報警管理在化工廠的應用及優(yōu)化

　　摘 要 ：報警超載是制造工廠中普遍存在的一個問題。由于以往相互獨立的系統(tǒng)逐步集成，操作人員減少，每個操作人員監(jiān)控的區(qū)域范圍相應隨之擴大，需要處理的報警也隨之增多。由于缺乏嚴格的報警合理化措施，報警泛濫正逐漸成為一項嚴峻問題，工廠面臨著不斷增長的安全與環(huán)境事故風險。橫河系統(tǒng)引進的 EXPLOG 可以對報警進行分析，但是缺乏可利用工具直接去降低報警泛濫，通過自定義報警分級以及增加開停工自動報警屏蔽和多工況下自動切換報警值等手段，從根本上降低異常工況下的報警數(shù)量，從而達到深度優(yōu)化報警，減少無效報警的目的。

　　關鍵詞 ：報警超載 ;減少無效報警 ;報警分級

　　引言

　　化學品安全委員會(CSB)指出，報警泛濫是導致多起工業(yè)事故的重要原因。英國的工程設備和材料用戶協(xié)會(EMEUA)在 2013 的報告中得出了同樣的結(jié)論，分析了世界各地的重大事故，包括三哩島和德士古米爾福德港。因此，多年來報警泛濫與事故的聯(lián)系已得到充分證實。在建立智能化、數(shù)字化工廠的過程中，設置有需要的報警，取消不必要的報警至關重要，報警泛濫可能會導致操作員錯過嚴重警報。當報警的優(yōu)先級很高，且操作員響應時間相對較短或風險較高時，這一點尤其重要。根據(jù)報警流中警報的數(shù)量，操作員可能永遠不會知道有一個臨界警報，因為警報在它被充滿無意義的騷擾警報的時候顯示在概要屏幕上。在其他情況下，操作員會變得十分繁忙，確認和診斷警報，不能及時履行其他職責。

　　無論發(fā)生哪一個事件，操作員都處于無法勝任的狀態(tài)，被迫應對裝置的波動，并可能錯過更多有意義的警報。當這種情況重復時，錯過重要警報的機會就會增加，操作員出錯的機會也會增加。同樣，遏制事件失敗，設備損壞和人身傷害或更糟的事件發(fā)生的概率就會增加。在許多化工裝置上的資本支出可能源于一場事故，事故是報警泛濫直接造成的。通過橫河系統(tǒng)報警診斷功能，對集中的 DCS 系統(tǒng)所有報警數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理和監(jiān)控，通過圖表提高報警分析能力和效率，從根本上降低報警，減輕操作負荷，提高操作效率，做到有針對性、有層次性操作。同時管理人員可定期對報警進行管理，做到科學地管理和削減報警。

　　1 工廠報警概況

　　近年來由于 DCS、GDS 等系統(tǒng)的開發(fā)，使報警愈加廉價化、簡易化，造成報警過于繁冗及泛濫，使得很多異常工況處理不及時，導致更嚴重的后果，造成重大損失。設置過程報警和系統(tǒng)報警的目的是為了確保設備的完好以及工廠生產(chǎn)的持續(xù)與安全，甚至可以拯救人的生命，一般情況下 DCS 中幾乎每一個組態(tài)點都設置有多個報警，整個控制系統(tǒng)中還設置了很多的系統(tǒng)報警，大部分的系統(tǒng)報警對操作員來說是沒有多大意義的，而所有的這些報警都會瞬間推送至操作站，讓操作人員手忙腳亂。所以優(yōu)化報警，減少無效報警，讓有需要的人看到他需要看到的報警，對整個裝置生產(chǎn)至關重要。

　　2 報警管理

　　隨著智能化工廠的深入，工廠逐步加深了對裝置報警管理的重視，同時也提出了許多關于報警管理的理論知識和概念。結(jié)合現(xiàn)場實際，根據(jù)對報警的初步認識，采取報警分級以及報警分析統(tǒng)計等手段，達到初步降低誤報的目的，形成報警管理相應制度，實現(xiàn)裝置無效報警減少，突出重要和關鍵報警，減少作業(yè)人員誤操作的幾率。

　　2.1 報警相關定義

　　OSHA 認 為 ISA18.2-2009 對 過 程 工 業(yè) 報 警 系 統(tǒng) 的管理是 RAGAGEP[1]。該標準定義了報警頻繁以及報警泛濫 [1,2] ：①報警頻繁包括間歇報警和瞬閃報警 ：間歇報警(每分鐘發(fā)生 3 次以上的報警)，瞬閃報警(1s 之內(nèi)恢復正常狀態(tài)的報警);②報警泛濫是指報警數(shù)量超出操作員有效處理能力，即 10min 之內(nèi)發(fā)生 10 個以上報警，導致操作員放棄了報警系統(tǒng)，不看報警就進行確認，從而丟失重要的報警信息。可接受范圍 ：150 次 / 天～ 300 次 / 天，平均每個崗位每分鐘報警 1 次以上屬于報警泛濫。

　　2.2 報警分級

　　報警主要分為工藝報警、系統(tǒng)報警。針對橫河 VP 系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)對所有報警進行后臺導出并進行報警分級，將報警分為 A、B、C、D 4 類 ：①緊急報警 ：A 類 紅色 報警閃爍 / 彈出 / 報警聲。②重要報警 ：B 類 粉色 報警閃爍 / 彈出 / 報警聲。③一般報警 ：C 類 藍色 報警閃爍 / 彈出 / 報警聲。④診斷性報警 ：D 類 黑色 不閃爍 / 不彈出 / 無報警聲。將 報 警 類 型 按 照 以 上 要 求 定 義 為 USER(5)、USER(6)、USER(7)、USER(8) 分 別 對 應 HIGH、MEDIUM、LOW、LOGGING 4 個等級，同時將 A、B 類報警列入報警臺賬，并做到 DCS 畫面。當實際報警設置與報警臺賬不一致時，可在系統(tǒng)畫面上直觀看出，便于操作工對報警值進行管理，后期對修改報警值存在不一致的可在畫面上直接觀測出來。

　　2.3 報警自動化統(tǒng)計及分析

　　通過橫河報警統(tǒng)計軟件 EXPLOG，可每日對裝置報警進行實時統(tǒng)計和分析。EXPLOG 軟件通過安裝在連接各裝置工程師站的多項目連接服務器上，通過多項目服務器讀取連接的各裝置工程師站的報警數(shù)據(jù)，并將統(tǒng)計分析后的數(shù)據(jù)推送至各裝置的操作站上，便于操作人員查看和分析。其中，報警分為工藝報警、系統(tǒng)報警，報警等級分為High、Medium、Low、Logging。 數(shù) 據(jù) 量 最 大 可 容 納 數(shù)據(jù) 100 萬條，存儲內(nèi)容以硬盤容量為主，存儲一年以上報警內(nèi)容沒有問題。通過該軟件，可按月、周、日進行統(tǒng)計，匯總出所選時間段內(nèi)高頻報警，并可通過餅圖查看工藝報警、系統(tǒng)報警、操作頻次等所占比例。

　　2.4 現(xiàn)狀分析

　　化工廠事故的發(fā)生大部分在生產(chǎn)裝置由一種穩(wěn)定狀態(tài)到另一種穩(wěn)定狀態(tài)的過程中或隨后，而這種狀態(tài)的表現(xiàn)過程即是異常工況，而大量的安全生產(chǎn)事故都發(fā)生在生產(chǎn)裝置產(chǎn)生異常工況的情況下，因此對異常工況的報警管理尤為重要，可以大幅降低安全生產(chǎn)事故。通過對報警記錄進行分析發(fā)現(xiàn)，通過對報警進行優(yōu)化，在裝置正常平穩(wěn)運行時報警條數(shù)可滿足或接近 KPI 指標，但是異常工況下裝置波動，開停工等情況，報警泛濫情況非常嚴重，遠超 KPI指標，甚至是該指標的數(shù)十倍至數(shù)百倍。以催化裝置為例，催化內(nèi)操崗位數(shù) 3，在裝置正常平穩(wěn) 運 行 時 報 警(2 月 9 ～ 12 日 )， 可 滿 足 KPI 指 標 每 個崗 位 150 次 / 天 的 要 求。 裝 置 在 異 常 工 況 2 月 13 ～ 18日 5 天，工藝及系統(tǒng)報警共計 39284 次，工藝操作頻次24895 次。 遠 遠 超 過 3 個 崗 位 5 天 KPI 指 標 可 接 受 范 圍2250 次，最大報警頻次范圍 4500 次的要求。按照分鐘進行計算，此次異常工況每 10min 內(nèi)發(fā)生了 54 次報警，遠超過報警泛濫的 10 次，屬于嚴重報警泛濫。因此，通過以上發(fā)現(xiàn)，報警優(yōu)化需重點針對異常工況下的報警泛濫，而異常工況下裝置的安全運行對于報警管理是關鍵性的。

　　3 報警優(yōu)化

　　從以下 3 個方面入手進行報警優(yōu)化，深度降低無效報警數(shù)量，注意從開停工裝置、備用機組切換等著手，減少異常工況下的報警數(shù)量，避免報警泛濫。

　　3.1 多工況自動化切換報警值

　　根據(jù)裝置實際情況，確定 3 套報警參數(shù)，分別針對 3種工況 ：正常、停工、循環(huán)。在不同工況下執(zhí)行不同報警參數(shù)，實現(xiàn)不同工況下與之相適應的報警值設定，多層次的報警值預警，從而讓報警值變實用而不是負擔。通過橫河自帶的 _SFCSW 順控模塊、ST16 邏輯模塊、RL 比較模塊、CTS 計數(shù)器與 PBS5C 按鈕模塊相互結(jié)合，實現(xiàn)裝置投用后多工況下可自動化修改報警值，在無需修改下位報警參數(shù)的情況下，實時修改和管理參數(shù)報警值，具體實現(xiàn)邏輯如圖 1。通過橫河 ST16 邏輯模塊，實現(xiàn)操作工況按鈕啟動對應工況的 _SFCSW 程序，實現(xiàn) 3 種工況賦值的邏輯功能和中斷功能 ：

　　1)工況選擇按鈕，通過橫河 PBS5C(選擇模塊)實現(xiàn)，其中 PB13.MV01 對應正常工況，PB13.MV03 對應停工工況，PB13.MV05 對應循環(huán)工況。2)針對 3 種工況設置 3 個橫河 _SFCSW(邏輯功能模塊)，分別對應 3 種工況(正常 ：SFC-1、停工 ：SFC-2、循環(huán) ：SFC-3)，在 _SFCSW 模塊內(nèi)定義數(shù)組 AL，將報警參數(shù)存儲在此數(shù)組內(nèi)。3 個工況的邏輯模塊各自有循環(huán)功能，實現(xiàn)邏輯跳轉(zhuǎn)。通過引入計數(shù)器，當?shù)却�按鈕再次按下時繼續(xù)執(zhí)行新的參數(shù)賦值程序，以正常工況為例，程序如下所示 ：① 對應多工況邏輯圖正常工況的 01 步驟程序。在上位畫面修改報警參數(shù)后，操作人員按下對應工況按鈕，將此工況下相關位號報警值自動更新。由于此賦值為按下按鈕時才觸發(fā)，而非循環(huán)一直寫入，所以不影響正常生產(chǎn)時報警值的修改。增加上位畫面，便于報警值的管理和設置，操作人員可直接從畫面中修改對應工況下的報警參數(shù)。

　　3.2 報警屏蔽優(yōu)化針對具體工況進行針對性報警屏蔽 ：

　　1)催化裝置小型加料重量超過 112kg 時，脫硫脫硝氮氧化物等報警頻繁。2)PH 沖洗閥打開時，PH 值檢測值報警頻繁。根據(jù)此類工況，針對性進行報警屏蔽優(yōu)化，具體觸發(fā)條件如下 ：報警屏蔽 ：小型加料器當前重量≥ 112kg ;報警恢復 ：報警屏蔽功能啟用后 5min 結(jié)束屏蔽功能。報警屏蔽 ：PH 計沖洗閥 XV5006A 打開 ;報警恢復 ：PH 計沖洗閥 XV5006A 打開。報警屏蔽 ：PH 計沖洗閥 XV5006B 打開 ;報警恢復 ：PH 計沖洗閥 XV5006B 打開。報警屏蔽 ：PH 計沖洗閥 XV5005A 打開 ;報警恢復 ：PH 計沖洗閥 XV5005B 打開。報警屏蔽 ：PH 計沖洗閥 XV5005B 打開 ;報警恢復 ：PH 計沖洗閥 XV5005B 打開。報 警 屏 蔽 ：PH 計 沖 洗 閥 XV5059 打 開 ;報 警 恢 復 ：PH 計沖洗閥 XV5059 打開。設 置 橫 河 RL 比 較 模 塊， 將 小 型 加 料 當 前 重 量 與112kg 進 行 比 較， 計 時 器 與 5min 進 行 比 較。 通 過 ST16模塊實現(xiàn)小型加料報警屏蔽功能 ：當小型加料重量大于112kg，開始計時，同時將對應位號進行報警屏蔽。如果計時器到 300s，停止計時器同時將報警屏蔽進行恢復。閥門的 ST16 報警屏蔽邏輯程序 ：當閥門打開時，對應的 PH測量值進行報警屏蔽 ;當閥門關閉時，報警屏蔽取消。

　　3.3 裝置部分區(qū)域停工自動報警屏蔽焦化每年要停加熱爐清理焦炭，爐子分東爐和西爐，為了焦化裝置的正常生產(chǎn)，先停東爐待檢修完畢，開東爐停西爐，分別對爐子進行檢修。在此過程中為了避免裝置區(qū)域開停造成的無效報警，對開停過程中無需監(jiān)控的測量點進行報警屏蔽。程序分為自動和手動兩種模式 ：

　　1)自動模式 ：當加熱爐動爐兩個爐出口溫度都小于450℃，觸發(fā)加熱爐東爐報警屏蔽 ;當溫度高于 450℃則將報警恢復，通過橫河 RL 比較模塊，設定加熱爐停工觸發(fā)條件。2)手動模式 ：當人工觸發(fā)報警屏蔽，則對應東西爐相關測量點報警進行屏蔽。人工取消報警屏蔽，則對應報警屏蔽取消。自動模式 ：10202JRLPB-RL.X01 LT Y N10202JRLPB-RL.X02 LT Y N10202JRLPB-SF1.BSTS RUN RUN 當 滿足兩個爐出口溫度小于 450 ℃，執(zhí)行報警屏蔽。10202JRLPB-SF1.BSTS RUN RUN 當 兩個爐出口溫度不小于 450 ℃，報警屏恢復。手動模式 ：10202BJPB-PB1.PV ON Y N10202JRLPB-SF1.BSTS RUN RUN 按 下 按鈕，執(zhí)行報警屏蔽。10202JRLPB-SF1.BSTS RUN RUN 取 消，報警屏蔽恢復。通過 ST16 來調(diào)用對應東西爐報警屏蔽和報警恢復程序，該程序用橫河 _SFCSW 功能模塊進行編寫。其中，JRLPB-SF1 為報警屏蔽邏輯模塊，JRLPB-SF2 為報警屏蔽取消邏輯模塊。當滿足條件時，邏輯執(zhí)行一次，對應邏輯模塊如上所示，先對引用變量進行定義，并將對應位號的報警功能打到 AOF 狀態(tài)(報警禁用)/AON 狀態(tài)(報警恢復)。

　　4 效果驗證程序投用運行后，工作過程中裝置一天報警次數(shù)從原來的 12000 次降低到 238 次。在裝置正常生產(chǎn)時，每天原有報警 286 條，現(xiàn)有報警每天 4 條，共計屏蔽報警 282條。將自動化報警屏蔽程序持續(xù)推廣至備用機組、備用裝置等，可實現(xiàn)降低裝置無效報警的目的。

　　5 結(jié)束語

　　隨著科技的日新月異，智能化系統(tǒng)在工廠的運用越來越頻繁 [3]，越來越多的報警平臺管理軟件可通過與 OPC 建立連接來讀取 DCS 中的實時數(shù)據(jù)，從而建立工廠報警管理體系，建設智能化工廠，實現(xiàn)工廠大數(shù)據(jù)管理，不僅方便了工廠報警管理以及報警信息統(tǒng)計分析，還便于進一步對報警泛濫進行針對性治理，可從 DCS 系統(tǒng)入手，優(yōu)化報警邏輯程序，設立其他工況下的多套報警參數(shù)，更利于工廠報警值設置的合理性，可從根本上降低異常工況下發(fā)生的報警泛濫情況，后期仍需根據(jù)現(xiàn)場實際情況來優(yōu)化不同工況下的報警參數(shù) [1,2]。

　　參考文獻：

　　王森,符青靈.儀表工試題集—在線分析儀表分冊：2版[M].北京：化學工業(yè)出版社,2006.

　　王森.在線分析儀器手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社,2008.

　　劉家明.煉油裝置工藝與工程[M].北京：中國石化出版社,2017.

　　作者：梁昌莉，康志北，武文府

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