先進(jìn)報警管理系統(tǒng)在大型煤化工項目上的應(yīng)用

吳德峰，楊衛(wèi)強(qiáng)，馬 睿，韓 柳

（1.中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232091；2.杭州和利時自動化有限公司，杭州 310016；3.中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101；4.北京賽普泰克技術(shù)有限公司，北京 100012）

目前，煤化工企業(yè)廣泛使用DCS設(shè)置較多的報警點(diǎn)輔助生產(chǎn)，當(dāng)異常工況發(fā)生時，會產(chǎn)生大量的滋擾報警，導(dǎo)致報警泛濫（Alarm deluge）現(xiàn)象的發(fā)生，致使操作員無法辨別關(guān)鍵報警，從而耽誤對異常工況的處理，導(dǎo)致事故發(fā)生的概率增大。

針對以上實際存在的報警管理，中安聯(lián)合、北京賽普泰克技術(shù)有限公司和杭州和利時自動化有限公司合作，在中安聯(lián)合煤制170萬噸/年甲醇及轉(zhuǎn)化烯烴項目上，對煤氣化、凈化、S-MTO、LLDPE、PP裝置，開發(fā)了報警管理系統(tǒng)軟件。以達(dá)到減少報警，保證裝置安全運(yùn)行的目的。

圖1 流程工業(yè)典型多保護(hù)層結(jié)構(gòu)Fig.1 Typical multi-protection layer structure of process industry

1 報警管理系統(tǒng)簡介

1.1 報警的定義

報警系統(tǒng)能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)過程中的工藝類、儀表類、設(shè)備類和控制回路等進(jìn)行實時監(jiān)控，以此反應(yīng)生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，用于確保生產(chǎn)過程的安全性。流程工業(yè)典型多保護(hù)層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

過程報警及操作員干預(yù)層是當(dāng)工藝操作偏離正常操作范圍或發(fā)生異常情況時，操作員通過采取必要的響應(yīng)措施，使工藝過程返回正常范圍，避免引起安全儀表系統(tǒng)及其他安全保護(hù)設(shè)施動作。

1.2 實施步驟

報警管理是一個循序漸進(jìn)的過程，可以參照圖2，給出報警管理生命周期各階段的活動內(nèi)容，形成制度化、規(guī)范化的工程流程和考核機(jī)制，以使報警系統(tǒng)更高效。

2 報警管理系統(tǒng)架構(gòu)

中安聯(lián)合報警管理系統(tǒng)采用兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：AAS DMZ網(wǎng)絡(luò)和AAS管理網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖3所示。

1）第一層AAS DMZ網(wǎng)絡(luò)

DCS至AAS客戶端之間，設(shè)置AAS DMZ專用網(wǎng)絡(luò)。AAS數(shù)據(jù)采集器通過OPC AE讀取DCS報警傳送至AAS服務(wù)器。數(shù)據(jù)僅限單向傳輸，以確保AAS系統(tǒng)安全。

2）第二層AAS管理網(wǎng)絡(luò)

AAS DMZ至AAS客戶端之間，通過防火墻傳輸信息，以確保AAS系統(tǒng)信息的安全。

3 報警分析功能

報警分析模塊包含非常豐富的參數(shù)定義設(shè)置，此功能允許用戶為每個報警進(jìn)行單獨(dú)分析定義。參數(shù)設(shè)置允許用戶按照不同類型定義，比如按不同裝置、時間段、報警優(yōu)先級、報警類型和其他類型，報警分析有定期自動生成報表和自動郵件發(fā)送功能。

圖2 先進(jìn)報警管理生命周期活動Fig.2 Advanced alarm management life cycle activities

圖3 報警管理系統(tǒng)架構(gòu)Fig.3 Alarm management system architecture

3.1 參數(shù)定義和性能分析

報警性能分析包含如下內(nèi)容：

1）報警泛濫的統(tǒng)計

◇ 用戶定義的報警泛濫（例如，每10min10個報警）。

◇ 總體的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括報警泛濫的時間比例、報警泛濫發(fā)生的時長、每個報警泛濫持續(xù)的時間，每次泛濫中出現(xiàn)的報警。

表1 D&R模塊主要內(nèi)容Table 1 Main contents of D&R module

◇ 能夠排除報警泛濫中的間歇報警。

2）按報警類型的統(tǒng)計

報警類型一般分為高高報（HH）、高報（H）、低報（L）、低低報（LL）等。

3）按報警優(yōu)先級的統(tǒng)計

報警優(yōu)先級一般分為：第0級、第1級、第2級、第3級等。

4）按某個時間段的統(tǒng)計

用戶可以定義每小時、每天或每周報警數(shù)量，可以定義報警次數(shù)的上限。

5）間歇報警統(tǒng)計

一般1min內(nèi)產(chǎn)生和消除3次以上的報警定義為間歇報警。

6）重復(fù)報警統(tǒng)計

能夠識別相關(guān)的報警；能夠排除與重復(fù)報警相關(guān)的間歇報警。

7）關(guān)聯(lián)報警統(tǒng)計

一般定義在15min前后，能以大于75%的概率出現(xiàn)的報警，稱之為關(guān)聯(lián)報警。

8）頻繁報警統(tǒng)計

列出最頻繁發(fā)生的報警，比如前10個報警，一般在報警削減過程中最為關(guān)注此類報警，解決TOP10報警，就能削減很大一部分報警。

4 歸檔和合理化分析功能

4.1 歸檔和合理化分析內(nèi)容

報警管理軟件直接與DCS系統(tǒng)連接，可以直接將配置數(shù)據(jù)導(dǎo)出至歸檔與合理化分析模塊（簡稱D&R模塊）。D&R模塊可以給出報警的原因、后果和報警處理方法，也可以提供一個報警優(yōu)先級的計算基準(zhǔn)。D&R模塊將分析和審查每一個報警點(diǎn)在系統(tǒng)中的意義和設(shè)計的合理性。D&R模塊可以自定義部分功能，以方便靈活存儲文檔連接或者特殊設(shè)備等非標(biāo)準(zhǔn)信息。D&R模塊主要包含的內(nèi)容見表1。

