Development of Intelligent I&C Wiring Software Based on COMOS

接线图的传统设计流程是从众多设备厂家提供的不同格式、不同表达习惯的IO清册、电气原理图和端子排图中人工整理出接线信息，再进行二次加工，绘制设备与其他系统、设备之间的端子接线图。由于以Auto CAD、Excel为代表的电子文件不能表达数据之间的关联关系，不能实现数据之间的互相校验和统一^[2]。这种设计特点决定了接线图成为技术含量和设计效率都极低的设计工作。在每个工程中都要耗费大量的人力和时间，每次设计修改或发生人员变更时，都是牵一发而动全身，出错率极高^[3]。而COMOS平台按照“一个平台、一个模型、一个数据架构”的理念开发，所有上下游专业用的是同一个平台同一个数据库，既可以发挥总体效益，亦可以灵活配置，根据设计需求调整，分别独立运行，为实现多专业的协同设计创造了良好的条件^[4,5,6]。这用于发电热控设计，即将P&ID流程图到设备清册、IO清册以及端子接线图都将在COMOS平台里完成设计，通过对仪表对象的建模，将所有仪表的属性都嵌入在模型当中，由软件建立各个属性的动态同步关系，当修改一个属性时，所有相对应的图纸上的信息都自动修改，调用VBS程序自动生成接线图，即可一键自动出图出表，这大大的缩短了机械化重复修改的工作量。

接线设计的最终目标是准确连接所有IO信号，并为其开列电缆并进行合并，从而给出电缆编号、型号、规范等信息的详细清单，其成品为接线表。开列电缆的前提是明确知道每个信号的起点和终点。一端是指就地热控设备接线信息，如仪表(压力、温度、液位、流量等传感器)、执行机构(调节阀、电动机、电动门、电磁阀等)以及现场成套盘柜等，由热控专业完成；另一端是指DCS端接线信息，包括DCS机柜编号、IO卡件号、端子排号、端子号等，通常由DCS厂家排卡提供。因此基于COMOS开发的接线软件主要是实现三个功能：(1)就地柜端接线；(2)DCS端接线；(3)电缆选型合并。

实按照工程实际需要，建立就地柜接线相关的标准数据库，包括就地控制柜、接线盒、端子排并在其模型内建立可连接的引线端子，如图1所示。

Figure 1.  Local control cabinet equipment model

基于模型设计了就地柜接线的主界面如图2所示，主要为三个模块，左上部分的模块拖拽需要连接的系统即可自动获取卷册中所有的IO信号信息，并可进行信号类型、制式、信号端子数等相关信息的编辑；左下部分的模块可选择端子数建立端子排；右方的模块可选择要连接的端子排，按顺序拖拽需要连接IO信号，即可完成接线。

Figure 2.  Local control cabinet wiring interface

首先建立DCS设备库，如IO卡件与DCS通道，包括温度、补偿导线、数字、模拟等输入输出通道类型，如图3所示，这是接线过程中识别信号属性的重要模型。

Figure 3.  DCS device library and channel

基于DCS设备库开发了DCS接线界面，如图4所示，可实现DCS通道导入，建立就地仪表到DCS机柜的数字化虚拟连接模型，同时可导入外部的厂家DCS通道至平台数据库中，可对应建立IO信号类型、制式、DCS卡件等属性匹配的通道，并进行连接。同时可对导入的IO连接信息进行检查，包括其KKS编码是否符合标准规范，DCS通道号、端子号信息是否填写完整，IO点的连接情况。在保证信息检查完整正确的基础上才能成功导入并连接。

Figure 4.  DCS wiring interface

根据《电力工程电缆设计规范》、《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定》以及热控专业的实践经验，电缆类型与其电负荷功率、信号类型相关^[7,8]。在实际工程冲常用的电缆类型包括计算机电缆、控制电缆、电源电缆等，通常在热控专业常用的控制电缆芯数不宜超过24芯，且单根电缆实际使用芯数(或对数)超过6芯(或3对)时，视芯数(或对数)的多少，可预留1～2芯(1对)备用，但两根及以上的电缆的起止点相同时，可不必在每根电缆中都预留备用芯(对)。因此，在COMOS平台中开发如图5所示的界面，以根据相关规范设置不同电缆类型的材料、备用条件、每根电缆最大规格，及其电缆命名规则。

Figure 5.  Cable basic information settings

传统的电缆选型合并主要依靠设计人员的耐心细心程度，无论是出图质量还是效率都大大受限。而依靠软件的算法实现自动化合并，在很大程度上避免了人工出错的概率，有效提高准确率。根据相关规范中的要求，起止点相近的同类信号电缆，可合并所选用多芯电缆，如统一安装单位中的开关量输入与输出可以合用一根电缆；就地侧同一安装单位中，对抗干扰要求不高的普通测量控制信号，可与其电源回路合用一根电缆，如热电偶冷端温度就地补偿导线、执行器、带位置指示的电动门等；要求抗干扰的微弱信号及低电平信号，不应与强电回路合用一根电缆，如在DCS侧380 VAC动力电缆回路与控制回路IO信号不合用同一根电缆。根据这些规则建立图6所示的算法，选择同一起点、终点且可合并的信号电缆，确定其备用芯数，通过判断总芯数是否大于电缆的最大规格，决定是否拆分或合并，并在平台上开发如图7所示的合并电缆界面，选择需要合并电缆的DCS节点及机柜，即可概览该机柜下所有的IO信号的类型与位置，点击合并电缆，即可完成。

Figure 6.  Cable merge algorithm flow chart

Figure 7.  Cable merge interface

接线设计的成果最终要以成品文件的形式体现出来，由热控专业设计人员整理出不同形式的热控接线图，COMOS开发人员在平台上进行定制开发出符合需求的接线图，调用VBS程序自动生成，不需做任何修改，即可一键导出成品，如图所示，其导出格式可为Excel，PDF，CAD等多种形式，满足工程需求。

Figure 8.  Local control cabinet wiring diagram

通过利用COMOS平台多专业协同性，有效保证了接线工作中的数据一致性。目前，四川电力咨询设计公司已在工程项目中推广COMOS接线软件的应用，可大幅度减少工作量，提高接线准确率，缩短工期，有效节约人力成本，实现工程数据结构化数字化移交。未来期望在实操中对智能接线软件进行升级，进一步对工艺、电气专业的接线设计内容全面覆盖。