煉廠DCS報警系統(tǒng)的應用與優(yōu)化

徐 莊

（中國海油惠州煉化分公司，廣東 惠州 516086）

0 引言

1994年英國Texaco煉油廠爆炸，直接經(jīng)濟損失4 800萬英鎊。雖然主要原因在設備故障及變更設計，但由于報警系統(tǒng)設計不當，以致操作員沒有充分的時間去識別報警源，進而避免災害發(fā)生。據(jù)分析，當時在爆炸前11 min內(nèi)系統(tǒng)共發(fā)送275次警報，平均2～3 s即有一次警報，以此速度發(fā)送警報(即報警泛濫)對一般操作員根本無濟于事。

報警泛濫是煉油業(yè)一個普遍存在的問題。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。本文將結(jié)合新建煉油裝置開工初期過程報警的數(shù)據(jù)統(tǒng)計及處理，分析總結(jié)報警泛濫的原因及處理手段，提出合理化建議[1]。

1 行業(yè)背景

DCS系統(tǒng)于20世紀80年代初進入中國。自20世紀90年代以后國內(nèi)建成煉廠DCS系統(tǒng)對過程報警信息的管理大都采用打印機打印到紙上保存歸檔并作事故分析用，浪費大量打印紙，而且有用信息很難查找并提取出來, 同時由于打印機故障而經(jīng)常造成信息丟失的現(xiàn)象,這樣不利快速事故分析[2]。

21世紀以來國內(nèi)新投入DCS系統(tǒng)大多采用自帶的功能簡單的報警管理系統(tǒng)，將所有報警分為系統(tǒng)報警和過程報警，于界面進行聲光提示，并以電子數(shù)據(jù)的形式存入計算機硬盤存儲器，大大提高了報警系統(tǒng)的及時性和可維護性。

與此同時，DCS系統(tǒng)的報警界面問題也引起人們的更多關注。以前，報警界面是防止、消除及管理不正常工況的第一層防線?，F(xiàn)在，隨著DCS系統(tǒng)的更新及能力的擴展。報警界面本身又成為潛在危險。因為：1）傳感器輸入信號大大增加；2）復雜控制回路數(shù)量增加；3）由操作員控制的數(shù)量增加；4）報警目標和報警顯示混淆。上述因素使操作員對報警信號分析及反應的責任大大增加。當有大量報警信號出現(xiàn)時，操作員往往對這些聲光提示提心吊膽卻不知所措。提心吊膽是由于報警數(shù)量太多不易發(fā)現(xiàn)關鍵報警信號；不知所措是因為這樣的報警界面往往只是增加煩惱而不能提供幫助。

業(yè)界制定了許多基本指導方針如EEMUA No.191幫助用戶減少報警，但是可以實際應用的工具仍然十分缺乏。

2 DCS報警系統(tǒng)介紹

2.1 DCS報警級別

系統(tǒng)為每個控制點提供五個報警級別的設置，分別為：1）緊急報警；2）高級別報警；3）低級別報警；4）日志級報警；5）參考級報警。每個級別的報警可以進行預定義，分別設置是否需在操作站LCD上顯示，是否需保存到歷史文件，是否需二次報警以及可以設置報警恢復和確認后控制點的閃爍及色變方式等。

2.2 DCS報警類型

DCS報警類型也可分為5類：1）狀態(tài)報警，當不符合控制目標時即發(fā)生報警；2）偏差報警，指當調(diào)節(jié)回路的測量值（PV）偏離設定值（SV）超過偏差設定限（DL）時，即發(fā)生報警；3）速率報警，指在單位時間過程值（PV）的變化值（△PV）超過速率設定限(VL) 值時，即發(fā)生報警；4）反饋不正常報警，對于同時具有輸出信號和反饋信號的設備，當兩者不匹配時，DCS系統(tǒng)就會自動生成一個反饋不正常報警；5）開路報警，當模擬信號回路出現(xiàn)短路或者斷路，DCS系統(tǒng)會提示開路報警。

3 裝置現(xiàn)狀

中海油惠州煉化于2009年5月全面投產(chǎn)進入裝置平穩(wěn)運行期。之后3個月裝置處于負荷調(diào)整期間，工藝操作不斷得到完善，產(chǎn)品分析合格率較高。同樣，各裝置也普遍遇到報警泛濫、DCS聲光報警系統(tǒng)不敢投用的問題。以某裝置為例，調(diào)取24小時數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，裝置報警總數(shù)已超過DCS限制的40 000條的極限值。

經(jīng)過對過程報警（系統(tǒng)報警與工藝無關，在此不作討論）數(shù)據(jù)的分析，從工藝角度，可將所有報警按來源大致分為以下5類：1）儀表問題，包括現(xiàn)場儀表故障、與其他系統(tǒng)（MCC、CCS、SIS等）通訊故障等導致的信號失效或者波動；2）工藝操作問題，指工藝操作不當、現(xiàn)場設備故障等導致的報警問題；3）報警值設置問題，指報警設計值不合理或者實際工況與當初設計時有變化，不能滿足實際需求，或者DCS施工時報警值設置重復或者錯誤；4）無用報警，指那些在工藝來說重要性較小的報警，根本無需報警；5）正常報警，比如順控操作提示報警。