表2 報警優(yōu)先級矩陣表Table 2 Alarm priority matrix

4.2 報警優(yōu)先級的確定

報警優(yōu)先級代表報警的嚴(yán)重程度，操作員應(yīng)根據(jù)優(yōu)先級的順序進(jìn)行報警的響應(yīng)操作，當(dāng)多個報警同時發(fā)生時，操作員應(yīng)優(yōu)先響應(yīng)高優(yōu)先級的報警。不過，無論控制系統(tǒng)報出哪種優(yōu)先級的報警，操作員都應(yīng)關(guān)注并對其進(jìn)行響應(yīng)操作。報警優(yōu)先級的確定需要以兩個指標(biāo)為依據(jù)：后果嚴(yán)重程度和最大允許響應(yīng)時間，如表2給出了報警優(yōu)先級矩陣表。

綜上所述，報警優(yōu)先級確定為第0～5級6個優(yōu)先級，每個等級所屬的范圍如下所述：

◇ 第5級（緊急）：在輔助操作臺報出，工藝報警。

◇ 第4級（高）：在DCS顯示，工藝報警或設(shè)備停車的預(yù)報警。

◇ 第3 級（中）：在DCS顯示，工藝報警或設(shè)備停車。

◇ 第2 級（低）：在DCS顯示，工藝報警。

◇ 第1級：控制系統(tǒng)診斷報警。

◇ 第0級：控制系統(tǒng)日志記錄，不需要報出的報警信息。

5 結(jié)果展示

5.1 報警分析結(jié)果

以MTO裝置為例，給出了20190803～20190809期間，幾種分析類型的結(jié)果展示。

5.1.1 每天報警和按類型報警

圖4 展示了該時間段內(nèi)每天報警數(shù)（左圖）和各個類型的報警數(shù)（右圖）。左圖可以了解每天的報警情況，有助于績效考核；右圖可以了解工藝報警、系統(tǒng)報警、開關(guān)量報警、聯(lián)鎖報警。操作員可以根據(jù)類型處理自己范圍內(nèi)的報警，從而提高響應(yīng)效率。

圖4 每天報警和按類型報警統(tǒng)計Fig.4 Daily alarms and alarm statistics by type

圖5 重復(fù)報警和瞬閃報警統(tǒng)計Fig.5 Repeated alarm and flash alarm statistics

5.1.2 重復(fù)報警和瞬閃報警

圖5 給出了兩種重要的報警（重復(fù)報警和瞬閃報警），它們均屬于滋擾報警。對于重復(fù)報警，例如7-150_LIC_4010.H和7-150_LT_4010.H，對于同一個液位檢測點(diǎn)，設(shè)了兩個報警，其中前者屬于控制回路報警，后者是檢測點(diǎn)報警，這樣就重復(fù)設(shè)置了報警，根據(jù)關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)，可以取消其中一個報警，達(dá)到減少報警的目的。對于瞬閃報警，就是在很短的時間內(nèi)頻繁報出的報警，這類報警極大地分散了操作員的注意力，可以通過一些延遲和死區(qū)的方法減少其報警數(shù)量，以減輕操作員的負(fù)荷。

5.2 D&R分析結(jié)果展示

煤氣化裝置和MTO裝置實施了歸檔和合理化分析，根據(jù)HAZOP報告及裝置工藝特點(diǎn)及運(yùn)行情況，對部分報警的報警原因、驗證方法、響應(yīng)動作、后果進(jìn)行分析，并從經(jīng)濟(jì)方面、人身方面、環(huán)境方面、最大相應(yīng)時間等方面對每個報警的優(yōu)先級進(jìn)行了評估，實現(xiàn)報警管理在線化。通過歸檔和合理化分析，對在報警發(fā)生后，操作員如何響應(yīng)報警提供在線操作指導(dǎo)功能，操作員通過報警管理系統(tǒng)界面可以看到報警的原因以及響應(yīng)動作，極大地提高了操作員應(yīng)對報警的能力。

圖6 MTO裝置每天報警數(shù)Fig.6 MTO device alarms per day

圖6 展示了該時間段內(nèi)每天的報警量。MTO裝置現(xiàn)有操作臺是12個，達(dá)到了KPI中定義的目標(biāo)。

6 總結(jié)與展望

報警系統(tǒng)是保障生產(chǎn)過程安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，其核心是報警分析功能和D&R分析功能。先進(jìn)報警管理系統(tǒng)在該大型煤化工項目實際生產(chǎn)中取得了明顯效果，提高了裝置的安全性和平穩(wěn)性，增加了企業(yè)的效益。