编目循环图纸，电子表格中的标签

Frontier El Dorado炼油公司经常升级其过程自动化基础设施，以提高产品吞吐量并满足环境要求。这些项目展示了处理数百条信号线、软件标签和现代DCS(分布式控制系统)典型控制功能的挑战。为了提高开发DCS回路图的速度和准确性，Frontier开发了一个用户友好的、基于Microsoft excel的电子表格应用程序，作为DCS仪器的初步设计、文档和索引工具。这种富有想象力的仪器标签跟踪和回路图解决方案具有工作表，可用于验证和索引仪器标签，模拟物理设备安装，并产生接线盒，I/O模块和回路图。

介绍

位于堪萨斯州埃尔多拉多郊外，靠近风景秀丽的弗林特山，Frontier的埃尔多拉多炼油厂是该州最大的炼油企业。占地1000英亩，这个完全集成的现代化设施目前雇用了400多名Frontier员工和100名承包商。

在埃尔多拉多炼油厂，一系列复杂的操作，包括蒸馏、脱硫、流体催化裂化、烷基化、延迟焦化、催化重整、异构化和硫回收，有助于每天生产6万桶汽油、4万桶馏分燃料、900吨石油焦和175吨单质硫。

1917年，在埃尔多拉多发现了巨大的石油储量后，该地区开始进行炼油。当时，该设施包括一个原始的撇油装置，日产原油2000桶。如今，该炼油厂的吞吐量为11万桶/天，加工原油和天然气液体，为平原和落基山脉州的客户提供服务。

背景

与其他石油炼制企业一样，Frontier面临着日益激烈的全球竞争，这需要不断改进其过程自动化技术。埃尔多拉多工厂多年来进行了许多控制系统转换，从气动控制和单回路面板仪表发展到现代DCS。

2007年，Frontier将一个正在运行的原油装置的控制从传统的TDC2000基本系统转换为霍尼韦尔过程管理器(HPMs)。炼油厂采用了创新技术，将其过时的控制系统热切换到使用相同本地控制网络(LCN)操作员界面的新的、更快的DCS。

炼油厂现在由一个DCS与来自两个不同控制室的7个lcn控制。整个工厂自动化架构包括147个LCN节点、35个冗余hpm和172个TDC2000基本控制器，所有这些都连接到一个Uniformance PHD过程历史记录。该炼油厂目前正在升级其工艺，以满足环境法规并提高产量。霍尼韦尔Experion是该计划不可或缺的一部分。虽然本文的讨论是基于特定的升级经验，但相同的概念适用于任何数量的类似平台更改。

情况

对于仪器和控制工程师来说，回路图说明了整个控制系统架构中的自动化策略和接线连接。这些图表对于在新建阶段安装设备以及在过程运行后的故障排除和维护问题至关重要。循环图可以像一个输入和一个输出一样简单，也可以像几个输入和输出的混合一样复杂。

例如，压力指示回路图将显示压力变送器以及从变送器到输入模块的接线和连接。一个典型的控制回路将包括一个变送器和DCS输入模块的接线，以及从输出模块到阀门的接线和连接。

现代DCS I/O信号可以是模拟或开/关(数字)，并通过软件组态在控制系统中显示和操作。现场仪表分散在各个工艺单元中，其信号通过一对导线上的电流传输到DCS。为了提高效率，从DCS机架室到连接现场仪器的工艺单元中的接线盒都安装了多对电缆。

在机架室内，电缆线对呈扇形展开，连接到iom (input/output modules)上，iom (input/output modules)完成电路，并将现场信号提供给DCS。软件标签名称分配给与连接的现场仪器相对应的I/O模块通道。

工程的挑战

在过去的几年里，准备循环图是一项相对简单的任务。所有连接都是硬连线，图纸符合ISA标准。但随着20世纪70年代后期DCS技术的出现，控制系统工程师面临着配置无数软件连接的问题。这就产生了一个难题:循环图应该是什么样子?它应该显示多少软件?硬件呢?

