P&ID (Diagrama de Tubulação e Instrumentação)

Sobre P&IDs

Um diagrama de tubulação e instrumentação (P&ID) é o "diagrama de fiação" de engenharia de uma planta de processo — cada vaso, bomba, trocador de calor, válvula e malha de instrumentação, desenhados com símbolos padronizados e conectados por linhas de tubulação e sinal. Engenheiros de processo, engenheiros de controle e auditores de HSE leem o mesmo P&ID para especificar a planta, comissioná-la, conduzir revisões de perigo (HAZOP) e operá-la em produção. São o entregável de engenharia legalmente exigido para projetos químicos, petroquímicos, farmacêuticos, de tratamento de água e de geração de energia segundo o OSHA PSM e o EPA RMP.

O Schematex implementa o catálogo de símbolos ANSI/ISA-5.1-2009 (bolhas de instrumento, códigos de letras de tag, tipos de linha de sinal) mais símbolos de equipamentos da ISO 10628-1:2014 (vasos, colunas, bombas, trocadores de calor). O DSL é intencionalmente compacto para que um LLM possa gerar um P&ID de malha de controle a partir de uma descrição de processo em uma única instrução.

1. Seu primeiro P&ID

Um P&ID mínimo tem pelo menos um equipamento e uma linha de processo.

Três regras cobrem 80% dos casos de uso:

1. Inicie o documento com pid (título opcional e atributos [direction: LR]).
2. Declare cada equipamento: equip <ID> : <type> [tag: "label"].
3. Conecte-os com line <ID> from <equip>.<port> to <equip>.<port> [type: "process", size: "4\""].

A instrumentação é adicionada separadamente com inst <TAG> : <category> seguido de cláusulas measures / controls indentadas.

Comentários usam # no início de uma linha.

2. Equipamentos

A instrução equip declara um equipamento de processo. O catálogo segue as convenções 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 equipamentos

2.2 Catálogo de válvulas

Válvulas são equipamentos posicionados na linha de tubulação. Renderizadas no estilo bowtie com decoração de atuador específica por tipo.

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

3. Linhas de tubulação e sinal

A instrução line conecta dois pontos de ancoragem (portas de equipamento ou tags de instrumento).

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 Sintaxe de ancoragem

Cada extremidade de uma linha é:

• <equip-id>.<port> — nome da porta de §2.2 (in, out, top, bottom, feed, shell_in, tube_out, reflux, etc.)
• <equip-id> — porta omitida; padrão para in (destino) / out (origem) por família de equipamento
• <inst-tag> — centro da bolha de instrumento (linhas de sinal)

3.2 Tipos de linha (ISA-5.1 §5)

3.3 Tags de linha

O formato de tag padrão PIP PIC001 é <tamanho>"-<serviço>-<sequência>-<spec>. Passe-o via atributo tag: e o renderizador coloca um pequeno retângulo de tag branco no ponto médio da linha.

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

4. Instrumentação (ISA-5.1 §4)

A instrução inst declara uma bolha de instrumento. O tag usa a convenção de código de letras ISA: a primeira letra é a variável medida, as letras seguintes são modificadores e função.

inst FT-101  : field_discrete         %% Transmissor de Vazão, malha 101
inst FIC-101 : cr_shared              %% Controlador Indicador de Vazão (DCS)
inst PSHH-301: cr_plc                 %% Pressostato Alto-Alto (CLP)
inst LIC-201 : cr_shared
  measures D-201
  controls V-202

4.1 Códigos de letras (primeira letra)

Mais usados: F vazão · L nível · P pressão · T temperatura · A análise · S velocidade · H manual · Y evento/estado. Lista completa na Tabela 1 da ISA-5.1.

4.2 Modificadores de função

I indicador · R registrador · C controlador · T transmissor · E elemento · V válvula · S chave · A alarme · H/L alto/baixo. Combine no tag de múltiplas letras: FIC = Controlador Indicador de Vazão; PSHH = Pressostato Alto-Alto.

4.3 Categorias de bolha

A ISA-5.1 distingue localização (onde o instrumento fica) e tipo (analógico vs. compartilhado vs. computador vs. CLP). O Schematex implementa as quatro combinações mais comuns:

Variantes field_* omitem a linha central horizontal; variantes local_* usam linha central tracejada; variantes cr_* usam linha central sólida indicando "painel de controle principal — frente".

