文/魏劍萍

石油化工企業(yè)普遍采用的分散控制系統(tǒng)（DCS）系統(tǒng)，為操作人員監(jiān)控工藝過程提供了有力保障，DCS在報警方面的強大功能，為生產(chǎn)過程的安全運行起到了重大的作用。在DCS中，幾乎每一個組態(tài)點都可以設(shè)置多個報警（一個PID回路通?？稍O(shè)置測量報警、偏差報警、BADPV等10多個報警），通常，一個普通操作員在操作波動的情況下，每一分鐘只能處理一個報警，報警點的過度設(shè)置，不僅起不到應(yīng)有的預(yù)警作用，有時反而會干擾操作人員的正常判斷和合理處置，甚至導(dǎo)致重大事故的發(fā)生，因此，對報警進行有效管理，顯得十分迫切，雖然目前的DCS已經(jīng)具備一定的報警管理功能，如可以對報警添加注釋、對報警點進行分組管理，有的DCS系統(tǒng)還可對報警進行屏蔽，但是，這些功能遠遠不能滿足用戶對實時報警進行管理的需求，用戶需要有更為有效的采集、儲存、測量和分析手段，以持續(xù)改進報警系統(tǒng)，Matrikon Alarm Manager正是這樣一款工具軟件，它能實時、自動生成遵循標準的KPI（Key Performance Index）關(guān)鍵性能圖表，通過WEB服務(wù)器，還可使管理人員在辦公室了解DCS中正在發(fā)生的報警狀況，報警管理對于類似乙烯這樣儀表設(shè)備數(shù)量眾多的裝置，效果比較明顯。

一、裂解裝置實施報警優(yōu)化前后的效果

在完成對某裂解裝置各單元的報警優(yōu)化工作后，裝置的總報警數(shù)由21564（統(tǒng)計自2012/7/15至2012/8/15）減少了約51%，至10673（統(tǒng)計自2012/9/5至2012/10/05）；操作工對報警的干預(yù)率從276268減少了約38%，至171565。

二、報警管理的性能指標（KPI）

EEMUA 191關(guān)于《報警系統(tǒng)——設(shè)計、管理和采購導(dǎo)則），對報警性能指標提出了一些指導(dǎo)意見，下面結(jié)合在乙烯裂解中報警管理中的應(yīng)用，對目標和執(zhí)行情況進行對比。

1.最大報警率

定義：在某一時間段內(nèi)，把報警日志（Log）分成連續(xù)的10分鐘時間片來計算，計算工廠在有波動時的報警數(shù)量（也就是在工廠操作糟糕情況下，任何10分鐘操作員被通知的報警數(shù)量）。EEMUA建議：每個操作工在裝置擾動狀態(tài)下，10分鐘內(nèi)接收到的報警數(shù)量小于10個是易于處理的（predictable），報警數(shù)量大于20個是很難應(yīng)付的。乙烯裂解裝置報警優(yōu)化項目確立的目標是<15個/10Min。

2.平均報警率

定義：在某一時間段內(nèi)，報警總數(shù)除以時間間隔數(shù)的值。EEMUA建議：每個操作工每5分鐘平均接收到1個報警是易于處理的，每10分鐘少于1個是可接受的。乙烯裂解裝置報警優(yōu)化項目確立的目標是<2個/10Min。

3.擾動報警百分比（%Upset or %burst）

定義：在某一時間段內(nèi)，若把報警日志分成連續(xù)的1小時時間片段，計算報警數(shù)量超過30個的報警時間片段數(shù)占總時間片段數(shù)的百分比。EEMUA建議擾動報警百分比應(yīng)在1%～3%之間。乙烯裂解裝置報警優(yōu)化項目確立的目標是<2%。

4.靜態(tài)報警負荷指標

這是衡量DCS中在組態(tài)階段所設(shè)置的報警數(shù)量是否合理的指標，一個好的報警系統(tǒng)，既要避免某區(qū)域所發(fā)生的報警數(shù)量過多，也要避免報警數(shù)量太少，在設(shè)計階段，就應(yīng)該考慮報警數(shù)量的合理性。EEMUA建議：每個PID回路控制器回路平均設(shè)4個報警值，而每個模擬量和數(shù)字量信號平均設(shè)1～0.4個報警。