软件的功能可能很难说明。在许多情况下，仪器文件和格式的工厂标准没有很好地定义。当几个不同的设计和施工承包商参与这项工作时，情况就更加复杂了。

在大多数工厂自动化项目中，承包商被要求提供环路图作为其投标包的一部分。然而，循环图通常出现在项目的后期，并且并不总是可用于配置活动。此外，标签通常显示在许多不同的图纸上，这使得它们难以追踪。在过多的项目图纸中，重复或遗漏仪器标签并不罕见。

在DCS项目中，有成千上万的数据需要跟踪和协调。例如，标签号、电缆对号、I/O模块通道号和图纸号都以某种方式相互关联。可以从不同的角度(例如标签号、电缆对号或I/O模块)查看这些相关数据，并按照这个顺序进行查看。然而，所有相关数据在无序查看时看起来都是随机的。例如，按标签号排序的大量数据从电缆对号或I/O模块角度看是随机的，而按电缆对号排序的相同数据从标签号或I/O模块角度看是随机的。

Excel工作簿数据库允许随机输入大量数据，然后将其排序或过滤成逻辑顺序。

安装方法

Frontier的现场仪器安装方法基于一规则(即一台现场仪器，连接到一个本垒打电缆对，连接到一个FTA通道)，从而节省了大量的时间和成本。

在El Dorado炼油厂，控制设备安装在远程仪表外壳(RIE)中，36对本源电缆延伸到过程区的接线盒中。36对全垒打电缆的每根导线都落在电缆两端的端子带上。为方便识别，接线端子用电缆对号“+”和“-”进行标识。现场仪器连接到接线盒中指定的电缆/对，然后在RIE的相应端子之间连接一根跳线到指定的I/O模块通道。

RIE本垒打终端条实际上是承包商责任的标志点。施工承包商将电缆带入端子带，并按成对顺序简单地将其终止。从RIE电缆终端到FTA通道的交叉接线可以在工厂或现场完成。

电子表格应用程序

为了减少控制系统工程所需的时间和精力，Frontier开发了一个基于excel的工作簿应用程序，作为dcs相关信息的初步设计、文档和索引工具。在这个创新的电子表格应用程序中，数据可以很容易地输入，然后排序或过滤，为I&C工程师提供最有用的观点。每个工作表都有一个特定的目的，并且是为了便于使用而设计的。一些工作表是为了模拟物理DCS I/O安装而设计的，一旦设置好，就允许分配仪器标签。其他工作表作为与仪器回路相关的信息的索引，但在其他文档中可以找到。

电子表格工具广泛使用命名范围和查找来填充图形模板和数据验证。模板提供了现场接线盒，I/O模块，TI MUX盒，和回路图。这些图纸是工程、施工、配置和维护活动的宝贵援助。

Excel自动筛选功能有助于查看所选数据，每个工作表上都提供行计数器，以指示筛选操作选择的行数。在工作表中输入的标记将使用计数函数和查找函数进行验证，计数函数检查是否重复，查找函数确保在P&ID工作表中注册了该条目。查找还用于将标记交叉引用到其他工作表。

使用工作簿

基于excel的应用程序设计具有独特的工作簿结构，为I&C工程师提供了更快，更准确的方法来生成仪器接线盒和IOM图纸。该应用程序有一个仪器数据库，其中的数据按逻辑输入，并以多种不同的方式用于配置工厂自动化策略。

