彭超龍，鞏忠領，鄒牛洋

(深圳市燃氣集團股份有限公司，廣東 深圳 518049)

數據采集與監(jiān)控系統(SCADA)作為流程工業(yè)的自動化控制系統，也是中國最常用的生產過程報警管理系統，在燃氣行業(yè)是通過自動化、信息化技術實現對城市燃氣輸配系統的遙測、遙信、遙控及遙調[1]。隨著近年來，燃氣SCADA系統平臺規(guī)模不斷擴大，開放性和兼容性不斷增強，平臺集成和開發(fā)成本大幅降低，報警組態(tài)更加簡單快捷，且人為報警設置無需增加任何成本，所以，同樣存在其他流程工業(yè)中報警泛濫、無效報警過多、報警優(yōu)先級分布不當等情況[2-3]。據非正常工況聯盟調查統計，每年企業(yè)都會由于報警泛濫產生的誤操作、意外停車等事故損失上億甚至上百億美元[4]。

深圳某燃氣公司采用的SCADA系統由中央監(jiān)控、數據通信和遠端站控等系統組成。燃氣SCADA系統監(jiān)控站點涵蓋天然氣門站、LNG站、電廠計量站、調壓站、閥室及中壓壓力監(jiān)測點，累計229個站點。為了全面掌握燃氣管網運行態(tài)勢，該系統采集管道壓力、溫度、介質組分、熱值、瞬時流量、燃氣泄漏、執(zhí)行器運行狀態(tài)等數據，并對關鍵參數、關鍵區(qū)域設置了報警點，包括報警閾值、報警級別、報警聲音、報警死區(qū)和報警延時抑制等屬性。據統計，2013年—2020年，該系統年報警量最高可達18.9萬條，海量的報警信息使得燃氣管網安全監(jiān)控形勢變得十分嚴峻，報警信息得不到及時有效處理，給企業(yè)的安全生產埋下嚴重隱患。因此，優(yōu)化報警點設置，改善報警泛濫成為了企業(yè)報警管理系統中亟待解決的問題[5-6]。

1 報警抑制原理

天然氣調度中心在城市燃氣的運營調度中發(fā)揮著重要作用。為了保證城市燃氣輸配管網的安全穩(wěn)定運行，需要實時在線監(jiān)控管網運行狀態(tài)，并對異常工況進行報警。該系統報警信息由“1”和“0”組成， “1”代表觸發(fā)系統報警，“0”代表未觸發(fā)報警，當生產裝置上檢測儀表輸出的過程信號值達到報警設定值且滿足特定約束條件后就會生成報警信息“1”，并以聲音和跳動字幕的方式提示調度操作人員，其他情況均不產生報警信息。因此，觸發(fā)報警點報警的決策變量為生產過程信號值，該系統中模擬量、開關量生產過程值報警示意過程如圖1所示。

圖1 過程值報警示意

流程工業(yè)中一般認為過程值達到預設值就會產生報警信息，然而為了減少報警泛濫，常會采用先進的報警技術過濾處理報警信號，即報警抑制。只有當過程信號值滿足特定約束條件后，生產監(jiān)控系統才會真正生成報警信息。因此，這些觸發(fā)報警的約束條件就成為了抑制報警的有效措施?；趫缶c決策變量、抑制條件以及對歷史報警數據分析的基礎上，為了直觀表現報警信號生成的過程，針對生產監(jiān)控系統中的模擬量、開關量分別建立了報警點抑制的觸發(fā)表達式，其中模擬量又分高、低限值類。

限值類高報警觸發(fā)表達式如式(1)所示：

(1)

限值類低報警觸發(fā)表達式如式(2)所示：

(2)

離散類報警觸發(fā)表達式如式(3)所示：

(3)

式中：zt(n)——報警信號；xp(n)——過程信號；xs——報警閾值；Lmin——儀表測量下限；Lmax——儀表測量上限；y——報警抑制條件。

2 報警抑制條件與適用對象分析

報警點的抑制設置需要在滿足一定條件下才可以進行，針對該系統報警原理和報警抑制機制，報警點設置報警抑制的適用場景有以下幾點：

1)xs為固定值?？蓛?yōu)化報警設定點的抑制條件y，通過設置抑制條件可以減少滋擾報警。如設置延時30 s，即報警信號觸發(fā)了設定值且保持30 s后，才會產生報警信息。該方法適用于已投運生產場站，頻閃、抖動報警較多的報警點。

2)y已固化設置。優(yōu)化報警設定點的對象為xs，該值的設置需按照生產裝置設計要求及工況變化進行動態(tài)調整，且xs不能超過檢測儀表的測量界限。該方法適用于已投運生產站點，需要調整報警閾值的報警點。

3)對xs，y同時調整，屬于完全重新設置報警點。該方法適用于新建站點報警點的設置。

3 報警抑制措施應用

報警抑制旨在減少抖動、瞬閃和常駐等高頻次的異常報警。以投運的某門站為例，在報警閾值設定不變的前置條件下，改變報警抑制條件成為改善報警泛濫的主要方向。通過對該門站歷史報警數據統計分析可知，壓力、溫度的頻繁波動，通信、閥位狀態(tài)的頻閃，瞬時流量的抖動等異常報警將是報警抑制的重點對象。以該門站1個季度的歷史報警數據為研究對象，重點研究了排名靠前的TOP10報警，詳細分析了報警發(fā)生的頻次、時間段、產生的原因，報警的歷史曲線，報警的表現形式等，并依據每種報警的特點給出了相應的報警抑制措施。某門站1個季度排名前10報警數據統計及分析見表1所列。

