Schematex

P&ID（管道與儀表圖）

關於 P&ID

**管道與儀表圖（P&ID）**是製程工廠的工程「接線圖」——每個容器、泵浦、熱交換器、閥門和儀表迴路，都以標準化符號繪製並以管道和訊號線連接。製程工程師、控制工程師和 HSE 稽核人員都閱讀同一份 P&ID，用來規劃工廠、試運轉、執行危害審查（HAZOP）以及正式生產操作。依照 OSHA PSM 和 EPA RMP 規範，P&ID 是化工、石化、製藥、水處理和發電項目的法定工程交付文件。

Schematex 實作了 ANSI/ISA-5.1-2009 符號目錄（儀表氣泡、標籤字母代碼、訊號線類型），以及來自 ISO 10628-1:2014 的設備符號（容器、塔柱、泵浦、熱交換器）。DSL 刻意設計得簡潔，讓 LLM 能從製程描述一次生成控制迴路 P&ID。

P&ID·§ ISA-5.1 / ISO 10628
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P&ID — Pump with Flow Control ISA-5.1 / ISO 10628 P&ID rendered by Schematex Pump with Flow Control Feed Tank P-101 V-101 Filter V-201 FT 101 FIC 101
UTF-8 · LF · 17 lines · 658 chars✓ parsed·0.6 ms·6.0 KB SVG

1. 第一個 P&ID

最簡單的 P&ID 至少需要一個設備和一條製程管線。

P&ID·§ ISA-5.1 / ISO 10628
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P&ID ISA-5.1 / ISO 10628 P&ID rendered by Schematex T-1 P-1 V-1
UTF-8 · LF · 8 lines · 206 chars✓ parsed·0.3 ms·3.7 KB SVG

三條規則涵蓋 80% 的用法：

  1. 文件以 pid 開頭（可選標題和 [direction: LR] 屬性）。
  2. 宣告每個設備：equip <ID> : <type> [tag: "label"]。
  3. 以 line <ID> from <equip>.<port> to <equip>.<port> [type: "process", size: "4\""] 連接設備。

儀表另外以 inst <TAG> : <category> 加上縮排的 measures / controls 子句新增。

註解使用行首的 #。

2. 設備

equip 語句宣告製程設備。目錄遵循 ISO 10628 / ISA-5.1 慣例。

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 設備目錄

類型符號用途
tank_atm圓柱體＋圓頂頂蓋常壓儲槽
tank_cone_roof圓柱體＋錐形頂蓋錐頂儲槽
vessel_v垂直膠囊形垂直壓力容器
vessel_h水平膠囊形水平壓力容器
sphere實心圓形LPG／氨球形儲槽
column_tray高膠囊形＋水平塔板線蒸餾塔板塔
column_packed高膠囊形＋交叉填料填料吸收塔
hx_shell_tube水平膠囊形＋管束殼管式熱交換器
hx_air_cooled矩形＋風扇圓形空冷（翅片風扇）冷卻器
reboiler膠囊形＋平行管線釜式再沸器
condenser水平膠囊形＋管束頂部冷凝器
pump_centrifugal圓形＋右側三角形出口離心泵浦
pump_pd圓形＋內部齒輪正排量泵浦
compressor梯形（右側較窄）離心壓縮機
blower圓形＋三葉風扇鼓風機／風扇
reactor_cstr垂直膠囊形＋攪拌器攪拌槽反應器（CSTR）
reactor_pfr水平膠囊形＋填充床點活塞流／固定床反應器
filter矩形＋對角線填充過濾器
cyclone圓柱體＋錐形底部旋風分離器
flare高煙囪＋火焰火炬煙囪
cooling_tower沙漏形誘導通風冷卻塔

2.2 閥門目錄

閥門是位於管線上的設備，以 bowtie（蝶形）風格渲染，並有類型特定的執行機構裝飾。

類型裝飾用途
valve_gate普通蝶形手動開／關（全口徑）
valve_ball蝶形＋填充中心圓手動開／關（四分之一圈）
valve_globe蝶形＋頂部小圓手動流量控制
valve_butterfly蝶形＋中心垂直線四分之一圈節流
valve_check蝶形＋弧形止回閥
valve_control蝶形＋隔膜執行機構氣動控制閥（與 FIC 搭配）
valve_psv蝶形＋45° 出口＋彈簧疊加壓力安全洩壓閥
equip V-101 : valve_control [tag: "V-101 (FC)"]
equip V-303 : valve_psv     [tag: "V-303 · 150 psig"]

