智能工藝流程設計在核電系統設計中的應用

張長奎 楊曉亮

摘 要：文章基于Diagrams軟件在核電項目系統智能工藝流程設計方面的應用，講述針對核電項目體系化設計和數據一致性需求，通過對Diagrams軟件的定制，實現核電項目系統智能工藝流程設計和二、三維數據校驗，并介紹了核電項目系統流程設計應用情況。

關鍵詞：Diagrams；核電；系統設計；智能工藝流程；二、三維校驗

中圖分類號：TP39 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）10-0180-03

Abstract： Based on the application of Diagrams software in the intelligent process design of nuclear power project system， this paper describes how to customize the Diagrams software to meet the requirement of systematic design and data consistency of nuclear power project. The intelligent process flow design of nuclear power project system and the verification of two and three dimensional data are realized， and the application of nuclear power project system process design is introduced.

Keywords： Diagrams； nuclear power； system design； intelligent process； 2D/3D check

引言

核電站作為一項復雜和龐大的工程設施體，其設計必須有體系化和結構化的設計平臺作為支撐。目前，我單位采用了AVEVA公司的三維設計體系作為核電站布置設計的主要載體和平臺。工藝流程設計（以下簡稱“P&ID;”，Piping and Instrumentation Diagram）作為布置設計的前端，其設計過程的數據化和智能化可以為布置設計階段提供堅實基礎，并可形成一體化的設計體系，保證數據的一致性和實現二、三維技術的整合應用，大大提高核電站設計效率和準確性[1]。Diagrams作為AVEVA公司產品體系中的智能工藝流程設計模塊，可以實現系統P&ID;圖與P&ID;數據庫緊密相連的一體化數據庫設計，以及抽取各種報表和進行二、三維校驗。但由于Diagrams平臺缺乏統一的數據管理，大量數據需要手動輸入，且不能即時更新，造成錯誤較多；以及二、三維時不能自動關聯進行校驗，自帶的符號庫無法滿足設計需要。因此對Diagrams進行必要的定制對核電工藝流程設計有很大的幫助。本文主要以某一核電站的系統設計為例進行探討。

1 數據庫及符號庫建立

1.1 Diagrams數據庫管理層的建立

Diagrams數據庫管理層定義了新建元件的存儲位置及存儲類型和方式，決定著以后對數據庫的維護及管理難易度。對于Diagrams模塊，可以分幾個庫來存儲：符號庫（SYMBOL），存放Diagrams的符號；模板（TEMPLATE）庫，存放定義的模板；這兩個庫一般可以放到一個數據庫

（DB），圖紙（DWGS）庫，存放新建的圖紙，要單獨存放一個數據庫（DB），這樣方便以后單獨控制用戶訪問修改權限。

1.2 核電符號庫的建立

應用Diagrams進行P&ID;圖繪制的元件符號都從Diagrams符號庫中調用，因此在工藝流程設計之前要先建立符號庫，具體過程如下：

（1）首先進行屬性規則定制。屬性規則定制包含通用選項設置（General options）和元素選項設置（Element options）。通過進行通用和元素選項設置，可以使整個圖面同類型的信息格式一樣。通用選項設置包括系統配置、圖紙設置、注釋設置字體設置、各專業（Pipe、HVAC、Instrumentation）設置、對話框、目錄搜索設置、自動規則選項設置；元素選項設置（Element options）：包括管道、閥門、在線儀表、離線儀表，執行器、設備、子設備、管嘴、進出圖符號、通風元件管線等等選項設置[2]。

（2）其次是規范符號庫名稱。為與核電項目系統設計手冊一致，則按照元件的類型分類來定名稱。具體新建符號類型的方法是：先根據手冊中規定的符號類型畫出符號，組合符號，再添加進出口點，然后生成符號庫，選擇符號庫存放類型并保存。