表1 某門站1個季度排名前10報警數據統計及分析

3.1 設置報警延時

一般在生產監(jiān)控的報警管理系統中，一旦過程值達到設定值時就會被記錄下來，并產生報警輸出信號。報警延時則是過程值觸發(fā)報警閾值后并且要等待一定時間待過程狀態(tài)穩(wěn)定后，才記錄變化值并輸出報警信號。在報警延時設計中，延時區(qū)間的長度稱為時間窗口[7]。以該門站通信信道狀態(tài)報警為例進行說明，比較設置不同長度的時間窗口對抑制通信信道報警數量的影響。在設置報警延時之前，需要統計通信狀態(tài)的歷史報警持續(xù)時間，不同時間窗口報警數見表2所列。

表2 通信信道報警信號數量及持續(xù)時間統計

在完成報警持續(xù)時間統計后，需延時設置不同長度時間窗口，報警管理系統延時效果如圖2所示。

圖2 報警延時效果示意

從圖2中可以看出，針對通信信道進行5 min的報警延時設置可以減少80%以上的報警，設置30 min則可以減少97%以上的報警。

3.2 設置報警死區(qū)

死區(qū)技術是一種有效解決抖動報警的措施[8]。在報警系統設置死區(qū)抑制措施后，報警的產生和恢復是基于設定閾值的兩個不同值，即上浮和下調一定比例，這樣更寬裕的區(qū)間可有效減少噪聲影響。但在設置死區(qū)時，應當注意死區(qū)的區(qū)間不能太大，否則過程值回落到正常工藝范圍內時，報警無法消除，生產系統將持續(xù)產生報警信息。針對化工生產過程典型模擬量報警信號，EEMUA[9]標準給出了死區(qū)參考區(qū)間。

以該門站進站壓力為例，通過對歷史報警數據的分析，發(fā)現分輸站進站壓力點的低報警在下限閾值3.5 MPa范圍內頻繁震蕩，高報警在上限閾值4.2 MPa范圍內頻繁震蕩。依據報警閾值設置死區(qū)的原則，首先按照0.5%浮動調整報警閾值，調整后的報警閾值上下限為4.221 MPa和3.83 MPa，可總體減少約30%的報警。因此，采用依次遞增0.5%的比例驗證死區(qū)設定效果，結果發(fā)現報警閾值死區(qū)設定比例在1.5%時，可減少系統報警總量的80%以上。報警閾值死區(qū)設定比例對報警數量的影響見表3所列。

表3 報警閾值死區(qū)設定比例 %

3.3 設置報警閾值偏差

報警閾值偏差的設置與報警死區(qū)技術的原理大致相同，都是浮動設定報警的閾值，唯一的區(qū)別是事先規(guī)定好允許的偏差范圍。依據概率統計，通常要求報警閾值的設定值要控制在3δ標準方差內，即設定的報警閾值應覆蓋不少于97.3%的報警值[10]。本文以該門站至沿途某出口電液聯動閥壓力報警為例，壓力數據統計見表4所列。

表4 該門站至沿途某出口電液聯動閥壓力報警統計

(4)

(5)

因此，電液聯動閥壓力的報警閾值設置3δ標準方差后，則報警上限由原19.0 MPa變?yōu)?9.5 MPa，可知該報警閾值可覆蓋絕大多數異常報警值。

3.4 設置報警擱置

報警擱置有鎖存報警和清除報警條件兩種方式。前者適用于有計劃的作業(yè)報警；后者適用于突發(fā)的常駐報警。不管采取何種形式其目的都是減少已知的報警或無法解除的報警，從而控制產生報警的數量。因此，針對該系統每季度的定期功能測試，應采取報警擱置抑制措施。

此外，針對該類報警的設置與管理，在采取擱置措施前，要確保該報警得到有效管控，明確可擱置、解除的條件，其次要做好交接班的交底，詳細告知擱置的報警信息以及最長可擱置的持續(xù)時間，且擱置的報警應在報警系統中突出告警顯示，以便提示調度操作人員及時跟蹤處置擱置報警。

4 結束語

通過報警泛濫抑制措施在該門站監(jiān)控系統實施后，報警總量減少了94.5%，有效改善了燃氣SCADA監(jiān)控系統報警泛濫現象。隨著城市燃氣管網規(guī)模的不斷擴大，該系統報警點的數量還將進一步增加，為避免該系統再次出現報警泛濫現象，作為生產調度管理部門應重點從以下兩個方面完善報警管理制度： 一是建立報警管理KPI指標考核體系，對每季度排名前10的報警不斷進行報警參數優(yōu)化調整；二是結合生產調度班組人數及任務量，確定當班次可接受處理的最大報警數量，保證報警系統產生的每1條報警都能得到及時有效的閉環(huán)管理。