三个工作表提供仪器标签到图纸的索引。P&ID(管道和仪表图)和绘图中的信息分别插入到P&ID和绘图工作表中。电气和详细图纸中的标签输入到参考工作表中。这种方法可以实现从仪器标签到图纸的有效交叉索引。

p&id是仪表和控制系统要求的基础。P&ID工作表提供了足够的信息来确定DCS组件和大多数现场布线基础设施的尺寸和规格。当输入/输出需求确定后(即输入和输出点的数量和类型)，工程师就可以设计系统的结构。三个工作表提供了所有全垒打线对，I/O通道和TI MUX通道的有序列表。所有全垒打电缆中每一对可能的导线都列在仪表接线盒(IJB)工作表中。IOP工作表列出了每个输入和输出模块通道，而MUX工作表列出了每个可能的TI多路复用器通道。

控制系统结构确定后，工程师开始将标签分配给本垒打电缆对，输入和输出模块通道或TI多路复用通道。工作簿应用程序具有内置的交叉检查功能，用于识别重复的标记并验证标记名称，以确保它出现在主P&ID工作表上。

Excel应用程序还提供适合打印的图形。通过从模板工作表复制适当的模板并将其复制到图表工作表来绘制循环图。当输入字段标记时，Excel的查找函数会搜索所有其他工作表以查找与该标记相关的信息，并自动填充图表中的数据字段。

典型的例子

以下屏幕截图显示了Excel工作簿的工作表结构和布局:

P&ID工作表:TAG注册表，定义和P&ID图纸索引

p&id是仪表和控制系统需求的基础，也是配置的蓝图。使用P&ID工作表，可以快速完成仪器的手动起飞。完成后，可以获得足够的信息来确定和指定DCS系统组件和大多数现场布线基础设施的大小。

工作表上的每一行表示控制系统的输入或输出。“字段标签”列是该表上的关键引用。所有其他列都以某种方式定义字段标记。进行P&ID起飞的人员必须具备P&ID图纸、仪表回路、标记方法、现场接线实践和DCS配置方面的知识。

在P&ID表中输入设备标签后，将根据信号类型、有线设备、终端设备和DCS标签进行定义。为了方便和一致性，大多数单元格中都提供了下拉选择列表。循环号和P&ID号也对标签进行分类。纸张按“循环编号”进行分类。-“字段标签”-“信号类型”。在本表上输入的所有数据都可以打印在适当的循环图上。

当P&ID提取完成后，可以使用Excel数据过滤器和行计数函数来量化信息。例如，当选择信号类型AI作为滤波器时，只显示AI行，并且行计数器告诉有多少行。如您所见，确定AI、AO、DI或DO信号的总数非常容易。此信息在确定所需I/O模块的数量时非常有用。可以以类似的方式从工作表中收集大量信息。

很明显，P&ID工作表用作字段I/O工具的注册表，并且还提供了每个I/O工具的高级定义。由于重复的“字段标签”条目不允许在此工作表上，因此使用Excel函数来检查重复，并在发现重复时提供标记。Excel查找函数还显示是否在其他工作表中输入了“字段标签”。这些简单的查找是确保考虑到所有字段标记的方便方法。

描述工作表:循环注册表和功能描述

此表用作循环编号注册表，并包含所有可能的循环编号的列表。当分配号码时，将输入简短的功能描述。此活动应在手动P&ID起飞期间进行。这种格式确保循环编号不会重复，并且很容易找到未使用的编号。功能描述印在回路图上，有助于DCS点配置。

Excel计数函数显示与每个循环号相关联的字段标记的数量。在P&ID工作表上。纸张按循环编号排序，不应排序。

(假设:循环数为五位数;前两位是单位编号，后面三位是序列号。)

情节工作表:标记为绘图索引

平面图说明了设备和仪器在工艺单元边界内的物理位置。因此，它们在确定接线盒的位置时很有用。绘图工作表用作绘图计划图纸的字段标签索引。仪器字段标签编号手动从图纸上取下，并与图纸编号一起输入到工作表中。这些数据在确定仪器的物理位置时很有用，并将包括在环路图中。

