸，基于AI软件的Datalink机制，通过在CAD模板图纸中设置宏函数与AI数据库的数据创建映射关系。

该模块的功能归纳如下：

1）基于模板自动生成Hook-up图。

2）基于模板自动生成回路图。

3）基于种子文件自动生成电缆框图和端子图。

其中，仪表典型安装图和回路图所承载的设计对象比较单一，符合一个模板对应一类设计对象的逻辑，因此基于“CAD模板+Datalink”的处理机制生成图纸文件，在技术上较为成熟，在实际工程设计中也获得了广泛使用。而基于种子文件的电缆框图和端子图，由于其承载对象的多样性（包括电缆、设备、接线端子等），往往需要大量的二次开发工作，且一旦种子文件锁定，灵活性较差，在实际工程设计中较少使用。

4 AI Wiring Manager模块

AI Wiring Manager模块以电缆及所连接的设备为其核心设计对象，在电缆目录库、设备库、接线规则等基础上开展设计工作，该模块包括以下功能：

1）电缆管理，包括电缆库的维护和项目电缆的创建。

2）设备管理，包括设备如中控盘柜、接线箱及现场控制盘等的定义以及设备内端子排、端子号的创建。

3）关联仪表位号及中控盘柜卡件。

4）完成电缆接线。

5）生成电缆清册、电缆料单及其他按需定制的报表。

6）生成电缆滚筒清册。

7）生成填料函料单。

8）支持CAD版本或EXCEL版本的端子图自动生成。

9）支持快速查看电缆连接关系。

在该模块中，仪表设计工作包括两个阶段。

4.1 电缆框图的设计

按照传统设计流程，电缆框图的设计以IO清单为主要输入，结合接线箱及托架布置，在CAD中完成电缆同起始端设备的连接关系。在AI Wiring Manager模块中，起始端设备可手动逐个创建，也可以EXCEL的方式批量导入。在创建电缆时，设计人员仅需完成电缆的连接关系，成果文件的排版可通过REPORT功能以表格的形式生成。

相对于传统的设计方法，在AI环境中开展电缆框图的设计工作在效率上并无明显提升，但在AI中完成设计后，后续的电缆清册设计可一键完成，无需重新人工录入；同时，在AI中创建的电缆连接关系可以映射到E3D软件中，用于完成自动布线工作。因此，当放眼整个设计流程时，效率提升非常显著。

4.2 端子图设计

端子图的设计是在电缆框图基础上，结合厂家资料进一步深化设计，包括为起始端设备创建端子（排）及完成电缆接线。在AI Wiring Manager模块中，端子排的创建包括手动创建、预设接线规则创建和批量导入创建等方式，针对不同的设计对象，通常采用不同的方法进行端子的创建及连接。

① 接线规则创建：适用于典型仪表设备如火焰探头、压力变送器等。

② 批量导入创建：适用于中控系统盘柜、电气盘柜等端子相对集中的设备。

③ 手动创建：适用于接线箱、现场控制盘等个体差异性较大的设备。

5 AI软件中库的开发

标准数据库的建立是AI软件开发工作的重点内容，也是标准化建立的深化过程[1]。各工程设计单位应基于自身的设计流程、设计习惯、采办需求、标准化成果等完善AI软件中的标准数据库。如图1所示，标准数据库包括规则库、属性库和材料目录库。

5.1 位号（回路号）命名规则

仪表位号及回路号命名规则（Tag Format）位号（或回路号）的命名规则的定义包括位号（或回路号）格式的定义和仪表设备代码（回路功能编码）的定义两部分，在海洋石油平台设计过程中，仪表设备格式如图2。

图2 典型仪表位号命名格式Fig.2 Naming format of typical instrument tag numbers

在AI软件中，用AREA对应单体，SUBAREA对应系统代号如图3。单体设备代码的定义需要在AI软件的仪表类型库中定义。

图3 AI软件位号命名规则定义界面Fig.3 AI Software tag naming rule definition interface

位号（或回路号）命名规则的定义必须同上游软件AVEVA Diagrams，AVEVA Engineering中定义的格式保持一致，否则无法完成专业软件之间的数据传递。

5.2 仪表属性库

AI软件支持设计人员为仪表设备（或回路）自定义属性库，从设计的角度看，承载仪表属性的设计文件主要包括仪表索引表、IO清单和数据表等文件，与之对应，AI软件分别创建了InstrumentList、ProcessData和instrumentData 3个库表文件。

