报警管理在化工厂的应用及优化

　　摘 要 ：报警超载是制造工厂中普遍存在的一个问题。由于以往相互独立的系统逐步集成，操作人员减少，每个操作人员监控的区域范围相应随之扩大，需要处理的报警也随之增多。由于缺乏严格的报警合理化措施，报警泛滥正逐渐成为一项严峻问题，工厂面临着不断增长的安全与环境事故风险。横河系统引进的 EXPLOG 可以对报警进行分析，但是缺乏可利用工具直接去降低报警泛滥，通过自定义报警分级以及增加开停工自动报警屏蔽和多工况下自动切换报警值等手段，从根本上降低异常工况下的报警数量，从而达到深度优化报警，减少无效报警的目的。

　　关键词 ：报警超载 ;减少无效报警 ;报警分级

　　引言

　　化学品安全委员会(CSB)指出，报警泛滥是导致多起工业事故的重要原因。英国的工程设备和材料用户协会(EMEUA)在 2013 的报告中得出了同样的结论，分析了世界各地的重大事故，包括三哩岛和德士古米尔福德港。因此，多年来报警泛滥与事故的联系已得到充分证实。在建立智能化、数字化工厂的过程中，设置有需要的报警，取消不必要的报警至关重要，报警泛滥可能会导致操作员错过严重警报。当报警的优先级很高，且操作员响应时间相对较短或风险较高时，这一点尤其重要。根据报警流中警报的数量，操作员可能永远不会知道有一个临界警报，因为警报在它被充满无意义的骚扰警报的时候显示在概要屏幕上。在其他情况下，操作员会变得十分繁忙，确认和诊断警报，不能及时履行其他职责。

　　无论发生哪一个事件，操作员都处于无法胜任的状态，被迫应对装置的波动，并可能错过更多有意义的警报。当这种情况重复时，错过重要警报的机会就会增加，操作员出错的机会也会增加。同样，遏制事件失败，设备损坏和人身伤害或更糟的事件发生的概率就会增加。在许多化工装置上的资本支出可能源于一场事故，事故是报警泛滥直接造成的。通过横河系统报警诊断功能，对集中的 DCS 系统所有报警数据进行统一管理和监控，通过图表提高报警分析能力和效率，从根本上降低报警，减轻操作负荷，提高操作效率，做到有针对性、有层次性操作。同时管理人员可定期对报警进行管理，做到科学地管理和削减报警。

　　1 工厂报警概况

　　近年来由于 DCS、GDS 等系统的开发，使报警愈加廉价化、简易化，造成报警过于繁冗及泛滥，使得很多异常工况处理不及时，导致更严重的后果，造成重大损失。设置过程报警和系统报警的目的是为了确保设备的完好以及工厂生产的持续与安全，甚至可以拯救人的生命，一般情况下 DCS 中几乎每一个组态点都设置有多个报警，整个控制系统中还设置了很多的系统报警，大部分的系统报警对操作员来说是没有多大意义的，而所有的这些报警都会瞬间推送至操作站，让操作人员手忙脚乱。所以优化报警，减少无效报警，让有需要的人看到他需要看到的报警，对整个装置生产至关重要。

　　2 报警管理

　　随着智能化工厂的深入，工厂逐步加深了对装置报警管理的重视，同时也提出了许多关于报警管理的理论知识和概念。结合现场实际，根据对报警的初步认识，采取报警分级以及报警分析统计等手段，达到初步降低误报的目的，形成报警管理相应制度，实现装置无效报警减少，突出重要和关键报警，减少作业人员误操作的几率。

　　2.1 报警相关定义

　　OSHA 认 为 ISA18.2-2009 对 过 程 工 业 报 警 系 统 的管理是 RAGAGEP[1]。该标准定义了报警频繁以及报警泛滥 [1,2] ：①报警频繁包括间歇报警和瞬闪报警 ：间歇报警(每分钟发生 3 次以上的报警)，瞬闪报警(1s 之内恢复正常状态的报警);②报警泛滥是指报警数量超出操作员有效处理能力，即 10min 之内发生 10 个以上报警，导致操作员放弃了报警系统，不看报警就进行确认，从而丢失重要的报警信息。可接受范围 ：150 次 / 天～ 300 次 / 天，平均每个岗位每分钟报警 1 次以上属于报警泛滥。

　　2.2 报警分级

　　报警主要分为工艺报警、系统报警。针对横河 VP 系统，根据现有系统对所有报警进行后台导出并进行报警分级，将报警分为 A、B、C、D 4 类 ：①紧急报警 ：A 类 红色 报警闪烁 / 弹出 / 报警声。②重要报警 ：B 类 粉色 报警闪烁 / 弹出 / 报警声。③一般报警 ：C 类 蓝色 报警闪烁 / 弹出 / 报警声。④诊断性报警 ：D 类 黑色 不闪烁 / 不弹出 / 无报警声。将 报 警 类 型 按 照 以 上 要 求 定 义 为 USER(5)、USER(6)、USER(7)、USER(8) 分 别 对 应 HIGH、MEDIUM、LOW、LOGGING 4 个等级，同时将 A、B 类报警列入报警台账，并做到 DCS 画面。当实际报警设置与报警台账不一致时，可在系统画面上直观看出，便于操作工对报警值进行管理，后期对修改报警值存在不一致的可在画面上直接观测出来。

