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(shí)自動(dòng)化有限公司，杭州 310016；3.中國(guó)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(bào)警點(diǎn)輔助生產(chǎn)，當(dāng)異常工況發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的滋擾報(bào)警，導(dǎo)致報(bào)警泛濫（Alarm deluge）現(xiàn)象的發(fā)生，致使操作員無(wú)法辨別關(guān)鍵報(bào)警，從而耽誤對(duì)異常工況的處理，導(dǎo)致事故發(fā)生的概率增大。

針對(duì)以上實(shí)際存在的報(bào)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(shí)自動(dòng)化有限公司合作，在中安聯(lián)合煤制170萬(wàn)噸/年甲醇及轉(zhuǎn)化烯烴項(xiàng)目上，對(duì)煤氣化、凈化、S-MTO、LLDPE、PP裝置，開(kāi)發(fā)了報(bào)警管理系統(tǒng)軟件。以達(dá)到減少報(bào)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(bào)警管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 報(bào)警的定義

報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的工藝類(lèi)、儀表類(lèi)、設(shè)備類(lèi)和控制回路等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以此反應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行情況，用于確保生產(chǎn)過(guò)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(guò)程報(bào)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(shí)，操作員通過(guò)采取必要的響應(yīng)措施，使工藝過(guò)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(dòng)作。

1.2 實(shí)施步驟

報(bào)警管理是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，可以參照?qǐng)D2，給出報(bào)警管理生命周期各階段的活動(dòng)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(bào)警系統(tǒng)更高效。

2 報(bào)警管理系統(tǒng)架構(gòu)

中安聯(lián)合報(bào)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(hù)端之間，設(shè)置AAS DMZ專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。AAS數(shù)據(jù)采集器通過(guò)OPC AE讀取DCS報(bào)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(hù)端之間，通過(guò)防火墻傳輸信息，以確保AAS系統(tǒng)信息的安全。

3 報(bào)警分析功能

報(bào)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(hù)為每個(gè)報(bào)警進(jìn)行單獨(dú)分析定義。參數(shù)設(shè)置允許用戶(hù)按照不同類(lèi)型定義，比如按不同裝置、時(shí)間段、報(bào)警優(yōu)先級(jí)、報(bào)警類(lèi)型和其他類(lèi)型，報(bào)警分析有定期自動(dòng)生成報(bào)表和自動(dòng)郵件發(fā)送功能。

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

圖3 報(bào)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(bào)警性能分析包含如下內(nèi)容：

1）報(bào)警泛濫的統(tǒng)計(jì)

◇ 用戶(hù)定義的報(bào)警泛濫（例如，每10min10個(gè)報(bào)警）。

◇ 總體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括報(bào)警泛濫的時(shí)間比例、報(bào)警泛濫發(fā)生的時(shí)長(zhǎng)、每個(gè)報(bào)警泛濫持續(xù)的時(shí)間，每次泛濫中出現(xiàn)的報(bào)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(bào)警泛濫中的間歇報(bào)警。

2）按報(bào)警類(lèi)型的統(tǒng)計(jì)

報(bào)警類(lèi)型一般分為高高報(bào)（HH）、高報(bào)（H）、低報(bào)（L）、低低報(bào)（LL）等。

3）按報(bào)警優(yōu)先級(jí)的統(tǒng)計(jì)

報(bào)警優(yōu)先級(jí)一般分為：第0級(jí)、第1級(jí)、第2級(jí)、第3級(jí)等。

4）按某個(gè)時(shí)間段的統(tǒng)計(jì)

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

5）間歇報(bào)警統(tǒng)計(jì)

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

6）重復(fù)報(bào)警統(tǒng)計(jì)

能夠識(shí)別相關(guān)的報(bào)警；能夠排除與重復(fù)報(bào)警相關(guān)的間歇報(bào)警。

7）關(guān)聯(lián)報(bào)警統(tǒng)計(jì)

一般定義在15min前后，能以大于75%的概率出現(xiàn)的報(bào)警，稱(chēng)之為關(guān)聯(lián)報(bào)警。

8）頻繁報(bào)警統(tǒng)計(jì)

列出最頻繁發(fā)生的報(bào)警，比如前10個(gè)報(bào)警，一般在報(bào)警削減過(guò)程中最為關(guān)注此類(lèi)報(bào)警，解決TOP10報(bào)警，就能削減很大一部分報(bào)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(bào)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(jiǎn)稱(chēng)D&R模塊）。D&R模塊可以給出報(bào)警的原因、后果和報(bào)警處理方法，也可以提供一個(gè)報(bào)警優(yōu)先級(jí)的計(jì)算基準(zhǔn)。D&R模塊將分析和審查每一個(gè)報(bào)警點(diǎn)在系統(tǒng)中的意義和設(shè)計(jì)的合理性。D&R模塊可以自定義部分功能，以方便靈活存儲(chǔ)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(jiàn)表1。

