P&ID (Schéma de tuyauterie et d'instrumentation)

À propos des P&ID

Un schéma de tuyauterie et d'instrumentation (P&ID) est le « schéma de câblage » d'une installation de traitement — chaque cuve, pompe, échangeur de chaleur, vanne et boucle d'instrumentation, dessiné avec des symboles normalisés et relié par des lignes de tuyauterie et de signal. Les ingénieurs de procédé, les ingénieurs de contrôle et les auditeurs HSE lisent tous le même P&ID pour spécifier l'installation, la mettre en service, effectuer des revues de risques (HAZOP) et l'exploiter en production. Ce sont les livrables d'ingénierie légalement requis pour les projets chimiques, pétrochimiques, pharmaceutiques, de traitement de l'eau et de production d'énergie sous OSHA PSM et EPA RMP.

Schematex implémente le catalogue de symboles ANSI/ISA-5.1-2009 (bulles d'instruments, codes de lettres de tag, types de lignes de signal) ainsi que les symboles d'équipements de ISO 10628-1:2014 (cuves, colonnes, pompes, échangeurs de chaleur). Le DSL est intentionnellement compact pour qu'un LLM puisse générer un P&ID de boucle de contrôle à partir d'une description de procédé en une seule passe.

1. Votre premier P&ID

Un P&ID minimal possède au moins un équipement et une ligne de procédé.

Trois règles couvrent 80 % des usages :

1. Commencer le document par pid (titre optionnel et attributs [direction: LR]).
2. Déclarer chaque équipement : equip <ID> : <type> [tag: "label"].
3. Les connecter avec line <ID> from <equip>.<port> to <equip>.<port> [type: "process", size: "4\""].

L'instrumentation est ajoutée séparément avec inst <TAG> : <category> suivi de clauses measures / controls indentées.

Les commentaires utilisent # en début de ligne.

2. Équipements

L'instruction equip déclare un équipement de procédé. Le catalogue suit les conventions 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 Catalogue d'équipements

2.2 Catalogue de vannes

Les vannes sont des équipements placés sur la ligne de tuyauterie. Rendus en style bowtie avec décoration d'actionneur selon le type.

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

3. Lignes de tuyauterie et de signal

L'instruction line connecte deux points d'ancrage (ports d'équipement ou tags d'instrument).

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 Syntaxe des ancres

Chaque extrémité d'une ligne est soit :

• <equip-id>.<port> — nom de port de la §2.2 (in, out, top, bottom, feed, shell_in, tube_out, reflux, etc.)
• <equip-id> — port omis ; par défaut in (cible) / out (source) selon la famille d'équipement
• <inst-tag> — centre de la bulle d'instrument (lignes de signal)

3.2 Types de lignes (ISA-5.1 §5)

3.3 Tags de ligne

Le format de tag standard PIP PIC001 est <size>"-<service>-<sequence>-<spec>. Le passer via l'attribut tag: et le rendu place un petit rectangle blanc à mi-chemin de la ligne.

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

4. Instrumentation (ISA-5.1 §4)

L'instruction inst déclare une bulle d'instrument. Le tag utilise la convention de codes de lettres ISA : la première lettre est la variable mesurée, les lettres suivantes sont les modificateurs et la fonction.

inst FT-101  : field_discrete         %% Transmetteur de débit, boucle 101
inst FIC-101 : cr_shared              %% Régulateur indicateur de débit (DCS)
inst PSHH-301: cr_plc                 %% Pressostat Haut-Haut (PLC)
inst LIC-201 : cr_shared
  measures D-201
  controls V-202

4.1 Codes de lettres (première lettre)

Les plus utilisés : F débit · L niveau · P pression · T température · A analyse · S vitesse · H manuel · Y événement/état. Liste complète dans ISA-5.1 Tableau 1.

4.2 Modificateurs de fonction

I indicateur · R enregistreur · C régulateur · T transmetteur · E élément · V vanne · S interrupteur · A alarme · H/L haut/bas. Combiner en tag multi-lettres : FIC = Régulateur Indicateur de Débit ; PSHH = Pressostat Haut-Haut.

4.3 Catégories de bulles

ISA-5.1 distingue l'emplacement (où se trouve l'instrument) et le type (analogique vs partagé vs ordinateur vs PLC). Schematex implémente les quatre combinaisons les plus courantes :

Les variantes field_* omettent la ligne centrale horizontale ; les variantes local_* utilisent une ligne centrale en pointillés ; les variantes cr_* utilisent une ligne centrale pleine indiquant « tableau de commande principal — face avant ».