　　2.3 报警自动化统计及分析

　　通过横河报警统计软件 EXPLOG，可每日对装置报警进行实时统计和分析。EXPLOG 软件通过安装在连接各装置工程师站的多项目连接服务器上，通过多项目服务器读取连接的各装置工程师站的报警数据，并将统计分析后的数据推送至各装置的操作站上，便于操作人员查看和分析。其中，报警分为工艺报警、系统报警，报警等级分为High、Medium、Low、Logging。 数 据 量 最 大 可 容 纳 数据 100 万条，存储内容以硬盘容量为主，存储一年以上报警内容没有问题。通过该软件，可按月、周、日进行统计，汇总出所选时间段内高频报警，并可通过饼图查看工艺报警、系统报警、操作频次等所占比例。

　　2.4 现状分析

　　化工厂事故的发生大部分在生产装置由一种稳定状态到另一种稳定状态的过程中或随后，而这种状态的表现过程即是异常工况，而大量的安全生产事故都发生在生产装置产生异常工况的情况下，因此对异常工况的报警管理尤为重要，可以大幅降低安全生产事故。通过对报警记录进行分析发现，通过对报警进行优化，在装置正常平稳运行时报警条数可满足或接近 KPI 指标，但是异常工况下装置波动，开停工等情况，报警泛滥情况非常严重，远超 KPI指标，甚至是该指标的数十倍至数百倍。以催化装置为例，催化内操岗位数 3，在装置正常平稳 运 行 时 报 警(2 月 9 ～ 12 日 )， 可 满 足 KPI 指 标 每 个岗 位 150 次 / 天 的 要 求。 装 置 在 异 常 工 况 2 月 13 ～ 18日 5 天，工艺及系统报警共计 39284 次，工艺操作频次24895 次。 远 远 超 过 3 个 岗 位 5 天 KPI 指 标 可 接 受 范 围2250 次，最大报警频次范围 4500 次的要求。按照分钟进行计算，此次异常工况每 10min 内发生了 54 次报警，远超过报警泛滥的 10 次，属于严重报警泛滥。因此，通过以上发现，报警优化需重点针对异常工况下的报警泛滥，而异常工况下装置的安全运行对于报警管理是关键性的。

　　3 报警优化

　　从以下 3 个方面入手进行报警优化，深度降低无效报警数量，注意从开停工装置、备用机组切换等着手，减少异常工况下的报警数量，避免报警泛滥。

　　3.1 多工况自动化切换报警值

　　根据装置实际情况，确定 3 套报警参数，分别针对 3种工况 ：正常、停工、循环。在不同工况下执行不同报警参数，实现不同工况下与之相适应的报警值设定，多层次的报警值预警，从而让报警值变实用而不是负担。通过横河自带的 _SFCSW 顺控模块、ST16 逻辑模块、RL 比较模块、CTS 计数器与 PBS5C 按钮模块相互结合，实现装置投用后多工况下可自动化修改报警值，在无需修改下位报警参数的情况下，实时修改和管理参数报警值，具体实现逻辑如图 1。通过横河 ST16 逻辑模块，实现操作工况按钮启动对应工况的 _SFCSW 程序，实现 3 种工况赋值的逻辑功能和中断功能 ：

　　1)工况选择按钮，通过横河 PBS5C(选择模块)实现，其中 PB13.MV01 对应正常工况，PB13.MV03 对应停工工况，PB13.MV05 对应循环工况。2)针对 3 种工况设置 3 个横河 _SFCSW(逻辑功能模块)，分别对应 3 种工况(正常 ：SFC-1、停工 ：SFC-2、循环 ：SFC-3)，在 _SFCSW 模块内定义数组 AL，将报警参数存储在此数组内。3 个工况的逻辑模块各自有循环功能，实现逻辑跳转。通过引入计数器，当等待按钮再次按下时继续执行新的参数赋值程序，以正常工况为例，程序如下所示 ：① 对应多工况逻辑图正常工况的 01 步骤程序。在上位画面修改报警参数后，操作人员按下对应工况按钮，将此工况下相关位号报警值自动更新。由于此赋值为按下按钮时才触发，而非循环一直写入，所以不影响正常生产时报警值的修改。增加上位画面，便于报警值的管理和设置，操作人员可直接从画面中修改对应工况下的报警参数。