4 報警分析處理

如圖1（1）為一周的平均24小時報警統(tǒng)計，由圖可知：1）報警總數(shù)為40 000條/24小時，達DCS記錄極限，可知實際報警數(shù)量遠不止40 000條，說明報警泛濫情況十分嚴重；2）儀表問題導致的報警十分嚴重，接近93%，甚至可能已經(jīng)沖抵了部分其他報警；

這個時期報警泛濫由現(xiàn)實原因所致，投產(chǎn)初期個別儀表投用異常導致信號振蕩來回沖刷報警值或臨界值。調(diào)取數(shù)據(jù)后往往發(fā)現(xiàn)，某一個儀表點異常導致的報警次數(shù)就達10 000條以上。如果一天內(nèi)有4個這樣的儀表點，那40000條的報警極限值就會被用完。如果這個時期打開DCS聲光報警，那至少平均每3秒就有一次報警。可以想見，沒有一個操作員能忍受如此報警，何況這種報警界面沒有投用價值。這時，如果把儀表問題導致的報警首先處理掉，報警系統(tǒng)的負荷將會大大減小。

圖1 裝置連續(xù)三周報警統(tǒng)計Fig.1 Alarm statistics of three weeks

在對儀表問題進行集中處理的同時，將報警值設置進行與工藝的對接，改善報警值設置的不合理狀況。另外，將無用報警屏蔽，比如大部分空冷的反饋不正常報警和狀態(tài)報警，因為這部分空冷實際生產(chǎn)中經(jīng)常啟停，且對裝置生產(chǎn)危險性影響較小。

如圖1（2），為第二周的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可以看出，報警值設置和無用報警問題已經(jīng)得到大幅改善。儀表問題報警數(shù)量雖也大幅下降，但所占報警總量的比例仍高達近45%。查閱詳細數(shù)據(jù)得知為某些時間段個別儀表調(diào)試或更換所致。

繼續(xù)加強處理儀表問題的同時，進一步對報警值設置等進行優(yōu)化，并協(xié)助整定PID參數(shù)，跟蹤觀察使用效果，提高了復雜回路的自動控制投用比率，降低了這部分由于操作不當引起的報警。圖1（3）為第三周的報警數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可以看出，平均24小時的報警總數(shù)已經(jīng)控制在1 000條以內(nèi)，這時DCS報警系統(tǒng)就可以正常投用，投用后的報警頻次大為降低，操作員反應完全可以接受，并從中得到了幫助。

但是，仍有超23%的報警屬于儀表問題。由于儀表日常維護會產(chǎn)生報警，這在生產(chǎn)中是正常的。但是從工藝角度來看，這樣的報警只需要一次，多余則無價值，最好操作員能夠隔離。目前DCS無法實現(xiàn)這個功能。

5 報警系統(tǒng)的改進

目前幾乎所有DCS報警系統(tǒng)只簡單實現(xiàn)了顯示功能，管理功能的缺失越來越成為用戶抱怨的中心。用戶期待DCS報警系統(tǒng)能夠具備以下功能[3]：

1) 分類 /過濾

通過作為關鍵字包含在報警信息中的報警屬性標識符，操作人員可以分類、過濾報警信息。用戶可以自定義特有的過濾器，或者靈活創(chuàng)建暫時使用的過濾器。

2) 擱置

多余報警可以暫時擱置。操作人員可以手動擱置多余報警。在特定時期內(nèi)或者時間段內(nèi)頻繁發(fā)生的報警將被自動擱置起來。同樣，符合用戶設定條件的報警也可以被自動擱置。

3) 折疊

由同一標簽多次激活的報警信息可以折疊，顯示為1行。通過折疊，可以從視覺上減少顯示的報警信息條數(shù)，便于操作人員準確識別、確認重要報警。

4) 負擔分流

突發(fā)事件會在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量報警。在這種情況下，預先定義的過濾器可以自動激活，降低操作人員的監(jiān)視負擔。

5) 報警屬性設計

允許操作人員定義屬性標識符，為特定報警定義其他增值信息，以便迅速高效地整理報警。

6 結(jié)束語

隨著裝置大型化和設備先進性，投用儀表點數(shù)動則上千甚至上萬，這對DCS監(jiān)控人員是個巨大負擔，只有充分合理地利用好DCS報警系統(tǒng)，才能減輕勞動強度，確保在最短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題、處理問題。另一方面，系統(tǒng)開發(fā)人員需要越來越重視DCS報警系統(tǒng)的改進，采納用戶合理建議，加強系統(tǒng)功能，盡快開發(fā)出更貼合用戶需求的DCS報警系統(tǒng)。

[1]周榮強.改善DCS系統(tǒng)的報警管理[J].國外油田工程,1998(11):44～46.

[2]黃志鵬,易逸波.報警管理系統(tǒng)概述[J].e-safety工安簡訊(臺灣),2001 (3):1～4.

[3]秦華.DCS報警在生產(chǎn)中的應用[J].海峽科學,2008 (8):54-55.