綜合報(bào)警管理在橫河DCS系統(tǒng)上的應(yīng)用

劉迪津，鐘國(guó)院，高 鵬，臧春華

（1.沈陽華控科技發(fā)展有限公司，遼寧 沈陽110142；2.陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林719319；3.沈陽化工大學(xué)，遼寧 沈陽110142）

化工生產(chǎn)過程通常伴隨著大量的檢測(cè)儀表和運(yùn)行設(shè)備的報(bào)警，這些報(bào)警在生產(chǎn)過程中對(duì)事故的產(chǎn)生具有預(yù)測(cè)性，對(duì)提前排除隱患具有指導(dǎo)意義。DCS控制系統(tǒng)的報(bào)警提示應(yīng)對(duì)生產(chǎn)過程具備足夠的預(yù)測(cè)性，且對(duì)操作員發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)隱患有提示和指導(dǎo)作用。

實(shí)際生產(chǎn)過程通常會(huì)伴隨有間歇性生產(chǎn)、備用的設(shè)備儀表、多工段公用設(shè)備儀表等特殊工況，同時(shí)也可能存在前期設(shè)計(jì)缺陷，報(bào)警設(shè)置不合理以及設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行可能存在設(shè)備異常等原因，導(dǎo)致報(bào)警數(shù)量劇增。

1 改造前企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)報(bào)警情況

陜西某化工廠采用日本智索聚氯乙烯生產(chǎn)工藝，該生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，檢測(cè)儀表和生產(chǎn)設(shè)備眾多，氯乙烯的聚合過程更是間歇性生產(chǎn)過程，具備上述報(bào)警系統(tǒng)存在的所有問題。此外，該化工廠采用日本橫河DCS控制系統(tǒng)（CENTUM VP）。CENTUM VP控制系統(tǒng)中未恢復(fù)正常的報(bào)警經(jīng)過特定的時(shí)間會(huì)再次報(bào)警提示，大量的陳舊報(bào)警不斷重復(fù)提示，與新產(chǎn)生的報(bào)警混合在一起。同時(shí)，每當(dāng)報(bào)警信息產(chǎn)生時(shí)，還伴隨著刺耳的報(bào)警提示聲，員工長(zhǎng)期處于這種噪音環(huán)境中，對(duì)身心健康也會(huì)產(chǎn)生不良影響。

CENTUM VP系統(tǒng)的報(bào)警類型主要有IOP、IOP-、OOP、HH、HI、LO、LL、VEL+、VEL-、DV+、DV-、ANS+、ANS-、PERR、MHI、MLO、CNF等報(bào)警。

根據(jù)報(bào)警性質(zhì)的不同，將IOP、IOP-、OOP、ANS+、ANS-、PERR、CNF歸類為設(shè)備狀態(tài)異常報(bào)警和設(shè)備故障報(bào)警。HH、PH、PL、LL、VEL+、VEL-歸類為工藝指標(biāo)類報(bào)警。DV+、DV-、MHI、MLO歸類為其他類型報(bào)警。

通過對(duì)該化工廠聚氯乙烯分廠30天正常運(yùn)行的報(bào)警歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，該分廠平均每天產(chǎn)生64 282條報(bào)警信息，平均每小時(shí)產(chǎn)生2 679條報(bào)警信息。其中設(shè)備狀態(tài)異常報(bào)警和設(shè)備故障報(bào)警占37.01%，工藝報(bào)警占62.47%，其他類型報(bào)警0.52%。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，該工段報(bào)警主要有以下特點(diǎn)。

（1）設(shè)備正常停用報(bào)警：設(shè)備正常停用狀態(tài)下，檢測(cè)儀表處于閑置狀態(tài)，過程值（PV）處在報(bào)警范圍導(dǎo)致的報(bào)警；

