王麗娜，潘 輝

（1.新疆寰球工程公司，新疆維吾爾自治區(qū) 克拉瑪依 833699；2.獨(dú)山子石化公司 信息網(wǎng)絡(luò)公司，新疆維吾爾自治區(qū) 克拉瑪依 833699）

0 引言

報(bào)警系統(tǒng)，作為生產(chǎn)裝置的保護(hù)層，對保障過程生產(chǎn)安全、可靠起著尤為關(guān)鍵的作用。然而無效報(bào)警設(shè)置過多、報(bào)警信息過頻等“報(bào)警泛濫”現(xiàn)象[1]，給操作人員帶來過重勞動負(fù)荷，且可能遺漏嚴(yán)重報(bào)警信息，導(dǎo)致不必要的生產(chǎn)損失，降低生產(chǎn)裝置的安全性。本文闡述了基于某廠實(shí)際需求和管理模式開發(fā)的全流程閉環(huán)報(bào)警管理平臺，通過劃分報(bào)警優(yōu)先級、建立報(bào)警臺帳、報(bào)警分析統(tǒng)計(jì)等方式，實(shí)現(xiàn)報(bào)警優(yōu)化。同時在網(wǎng)絡(luò)平臺上通過KPI展示、報(bào)警參數(shù)實(shí)時比對、制定化報(bào)表查詢及導(dǎo)出、報(bào)警值的變更審批流程，實(shí)現(xiàn)報(bào)警管理的持續(xù)改進(jìn)。基于裝置的實(shí)際生產(chǎn)工藝情況，進(jìn)行全生命周期、全流程、閉環(huán)的報(bào)警管理體系建設(shè)。

1 報(bào)警方法及標(biāo)準(zhǔn)定義

報(bào)警方法及標(biāo)準(zhǔn)定義，指用來建立報(bào)警管理原則和標(biāo)準(zhǔn)的說明文件，指導(dǎo)企業(yè)或者現(xiàn)場確定能夠報(bào)警管理的各個方面，包括設(shè)計(jì)、操作和維護(hù)。它包含了定義和判斷依據(jù)，用來確定哪些情況需要報(bào)警，還提供了優(yōu)化報(bào)警的原則，例如如何進(jìn)行報(bào)警的優(yōu)先級排序、如何確定報(bào)警的設(shè)定點(diǎn)、如何將報(bào)警分類等。只有具備了報(bào)警說明文件，才能夠?qū)?bào)警進(jìn)行優(yōu)化。本文針對某廠的報(bào)警管理文件有如下原則：

表1 風(fēng)險嚴(yán)重性定義Table 1 Definition of risk severity

1）風(fēng)險嚴(yán)重性

如果操作人員對報(bào)警未做出有效處理，潛在危害產(chǎn)生后果可分為：重大、大、中、小4種情形。具體見表1。

2）時間緊迫性

報(bào)警響應(yīng)時間直接影響后果的嚴(yán)重性。操作人員對報(bào)警做出反應(yīng)行動的時間應(yīng)為自發(fā)生報(bào)警至產(chǎn)生后果之間的總時間減去操作人員采取有效行動所花費(fèi)的時間。例如，從發(fā)生高溫報(bào)警到設(shè)備損壞有30min，假定按最嚴(yán)重溫升情況計(jì)算，打開急冷閥所需花費(fèi)10min時間，操作人員的行動時間應(yīng)為20 min。潛在危害情況發(fā)生之前操作人員用于采取行動的時間分為：①立即：小于3min；②迅速：3min～15 min；③盡快：大于15 min。

3）報(bào)警優(yōu)先級分配

報(bào)警優(yōu)先級的比率分配如下：①緊急報(bào)警：報(bào)警總數(shù)的5%；②重要報(bào)警：報(bào)警總數(shù)的15%；③一般報(bào)警：報(bào)警總數(shù)的80%。

報(bào)警優(yōu)先級[2]應(yīng)依據(jù)風(fēng)險嚴(yán)重性和時間緊迫性來確定，具體見表2。

2 報(bào)警識別及合理性

2.1 增加報(bào)警，該報(bào)的一定要報(bào)

目前報(bào)警設(shè)置不夠，很多重要的還沒有設(shè)置，需要列出問題：如儀表問題（儀表容易堵塞、流量計(jì)容易失靈等），工藝問題（溫度容易超溫等），設(shè)備問題（容易漏等），應(yīng)根據(jù)實(shí)際問題設(shè)置報(bào)警。