其中，InstrumentList用于定义仪表索引表中定义的通用属性，后两者分别对应数据表中的工艺属性（如设计压力）和仪表属性（如材质）。

工艺与仪控专业数据传递的准确性是由属性的唯一性保证的，为使AI软件数据与Engineering数据库中的属性数据保持一致，工艺属性的建立需与Engineering数据库中工艺属性的创建遵循统一原则，典型如数据类型、字符串长度限制等。

图4 仪表属性的定义Fig.4 Definition of instrument attributes

属性定义完成后，可借助AI软件的PickList功能实现下拉菜单，既可以保证属性赋值的规范性，同时也可以提升设计效率。

需要注意的是，对部分重要属性（如位号），AI软件已进行定义，设计人员应避免使用自定义属性代替之，以避免对数据的有效传递造成影响。

5.3 接线规则

电缆接线规则用于为常用典型仪表预设接线信息，通过电缆接线规则，可实现：

① 端子信息：端子编号、标识及顺序。

② 电缆信息：电缆编号、电缆规格等。

③ 连接关系：端子同电缆线芯的对应关系。

接线规则创建后，可以在仪表设备代码库中同Function Code进行关联。这种情况下，现场仪表一旦创建即有默认的接线规则，可提高设计效率；当默认接线规则不适用时，也可根据需要在项目级数据库进行调整，这种调整不会影响其它采用了同一种子库其它项目。

5.4 材料目录库

针对仪控设计中涉及的大宗散料，在AI软件中可创建电缆目录库、填料函目录库、安装材料目录库，3个材料目录库均支持Excel批量导入。

其中，电缆库和填料函库在Wiring Manager中创建，电缆库批量导入如图5，它是开展电缆框图绘制工作的必要条件。

图5 电缆目录库批量导入Fig.5 Batch import of cable catalog library

仪表安装材料库在designer中创建如图6，材料库结合HOOK-UP图纸模板库，即可实现仪表典型图位号自动赋值、安装材料的快速统计功能。

图6 仪表安装材料库批量导入Fig.6 Batch import of instrument installation material library

6 清单类文件的编制

在AI Engineer可实现基于特定对象（如仪表、回路等）的Report定制，Report定制是通过Report Designer工具进行属性项的选取并预设其输出格式，如图7。与此同时，在开发中实现了文件封皮及IO统计信息的定制，实现了成果文件的一键生成，无需设计人员进行任何二次加工。

图7 清单文件模板定制Fig.7 Template customization of the manifest file

需要注意的是，定制的Report是只读的，无法在Report中对仪表属性进行编辑，也无法代替基于成果文件创建的Gridview使用，建议设计人员统一Gridview和对应Report过滤条件，借助前者开展属性的录入工作，后者则仅用于实现输出成果文件的“所见即所得”。

7 仪表数据表的定制

设计流程上，仪表索引表先于数据表，待仪表索引表完成后，方可进行仪表数据表的设计工作。仪表数据表生成流程如图8：左侧为开发定制过程，右侧为设计人员使用过程。限于篇幅，本文仅展开定制过程，使用过程可参见操作手册。

图8 仪表数据表定制及生成流程Fig.8 Customization and generation process of instrument data sheet

7.1 创建数据表模板

创建模板实际上就是创建一个Excel版的仪表数据表，包括封皮、汇总页及仪表数据表单等，并存放在制定的模板存储路径下，该路径可以在项目初始阶段设置。

在Home->Select->Datasheet Forms中新建一个datasheet，选择所创建的模板，如图9。其中，Spreadsheet Layout用于定义模板中的行列范围。

图9 创建数据表模板Fig.9 Create data table template

7.2 基于模板进行属性链接

仪表数据表的属性链接通过为模板中的单元格创建datalink实现，如图10。通过该机制，不管是在仪表索引表中已经赋值的属性，还是通过数据交互从其它软件赋值的属性，均可以直接赋值到所Link的单元格，避免设计人员重复录入，实现数据赋值的“以一贯之”。

图10 对模板进行数据链接配置Fig.10 Data link configuration of template

为了提高属性值的规范性、一致性，可通过预设属性值的PickList功能实现，模板中的单元格关联属性后，还可以选取预定义的PickList，设计人员开展工作时以下拉菜单形式直接选取，有效规避手动录入时的笔误。

8 结束语

AVEVA系列软件涵盖了从工艺专业到仪表专业、从二维设计到三维设计的设计需求，而AI软件基本实现了整个仪控系统设计流程中的大部分成果文件的定制及出图，充分开发利用好AI软件的各功能模块，对实现数字化转型具有重大意义。