（2）間歇報(bào)警：短時(shí)間內(nèi)過程值（PV）在正常和報(bào)警狀態(tài)來回切換導(dǎo)致的報(bào)警；

（3）瞬閃報(bào)警：報(bào)警后，瞬間恢復(fù)正常；

（4）陳舊報(bào)警：報(bào)警狀態(tài)長(zhǎng)時(shí)間得不到解除的報(bào)警；

（5）多工況生產(chǎn)環(huán)境報(bào)警：同一儀表或設(shè)備存在多種不同工況，如聚合釜加冷水和加熱水兩個(gè)不同的工序，使用同一個(gè)流量檢測(cè)儀表，聚合釜壓力在加料階段和聚合階段；

（6）設(shè)備狀態(tài)異常報(bào)警：設(shè)備反饋狀態(tài)異常導(dǎo)致的報(bào)警；

（7）重復(fù)報(bào)警：因CENTUM VP報(bào)警系統(tǒng)特性，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間不恢復(fù)正常的報(bào)警不斷循環(huán)重復(fù)提示的報(bào)警。

根據(jù)ISA 18.2建議，每個(gè)操作崗位的報(bào)警數(shù)量應(yīng)具備的關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）［1］，見表1。

表1 每個(gè)操作崗位的關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）

2 綜合報(bào)警管理軟件

綜合報(bào)警管理軟件 （Consolidated Alarm Management Software，簡(jiǎn)稱CAMS）是CENTUM VP控制系統(tǒng)專用的報(bào)警管理軟件，與CENTUM VP系統(tǒng)具有良好的兼容性和穩(wěn)定性。CAMS系統(tǒng)不同于先進(jìn)報(bào)警管理系統(tǒng)（AAS）[2]，CAMS系統(tǒng)直接作用于操作站的操作系統(tǒng)，直接面向于操作員。此外，CAMS系統(tǒng)與CENTUM VP高度整合，CENTUM VP系統(tǒng)可直接通過HIS Utility組件啟動(dòng)CAMS軟件功能，激活后的CAMS系統(tǒng)將取代原CENTUM VP報(bào)警界面，CAMS報(bào)警界面為操作員提供了更加合理、更加簡(jiǎn)潔、更加規(guī)范的界面。CAMS提供了更為簡(jiǎn)便的報(bào)警管理方式，以及更加方便操作員辨認(rèn)的報(bào)警提示界面，使重要報(bào)警信息能夠及時(shí)的呈現(xiàn)在操作員的面前。

3 報(bào)警管理

針對(duì)該化工廠聚氯乙烯分廠的報(bào)警特點(diǎn)，運(yùn)用CAMS系統(tǒng)的報(bào)警歸檔功能和報(bào)警界面，以及報(bào)警延時(shí)、報(bào)警抑制、多工況報(bào)警抑制等手段減少不必要報(bào)警的數(shù)量。

3.1 報(bào)警歸檔

CAMS系統(tǒng)具有良好的歸檔環(huán)境，通過Cams For HIS Alarm Builder組態(tài)界面，可以直接對(duì)工位進(jìn)行歸檔，如報(bào)警優(yōu)先級(jí)的設(shè)定，報(bào)警顏色設(shè)定，報(bào)警組設(shè)定，報(bào)警監(jiān)控用戶設(shè)定等。

根據(jù)工段的不同，將該聚氯乙烯分廠分為聚合、回收、汽提、干燥、包裝、公用工程等工段，并將對(duì)應(yīng)的報(bào)警信息進(jìn)行歸檔。

將歸檔完成后的工位，根據(jù)操作崗位的不同進(jìn)行區(qū)分，每個(gè)崗位只監(jiān)控崗位內(nèi)的報(bào)警內(nèi)容。每個(gè)操作員都有各自崗位對(duì)應(yīng)的用戶，只有相關(guān)的儀表設(shè)備才會(huì)推送給相關(guān)崗位的操作人員。工程師用戶可以監(jiān)控所有工段的報(bào)警信息。

3.2 報(bào)警優(yōu)先級(jí)分配

報(bào)警優(yōu)先級(jí)表征報(bào)警的嚴(yán)重程度。EEMUA 191和ISA 18.2等提出了報(bào)警優(yōu)先級(jí)分布指導(dǎo)，對(duì)各個(gè)工段的儀表設(shè)備報(bào)警進(jìn)行區(qū)分[1，3]。

CAMS的Cams For HIS Alarm Builder界面提供了緊急（Critical）、高（High）、中（Medium）、低（Low）、不提示但記錄在歷史文件中（Logging）、不提示不記錄（Reference）等6個(gè)不同的報(bào)警級(jí)別，該工廠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求選取高（1級(jí)）、中（2級(jí)）、低（3級(jí)）、不提示但記錄在歷史文件中（0級(jí)）4個(gè)級(jí)別。

根據(jù)報(bào)警級(jí)別的不同，對(duì)報(bào)警信息提示欄中的報(bào)警信息進(jìn)行顏色區(qū)分，1級(jí)報(bào)警使用紅色字體顯示，2級(jí)報(bào)警使用黃色字體顯示，3級(jí)報(bào)警為桔黃色字體顯示，故障報(bào)警或設(shè)備異常使用紫色字體顯示，0級(jí)使用黃綠色字體顯示。其報(bào)警緊急程度1級(jí)＞2級(jí)＞3級(jí)＞0級(jí)，故障報(bào)警根據(jù)該工位最高報(bào)警級(jí)別確定。

根據(jù)報(bào)警級(jí)別的不同，采用不同的報(bào)警聲音，1級(jí)報(bào)警同時(shí)采用了語音報(bào)警和聲光報(bào)警進(jìn)行提示，2級(jí)報(bào)警采用報(bào)警提示音進(jìn)行提示，故障報(bào)警或設(shè)備異常報(bào)警根據(jù)其報(bào)警級(jí)別的不同進(jìn)行報(bào)警聲音提示，其他級(jí)別報(bào)警不進(jìn)行聲音提示。

根據(jù)不同的報(bào)警級(jí)別，在操作界面相應(yīng)的位置添加報(bào)警提示圖標(biāo)，1級(jí)報(bào)警顯示圖標(biāo)為紅底黑字的正方形，2級(jí)報(bào)警顯示圖標(biāo)為黃底黑字的正三角形，3級(jí)報(bào)警顯示圖標(biāo)為桔黃底黑字的倒三角形，0級(jí)報(bào)警顯示圖標(biāo)為黃綠底黑字的菱形，故障報(bào)警或設(shè)備異常報(bào)警顯示圖標(biāo)為紫紅底的菱形，報(bào)警圖標(biāo)見圖1。

圖1 報(bào)警圖標(biāo)

3.3 現(xiàn)場(chǎng)儀表、設(shè)備處理

化工過程中，檢測(cè)儀表數(shù)量眾多，長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)改進(jìn)，有部分儀表被拆除，或處于備用狀態(tài)，而相應(yīng)的組態(tài)未刪除，從而導(dǎo)致大量的無效報(bào)警。未啟動(dòng)CAMS前，這種類型的報(bào)警會(huì)周期性的反復(fù)推送到報(bào)警欄，從而造成了報(bào)警泛濫。大量的無效報(bào)警淹沒了正常生產(chǎn)運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常情況的儀表或設(shè)備報(bào)警，導(dǎo)致崗位人員無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，該工段由于上述原因?qū)е碌膱?bào)警信息占了37.01%，是報(bào)警泛濫的主要因素之一。

CAMS啟動(dòng)后，系統(tǒng)自動(dòng)過濾重復(fù)的報(bào)警信息，可以直觀地查看正在報(bào)警的儀表和設(shè)備異常信息。根據(jù)顯示的報(bào)警信息，可以快速的排查顯示故障或狀態(tài)異常報(bào)警的儀表和設(shè)備，崗位人員對(duì)異常的設(shè)備進(jìn)行更換或維修，清理已拆除的儀表、設(shè)備組態(tài)。