2.2 設(shè)置聯(lián)動報(bào)警、預(yù)測報(bào)警

對于重要位置，要設(shè)置聯(lián)動報(bào)警。例如，如果3個相關(guān)的溫度中，相差幅度超過預(yù)期，則觸發(fā)報(bào)警。如果某一個檢測值長時間處于一成不變的直線，則觸發(fā)報(bào)警。

2.3 增加設(shè)備和閥門報(bào)警

一些關(guān)鍵的設(shè)備和閥門，在生產(chǎn)運(yùn)行時一旦出現(xiàn)故障，將給企業(yè)造成巨大損失。許多裝置已經(jīng)運(yùn)行了多年，一些經(jīng)常出現(xiàn)故障的設(shè)備，可以通過監(jiān)測特征量來設(shè)置設(shè)備報(bào)警，例如增加一個檢測某個閥門發(fā)生故障的設(shè)備報(bào)警，定期采集閥門輸出，當(dāng)輸出長期保持一個不合理的值時，觸發(fā)設(shè)備故障報(bào)警。

表2 報(bào)警優(yōu)先級矩陣Table 2 Alarm priority matrix

2.4 根據(jù)工藝，增加報(bào)警類型

目前的報(bào)警類型還比較少，應(yīng)根據(jù)工藝實(shí)際情況，增加特定的報(bào)警類型，如變化速率報(bào)警、偏差報(bào)警等。

2.5 特殊工藝設(shè)置多組報(bào)警

有一些生產(chǎn)工藝要求經(jīng)常切換使用一些設(shè)備和生產(chǎn)流程，導(dǎo)致一組報(bào)警無法滿足不同工藝情況下的真實(shí)報(bào)警需求，例如乙烯一聯(lián)合裝置和聚烯烴一聯(lián)合聚丙烯裝置所涉及的全部多工況管理（包括但不限于裂解爐燒焦、牌號切換）問題。面對這種情況，可通過在DCS上增加程序化組態(tài)，針對不同工藝設(shè)置多組報(bào)警，并監(jiān)測特征量變化來判斷當(dāng)前所使用的生產(chǎn)工藝、設(shè)備、產(chǎn)品或流程，從而確定使用哪一組正確的報(bào)警值。

2.6 消除報(bào)警震蕩

報(bào)警抖動是導(dǎo)致報(bào)警泛濫的最常見現(xiàn)象之一，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因通常包括：裝置運(yùn)行不平穩(wěn)、報(bào)警限的設(shè)置不合理、死區(qū)設(shè)置過窄等。通過對現(xiàn)場工藝、設(shè)備、控制方案的研究和分析，找出導(dǎo)致報(bào)警抖動的根本原因，有針對性地解決。

2.7 動態(tài)報(bào)警抑制技術(shù)

有些情況下，報(bào)警僅適合于設(shè)備正常使用的情況下，在設(shè)備未使用時，報(bào)警已不適用。由于這種情況而導(dǎo)致的報(bào)警泛濫問題，可通過報(bào)警抑制技術(shù)解決。但在實(shí)際生產(chǎn)中，工藝情況往往經(jīng)常改變，當(dāng)前正在使用的設(shè)備可能很快就會停用，面對這種情況，可以檢測特征量變化判斷設(shè)備是否處于停用狀態(tài)，如果停用，則自動調(diào)用報(bào)警抑制功能，實(shí)現(xiàn)動態(tài)報(bào)警抑制能力。動態(tài)報(bào)警抑制技術(shù)與多組報(bào)警結(jié)合使用，可以解決裝置生產(chǎn)運(yùn)行時出現(xiàn)的很大一部分報(bào)警泛濫問題。

3 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 報(bào)警管理生命周期

本平臺基于美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會（ANSI）和國際自動化協(xié)會（ISA）聯(lián)合制定發(fā)布的報(bào)警管理生命周期流程[3]，該標(biāo)準(zhǔn)全局模型結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