5.報警優(yōu)先級分布

確定優(yōu)先級的目的是使操作員在DCS報警在出現(xiàn)大量報警時，能易于辨別重要的報警，一個良好的報警系統(tǒng)應(yīng)具有這樣一個特點：報警優(yōu)先級越高報警發(fā)生的頻率越低。EEMUA建議：報警級別在靜態(tài)（指在設(shè)計或DCS組態(tài)時）情況下，基本應(yīng)符合下列比例，即：緊急報警占5%～10%、高級占15%～35%、低級報警占55%～80%；而在裝置運行階段（“實時”報警），動態(tài)的報警優(yōu)先級分配應(yīng)大致服從以下比例：緊急報警占1%～5%； 高級報警占15%～20%； 低級報警占75%～80%。

事實上，在報警系統(tǒng)的設(shè)計階段，很難使靜態(tài)優(yōu)先級報警比例控制在EEMUA所建議的指標內(nèi)，也沒有必要嚴格控制靜態(tài)報警優(yōu)先級比例控制，因為動態(tài)KPI指標才是我們關(guān)心的，許多在靜態(tài)時設(shè)置為緊急優(yōu)先級的報警在投入運行后很少會發(fā)生，例如，可燃氣體檢測器報警、事故停車和安全系統(tǒng)的報警，這些都會影響動態(tài)指標；但另一方面，如果靜態(tài)報警分布嚴重偏離基準，也會導(dǎo)致動態(tài)指標的偏離。

在乙烯裂解裝置中，由于項目執(zhí)行深度欠缺及DCS組態(tài)中存在的一些不足，整個裝置的靜態(tài)報警優(yōu)先級指標偏離了EEMUA建議的目標，再加上裝置上在運行階段，小組成員討論出來的DCS修改內(nèi)容需要在裝置上在合適的機會予以實施，故整個裝置的動態(tài)優(yōu)先級性能不是很理想，但主要區(qū)域——裂解區(qū)域離EEMUA建議更近了，這得益于對裂解爐的報警優(yōu)化討論比較充分并且爐子有單獨停爐修改DCS組態(tài)的機會。

三、乙烯裂解裝置的報警優(yōu)化實施

這是整個報警優(yōu)化工作是否能夠達到預(yù)定效果的關(guān)鍵步驟。項目實施前，應(yīng)成立由操作工、工藝工程師、DCS工程師和Honeywell報警管理專家組成的報警管理項目組，該小組人數(shù)以3～5人為好，小組成員應(yīng)集中時間辦公，以排除干擾。小組成員應(yīng)參加報警系統(tǒng)優(yōu)化的培訓(xùn)課程，接受報警管理的理念，如報警不是越多越好、必須將操作人員的注意力集中到最重要的報警上面、應(yīng)抑制沒有意義的報警、報警描述必須清楚和容易理解等。

1.靜態(tài)報警優(yōu)化

在這個階段，首先需收集乙烯裂解裝置的報警策略設(shè)計文檔及報警臺帳，小組成員利用HAZOP（危險與可操作分析）方法，對每一個設(shè)計的報警點進行分析，以判定報警優(yōu)先級或修改報警值等。在這個分析階段，我們發(fā)現(xiàn)了DCS系統(tǒng)在報警組態(tài)上的不合理問題，譬如，PKS DCS中“DACA”塊中的“ROCNEGALM”（PV值負向變化率報警） 和“ROCPOSALM”（PV 值正向變化率報警），均被賦予了“LOW”級別的報警，但報警參數(shù)一欄卻是“NAN”。

2.動態(tài)報警優(yōu)化

利用Matrikon Alarm Manager數(shù)據(jù)采集器，通過OPC A&E接口收集DCS系統(tǒng)的報警和事件數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的報警匯總報告，以對動態(tài)報警活動和事件進行統(tǒng)計分析和改進，Matrikon Alarm Manager提供了多種工具用以分析改進動態(tài)報警，典型的有：

①最為頻繁的報警

②因果報警 定義：當某個“父”報警發(fā)生時，某個“子”報警也同時發(fā)生，在1分種內(nèi)有2次這樣的現(xiàn)象，則定義為1次關(guān)聯(lián)。建議當預(yù)測度（predictability）大于40%時，必須對父、子報警的關(guān)系進行審閱，以決定報警取舍。

③持續(xù)不斷的報警（Chattering Alarms）定義：以10s為時間片斷，片斷內(nèi)發(fā)生的報警次數(shù)占總時間片斷的百分比。這種報警多發(fā)生在當某個報警值設(shè)定在報警臨界狀態(tài)時，報警總是“喋喋不休”地在報警上下限或死區(qū)附近來回波動。解決這個問題的方法有：對于數(shù)字量信號，可以采取加延時的辦法予以處理，對于模擬量信號除了加延時外，還可以通過設(shè)置報警死區(qū)的方式實現(xiàn)。

④長時間的持續(xù)報警（STANDING ALARMS） 定義：持續(xù)超過24小時的報警。對持續(xù)很長時間的報警，報警優(yōu)先級的設(shè)置非常重要，需要對其重新評估，一般地，長時間持續(xù)的報警其優(yōu)先級不應(yīng)該設(shè)的太高，大量出現(xiàn)持續(xù)報警表明工廠運行糟糕或者這些報警根本不需要操作員的關(guān)注，對后一種情況，這些報警應(yīng)予以設(shè)法處理。在乙烯裂解裝置中，我們針對裂解爐在不同工況下的報警設(shè)置進行了“智能化處理”，乙烯裂解爐有四種運行狀態(tài)：“運行”、“熱備”、“燒焦”、“停爐”，在“熱備”、“燒焦”和“停爐”時，有很多過程參數(shù)會偏離正常運行區(qū)域而報警，為了減少這種無意義的報警，通過在DCS中做順控邏輯，把這三種模式下對應(yīng)的報警信號予以抑制。通過這個方式，分別屏蔽了在“停爐”、“燒焦”、“熱備”狀態(tài)下共115個、23個和8個報警信號。

四、存在的問題

乙烯裂解裝置的報警優(yōu)化后，在靜態(tài)報警負荷方面，由于“DI ”、“DO”等數(shù)字量類型的報警數(shù)偏離KPI性能指標較多，再加上“AI”和“PID”控制器類型的報警數(shù)也接近了KPI指標的上限，故導(dǎo)致整個裝置的靜態(tài)報警設(shè)置數(shù)量指標不理想。這影響了動態(tài)負荷特性，譬如：

①每天有接近幾百個報警被操作工暫時掛起或屏蔽，這些被屏蔽的報警應(yīng)進一步研究其原因，如果考慮這些被屏蔽的報警，則動態(tài)報警負荷超出了EEMUA目標值。

②在報警優(yōu)先級比例方面，盡管在裂解區(qū)域的報警級別比例已經(jīng)基本接近EEMUA目標，但整個裝置的報警優(yōu)先級指標離目標還有很大距離，特別是有大量的報警集中在高優(yōu)先級，這意味著在過程/裝置波動期間，操作員須查看所有的報警。

這些問題的造成，主要原因是靜態(tài)報警優(yōu)化做得還不夠深入，項目小組成員都是臨時從生產(chǎn)中抽出來進行討論的，在項目后期，甚至在個人辦公室獨自開展分析工作，因此缺乏共同論證；另外，對于動態(tài)報警的日常分析和處理力度不夠大，如每天分析最為頻繁的報警、操作工干預(yù)最多報警等等，由于企業(yè)中缺乏專門的報警管理團隊予以持續(xù)的跟蹤，因此導(dǎo)致了已經(jīng)優(yōu)化好的指標在運行一段時間后又出現(xiàn)偏離現(xiàn)象。

五、小結(jié)

隨著生產(chǎn)和操作要求的進一步提高，自動化系統(tǒng)內(nèi)的報警管理從來未曾象現(xiàn)在這樣重要過，毫無疑問，報警系統(tǒng)的效率低下，會抵消整個DCS的功效。乙烯裂解裝置的報警優(yōu)化實施，不僅進一步提升了DCS系統(tǒng)的報警性能，更重要的是為我們引入了一種全新的報警管理方法。