2 核電智能工藝流程設計

2.1 系統工藝流程圖的繪制

系統工藝流程圖的繪制主要包括以下過程：

（1）繪制流程圖前，首先需要梳理各種繪制規則，包括三維中的管道命名規律、元件命名規律、對象需要的主要屬性等[3]。

（2）根據這些規則，定義Diagrams中的對應規則，為之后的二、三維校驗提供規則基礎。

（3）繪制智能工藝流程圖。從Stencil中選擇需要的圖標放到圖紙上，然后把圖形調整到需要的大小比例。

2.2 核電系統各類型繪制關鍵

2.2.1 設備繪制

非智能工藝流程圖上設備與管道看上去是直接連接在一起，中間沒有元件，但是在繪制智能工藝流程圖的時候需要在它們之間放置管嘴，以便保持與三維數據的一致性。通過點選管嘴以及選擇需要的管嘴等級類型來實現管嘴添加。

定義過的管嘴顯示為藍色，未定義的黑色。添加至設備上后就會自動定義。出現無法定義的情況，可以將管嘴符號拉到一邊，然后重新放回設備上，自動捕捉定義點。

2.2.2 元件繪制

元件繪制時應注意以下3點：

（1）元件繪制尺寸選擇錯誤。此問題可以通過右鍵修改的元件，選擇“Rsize”，重新選擇尺寸。元件的尺寸自動繼承上游管道或者元件的尺寸，如果上游元件或者管道的尺寸發生變化，右擊需要修改的元件，選擇“Rfit”，就會自動和上游尺寸保持一致。

（2）管徑與實際不一致。此問題需要檢查上游與之連接的元件的管徑正確性，如果與實際不一致的需要先調整上游元件的屬性。

（3）報警器符號未定義。報警器連接線為未定義時，符號可以做成Lable形式調用，校驗時不影響。

2.2.3 管道繪制

管道繪制時應注意以下4點：

（1）管道繪制時要注意流向，如果流向倒置就不能跟元件相連。

（2）在繪制系統流程圖時，元件的選擇是根據等級進行自動匹配。

（3）儀表管線是用PipeLines建立，雙向進出圖符號

（OPC）按單向進出圖符號設置，符號形狀仍按雙向添加。出現不能連接的情況，需要檢查OPC元件與管線的連接性，確保連接后兩個管線上的OPC元件在同一個Branch下。

（4）信號線與工藝管道線相交時可單獨進行管線的外形設置，實現打斷效果。

2.3 Diagrams流程圖的發布與取消發布

Diagrams智能工藝流程圖的發布與取消發布可以針對局部或全部圖紙，操作步驟相同。以局部圖紙發布與取消發布為例子，通過選中對象，右鍵單擊選擇“Set Rselease Status”，出現“Set Rselease Status”對話框，然后勾選上即可發布，去掉勾選即可取消發布。

發布后管子顏色變化為系統設置的已發布管子顏色。可以根據顏色判斷管子是否發布。

3 智能P&ID;二、三維校驗

基于Diagrams設計的智能工藝流程圖可以結合AVEVA PDMS三維工廠布置設計平臺進行二、三維設計校驗，從而保證二、三維設計的數據一致性。

3.1 校驗及報表生成

基于Diagrams設計的智能工藝流程圖發布后，可以通過AVEVA PDMS的DESIGN模塊進行二、三維校驗。在登陸界面勾選“Integrate Engineering and Schematics”，單擊菜單欄中的二、三維校驗命令即可進行。

首先進行校驗規則制定。校驗規則作為軟件程序自動辨認的最有力判斷依據。因此在校驗前需要進行完善的校驗規則定義，通過結合三維模型中對象命名，對各種類型的元件命名、關鍵屬性等進行命名定義，以便在校驗時實現自動比對和智能校驗。