3.4 報(bào)警擱置

操作員可以對(duì)個(gè)別工位的報(bào)警信息臨時(shí)抑制，抑制一段時(shí)間后，重新釋放該工位的報(bào)警信息。

3.5 瞬閃報(bào)警處理

瞬閃報(bào)警主要以IOP、HH、HI、LO、LL報(bào)警類型為主，根據(jù)工位的重要性、操作響應(yīng)時(shí)間、后果嚴(yán)重程度、瞬閃報(bào)警的原因等因素，適當(dāng)?shù)脑O(shè)置報(bào)警延時(shí)的時(shí)間。例如電氣設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，其電流反饋信號(hào)會(huì)高于正常運(yùn)行時(shí)的1～3倍，容易觸發(fā)IOP報(bào)警，該過程僅持續(xù)一兩秒，是電氣設(shè)備正常的啟動(dòng)特性，該情況便可以適當(dāng)延時(shí)兩三秒。

啟動(dòng)CAMS后，F(xiàn)unction Block Detail Definition組態(tài)界面中的ALRM選項(xiàng)卡會(huì)出現(xiàn)報(bào)警延時(shí)相關(guān)內(nèi)容，如IOP、HH、HI、LO、LL、DV+、DV-等報(bào)警延時(shí)時(shí)間設(shè)置和報(bào)警恢復(fù)延時(shí)時(shí)間設(shè)置。

3.6 報(bào)警設(shè)定值調(diào)整

大部分報(bào)警值的設(shè)定通常在設(shè)計(jì)階段和調(diào)試階段便已經(jīng)定形，經(jīng)過長(zhǎng)期的生產(chǎn)運(yùn)行和技改，工況的改變，導(dǎo)致部分儀表處于報(bào)警的邊緣或報(bào)警范圍內(nèi)，從而產(chǎn)生大量的不必要報(bào)警。

根據(jù)后果嚴(yán)重程度、允許的相應(yīng)時(shí)間、報(bào)警的優(yōu)先等級(jí)、歷史曲線進(jìn)行合理化分析，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整報(bào)警設(shè)定值。

3.7 多工況報(bào)警抑制

化工過程通常有開停車、產(chǎn)品牌號(hào)切換、不同操作負(fù)荷、進(jìn)料來源切換、間歇性操作等不同工況，一般情況下檢測(cè)儀表的報(bào)警設(shè)定值是固定的，都以正常生產(chǎn)過程的報(bào)警設(shè)定值。當(dāng)設(shè)備不在正常的生產(chǎn)過程時(shí)，相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)儀表將處于報(bào)警狀態(tài)，這就造成了不必要的報(bào)警信息。未啟動(dòng)CAMS前，這種類型的報(bào)警會(huì)周期性的反復(fù)推送到報(bào)警欄，從而造成了報(bào)警泛濫。

由于該化工廠聚合工段具有間歇性操作的特點(diǎn)，這種多工況類型的報(bào)警占據(jù)絕大多數(shù)。

針對(duì)這種多工況類型的報(bào)警，通過選取可靠的參考標(biāo)識(shí)，判斷該化工過程處于什么工況，以及需要設(shè)定的報(bào)警范圍。利用CENTUM VP軟件組態(tài)功能中的SFCSW功能塊和LC64功能塊的搭配使用，利用LC64功能塊對(duì)工況進(jìn)行合理的判斷，SFCSW功能塊對(duì)報(bào)警范圍進(jìn)行合理的設(shè)定，使報(bào)警設(shè)定值根據(jù)不同工況的參考標(biāo)識(shí)，自動(dòng)設(shè)置合理的報(bào)警設(shè)定值。

采用多工況報(bào)警抑制的方法可以對(duì)該類型的報(bào)警進(jìn)行有效的治理。

4 結(jié)論

陜西某化工廠聚氯乙烯分廠自2019年7月開始綜合報(bào)警管理治理，至今系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，報(bào)警信息具有較強(qiáng)預(yù)測(cè)性和指導(dǎo)意義，同時(shí)減少了操作員的工作負(fù)擔(dān)和操作失誤。進(jìn)行報(bào)警管理后，平均每天120條報(bào)警信息，平均每小時(shí)四五條報(bào)警信息。報(bào)警數(shù)量較之前減少了99.8%，大幅降低了報(bào)警數(shù)量，提高了報(bào)警信息的可靠性。