4.4 measures / controls

Indentados sob uma declaração inst:

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

Esses sinais automáticos são independentes das instruções line explícitas — são renderizados com o estilo de linha de sinal apropriado com base no tipo de relação.

5. Direção do layout

A direção padrão é LR (da esquerda para a direita) — a alimentação do processo entra pela esquerda, o produto sai pela direita. Substitua no cabeçalho:

pid "Distillation Tower" [direction: TB]

equip T-201 : column_tray
…

O layout MVP posiciona os equipamentos na ordem de declaração ao longo da direção principal com roteamento Manhattan de linhas de sinal. Layouts multi-linha / fluxo paralelo e junções em T são itens do roadmap — veja §9.

6. Exemplo prático: Coluna de destilação

Uma malha real de condensador de topo com refervedor, tambor de refluxo e instrumentação:

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     %% 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_-]*

Fonte autoritativa: src/diagrams/pid/parser.ts. Se isso divergir do parser, o parser prevalece — abra uma issue.

8. Conformidade com padrões

O que está implementado hoje (MVP P0):

• ✅ 22 símbolos de equipamentos de processo (vasos, colunas, bombas, trocadores, reatores, separadores, tocha, torre de resfriamento)
• ✅ 7 símbolos de válvulas (gaveta, esfera, globo, borboleta, retenção, controle com atuador diafragma, PSV com saída diagonal + mola)
• ✅ 4 categorias de bolha de instrumento × 2 classes de localização = 8 variantes de bolha ISA-5.1 (campo/CR × discreto/compartilhado/computador/CLP)
• ✅ Interpretação de tag com código de letras ISA (FT-101, LIC-203, PSHH-301)
• ✅ 8 estilos de tipo de linha (process / process_minor / pneumatic / electric / hydraulic / capillary / software / mechanical)
• ✅ Linhas de sinal measures e controls roteadas automaticamente
• ✅ Tags de linha renderizados como retângulos de fundo branco no ponto médio da linha
• ✅ Roteamento Manhattan, layout de equipamentos em fileira única

Ainda não implementado (veja roadmap):

• ⏳ Posicionamento multi-linha / fluxo paralelo (ex.: duas bombas convergindo para um misturador)
• ⏳ Junções em T e tubulação ramificada
• ⏳ Detecção de cruzamento (saltos em cruzamentos de tubos)
• ⏳ Sobreposições de bloco de função (Σ somador, PID, seletores)
• ⏳ Losango de intertravamento e círculo de permissivo (ISA-5.06)
• ⏳ Decoração de linha rastreada termicamente / com camisa
• ⏳ Redutor (concêntrico / excêntrico) em linha
• ⏳ Anotações de bocais em vasos

Referências:

• ANSI/ISA-5.1-2009 — Instrumentation Symbols and Identification (padrão americano)
• 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 — Piping & Instrumentation Diagram Documentation Criteria (suplemento da indústria)

9. Roadmap

O MVP do P&ID cobre uma única malha de controle linear (tanque → bomba → válvula de controle → instrumentação). Plantas reais precisam de posicionamento 2D e junções em T. Planejado para v0.4:

• Extensão do DSL: equip ... [row: 0, col: 2] dicas de faixa / grade para layouts de fluxo múltiplo
• Primitiva tee: tee T1 on L1 para expressar uma ramificação em 3 vias em uma linha de processo
• Primitiva junction: ponto de junção ISA para conexão de tubulação
• Detecção de cruzamento: quando dois tubos se cruzam, renderizar o inferior com um pequeno arco
• Blocos de função: somador Σ, controlador PID, seletor LS/HS baixo/alto
• Símbolos de intertravamento: losango interlock I-301, círculo permissive P-202
• Redutor em linha: redutores concêntricos / excêntricos como decorações de linha
• Lista de bocais: anotações de porta lateral nos símbolos de vasos (N1, N2, …)

Por enquanto, esquemas de controle de malha única são renderizados corretamente de forma nativa; P&IDs complexos de múltiplos fluxos precisam de dicas de posicionamento manual (adiado).

Exemplos relacionados

Cenários prontos para uso da galeria de exemplos: