報(bào)警管理在化工廠的應(yīng)用及優(yōu)化

梁昌莉，康志北，武文府

（獨(dú)山子石化公司煉油廠 儀表車間，新疆維吾爾自治區(qū) 獨(dú)山子 833600）

0 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(chǎng)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(jiǎn)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(chǎng)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?？山邮芊秶?50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(cè)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。

圖1 多工況邏輯圖Fig.1 Logic diagram of multiple operating conditions

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粹o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，將原始參數(shù)賦值到數(shù)組：

Block PVI FQ1051 ALIAS 10712FQ1051

Block CTS CTP2 ALIAS CTP-2

Block CTS CTP3 ALIAS CTP-3

[%.AL[1,1],%.AL[2,1],%.AL[3,1],%.AL[4,1]=1,1,1,1]

[FQ1051.HH,FQ1051.PH,FQ1051.PL,FQ1051.LL=%.AL[1,1],%.AL[2,1],%.AL[3,1],%.AL[4,1]]

CTP2.PV=0 ,CTP3.PV=0

② 對(duì)應(yīng)工況邏輯圖正常工況的02步驟程序，等待再次按下對(duì)應(yīng)工況按鈕，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為2時(shí)，執(zhí)行將數(shù)組內(nèi)修改后的參數(shù)賦值到對(duì)應(yīng)位號(hào)，計(jì)數(shù)器減1：

WAIT UNTIL(CTP1.PV= =2) [FQ1051.HH,FQ1051.PH,FQ1051.PL,FQ1051.LL=%.AL[1,1],%.AL[2,1],%.AL[3,1],%.AL[4,1]]

CTP1.PV=1

③ 同時(shí)設(shè)置中斷程序，用于重置報(bào)警參數(shù)為原始報(bào)警參數(shù)，如下所示SFC-4模塊程序，觸發(fā)時(shí)SFC1/SFC2/SFC3這3種工況邏輯模塊停止工作，同時(shí)計(jì)數(shù)器清零：

SFC1.BSTS=”STOP” 正常工況程序停止

SFC2.BSTS=”STOP” 停工工況程序停止

SFC3.BSTS=”STOP” 循環(huán)工況程序停止

CTP1.PV=0 正常工況計(jì)數(shù)器清零

CTP2.PV=0 停工工況計(jì)數(shù)器清零

CTP3.PV=0 循環(huán)工況計(jì)數(shù)器清零

該程序投用后，可以在3種工況對(duì)應(yīng)的_SFCSW模塊內(nèi)，對(duì)報(bào)警參數(shù)進(jìn)行管理和修改。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(cè)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。

圖2 程序邏輯Fig.2 Program logic

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(cè)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(cè)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(cè)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：

10202 JRLPB-RL.X01 LT Y N

10202 JRLPB-RL.X02 LT Y N

10202 JRLPB-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。

10202 JRLPB-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：

10202 BJPB-PB1.PV ON Y N

10202 JRLPB-SF1.BSTS RUN RUN 按下按鈕，執(zhí)行報(bào)警屏蔽。

10202 JRLPB-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(chǎng)實(shí)際情況來優(yōu)化不同工況下的報(bào)警參數(shù)[1,2]。