表3 報(bào)警管理生命周期各階段概述Table 3 Alarm management lifecycle stages

圖1 報(bào)警管理生命周期Fig.1 Alarm management lifecycle

該生命周期模型有助于確定實(shí)施報(bào)警管理時的要求和職責(zé)，適用于安裝新的報(bào)警系統(tǒng)或管理現(xiàn)有系統(tǒng)。包括10個階段，分別從A—理念直到J—審核，各個階段的任務(wù)、輸入和輸出見表3；有3個閉環(huán)回路，如圖1虛線所示，一為“運(yùn)行—監(jiān)控與評價—維護(hù)—運(yùn)行”回路，該回路通過定期監(jiān)控與識別問題報(bào)警從而進(jìn)行維護(hù)；二為“運(yùn)行—監(jiān)控與評價—變更管理—運(yùn)行”回路，在該回路中，會利用先進(jìn)報(bào)警技術(shù)進(jìn)行再設(shè)計(jì)；三為整個報(bào)警管理生命周期本身。

圖2 先進(jìn)報(bào)警理平臺總體技術(shù)架構(gòu)Fig.2 A total technology architecture of advanced alarm management platform

3.2 先進(jìn)報(bào)警管理平臺

先進(jìn)報(bào)警管理平臺是個分層次化的全流程報(bào)警管理體系，該體系分為裝置現(xiàn)場報(bào)警設(shè)計(jì)及優(yōu)化、控制網(wǎng)報(bào)警分析、辦公網(wǎng)的報(bào)警評審及決策監(jiān)管3個層次。如圖2所示。

3.2.1 裝置現(xiàn)場層（裝置現(xiàn)場報(bào)警設(shè)計(jì)及優(yōu)化）

具體包括制定報(bào)警設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)和原則及報(bào)警管理的相關(guān)程序化文件，實(shí)現(xiàn)乙烯、新區(qū)聚丙烯裝置現(xiàn)場的報(bào)警識別、分級、分類、設(shè)計(jì)、合理化、優(yōu)化、實(shí)施、運(yùn)行、維護(hù)等內(nèi)容，對應(yīng)操作人員角色。

通過基于現(xiàn)場裝置工藝的、合理的報(bào)警定義、識別、設(shè)計(jì)和優(yōu)化、裝置所涉及的全部多工況管理等高級報(bào)警設(shè)計(jì)、操作指導(dǎo)等手段，實(shí)現(xiàn)在較少改變或不改變現(xiàn)有生產(chǎn)操作模式的前提下，為一線操作人員從根本上消除無效報(bào)警、增加必要報(bào)警、完善報(bào)警信息提示、完善操作指導(dǎo)等目標(biāo)。

3.2.2 技術(shù)分析層（控制網(wǎng)報(bào)警采集與分析）

具體包括報(bào)警事件采集系統(tǒng)、報(bào)警事件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、報(bào)警分析系統(tǒng)等建設(shè)內(nèi)容，對應(yīng)需要進(jìn)行報(bào)警分析的技術(shù)人員角色。

在控制網(wǎng)上以C/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)DCS報(bào)警數(shù)據(jù)采集、報(bào)警處理方式及響應(yīng)時間等操作記錄采集、SIS報(bào)警采集、報(bào)警信息的實(shí)時和歷史歸檔、報(bào)警信息的實(shí)時和歷史查詢、TOP10和報(bào)警泛濫等實(shí)時和歷史報(bào)警分析和查詢、定制化報(bào)警統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表的生成和導(dǎo)出、KPI評價對比、報(bào)警值的批量設(shè)置、DCS報(bào)警值與系統(tǒng)報(bào)警值的對比，裝置所涉及的全部多工況管理）等高級報(bào)警設(shè)計(jì)的設(shè)置。實(shí)現(xiàn)在較少改變或不改變現(xiàn)有技術(shù)分析習(xí)慣的前提下，為專業(yè)技術(shù)人員提供靈活穩(wěn)定、智能化、自動化的分析手段和工具的目標(biāo)。

3.2.3 決策監(jiān)控層（辦公網(wǎng)的報(bào)警評審及決策監(jiān)管）

具體包括：報(bào)警事件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、查詢和歸檔功能，報(bào)警分析系統(tǒng)的所有查詢功能、KPI對比評價功能、定制化報(bào)警統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表的生成和導(dǎo)出功能、報(bào)警值的對比功能等，以及報(bào)警值的變更審批管理、用戶角色權(quán)限管理等內(nèi)容建設(shè)，對應(yīng)企業(yè)管理部門角色。

在辦公網(wǎng)上以B/S架構(gòu)建設(shè)該平臺，實(shí)現(xiàn)在不改變目前的管理層次的前提下，為企業(yè)管理人員提供對報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行簡單高效、全流程、長周期的閉環(huán)管理能力的目標(biāo)。

