P&ID (Diagrama de Tuberías e Instrumentación)

Acerca de los P&IDs

Un diagrama de tuberías e instrumentación (P&ID) es el "diagrama de cableado" de ingeniería de una planta de proceso: cada recipiente, bomba, intercambiador de calor, válvula y lazo de instrumentos, dibujado con símbolos estandarizados y conectado por tuberías y líneas de señal. Los ingenieros de proceso, ingenieros de control y auditores de HSE leen el mismo P&ID para especificar la planta, ponerla en marcha, realizar revisiones de peligros (HAZOP) y operarla en producción. Son el entregable de ingeniería legalmente requerido para proyectos químicos, petroquímicos, farmacéuticos, de tratamiento de agua y generación de energía bajo OSHA PSM y EPA RMP.

Schematex implementa el catálogo de símbolos ANSI/ISA-5.1-2009 (burbujas de instrumentos, códigos de letras de etiqueta, tipos de líneas de señal) más símbolos de equipos de ISO 10628-1:2014 (recipientes, columnas, bombas, intercambiadores de calor). El DSL es intencionalmente compacto para que un LLM pueda generar un P&ID de lazo de control a partir de una descripción de proceso en un solo paso.

1. Tu primer P&ID

Un P&ID mínimo tiene al menos un equipo y una línea de proceso.

Tres reglas cubren el 80% del uso:

1. Comienza el documento con pid (título opcional y atributos [direction: LR]).
2. Declara cada equipo: equip <ID> : <type> [tag: "etiqueta"].
3. Conéctalos con line <ID> from <equip>.<port> to <equip>.<port> [type: "process", size: "4\""].

La instrumentación se agrega por separado con inst <TAG> : <category> más cláusulas measures / controls indentadas.

Los comentarios usan # al inicio de una línea.

2. Equipos

La instrucción equip declara equipos de proceso. El catálogo sigue las convenciones ISO 10628 / ISA-5.1.

equip T-101 : tank_atm [tag: "Feed Tank"]
equip P-101 : pump_centrifugal
equip E-201 : hx_shell_tube [tag: "Overhead Cond"]
equip T-201 : column_tray [tag: "Stripper"]

2.1 Catálogo de equipos

2.2 Catálogo de válvulas

Las válvulas son equipos ubicados en la línea de tuberías. Se renderizan en estilo bowtie con decoración de actuador específica por tipo.

equip V-101 : valve_control [tag: "V-101 (FC)"]
equip V-303 : valve_psv     [tag: "V-303 · 150 psig"]

3. Líneas de tuberías y señal

La instrucción line conecta dos puntos de anclaje (puertos de equipos o etiquetas de instrumentos).

line L1 from T-101.bottom to P-101.in  [size: "4\"", service: "water", type: "process"]
line s1 from FT-101 to FIC-101         [type: "electric"]
line s2 from FIC-101 to V-101          [type: "pneumatic"]

3.1 Sintaxis de anclajes

Cada extremo de una línea es:

• <equip-id>.<port> — nombre del puerto de §2.2 (in, out, top, bottom, feed, shell_in, tube_out, reflux, etc.)
• <equip-id> — puerto omitido; por defecto in (destino) / out (fuente) según la familia de equipos
• <inst-tag> — centro de la burbuja del instrumento (líneas de señal)

3.2 Tipos de línea (ISA-5.1 §5)

3.3 Etiquetas de línea

El formato estándar de etiqueta PIP PIC001 es <size>"-<service>-<sequence>-<spec>. Pásalo mediante el atributo tag: y el renderizador coloca un pequeño rectángulo de etiqueta blanca en el punto medio de la línea.

line L1 from T-101.bottom to P-101.in [size: "4\"", service: "PG", tag: "4\"-PG-101-A1B"]

4. Instrumentación (ISA-5.1 §4)

La instrucción inst declara una burbuja de instrumento. La etiqueta usa la convención de código de letras ISA: la primera letra es la variable medida, las letras posteriores son modificadores y función.

inst FT-101  : field_discrete         %% Transmisor de flujo, lazo 101
inst FIC-101 : cr_shared              %% Controlador indicador de flujo (DCS)
inst PSHH-301: cr_plc                 %% Switch de presión alta-alta (PLC)
inst LIC-201 : cr_shared
  measures D-201
  controls V-202

4.1 Códigos de letras (primera letra)

Los más usados: F flujo · L nivel · P presión · T temperatura · A análisis · S velocidad · H manual · Y evento/estado. Lista completa en la Tabla 1 de ISA-5.1.