标签可以在情节计划起飞时随机输入，然后按循环/字段标签进行排序。

引用工作表:标签索引的杂项参考图纸

通常情况下，仪器标签显示在各种详细图纸上。本工作表旨在通过索引两个这样的图纸作为一个简单的参考。还包括一个备注字段，用于简短的自由格式提醒。参考图和注释都印在回路图上。

标签可以随机输入，然后按循环/字段标签排序。

刚才描述的四个工作表提供了以下内容:

1. 所有现场仪器的清单和粗略定义，确保没有任何重复的标签名称;
2. 可能的循环编号的列表和分配的每个编号的功能描述。目的是消除重复，但当然，这首先取决于个人准备p&id的技能;
3. 图纸索引:包含仪器标签的图纸索引;和
4. 确定DCS和现场基础设施需求的简单方法。

当需求确定后，您就进入了系统工程阶段。

有线电视时间表工作表:电缆注册表

有线电视时间表工作表作为本垒打有线电视号码的注册表。它包含可能的电缆编号和相应的接线盒编号的顺序列表。当分配一个数字时，将列出“从”和“到”指定的条目。这种格式确保电缆号码不重复。还提供了一个列的长度，如果安装的电缆损坏，需要快速更换，这是非常宝贵的信息。

此工作表中的数据不包括在循环图中。(注:电缆号由两位数字表示单位，两位数字为序列号)

系统工作表:DCS布置图和物理布置

这个Excel应用程序是为霍尼韦尔C300控制器设计的，使用PM输入/输出模块。物理DCS限制是链路1上有40个I/O模块，链路2上有24个模块。在实践中，I/O链路2应该限制为远程T1 MUX iom。这种做法导致在三个文件中有40个插槽，这些插槽可以分配给模拟或数字I/O模块。在决定将什么类型的模块放入每个文件槽时，查看本垒打电缆上I/O信号类型的混合是一个好主意。这种做法简化了本垒打电缆终端和I/O模块fta之间跳线的安装。

系统工作表列出了多达64个IOM文件插槽位置，并包括一个下拉菜单，因此可以轻松选择IOM类型。查找函数确定与所选IOM类型一起使用的FTA型号，标准化的布局过程决定了FTA在编组墙上的位置。此工作表中的信息在订购和组装DCS时很有用，但不包括在循环图中。

IJB工作表:为导线对分配标签

IJB工作表设计用于模拟物理本垒打电缆安装。每条多对全垒打电缆的每对线都列在工作表上，按电缆和对号排序。仪器标签是根据与接线盒的物理接近程度分配给导线对的。在施工过程中，通往现场设备的现场电线都贴上了标签以识别它们。

使用Excel函数标记重复条目，以便立即纠正错误。查找函数显示连线标记是否存在于P&ID注册中心中，以及它们是否被分配给了IOM模块。电缆对和接线盒标签包含在环路图中。标签名称也可以粘贴到一个模板，以产生一个接线盒图，显示互连跳线到FTAs。

国际移民组织工作表:为IOM通道分配标签

IOM工作表设计用于模拟实际的DCS安装。每个输入和输出通道都列在工作表上，按IOM和通道编号排序。仪器标签分配到模块通道，考虑到本垒电缆负载。然后将跳线从相应的本垒电缆终端安装到FTA上的IOM通道。

使用Excel函数标记重复条目，以便立即纠正错误。查找函数显示线路标签是否存在于P&ID注册表中，以及它们是否被分配给本垒打线路对。IOM通道名称包含在回路图中。还可以将标记名称粘贴到模板中，以生成显示连接到IJB终端的互连跳线的模块图。

MUX工作表:将标签分配到TI MUX通道

MUX工作表还设计用于对安装进行建模。每个可能的TI输入都列在工作表上，并按IOM和通道号排序，这直接对应于MUX盒和通道号。TI标签根据与现场安装的盒子的物理接近度分配到MUX通道。

