ISA-5.1：面向 HMI 工程师的实用参考
ISA-5.1——《仪表符号与标识》（Instrumentation Symbols and Identification）这项标准让斯图加特的工艺工程师和圣保罗的操作员读同一张 P&ID 图（管道仪表流程图）时，对回路形成同样的理解。它定义了每张图纸上都能看到的圆圈加字母的简写——FIC-101、PSV-204、LSHH-301——以及区分现场仪表和接入 DCS 的仪表的几何约定。
这是一份实践者的参考，不是逐字复述。它聚焦于绘制 HMI 符号（或挑选其他工程师发布的符号）时真正要紧的部分：位号格式、字母代码和安装位置符号。
1. 位号格式
每个 ISA-5.1 位号都由两部分组成：
- 功能字母（1–4 个字母）说明仪表测量什么、做什么。
- 回路号（通常 3 位数字）标识具体回路。惯例按区域分组：
1xx属于 1 号单元，2xx属于 2 号单元，依此类推。
两部分用连字符连接：FCV-104。可选的后缀字母（A/B/C、S、X）用于表示冗余、开关和附件：PT-101A、HS-204、FCV-104S。
2. 首位字母：被测变量
| 字母 | 变量 | 示例 |
|---|---|---|
P | 压力 | PT-101（变送器）、PIC-101（控制器） |
T | 温度 | TI-201（指示器）、TT-201（变送器） |
F | 流量 | FT-301（变送器）、FCV-301（控制阀） |
L | 液位 | LIT-401（指示变送器）、LSHH-401（高高开关） |
A | 分析（pH、O₂、电导率……） | AT-501、AIT-501 |
W | 重量/力 | WIT-602（称重传感器） |
S | 速度/频率 | SIT-701、SS-701（速度开关） |
V | 振动 | VT-801、VAH-801（振动高报警） |
Y | 事件/状态/存在 | YS-901（状态开关） |
Z | 位置 | ZS-1001（限位开关）、ZT-1001（位置变送器） |
U | 多变量 | UY-1101 |
3. 修饰字母与后续字母
首位之后的字母描述仪表的功能：
| 字母 | 功能 |
|---|---|
I | 指示（就地读数） |
C | 控制器 |
T | 变送器 |
R | 记录仪/历史记录 |
S | 开关 |
V | 阀门/最终控制元件 |
Y | 运算/转换（I/P 转换器、运算块） |
E | 检测元件（一次元件） |
H / HH | 高/高高报警或限值 |
L / LL | 低/低低报警或限值 |
Q | 累积（积算） |
组合起来：
PIT-101——压力指示变送器（带就地显示的变送器）。FIC-301——流量指示控制器（带内置显示的控制器）。LSHH-401——液位高高开关（用于安全逻辑的离散跳车装置）。FQI-501——流量累积指示器（带显示的流量积算仪）。FCV-104——流量控制阀（由流量控制器驱动的阀门）。PSV-201——压力安全阀（泄压阀）。
4. 安装位置符号
位号外面的圆圈告诉你仪表在哪里，这一点很关键，因为它决定了操作员能看到什么、能操作什么：
| 符号 | 含义 | 操作员交互 |
|---|---|---|
| 空白圆圈（无横线） | 现场仪表 | 只能在设备现场看到。就地指示或变送器。 |
| 带一条横线的圆圈 | DCS / 集中显示 | 控制室可见。操作员可访问。 |
| 方框内的圆圈 | PLC / 可编程控制器 | 逻辑在 PLC 中。通过 HMI 公开后操作员可见。 |
| 带两条横线的圆圈 | 共享显示/共享控制 | 多个操作员/功能访问同一个显示。 |
现代 HMI 模糊了 DCS 和 PLC 之间的界线，但这个约定在 P&ID 图上依然保留，因为它反映的是逻辑在哪里，而不是数据在哪里显示。由 PLC 控制、在 SCADA 上有面板的回路，仍然画成 PLC 方框：SCADA 只是观察它的一个窗口。
5. 常见回路示例
压力控制回路
PT-101 → PIC-101 → PCV-101。变送器检测压力，控制器（在 DCS 或 PLC 中，所以圆圈约定才重要）计算输出，控制阀调节开度。回路号 101 是共用的。
液位联锁
LIT-401 是用于正常控制的模拟量指示变送器。LSHH-401 是独立的离散开关（通常是音叉式或电容式探头），接入独立于 DCS 的安全系统。ISA-84（功能安全）通常强制要求这种独立性。
电机启停
HS-201（手动开关——启动）、YS-201A（运行状态）、YS-201B（报警状态）。有些工厂用 M-201 作为“电机对象”的总位号，各个信号作为后缀拆分出来。
6. 在 HMI 软件中绘制
大多数 HMI 平台自带一个名义上遵循 ISA-5.1 的通用仪表库，但是：
- 形状往往过时（3D 斜角、渐变填充），与 ISA-101 冲突。
- 位号显示是硬编码的：当 HMI 用叠在位图上的文本对象处理位号时，很难把它关掉。
- 安装位置符号的变体（现场/DCS/PLC/共享）通常缺失，或者作为没有命名规则的独立库条目重复出现。
HMI Library 分三层来处理：
- 通用图标库：官方图标集提供四种安装位置外壳（现场、DCS、PLC、共享）和逻辑菱形的空白圆圈，加上 ISA-5.1 的各类信号线（工艺管线、电气、气动、液压、毛细管、数据链路），以及与之组合使用的报警/状态徽标。每个图标的位号文字都是可选的，当 HMI 用叠加的文本对象处理位号时可以关掉。
- 符号编辑器：在免费的浏览器内编辑器里放一个圆圈图章，输入功能字母和回路号，需要的话加上 P1/P2 徽标或“无信号”状态，然后导出干净的 SVG 或透明背景 PNG。一个带位号的仪表大约一分钟；完整的 P/T/F/L 系列加上 SH/SL/SHH/SLL 变体，保存成模板，每个项目复用。
- 社区符号库：工程师们在 Explore → Instrumentation（探索 → 仪表）以 CC BY 4.0 发布完成的仪表（变送器、指示控制器、开关，以及 ZS/LS/FS 等离散传感器）。通过自动 ISA-101 检查（配色、线宽、结构）的符号带有“ISA-101 compliant”（符合 ISA-101）标记。如果某个符号接近但位号规则不完全一样，在编辑器里打开、修改，然后署名原作者重新发布。
7. ISA-5.1、ISA-5.5 与 ISA-101 的区别
这三项标准经常被混淆：
- ISA-5.1：仪表标识：位号、字母、安装位置圆圈。以 P&ID 图为中心。
- ISA-5.5：工艺设备的图形符号（P&ID 风格的容器、塔、泵）。在 HMI Library 上，这些设备形状由社区在编辑器里绘制并发布到 Explore（探索）；官方图标库有意只保留通用的 HMI 图标。
- ISA-101：HMI 设计：如何组织画面、颜色的含义、报警优先级。见我们的 ISA-101 指南。
设计良好的 HMI 用 ISA-101 决定布局和颜色，按 P&ID 图上的原样嵌入 ISA-5.1 位号以便操作员对照，并用读过 P&ID 图的人都能认出的形状表示设备。
8. 参考文献
- ISA-5.1-2009 — “Instrumentation Symbols and Identification”（仪表符号与标识）
- ISA-5.5 — “Graphic Symbols for Process Displays”（过程显示图形符号）
- ISA-101.01-2015 — “Human Machine Interfaces for Process Automation Systems”（过程自动化系统人机界面）
- ISA-18.2-2016 — “Management of Alarm Systems”（报警系统管理）