彭超龍,陳媛秀,楊秀平

(深圳市燃?xì)饧瘓F股份有限公司,廣東 深圳 518049)

20世紀(jì)50年代,世界上第一臺過程控制計算機TRW-300在美國德克薩斯州的一個煉油廠正式投入運行,標(biāo)志著過程控制技術(shù)的正式應(yīng)用。歷經(jīng)起步期、試驗期、推廣期、發(fā)展期、成熟期五個階段的發(fā)展,到20世紀(jì)80年代,工業(yè)過程控制技術(shù)已變得很成熟,并廣泛應(yīng)用于石油、核電、化工、水利、電力、冶金等行業(yè)。隨著自動化水平的不斷提高,可編程邏輯控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)、總線控制系統(tǒng)等被廣泛使用,增加報警點的設(shè)置變得十分容易且廉價,只需在組態(tài)軟件中簡單設(shè)置即可[1]。然而正是由于報警點設(shè)置的便捷性、任意性以及人們對報警的認(rèn)識不足,從20世紀(jì)70年代末開始,美洲幾個國家便陸續(xù)發(fā)生了幾起特別重大的安全事故[2-5]。這些事故發(fā)生的原因均是操作人員無法及時從海量的報警信息中找出關(guān)鍵報警信息而導(dǎo)致。

基于以上慘重事故的教訓(xùn),人們開始對報警有了新的認(rèn)識。報警并不是設(shè)置的越多越好,過多的報警反而更容易增加操作人員的工作負(fù)擔(dān)甚至超出操作人員的處理能力和應(yīng)對能力,報警信息得不到及時有效處理,將給企業(yè)的安全穩(wěn)定生產(chǎn)埋下嚴(yán)重隱患。因此,系統(tǒng)、科學(xué)、有效地設(shè)置報警點對保障生產(chǎn)過程安全、可靠運行至關(guān)重要[6-7]。

1 報警設(shè)置點再評估目的及流程

1.1 報警設(shè)置點再評估目的

報警管理是一個持續(xù)改進的過程,需要不斷地對報警系統(tǒng)定期評估和優(yōu)化[8]。國際自動化協(xié)會(ISA)發(fā)布的ANSI/ISA-18.2定義了工業(yè)過程報警系統(tǒng)的管理由“操作—監(jiān)測評估—維護—操作”“操作—監(jiān)測評估—變更管理—報警識別—合理化審查—詳細(xì)設(shè)計—實施—操作”和“報警識別—合理化審查—詳細(xì)設(shè)計—實施—操作—維護—監(jiān)測評估—變更管理—報警識別”3個閉環(huán)回路構(gòu)成。第1個回路描述了通過發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行系統(tǒng)局部的小問題來對報警進行維護,第2個回路描述了在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上運用新的技術(shù)方法進行二次改良的過程,第3個回路則是描述了新建報警系統(tǒng)管理的全生命周期過程[9]。報警管理全生命周期流程如圖1所示。

圖1 報警管理全生命周期流程示意

報警識別提出要基于工程經(jīng)驗、設(shè)計要求、失效模式與后果分析(FEMA)、危險與可操作分析(HAZOP)報告、PID圖、SIL表、事故因果圖等歷史資料判斷哪里需要設(shè)置報警點;合理化審查則提出要對報警系統(tǒng)進行全面檢查和設(shè)置報警點分類、級別合理化評估,從而建立主報警庫。由此可見,對已投運的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)而言,進行報警點再評審十分重要,識別出重復(fù)設(shè)置的報警點和無意義的報警點,保留必須設(shè)置的報警點。

1.2 報警設(shè)置點再評估的流程

以某門站報警設(shè)置點為研究對象,為了全面、準(zhǔn)確地識別出門站重復(fù)設(shè)置的報警點,前期必需要對門站的設(shè)計要求和生產(chǎn)過程有充分的認(rèn)識。經(jīng)梳理可作為門站報警點再評審的依據(jù)有:

1)國家和地方頒發(fā)的有關(guān)城市燃?xì)饨ㄔO(shè)的法律、法規(guī)、條例和文件規(guī)定等。

2)GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》[10]。

3)石油化工、燃?xì)饣馂?zāi)防范,安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)等設(shè)計技術(shù)規(guī)范等。