使用Excel函数标记重复条目，以便立即纠正错误。查找函数指示标记是否也存在于P&ID注册中心中。

图表工作表:适于印刷的环形图

图表工作表是一组模板，其中填充了表示DCS上的指示和控制回路的数据。每个模板都表示了从现场设备到DCS的信号路径，并简单地显示了软件配置点的功能。为注释和对其他文档的引用提供了空间。

模板从模板工作表中复制并粘贴到图表工作表中。当输入字段标记时，Excel会用其他工作表中的数据查找已填充的字段。这个简单的概念允许数据输入一次，但使用多次。

常用的循环图包含在模板工作表中。有时，需要修改模板以准确地表示控制循环函数。如果修改频繁，可以为其制作新的模板。

每个回路图都有一个图号供参考。图表编号显示在工作表的A栏中，并打印在图表的左下角。(在三环活页夹中归档时，角落位置便于查找纸张。)图号也用于跟踪相关环路图之间的信号。

打印分页符必须手动输入，因此用户可以选择每页打印一个或多个循环。功能内置于工作表中，以方便分页符的输入。

模板工作表:用于复制到图表工作表的模板

包括十个模板，代表常见的仪器回路。每个模板都分配了一个Excel名称，以便通过超链接或工具栏上的名称框轻松访问。只需复制模板，然后将其粘贴到图表工作表中，然后用查找的数据填充模板，以制作可打印的循环图。

有时，需要修改模板以准确地反映循环的功能。包含用于复制和粘贴的符号库，以方便修改过程。

绘图工作表:模板图纸的接线盒，I/O模块，和TI Mux盒

三个模板提供可打印图纸表示:现场接线盒，DCS I/O现场终端组件，和TI MUX盒。每个工作表提供一个指向字段标记的超链接列表，可以轻松地将其复制然后粘贴到绘图工作表中。调用Excel查找来填充相对于绘图目的的数据字段。这个简单的概念允许数据输入一次，但使用多次。

可打印图纸的例子:

终端用户优势

对于过程工业工厂，Excel标签分配和循环图电子表格应用程序与经过验证的布线方法相结合，为设计和安装新的和升级的控制系统提供了简单，可靠和经济有效的方法。

布线的概念很简单:

• 信号在导线对的一端接到，必须在另一端取下;
• 电缆和对号(##** - ##)是识别多对电缆两端的终端点所需的唯一信息;
• 安装方便。全垒打电缆是成对着地的;因此，电工端接电缆不需要图纸;
• 本垒打电缆在损坏的情况下很容易更换。只需拉新电缆，两端按成对顺序着地;和
• 现场仪表，无论是模拟还是数字，都可以连接到最近的接线盒上。

文档是一致和简单的:

• 数据可以随机输入，然后按逻辑顺序排序;
• 标签与图纸建立索引，验证并检查是否重复;
• 数据输入一次，但以多种方式使用;和
• 通过填充标准模板生成精确的图纸。

使用此工程工具，工厂人员可以从不同的数据角度快速创建、查看或打印其控制系统的图形图像。它们可以选择从接线盒、IO模块或环路角度查看控制回路，包括接线、设备和标签。该工具还可以实现更快、更准确的工厂自动化架构的AutoCAD绘图。

由于这个易于使用的应用程序，Frontier Refining Company减少了控制系统迁移和新建项目所需的工程时间和精力。正如在El Dorado工厂所展示的那样，适当的安装、标记和标记可以大大简化系统文档，并增加对工厂I/O基础设施的理解。

Leland (Lee) Borgelt是位于堪萨斯州埃尔多拉多的Frontier El Dorado炼油厂的高级项目工程师。他的主要职责包括炼油厂广泛的霍尼韦尔DCS系统的工程和文档。当TDC2000首次发布到市场时，Lee是霍尼韦尔现场服务工程师，拥有超过32年的仪器经验。他于1972年毕业于匹兹堡(堪萨斯州)州立大学，拥有工业电子学学士学位和工业技术硕士学位。

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