　　3.2 报警屏蔽优化针对具体工况进行针对性报警屏蔽 ：

　　1)催化装置小型加料重量超过 112kg 时，脱硫脱硝氮氧化物等报警频繁。2)PH 冲洗阀打开时，PH 值检测值报警频繁。根据此类工况，针对性进行报警屏蔽优化，具体触发条件如下 ：报警屏蔽 ：小型加料器当前重量≥ 112kg ;报警恢复 ：报警屏蔽功能启用后 5min 结束屏蔽功能。报警屏蔽 ：PH 计冲洗阀 XV5006A 打开 ;报警恢复 ：PH 计冲洗阀 XV5006A 打开。报警屏蔽 ：PH 计冲洗阀 XV5006B 打开 ;报警恢复 ：PH 计冲洗阀 XV5006B 打开。报警屏蔽 ：PH 计冲洗阀 XV5005A 打开 ;报警恢复 ：PH 计冲洗阀 XV5005B 打开。报警屏蔽 ：PH 计冲洗阀 XV5005B 打开 ;报警恢复 ：PH 计冲洗阀 XV5005B 打开。报 警 屏 蔽 ：PH 计 冲 洗 阀 XV5059 打 开 ;报 警 恢 复 ：PH 计冲洗阀 XV5059 打开。设 置 横 河 RL 比 较 模 块， 将 小 型 加 料 当 前 重 量 与112kg 进 行 比 较， 计 时 器 与 5min 进 行 比 较。 通 过 ST16模块实现小型加料报警屏蔽功能 ：当小型加料重量大于112kg，开始计时，同时将对应位号进行报警屏蔽。如果计时器到 300s，停止计时器同时将报警屏蔽进行恢复。阀门的 ST16 报警屏蔽逻辑程序 ：当阀门打开时，对应的 PH测量值进行报警屏蔽 ;当阀门关闭时，报警屏蔽取消。

　　3.3 装置部分区域停工自动报警屏蔽焦化每年要停加热炉清理焦炭，炉子分东炉和西炉，为了焦化装置的正常生产，先停东炉待检修完毕，开东炉停西炉，分别对炉子进行检修。在此过程中为了避免装置区域开停造成的无效报警，对开停过程中无需监控的测量点进行报警屏蔽。程序分为自动和手动两种模式 ：

　　1)自动模式 ：当加热炉动炉两个炉出口温度都小于450℃，触发加热炉东炉报警屏蔽 ;当温度高于 450℃则将报警恢复，通过横河 RL 比较模块，设定加热炉停工触发条件。2)手动模式 ：当人工触发报警屏蔽，则对应东西炉相关测量点报警进行屏蔽。人工取消报警屏蔽，则对应报警屏蔽取消。自动模式 ：10202JRLPB-RL.X01 LT Y N10202JRLPB-RL.X02 LT Y N10202JRLPB-SF1.BSTS RUN RUN 当 满足两个炉出口温度小于 450 ℃，执行报警屏蔽。10202JRLPB-SF1.BSTS RUN RUN 当 两个炉出口温度不小于 450 ℃，报警屏恢复。手动模式 ：10202BJPB-PB1.PV ON Y N10202JRLPB-SF1.BSTS RUN RUN 按 下 按钮，执行报警屏蔽。10202JRLPB-SF1.BSTS RUN RUN 取 消，报警屏蔽恢复。通过 ST16 来调用对应东西炉报警屏蔽和报警恢复程序，该程序用横河 _SFCSW 功能模块进行编写。其中，JRLPB-SF1 为报警屏蔽逻辑模块，JRLPB-SF2 为报警屏蔽取消逻辑模块。当满足条件时，逻辑执行一次，对应逻辑模块如上所示，先对引用变量进行定义，并将对应位号的报警功能打到 AOF 状态(报警禁用)/AON 状态(报警恢复)。

　　4 效果验证程序投用运行后，工作过程中装置一天报警次数从原来的 12000 次降低到 238 次。在装置正常生产时，每天原有报警 286 条，现有报警每天 4 条，共计屏蔽报警 282条。将自动化报警屏蔽程序持续推广至备用机组、备用装置等，可实现降低装置无效报警的目的。

　　5 结束语

　　随着科技的日新月异，智能化系统在工厂的运用越来越频繁 [3]，越来越多的报警平台管理软件可通过与 OPC 建立连接来读取 DCS 中的实时数据，从而建立工厂报警管理体系，建设智能化工厂，实现工厂大数据管理，不仅方便了工厂报警管理以及报警信息统计分析，还便于进一步对报警泛滥进行针对性治理，可从 DCS 系统入手，优化报警逻辑程序，设立其他工况下的多套报警参数，更利于工厂报警值设置的合理性，可从根本上降低异常工况下发生的报警泛滥情况，后期仍需根据现场实际情况来优化不同工况下的报警参数 [1,2]。

　　参考文献：

　　王森,符青灵.仪表工试题集—在线分析仪表分册：2版[M].北京：化学工业出版社,2006.

　　王森.在线分析仪器手册[M].北京：化学工业出版社,2008.

　　刘家明.炼油装置工艺与工程[M].北京：中国石化出版社,2017.

　　作者：梁昌莉，康志北，武文府