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

4.2 報(bào)警優(yōu)先級(jí)的確定

報(bào)警優(yōu)先級(jí)代表報(bào)警的嚴(yán)重程度，操作員應(yīng)根據(jù)優(yōu)先級(jí)的順序進(jìn)行報(bào)警的響應(yīng)操作，當(dāng)多個(gè)報(bào)警同時(shí)發(fā)生時(shí)，操作員應(yīng)優(yōu)先響應(yīng)高優(yōu)先級(jí)的報(bào)警。不過(guò)，無(wú)論控制系統(tǒng)報(bào)出哪種優(yōu)先級(jí)的報(bào)警，操作員都應(yīng)關(guān)注并對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)操作。報(bào)警優(yōu)先級(jí)的確定需要以?xún)蓚€(gè)指標(biāo)為依據(jù)：后果嚴(yán)重程度和最大允許響應(yīng)時(shí)間，如表2給出了報(bào)警優(yōu)先級(jí)矩陣表。

綜上所述，報(bào)警優(yōu)先級(jí)確定為第0～5級(jí)6個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)等級(jí)所屬的范圍如下所述：

◇ 第5級(jí)（緊急）：在輔助操作臺(tái)報(bào)出，工藝報(bào)警。

◇ 第4級(jí)（高）：在DCS顯示，工藝報(bào)警或設(shè)備停車(chē)的預(yù)報(bào)警。

◇ 第3 級(jí)（中）：在DCS顯示，工藝報(bào)警或設(shè)備停車(chē)。

◇ 第2 級(jí)（低）：在DCS顯示，工藝報(bào)警。

◇ 第1級(jí)：控制系統(tǒng)診斷報(bào)警。

◇ 第0級(jí)：控制系統(tǒng)日志記錄，不需要報(bào)出的報(bào)警信息。

5 結(jié)果展示

5.1 報(bào)警分析結(jié)果

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

5.1.1 每天報(bào)警和按類(lèi)型報(bào)警

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

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

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

5.1.2 重復(fù)報(bào)警和瞬閃報(bào)警

圖5 給出了兩種重要的報(bào)警（重復(fù)報(bào)警和瞬閃報(bào)警），它們均屬于滋擾報(bào)警。對(duì)于重復(fù)報(bào)警，例如7-150_LIC_4010.H和7-150_LT_4010.H，對(duì)于同一個(gè)液位檢測(cè)點(diǎn)，設(shè)了兩個(gè)報(bào)警，其中前者屬于控制回路報(bào)警，后者是檢測(cè)點(diǎn)報(bào)警，這樣就重復(fù)設(shè)置了報(bào)警，根據(jù)關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)，可以取消其中一個(gè)報(bào)警，達(dá)到減少報(bào)警的目的。對(duì)于瞬閃報(bào)警，就是在很短的時(shí)間內(nèi)頻繁報(bào)出的報(bào)警，這類(lèi)報(bào)警極大地分散了操作員的注意力，可以通過(guò)一些延遲和死區(qū)的方法減少其報(bào)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(shí)施了歸檔和合理化分析，根據(jù)HAZOP報(bào)告及裝置工藝特點(diǎn)及運(yùn)行情況，對(duì)部分報(bào)警的報(bào)警原因、驗(yàn)證方法、響應(yīng)動(dòng)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(shí)間等方面對(duì)每個(gè)報(bào)警的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行了評(píng)估，實(shí)現(xiàn)報(bào)警管理在線(xiàn)化。通過(guò)歸檔和合理化分析，對(duì)在報(bào)警發(fā)生后，操作員如何響應(yīng)報(bào)警提供在線(xiàn)操作指導(dǎo)功能，操作員通過(guò)報(bào)警管理系統(tǒng)界面可以看到報(bào)警的原因以及響應(yīng)動(dòng)作，極大地提高了操作員應(yīng)對(duì)報(bào)警的能力。

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

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

6 總結(jié)與展望

報(bào)警系統(tǒng)是保障生產(chǎn)過(guò)程安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，其核心是報(bào)警分析功能和D&R分析功能。先進(jìn)報(bào)警管理系統(tǒng)在該大型煤化工項(xiàng)目實(shí)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。