4.2 Modificadores de función

I indicador · R registrador · C controlador · T transmisor · E elemento · V válvula · S switch · A alarma · H/L alto/bajo. Se combinan en la etiqueta de múltiples letras: FIC = Controlador Indicador de Flujo; PSHH = Switch de Presión Alta-Alta.

4.3 Categorías de burbuja

ISA-5.1 distingue ubicación (dónde vive el instrumento) y tipo (analógico vs. compartido vs. computadora vs. PLC). Schematex implementa las cuatro combinaciones más comunes:

Las variantes field_* omiten la línea central horizontal; las variantes local_* usan una línea central punteada; las variantes cr_* usan una línea central sólida que indica "panel de control principal — frente."

4.4 measures / controls

Indentadas bajo una declaración inst:

inst FT-101 : field_discrete
  measures P-101
inst FIC-101 : cr_shared
  controls V-101

Estas señales automáticas son independientes de las instrucciones line explícitas; se renderizan con el estilo de línea de señal apropiado según el tipo de relación.

5. Dirección del diseño

La dirección predeterminada es LR (izquierda a derecha) — la alimentación del proceso entra por la izquierda, el producto sale por la derecha. Puede sobreescribirse en el encabezado:

pid "Distillation Tower" [direction: TB]

equip T-201 : column_tray
…

El diseño MVP coloca los equipos en orden de declaración a lo largo de la dirección principal con enrutamiento de señales Manhattan. Los diseños de múltiples filas / flujo paralelo y las uniones T son elementos del roadmap — ver §9.

6. Ejemplo de trabajo: Columna de destilación

Un lazo real de condensador de cabezal con rehervidor, tambor de reflujo e instrumentación:

7. Gramática (EBNF)

document    = header statement*
header      = "pid" ( title )? ( "[" attrs "]" )? NEWLINE
attrs       = attr ("," attr)*
attr        = "direction:" ("LR" | "TB")
            | "units:" ("imperial" | "metric")

statement   = comment
            | equipment-decl
            | line-decl
            | instrument-decl

equipment-decl = "equip" ID ":" equip-type ( "[" attr-list "]" )? NEWLINE
equip-type     = "tank_atm" | "tank_cone_roof"
               | "vessel_v" | "vessel_h" | "sphere"
               | "column_tray" | "column_packed"
               | "hx_shell_tube" | "hx_air_cooled" | "reboiler" | "condenser"
               | "pump_centrifugal" | "pump_pd"
               | "compressor" | "blower"
               | "reactor_cstr" | "reactor_pfr"
               | "filter" | "cyclone" | "flare" | "cooling_tower"
               | "valve_gate" | "valve_ball" | "valve_globe" | "valve_butterfly"
               | "valve_check" | "valve_control" | "valve_psv"

line-decl   = "line" ID "from" anchor "to" anchor ( "[" attr-list "]" )? NEWLINE
anchor      = ID ( "." port )?
port        = "in" | "out" | "top" | "bottom" | "left" | "right"
            | "feed" | "reflux" | "shell_in" | "shell_out"
            | "tube_in" | "tube_out" | "vapor_out" | "liquid_out"
            | "bottom_return"

instrument-decl = "inst" tag ":" inst-category ( "[" attr-list "]" )? NEWLINE
                  ( indented "measures" anchor NEWLINE )*
                  ( indented "controls" ID NEWLINE )*
tag             = letter-code "-" loop-num     %% ej., "FIC-101"
inst-category   = "field_discrete" | "field_shared" | "field_computer" | "field_plc"
                | "cr_discrete"    | "cr_shared"    | "cr_computer"    | "cr_plc"
                | "local_discrete" | "local_shared"

attr-list   = attr ("," attr)*
attr        = key ":" value
key         = "tag" | "size" | "service" | "type" | "set_pressure"
            | "actuator" | "fail" | "trays" | …
value       = quoted-string | bare-word

ID          = [A-Za-z] [A-Za-z0-9_-]*

Fuente autorizada: src/diagrams/pid/parser.ts. Si esto difiere del parser, el parser tiene precedencia — por favor abre un issue.