3. 管道與訊號線

line 語句連接兩個錨點（設備埠或儀表標籤）。

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 錨點語法

線段的每個端點為以下之一：

  • <equip-id>.<port> — 來自 §2.2 的埠名稱（in、out、top、bottom、feed、shell_in、tube_out、reflux 等）
  • <equip-id> — 省略埠名稱；依設備系列預設為 in（目標）／out（來源）
  • <inst-tag> — 儀表氣泡中心（訊號線）

3.2 線段類型（ISA-5.1 §5）

type:筆畫用途
process實線、粗主要製程管線（預設）
process_minor實線、細輔助／工用管線
pneumatic實線＋對角刻度標記氣動執行機構訊號
electric長虛線電氣／4–20 mA 訊號
hydraulic長虛線＋停頓液壓執行機構
capillary點線（圓帽）充液系統溫度
software短虛線、淺色DCS／PLC 內部資料連結
mechanical混合虛線機械連動

3.3 管線標籤

標準 PIP PIC001 標籤格式為 <size>"-<service>-<sequence>-<spec>。透過 tag: 屬性傳入，渲染器會在線段中點放置一個白底標籤矩形。

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

4. 儀表（ISA-5.1 §4）

inst 語句宣告儀表氣泡。標籤使用 ISA 字母代碼慣例：第一個字母是量測變數，後續字母是修飾符和功能。

inst FT-101  : field_discrete         %% Flow Transmitter, loop 101
inst FIC-101 : cr_shared              %% Flow Indicating Controller (DCS)
inst PSHH-301: cr_plc                 %% Pressure Switch High-High (PLC)
inst LIC-201 : cr_shared
  measures D-201
  controls V-202

4.1 字母代碼（第一個字母）

最常用：F 流量・L 液位・P 壓力・T 溫度・A 分析・S 速度・H 手動・Y 事件/狀態。完整清單見 ISA-5.1 表 1。

4.2 功能修飾符

I 指示器・R 記錄器・C 控制器・T 傳送器・E 元件・V 閥門・S 開關・A 警報・H/L 高/低。組合成多字母標籤：FIC = 流量指示控制器；PSHH = 壓力開關高高。

4.3 氣泡類別

ISA-5.1 區分位置（儀表所在位置）和類型（類比式、共用式、電腦式、PLC）。Schematex 實作四種最常見的組合：

類別氣泡形狀用途
field_discrete普通圓形現場安裝類比儀表（FT、PT）
cr_shared圓形＋水平線＋內切六邊形DCS 控制的 HMI 顯示
cr_computer圓形＋水平線＋內切菱形電腦功能（FY、計算）
cr_plc圓形＋水平線＋內切正方形PLC 驅動邏輯

field_* 變體省略水平中心線；local_* 變體使用虛線中心線；cr_* 變體使用實線中心線，表示「主控制盤正面」。

4.4 measures / controls

縮排於 inst 宣告之下：

子句效果
measures <equip-id>從設備到氣泡的自動路由虛線電氣訊號線
controls <equip-id>從氣泡到設備的自動路由氣動訊號線（通常是 valve_control）
inst FT-101 : field_discrete
  measures P-101
inst FIC-101 : cr_shared
  controls V-101

這些自動訊號獨立於明確的 line 語句——它們根據關係類型以對應的訊號線樣式渲染。

5. 佈局方向

預設方向為 LR（從左到右）——製程進料從左邊進入，產品從右邊輸出。在標頭覆蓋設定：

pid "Distillation Tower" [direction: TB]

equip T-201 : column_tray
…

MVP 佈局按宣告順序沿主方向排列設備，並以曼哈頓路由佈置訊號線。多列／並聯流程佈局和三通接頭為路線圖項目——見 §9。

6. 實作範例：蒸餾塔

包含再沸器、回流罐和儀表的真實頂部冷凝器迴路：

P&ID·§ ISA-5.1 / ISO 10628
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P&ID — Distillation T-201 ISA-5.1 / ISO 10628 P&ID rendered by Schematex Distillation T-201 T-201 Overhead Cond Reflux Drum Reflux Pump Reboiler PT 201 LIC 201 TIC 201
UTF-8 · LF · 20 lines · 815 chars✓ parsed·0.7 ms·8.0 KB SVG

7. 語法（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     %% e.g., "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_-]*