4 報(bào)警監(jiān)控管理系統(tǒng)

報(bào)警監(jiān)控管理系統(tǒng)，指安裝部署于企業(yè)辦公網(wǎng)中的B/S架構(gòu)報(bào)警監(jiān)控、分析、管理相關(guān)軟件和硬件，用于提供報(bào)警事件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的所有歸檔和查詢分析功能、報(bào)警分析系統(tǒng)中的所有分析功能、報(bào)警參數(shù)提取和比較功能（為進(jìn)一步確保生產(chǎn)安全，不在此系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)報(bào)警參數(shù)設(shè)定功能）及用戶角色權(quán)限管理、報(bào)警變更審批管理等功能。實(shí)現(xiàn)在不改變目前的管理層次的前提下，為企業(yè)管理人員提供對報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行簡單高效、全流程、長周期的閉環(huán)管理能力的目標(biāo)。具體功能框圖如圖3所示。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時報(bào)警查詢，包括：過程報(bào)警、系統(tǒng)報(bào)警、操作記錄、SIS報(bào)警等，在出現(xiàn)工藝操作限值（過程量域值、計(jì)算變量等）、設(shè)備限值（電力消耗、機(jī)器振動等）、環(huán)境限值（有毒氣體、可燃?xì)怏w）等偏離情況時，與DCS同步實(shí)時發(fā)出警告。

圖3 報(bào)警監(jiān)控管理系統(tǒng)功能框圖Fig.3 Alarm monitoring management system functional diagram

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)分析整理功能，依據(jù)報(bào)警類型統(tǒng)計(jì)分析DCS系統(tǒng)的報(bào)警，通過對報(bào)警的辨識，得出報(bào)警泛濫、無效報(bào)警、重復(fù)報(bào)警、陳舊報(bào)警報(bào)告和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，排除報(bào)警泛濫中的振蕩報(bào)警、無效報(bào)警；分析得出各類報(bào)警類型的數(shù)量，不同報(bào)警優(yōu)先級的數(shù)量，不同工藝單元的報(bào)警數(shù)量，不同班次的報(bào)警數(shù)量，不同時間區(qū)段的報(bào)警數(shù)量，分析振蕩報(bào)警數(shù)量，識別重復(fù)的相關(guān)報(bào)警，排除與重復(fù)報(bào)警相關(guān)的振蕩報(bào)警，生成報(bào)警列表，排除與關(guān)聯(lián)報(bào)警相關(guān)的振蕩報(bào)警，列出最頻繁發(fā)生的報(bào)警，分析不同操作站、不同班次報(bào)警確認(rèn)操作記錄等。

5 先進(jìn)報(bào)警平臺的研究結(jié)果及技術(shù)指標(biāo)

5.1 報(bào)警性能指標(biāo)

表4 報(bào)警性能指標(biāo)Table 4 Alarm performance indicator

5.2 報(bào)警優(yōu)化前后裝置報(bào)警總數(shù)對比

表5 報(bào)警優(yōu)化前后裝置報(bào)警總數(shù)變化對比Table 5 Comparison of changes in the total number of alarms before and after alarm optimization

6 應(yīng)用前景

化工生產(chǎn)各裝置間關(guān)聯(lián)密切，工藝復(fù)雜，設(shè)備極多，操作條件千差萬別。因此，如何通過報(bào)警管理，提高生產(chǎn)安全性，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。減少無效報(bào)警、消除報(bào)警忽視和麻痹因數(shù)。降低對裝置的生產(chǎn)擾動并有效避免事故發(fā)生，降低操作人員工作負(fù)荷。

監(jiān)控裝置報(bào)警狀態(tài)，掌握裝置安穩(wěn)運(yùn)行狀況，同時實(shí)現(xiàn)對報(bào)警參數(shù)的規(guī)范化管理，提高裝置生產(chǎn)運(yùn)行安全性。通過報(bào)警管理平臺，每天對裝置報(bào)警情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為工藝主管實(shí)現(xiàn)裝置安全生產(chǎn)，提高裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行時間，提供決策支持。通過報(bào)警管理平臺，梳理報(bào)警管理流程，實(shí)現(xiàn)報(bào)警的閉環(huán)管理和可追溯性。依托報(bào)警管理平臺持續(xù)開展報(bào)警消減工作，促進(jìn)提高和改善工藝操作、優(yōu)化工藝流程、消除裝置設(shè)備故障。