4.4 measures / controls

Indentés sous une déclaration inst :

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

Ces signaux automatiques sont indépendants des instructions line explicites — ils sont rendus avec le style de ligne de signal approprié selon le type de relation.

5. Direction de la mise en page

La direction par défaut est LR (gauche-à-droite) — l'alimentation du procédé entre à gauche, le produit sort à droite. Surcharger dans l'en-tête :

pid "Distillation Tower" [direction: TB]

equip T-201 : column_tray
…

La mise en page MVP place les équipements dans l'ordre de déclaration le long de la direction principale avec un routage de lignes de signal Manhattan. Les mises en page multi-rangées / flux parallèles et les jonctions en T sont des éléments de la feuille de route — voir §9.

6. Exemple concret : colonne de distillation

Une boucle réelle de condenseur de tête avec rebouilleur, ballon de reflux et instrumentation :

7. Grammaire (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     %% ex. "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_-]*

Source faisant autorité : src/diagrams/pid/parser.ts. En cas de divergence avec le parseur, c'est le parseur qui fait foi — merci d'ouvrir un ticket.

8. Conformité aux standards

Ce qui est implémenté aujourd'hui (P0 MVP) :

• ✅ 22 symboles d'équipements de procédé (cuves, colonnes, pompes, échangeurs, réacteurs, séparateurs, torchère, tour de refroidissement)
• ✅ 7 symboles de vannes (vanne à passage direct, à boisseau sphérique, à soupape, papillon, clapet, vanne de régulation avec actionneur à membrane, soupape de sécurité avec sortie diagonale + ressort)
• ✅ 4 catégories de bulles d'instrument × 2 classes d'emplacement = 8 variantes de bulles ISA-5.1 (terrain/salle de contrôle × discret/partagé/ordinateur/PLC)
• ✅ Analyse des tags à codes de lettres ISA (FT-101, LIC-203, PSHH-301)
• ✅ 8 styles de types de lignes (procédé / procédé_mineur / pneumatique / électrique / hydraulique / capillaire / logiciel / mécanique)
• ✅ Lignes de signal measures et controls auto-routées
• ✅ Tags de ligne rendus sous forme de rectangles à fond blanc au milieu de la ligne
• ✅ Routage Manhattan, mise en page à rangée unique d'équipements

Pas encore implémenté (voir la feuille de route) :

• ⏳ Placement multi-rangées / flux parallèles (ex. deux pompes fusionnant dans un mélangeur)
• ⏳ Jonctions en T et tuyauterie en dérivation
• ⏳ Détection des croisements (sauts de pontage aux croisements de tuyaux)
• ⏳ Superpositions de blocs fonctionnels (Σ sommateur, PID, sélecteurs)
• ⏳ Losange d'interverrouillage et cercle de permissif (ISA-5.06)
• ⏳ Décoration de ligne à traçage thermique / chemise
• ⏳ Réducteur (concentrique / excentrique) en ligne
• ⏳ Annotations de buse sur les cuves

Références :

• ANSI/ISA-5.1-2009 — Instrumentation Symbols and Identification (standard américain)
• ISO 10628-1:2014 — Diagrams for the chemical and petrochemical industry (international)
• ISA-5.06.01-2007 — Functional Requirements Documentation for Control Software
• PIP PIC001 — Critères de documentation des schémas de tuyauterie et d'instrumentation (supplément industriel)

9. Feuille de route

Le P&ID MVP couvre une boucle de contrôle linéaire simple (réservoir → pompe → vanne de régulation → instrumentation). Les installations réelles nécessitent un placement 2D et des jonctions en T. Planifié pour v0.4 :

• Extension DSL : equip ... [row: 0, col: 2] indices de voie / grille pour les mises en page multi-flux
• Primitive tee : tee T1 on L1 pour exprimer une dérivation 3 voies sur une ligne de procédé
• Primitive junction : point de jonction ISA pour la connexion de tuyauterie
• Détection de croisements : lorsque deux tuyaux se croisent, rendre le moins prioritaire avec un petit arc de saut
• Blocs fonctionnels : sommateur Σ, régulateur PID, sélecteur LS/HS bas/haut
• Symboles d'interverrouillage : losange interlock I-301, cercle permissive P-202
• Réducteur en ligne : réducteurs concentriques / excentriques comme décorations de ligne
• Liste de buses : annotations de port latéral sur les symboles de cuve (N1, N2, …)

Pour l'instant, les schémas de contrôle à boucle unique se rendent correctement sans configuration ; les P&ID multi-flux complexes nécessitent des indices de position manuels (différé).

Exemples associés

Scénarios prêts à l'emploi issus de la galerie d'exemples :