面向对象的仪控控制接线智能设计方案

苑媛

（西南电力设计院，四川成都 610021）

随着国内电力行业在国外工程数量的增多，工程承包公司和业主要求电厂设计能遵循国际标准，并实现信息化移交.此外，相关设计者也希望建立一个类似于专业知识库的信息化平台，以实现专业间数据共享并提高设计效率.

就仪控电力行业设计领域来看，仪控智能设计平台主要包含PID流程设计中的I＆C设计、仪控控制接线设计、配电设计和就地控制设备安装设计4个部分.仪控设计和专业间提资往往以传统的CAD和Excel为工具来完成.其中，仪控接线设计的工作量最大，设计周期时间最长，最需要和其他专业配合.

在最近5年内，国内仪控信息化工作者不停地探索智能化设计方案，希望能研发出遵循国际标准，能够灵活定制以满足本地化出图要求，并能贯通其他专业设计数据库的二维逻辑智能设计平台.在测试过几家国际著名的工业软件后，本电控智能化设计小组在一个基于面向对象原理的平台上，开发了集工艺流程、电控和电气等专业二维逻辑协同设计的平台，［1］使基于XML的接口更易于实现信息化移交.此外，国外的二维逻辑设计平台往往由不同的软件构成，使设计数据在电控接线、P＆ID，以及电控接线和电气设计中的同一设计对象存在于不同的数据库中.［2］为了专业间的数据共享，只能尝试通过一些数据库的匹配来实现设计数据某些属性的单向传递.相比之下，本课题小组开发的智能设计平台则采用同一数据库的平台结构，更易于实现各专业的数据共享.

基于二维逻辑智能设计平台上的仪控控制接线智能设计方案，根据本平台中其他专业的设计数据，以及IO信号可以轻松快捷地进行接线设计的功能，可自动形成接线图、端子出现图（表）和电缆清册，从而大大减少了仪控接线的工作量，提高了设计效率.

1 仪控控制接线智能设计平台的对象原型

基于面向对象原则，［3］在仪控控制接线智能设计平台的对象都具有封装、继承和多态3大特征.所有的对象集成了一个原子连接对象，而这个原子对象分成信号、连接设备和电缆3个子类.由这3个子类继续分成更细的子类，如AI，AO，DI，DO信号，以及盘柜、计算机电缆、信号电缆等.每个设计对象的属性由它自己的类来决定其默认值和默认动作.而整个仪控控制接线智能设计平台的搭建也是基于各种类进行定制的.

仪控控制接线智能设计平台的整个设计过程，实际上是快速地建立精确的对象连接模型，然后根据模型抽出清册、回路图和接线图.连接对象模型Prototype如图1所示.

图1 连接对象模型Prototype

2 仪控控制接线智能设计方案的数据流

同国内其他大部分的智能DCS接线设计方案一样，仪控控制接线的设计流程分为两个并行的子流程.一方面热控专业提供IO清单（Excel文件）给DCS厂家，将IO信号分配在不同的DCS机柜和模块的端子上，并将相应的机柜KKS号、模块名称、通道号及端子号等信息添加到IO清单中，反馈给设计院;另一方面设计院对就地侧进行接线设计，也就是对就地设备和接线盒或就地控制柜进行接线设计，形成相应的就地接线表.两个子流程都完成后合并成完整的接线模型，然后进行电缆选型和电缆合并设计，形成最终的连接模型，并自动抽出DCS接线表、电缆清册、就地控制柜出现表、回路图等成品.具体的数据流如图2所示.

图2 仪控智能控制接线方案数据流

3 仪控控制接线智能设计方案主要功能模块

仪控控制接线智能设计方案主要有6个功能模块，分别是数据导入、数据检查、卷册分配、电缆选型、电缆合并、成品生成.其主要功能模块如图3所示.

（1）数据导入分别将DCS厂家接线数据和就地接线数据导入数据库，建立以就地设备到DCS之间的连接模型.每一个IO连接信息在数据库中是以DOM对象存在的，每个DOM对象由IO点的KKS编号为标识符号，无论先导入的是DCS厂家信息还是就地端连接信息，对整个连接模型的形成没有影响.

（2）数据检查模块对导入的IO连接信息进行检查，确保连接信息的完整及无误.检查内容包括IO点KKS号和DCS KKS号是否符合KKS标准规范，DCS通道号、端子号等信息是否填写完整，IO点是否已连接在另外的DCS信道端子上，DCS信道端子是否已与别的IO点连接，DCS厂家导入的IO连接信息是否与就地设备IO连接信息冲突等.数据检查查出的错误连接信息将无法进行导入.

（3）卷册分配DCS接线表和DCS侧的电缆清册往往是基于卷册统计生成的，所以需要为DCS分配文档所在的卷册，这样表单和清册可以自动生成在卷册目录下.

图3 仪控智能控制接线方案主要功能模块

（4）电缆选型原则设置可以实现批量自动电缆选型.电缆选型原则往往是以IO类型和信号类型为基础，并考虑电缆敷设所穿越的区域来决定的.［4］图4为电缆选型配置界面.这些电缆子类都包括了适用信号类型和推荐电缆型号等属性.其中电缆型号属性是由信号类型和电缆敷设区域（耐火区域、高温区域）决定的.电缆编号由KKS编码标准自动生成.

图4 电缆选型配置界面

（5）电缆合并原则设置通过配置电缆合并原则能实现电缆的批量自动合并.一般在起点终点一致的情况下，型号相同的电缆可以合并.其他合并因素，如考虑是否连接到DCS同侧，冗余信号不合并，强电弱点信号不合并，弱电开关量和模拟量信号不合并，以及4～20 mA，RTD，TC信号不合并等，这些均可在配置界面配置.［5］电缆合并的规则多，例外情况也多，因此需要随着工程经验的增加逐步添加合并规则.合并电缆时会根据电缆库中的电缆规范自动计算电缆对数和备用芯数.电缆合并可批量进行，也可以手动合并.电缆编号按照KKS编码标准重新生成.电缆合并配置界面如图5所示.

（6）成品生成模块根据预先定制好的图纸和表单模板，自动统计定范围的数据对象模型，生成成品，体现最终设计成果.成品可以导出Excel，PDF，CAD等多种格式.

图5 电缆合并配置界面

4 结语

经过反复研究和测试，仪控控制接线智能设计平台可以减少至少50%的接线时间，并可以大大提高准确率.同时，基于数据库的设计能快速响应设计变更，可以有效地维持对象数据在多张图上的一致性.研究证明，采用先进的设计技术可以有效提高工程效率和可靠性.

［1］苑媛.电厂仪控智能设计平台的研发［J］.电力勘测设计，2013（2）：55-59.

［2］项飞.INtools软件综述及其二次开发（Ⅰ）［J］.石油化工自动化，2006（8）：64-67.

［3］WEISFELD Matt.面向对象的思考过程［M］.第2版.北京：中国水利水电出版社，2004：54-58.

［4］钱钧，尹健晖.利用接线盒优化热控电缆设计分析［J］.广西电业，2008（12）：109-111.

［5］刘乾业，杨小汀.控制电缆的选择和使用应注意的几个问题［J］.电线电缆，2000（4）：33-35.

（编辑胡小萍）