權威來源：src/diagrams/pid/parser.ts。若此文件與解析器有出入，以解析器為準——請提交 issue。

8. 標準合規性

目前已實作（P0 MVP）：

  • ✅ 22 種製程設備符號（容器、塔柱、泵浦、熱交換器、反應器、分離器、火炬、冷卻塔）
  • ✅ 7 種閥門符號（閘閥、球閥、截止閥、蝶閥、止回閥、隔膜執行機構控制閥、帶對角出口和彈簧的安全閥）
  • ✅ 4 種儀表氣泡類別 × 2 種位置類別 = 8 種 ISA-5.1 氣泡變體（現場/控制室 × 類比/共用/電腦/PLC）
  • ✅ ISA 字母代碼標籤解析（FT-101、LIC-203、PSHH-301）
  • ✅ 8 種管線類型樣式（process / process_minor / pneumatic / electric / hydraulic / capillary / software / mechanical）
  • ✅ 自動路由的 measures 和 controls 訊號線
  • ✅ 在管線中點以白底矩形渲染的管線標籤
  • ✅ 曼哈頓路由、單列設備佈局

尚未實作（見路線圖）：

  • ⏳ 多列／並聯流程佈局（例如兩台泵浦匯入混合器）
  • ⏳ 三通接頭和分支管道
  • ⏳ 管道交叉偵測（管道交叉處的跳越弧）
  • ⏳ 功能模塊疊加（Σ 加法器、PID、選擇器）
  • ⏳ 聯鎖菱形和允許圓（ISA-5.06）
  • ⏳ 電熱伴熱／夾套管線裝飾
  • ⏳ 在線縮徑管（同心／偏心）
  • ⏳ 容器上的接管標注

參考資料：

  • ANSI/ISA-5.1-2009 — Instrumentation Symbols and Identification（美國標準）
  • ISO 10628-1:2014 — Diagrams for the chemical and petrochemical industry（國際標準）
  • ISA-5.06.01-2007 — Functional Requirements Documentation for Control Software
  • PIP PIC001 — 管道與儀表圖文件標準（行業補充）

9. 路線圖

MVP P&ID 涵蓋單一線性控制迴路（儲槽 → 泵浦 → 控制閥 → 儀表）。實際工廠需要 2D 佈局和三通接頭。計劃於 v0.4 實作：

  • DSL 擴展：equip ... [row: 0, col: 2] 多流程佈局的通道／網格提示
  • tee 基本元素：tee T1 on L1 在製程管線上表示三向分支
  • junction 基本元素：管道連接的 ISA 節點圓點
  • 交叉偵測：當兩條管道交叉時，為下方的管道渲染一個小弧形凸起
  • 功能模塊：Σ 加法器、PID 控制器、LS/HS 低/高選擇器
  • 聯鎖符號：interlock I-301 菱形、permissive P-202 圓形
  • 在線縮徑管：作為管線裝飾的同心／偏心縮徑管
  • 接管清單：容器符號上的側埠標注（N1、N2、……）

目前，單迴路控制方案可直接清晰渲染；複雜的多流程 P&ID 需要手動位置提示（已延後實作）。

相關範例

來自範例圖庫的即用情境：

pid·§ ANSI/ISA-5.1-2009 + ISO 10628-1:2014
P&ID — Water Pump Flow Control ISA-5.1 / ISO 10628 P&ID rendered by Schematex Water Pump Flow Control Feed Tank Feed Pump V-101 Isolation FT 101 FIC 101
Pump with flow control loop (P&ID)
Classic centrifugal pump pulling from an atmospheric tank, with a flow transmitter (FT-101), flow indicating controller (FIC-101), and a fail-closed pneumatic control valve — the minimum viable P&ID that every process engineer recognises at a glance.
water-treatment
pid·§ ANSI/ISA-5.1-2009 + ISO 10628-1:2014
P&ID — High-Pressure Reactor Feed ISA-5.1 / ISO 10628 P&ID rendered by Schematex High-Pressure Reactor Feed Raw Material Tank Feed Pump P-201A/B Feed Pre-heater Reactor R-201 V-201 V-202 V-203 FT 201 FIC 201 TT 201 TIC 201 PT 201 PSHH 201
Reactor feed with multi-loop control and pressure safety (P&ID)
CSTR reactor system with centrifugal pump, shell-and-tube pre-heater, flow control on the feed line, temperature control on the product outlet, and a PSHH pressure switch interlock — four instrument loops in one diagram, covering the core vocabulary of ISA-5.1 P&ID engineering.
chemical-processing

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