8. Cumplimiento del estándar

Lo que está implementado hoy (MVP P0):

• ✅ 22 símbolos de equipos de proceso (recipientes, columnas, bombas, intercambiadores, reactores, separadores, antorcha, torre de enfriamiento)
• ✅ 7 símbolos de válvulas (compuerta, bola, globo, mariposa, retención, control con actuador de diafragma, PSV con salida diagonal + resorte)
• ✅ 4 categorías de burbujas de instrumento × 2 clases de ubicación = 8 variantes de burbuja ISA-5.1 (campo/sala de control × discreta/compartida/computadora/PLC)
• ✅ Análisis de etiquetas con código de letras ISA (FT-101, LIC-203, PSHH-301)
• ✅ 8 estilos de tipo de línea (proceso / proceso_menor / neumática / eléctrica / hidráulica / capilar / software / mecánica)
• ✅ Líneas de señal measures y controls enrutadas automáticamente
• ✅ Etiquetas de línea renderizadas como rectángulos de fondo blanco en el punto medio de la línea
• ✅ Enrutamiento Manhattan, diseño de equipos en fila única

Aún no implementado (ver roadmap):

• ⏳ Colocación en múltiples filas / flujo paralelo (ej. dos bombas convergiendo en un mezclador)
• ⏳ Uniones T y ramificaciones de tuberías
• ⏳ Detección de cruces (saltos en cruces de tuberías)
• ⏳ Superposiciones de bloques de función (Σ sumador, PID, selectores)
• ⏳ Diamante de enclavamiento y círculo de permiso (ISA-5.06)
• ⏳ Decoración de líneas trazadas térmicamente / con camisa
• ⏳ Reductor (concéntrico / excéntrico) en línea
• ⏳ Anotaciones de boquillas en recipientes

Referencias:

• ANSI/ISA-5.1-2009 — Instrumentation Symbols and Identification (estándar de EE.UU.)
• ISO 10628-1:2014 — Diagrams for the chemical and petrochemical industry (internacional)
• ISA-5.06.01-2007 — Functional Requirements Documentation for Control Software
• PIP PIC001 — Criterios de documentación de diagramas de tuberías e instrumentación (suplemento de la industria)

9. Roadmap

El P&ID MVP cubre un único lazo de control lineal (tanque → bomba → válvula de control → instrumentación). Las plantas reales necesitan colocación en 2D y uniones T. Planificado para v0.4:

• Extensión de DSL: equip ... [row: 0, col: 2] sugerencias de carril / cuadrícula para diseños de flujo múltiple
• Primitiva tee: tee T1 on L1 para expresar una ramificación de 3 vías en una línea de proceso
• Primitiva junction: punto de unión ISA para conexión de tuberías
• Detección de cruces: cuando dos tuberías se cruzan, renderizar la inferior con un pequeño arco de salto
• Bloques de función: sumador Σ, controlador PID, selector LS/HS bajo/alto
• Símbolos de enclavamiento: diamante interlock I-301, círculo permissive P-202
• Reductor en línea: reductores concéntricos / excéntricos como decoraciones de línea
• Lista de boquillas: anotaciones de puertos laterales en símbolos de recipientes (N1, N2, …)

Por ahora, los esquemas de control de lazo único se renderizan limpiamente; los P&IDs complejos de múltiples corrientes necesitan sugerencias de posición manual (diferido).

Ejemplos relacionados

Escenarios listos para usar de la galería de ejemplos: