報(bào)警管理在化工廠的應(yīng)用及優(yōu)化

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

　　關(guān)鍵詞 ：報(bào)警超載 ;減少無效報(bào)警 ;報(bào)警分級(jí)

　　引言

　　化學(xué)品安全委員會(huì)(CSB)指出，報(bào)警泛濫是導(dǎo)致多起工業(yè)事故的重要原因。英國的工程設(shè)備和材料用戶協(xié)會(huì)(EMEUA)在 2013 的報(bào)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(bào)警泛濫與事故的聯(lián)系已得到充分證實(shí)。在建立智能化、數(shù)字化工廠的過程中，設(shè)置有需要的報(bào)警，取消不必要的報(bào)警至關(guān)重要，報(bào)警泛濫可能會(huì)導(dǎo)致操作員錯(cuò)過嚴(yán)重警報(bào)。當(dāng)報(bào)警的優(yōu)先級(jí)很高，且操作員響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短或風(fēng)險(xiǎn)較高時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。根據(jù)報(bào)警流中警報(bào)的數(shù)量，操作員可能永遠(yuǎn)不會(huì)知道有一個(gè)臨界警報(bào)，因?yàn)榫瘓?bào)在它被充滿無意義的騷擾警報(bào)的時(shí)候顯示在概要屏幕上。在其他情況下，操作員會(huì)變得十分繁忙，確認(rèn)和診斷警報(bào)，不能及時(shí)履行其他職責(zé)。

　　無論發(fā)生哪一個(gè)事件，操作員都處于無法勝任的狀態(tài)，被迫應(yīng)對(duì)裝置的波動(dòng)，并可能錯(cuò)過更多有意義的警報(bào)。當(dāng)這種情況重復(fù)時(shí)，錯(cuò)過重要警報(bào)的機(jī)會(huì)就會(huì)增加，操作員出錯(cuò)的機(jī)會(huì)也會(huì)增加。同樣，遏制事件失敗，設(shè)備損壞和人身傷害或更糟的事件發(fā)生的概率就會(huì)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(bào)警泛濫直接造成的。通過橫河系統(tǒng)報(bào)警診斷功能，對(duì)集中的 DCS 系統(tǒng)所有報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和監(jiān)控，通過圖表提高報(bào)警分析能力和效率，從根本上降低報(bào)警，減輕操作負(fù)荷，提高操作效率，做到有針對(duì)性、有層次性操作。同時(shí)管理人員可定期對(duì)報(bào)警進(jìn)行管理，做到科學(xué)地管理和削減報(bào)警。

　　1 工廠報(bào)警概況

　　近年來由于 DCS、GDS 等系統(tǒng)的開發(fā)，使報(bào)警愈加廉價(jià)化、簡易化，造成報(bào)警過于繁冗及泛濫，使得很多異常工況處理不及時(shí)，導(dǎo)致更嚴(yán)重的后果，造成重大損失。設(shè)置過程報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警的目的是為了確保設(shè)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(gè)組態(tài)點(diǎn)都設(shè)置有多個(gè)報(bào)警，整個(gè)控制系統(tǒng)中還設(shè)置了很多的系統(tǒng)報(bào)警，大部分的系統(tǒng)報(bào)警對(duì)操作員來說是沒有多大意義的，而所有的這些報(bào)警都會(huì)瞬間推送至操作站，讓操作人員手忙腳亂。所以優(yōu)化報(bào)警，減少無效報(bào)警，讓有需要的人看到他需要看到的報(bào)警，對(duì)整個(gè)裝置生產(chǎn)至關(guān)重要。

　　2 報(bào)警管理

　　隨著智能化工廠的深入，工廠逐步加深了對(duì)裝置報(bào)警管理的重視，同時(shí)也提出了許多關(guān)于報(bào)警管理的理論知識(shí)和概念。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，根據(jù)對(duì)報(bào)警的初步認(rèn)識(shí)，采取報(bào)警分級(jí)以及報(bào)警分析統(tǒng)計(jì)等手段，達(dá)到初步降低誤報(bào)的目的，形成報(bào)警管理相應(yīng)制度，實(shí)現(xiàn)裝置無效報(bào)警減少，突出重要和關(guān)鍵報(bào)警，減少作業(yè)人員誤操作的幾率。

　　2.1 報(bào)警相關(guān)定義

　　OSHA 認(rèn) 為 ISA18.2-2009 對(duì) 過 程 工 業(yè) 報(bào) 警 系 統(tǒng) 的管理是 RAGAGEP[1]。該標(biāo)準(zhǔn)定義了報(bào)警頻繁以及報(bào)警泛濫 [1,2] ：①報(bào)警頻繁包括間歇報(bào)警和瞬閃報(bào)警 ：間歇報(bào)警(每分鐘發(fā)生 3 次以上的報(bào)警)，瞬閃報(bào)警(1s 之內(nèi)恢復(fù)正常狀態(tài)的報(bào)警);②報(bào)警泛濫是指報(bào)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(gè)以上報(bào)警，導(dǎo)致操作員放棄了報(bào)警系統(tǒng)，不看報(bào)警就進(jìn)行確認(rèn)，從而丟失重要的報(bào)警信息。可接受范圍 ：150 次 / 天～ 300 次 / 天，平均每個(gè)崗位每分鐘報(bào)警 1 次以上屬于報(bào)警泛濫。

　　2.2 報(bào)警分級(jí)

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

　　2.3 報(bào)警自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)及分析

　　通過橫河報(bào)警統(tǒng)計(jì)軟件 EXPLOG，可每日對(duì)裝置報(bào)警進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和分析。EXPLOG 軟件通過安裝在連接各裝置工程師站的多項(xiàng)目連接服務(wù)器上，通過多項(xiàng)目服務(wù)器讀取連接的各裝置工程師站的報(bào)警數(shù)據(jù)，并將統(tǒng)計(jì)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(bào)警分為工藝報(bào)警、系統(tǒng)報(bào)警，報(bào)警等級(jí)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(chǔ)內(nèi)容以硬盤容量為主，存儲(chǔ)一年以上報(bào)警內(nèi)容沒有問題。通過該軟件，可按月、周、日進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，匯總出所選時(shí)間段內(nèi)高頻報(bào)警，并可通過餅圖查看工藝報(bào)警、系統(tǒng)報(bào)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(duì)異常工況的報(bào)警管理尤為重要，可以大幅降低安全生產(chǎn)事故。通過對(duì)報(bào)警記錄進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)報(bào)警進(jìn)行優(yōu)化，在裝置正常平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)報(bào)警條數(shù)可滿足或接近 KPI 指標(biāo)，但是異常工況下裝置波動(dòng)，開停工等情況，報(bào)警泛濫情況非常嚴(yán)重，遠(yuǎn)超 KPI指標(biāo)，甚至是該指標(biāo)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(yùn) 行 時(shí) 報(bào) 警(2 月 9 ～ 12 日 )， 可 滿 足 KPI 指 標(biāo) 每 個(gè)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(bào)警共計(jì) 39284 次，工藝操作頻次24895 次。 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 超 過 3 個(gè) 崗 位 5 天 KPI 指 標(biāo) 可 接 受 范 圍2250 次，最大報(bào)警頻次范圍 4500 次的要求。按照分鐘進(jìn)行計(jì)算，此次異常工況每 10min 內(nèi)發(fā)生了 54 次報(bào)警，遠(yuǎn)超過報(bào)警泛濫的 10 次，屬于嚴(yán)重報(bào)警泛濫。因此，通過以上發(fā)現(xiàn)，報(bào)警優(yōu)化需重點(diǎn)針對(duì)異常工況下的報(bào)警泛濫，而異常工況下裝置的安全運(yùn)行對(duì)于報(bào)警管理是關(guān)鍵性的。

　　3 報(bào)警優(yōu)化

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

　　3.1 多工況自動(dòng)化切換報(bào)警值

　　根據(jù)裝置實(shí)際情況，確定 3 套報(bào)警參數(shù)，分別針對(duì) 3種工況 ：正常、停工、循環(huán)。在不同工況下執(zhí)行不同報(bào)警參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同工況下與之相適應(yīng)的報(bào)警值設(shè)定，多層次的報(bào)警值預(yù)警，從而讓報(bào)警值變實(shí)用而不是負(fù)擔(dān)。通過橫河自帶的 _SFCSW 順控模塊、ST16 邏輯模塊、RL 比較模塊、CTS 計(jì)數(shù)器與 PBS5C 按鈕模塊相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)裝置投用后多工況下可自動(dòng)化修改報(bào)警值，在無需修改下位報(bào)警參數(shù)的情況下，實(shí)時(shí)修改和管理參數(shù)報(bào)警值，具體實(shí)現(xiàn)邏輯如圖 1。通過橫河 ST16 邏輯模塊，實(shí)現(xiàn)操作工況按鈕啟動(dòng)對(duì)應(yīng)工況的 _SFCSW 程序，實(shí)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(shí)現(xiàn)，其中 PB13.MV01 對(duì)應(yīng)正常工況，PB13.MV03 對(duì)應(yīng)停工工況，PB13.MV05 對(duì)應(yīng)循環(huán)工況。2)針對(duì) 3 種工況設(shè)置 3 個(gè)橫河 _SFCSW(邏輯功能模塊)，分別對(duì)應(yīng) 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(bào)警參數(shù)存儲(chǔ)在此數(shù)組內(nèi)。3 個(gè)工況的邏輯模塊各自有循環(huán)功能，實(shí)現(xiàn)邏輯跳轉(zhuǎn)。通過引入計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)却�按鈕再次按下時(shí)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(duì)應(yīng)多工況邏輯圖正常工況的 01 步驟程序。在上位畫面修改報(bào)警參數(shù)后，操作人員按下對(duì)應(yīng)工況按鈕，將此工況下相關(guān)位號(hào)報(bào)警值自動(dòng)更新。由于此賦值為按下按鈕時(shí)才觸發(fā)，而非循環(huán)一直寫入，所以不影響正常生產(chǎn)時(shí)報(bào)警值的修改。增加上位畫面，便于報(bào)警值的管理和設(shè)置，操作人員可直接從畫面中修改對(duì)應(yīng)工況下的報(bào)警參數(shù)。

　　3.2 報(bào)警屏蔽優(yōu)化針對(duì)具體工況進(jìn)行針對(duì)性報(bào)警屏蔽 ：

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

　　3.3 裝置部分區(qū)域停工自動(dòng)報(bào)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(duì)爐子進(jìn)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(bào)警，對(duì)開停過程中無需監(jiān)控的測量點(diǎn)進(jìn)行報(bào)警屏蔽。程序分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式 ：

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

　　4 效果驗(yàn)證程序投用運(yùn)行后，工作過程中裝置一天報(bào)警次數(shù)從原來的 12000 次降低到 238 次。在裝置正常生產(chǎn)時(shí)，每天原有報(bào)警 286 條，現(xiàn)有報(bào)警每天 4 條，共計(jì)屏蔽報(bào)警 282條。將自動(dòng)化報(bào)警屏蔽程序持續(xù)推廣至備用機(jī)組、備用裝置等，可實(shí)現(xiàn)降低裝置無效報(bào)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(yùn)用越來越頻繁 [3]，越來越多的報(bào)警平臺(tái)管理軟件可通過與 OPC 建立連接來讀取 DCS 中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而建立工廠報(bào)警管理體系，建設(shè)智能化工廠，實(shí)現(xiàn)工廠大數(shù)據(jù)管理，不僅方便了工廠報(bào)警管理以及報(bào)警信息統(tǒng)計(jì)分析，還便于進(jìn)一步對(duì)報(bào)警泛濫進(jìn)行針對(duì)性治理，可從 DCS 系統(tǒng)入手，優(yōu)化報(bào)警邏輯程序，設(shè)立其他工況下的多套報(bào)警參數(shù)，更利于工廠報(bào)警值設(shè)置的合理性，可從根本上降低異常工況下發(fā)生的報(bào)警泛濫情況，后期仍需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況來優(yōu)化不同工況下的報(bào)警參數(shù) [1,2]。

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　　作者：梁昌莉，康志北，武文府

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