其次進行二、三維數據校驗。校驗步驟如下：

（1）從已定義的列表中選擇校驗類型“Main Object Ty

pe”，一般根據工程的需要選工藝管線、設備、儀表等進行選擇。

（2）設置校驗規則。

（3）檢驗對象的二、三維關聯。在校驗窗口中右鍵單擊需要校驗的對象（以Equipment為例），選擇“Link”，實現選擇對象的二、三維關聯。

（4）二、三維校驗。通過拖放顯示三維模型，從而顯示與其相連的元件、管道，然后進行校驗；選中要校驗的管道或設備，右鍵選擇“Compare”，開始進行程序校驗。

（5）校驗報表生成。通過選擇二、三維校驗結果窗口中的“File>Export Details To Excel”菜單，導出Excel校驗報表。校驗報表包含校驗對象的各個比對結果，以及連接情況等屬性信息等。

元件和管道的二、三維校驗與設備的校驗步驟相同。

3.2 核電系統二、三維校驗具體應用

通過核電項目具體系統的二、三維數據校驗應用，其中應注意以下方面。

3.2.1 核電項目二、三維校驗

（1）流程圖與模型信息不符。流程圖中可以用命名窗口或者形狀數據窗口對其屬性進行修改。例如某閥門RNSV001A為紅色，表示通過二、三維校驗存在問題，如圖1所示。通過與二維工藝流程圖比對，在模型中未找到與之匹配的名稱和模型，問題為模型建模時閥門命名錯誤。此時需要對模型中對應閥門名稱進行核實和修改。

（2）前后連接關系缺失。在系統流程圖設計中，經常出現連接關系不對，缺少與前后連接的情況。例如閥門RNSV001A出現紅色錯誤，在模型框中比較結果為藍色的某閥門RNSV001A，顯示為未連接，如圖1所示；而在二維圖中管線為綠色無問題。此問題需要對流程圖重新進行連接修改。

（3）多樣化的校驗方式。對管道PipeLine層進行校驗，可以發現管子的名稱、DESC屬性、保溫等不一致，需重新進入Diagrams模塊對管線相應屬性進行連接和修改。同樣，可以對管線Branch、連接件Copment等單個類型進行屬性校驗。

3.2.2 核電項目校驗報表

核電項目校驗報表生成，應該注意以下方面：

（1）在生成的校驗報表最后一列顯示所校驗類型存在的問題，可以根據報表提示的問題進行模型和流程圖修改。

（2）三維模型多種屬性修改方式。根據檢驗報表需要修改三維模型中相應對象的屬性時，可以用命令行對屬性進行修改，或者通過相應對象的圖形數據窗口中修改，或者通過建模工具進行修改。

（3）修改后及時更新數據。根據檢驗報表對三維模型進行修改后，應在設計模塊進行模型數據更新，使三維模型和二維工藝流程數據保持一致。

（4）最終檢驗。在各類型對象檢驗完成后，需進行一次整體檢驗，篩選是否有遺漏項，進行查漏補缺。也可以根據工作安排，分層分級進行二、三維檢驗。

4 結束語

基于Diagrams模塊在核電項目系統的實際應用，實現了智能工藝流程設計和二、三維設計校驗，從很大程度上提高核電項目設計效率和精確度；智能化的工藝流程設計，通過二、三維數據的關聯，實現了數據修改及時更新，保證二、三維設計數據的同步性和一致性；更為重要的是，通過核電項目的應用，夯實了前端工藝流程設計，建立完善的核電項目設計體系，實現了智能化工藝流程設計與布置設計的結合。

參考文獻：

[1]顧玲芝，胡士剛.基于TRIBON的Diagram功能開發[J].上海船舶運輸科學研究所學報，2016，39（2）：38-44.

[2]蘇燕，孟慶建，張熙曼.基于AutoCAD VBA的化工工藝流程圖繪圖系統的研究[J].石油和化工設備，2012（12）：9-11.

[3]王鳳輝，鄭曉娟，王屹，等.海上石油平臺主電站原油系統工藝流程圖設計[J].機電設備，2014（2）：28-30.