4)報警設(shè)計導(dǎo)則、報警目標(biāo)、報警設(shè)計策略、報警管理策略、報警點表等。

5)報警系統(tǒng)功能要求(ASRS)、管道與儀表流程圖(P&ID)、報警設(shè)置文檔等。

6)危險源識別報告、HAZOP報告、故障樹分析報告等。

報警點再評審是一個系統(tǒng)性的工作,既需要多部門協(xié)同工作,又需要專門的工具和方法。因此,本文在相關(guān)理論綜述研究的基礎(chǔ)上,采用頭腦風(fēng)暴、因果報警識別與專家評審技術(shù)相結(jié)合的方法,對該門站SCADA中重復(fù)設(shè)置的報警點進行了識別和再評估[11-12]。具體流程如下: 在研究相關(guān)文獻綜述的基礎(chǔ)上,構(gòu)建報警點評審分析模型;采用頭腦風(fēng)暴的方法,針對報警點評審分析模型,分別從報警產(chǎn)生的原因、可能造成的后果、報警響應(yīng)的動作和時間進行分析;根據(jù)報警分析的初步結(jié)果并結(jié)合審查該門站的工藝流程圖,采用時延網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進一步識別重復(fù)設(shè)置的因果報警,得到擬取消重復(fù)設(shè)置報警點清單;邀請專家對擬取消的重復(fù)設(shè)置報警點進行評審,得到目標(biāo)報警點。

報警設(shè)置點再評估流程如圖2所示。

圖2 報警設(shè)置點再評估流程示意

1.3 報警設(shè)置點再評審分析模型的建立

該門站屬于易燃、易爆場所,SCADA中設(shè)置的報警點涉及多個部門的管理需求。為了全面、準(zhǔn)確地將門站所有重復(fù)設(shè)置和無意義的報警點都識別出來,特別邀請場站運行部、生產(chǎn)調(diào)度部、運行調(diào)度部、計量管理部、系統(tǒng)運行部、安全技術(shù)部專家7人組成報警點再評估分析團隊。再評審團隊成員基本資料見表1所列。

項目團隊成員站在自己專業(yè)的角度和出于安全生產(chǎn)管理的需要,對報警點設(shè)置再評估分析提出了不同的見解,具體如下:

1)運行調(diào)度部認(rèn)為報警點設(shè)置再評審分析應(yīng)充分利用歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)曲線以及考慮報警發(fā)生的頻次、報警時間的長短、報警產(chǎn)生的規(guī)律等。

2)場站運行部認(rèn)為報警點再評審分析應(yīng)從報警點設(shè)置的依據(jù)、報警點設(shè)置的合理性、生產(chǎn)安全的需要、消防法規(guī)以及過程安全儀表設(shè)計文件的硬性要求等角度分析。

3)生產(chǎn)調(diào)度部認(rèn)為報警點再評審分析應(yīng)從報警點設(shè)置的合理性、必要性、處理的時效性和閉環(huán)管理的可能性等角度分析。

4)計量管理部認(rèn)為報警點再評審分析應(yīng)考慮貿(mào)易計量結(jié)算、氣質(zhì)合同要求、供銷差和上游管理的便捷等。

5)系統(tǒng)運行部認(rèn)為報警點再評審分析要考慮報警設(shè)置的必要性、報警設(shè)置的合理性以及約束條件,無意義和重復(fù)設(shè)置的報警點不要出現(xiàn)在報警點列表中。

6)安全服務(wù)部認(rèn)為報警點的分析應(yīng)考慮安全需要和生產(chǎn)需要的相結(jié)合,避免關(guān)鍵節(jié)點、重要報警的遺漏和疏忽。

7)在開展項目評審前,考慮到系統(tǒng)運行部對報警系統(tǒng)較為熟悉,因此推薦系統(tǒng)運行部的儀器儀表高級工程師擔(dān)任報警點再評審分析團隊的組長,從而引導(dǎo)其他成員參與分析和評審的過程。經(jīng)與會成員充分討論,并經(jīng)過反復(fù)溝通,最終形成比較統(tǒng)一的意見。大家一致認(rèn)為報警點再評審分析可以從報警產(chǎn)生的原因、可能造成的后果、報警響應(yīng)的動作與時間三個方面分析,從而發(fā)現(xiàn)每個報警點設(shè)置的依據(jù)、設(shè)置的必要性和合理性。

報警點再評審分析模型如圖3所示。

如圖3所示,報警點評審分析模型由三部分組成。生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置的報警點出現(xiàn)報警的原因主要有報警參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、生產(chǎn)過程波動震蕩大、生產(chǎn)操作頻繁以及設(shè)備、儀器儀表自身的異常報警等。報警響應(yīng)動作與時間主要由兩部分組成,一部分是實際操作現(xiàn)場工藝設(shè)備的耗時,另一部分是處理報警所需的準(zhǔn)備工作耗時,如電話請示、對講呼叫以及檢修、檢查儀器的配置等。報警可能產(chǎn)生的后果主要有: 燃?xì)庹就］?、安全設(shè)施保護破壞、爆炸火災(zāi)、管道破裂、氣體污染、貿(mào)易計量糾紛等。

1.4 報警設(shè)置點再評審分析

經(jīng)梳理該門站需要再評估的報警點數(shù)量有164個,為了便于分類討論評估報警過程,本文采用樹狀分類方法將待評審的報警點分為工藝類、設(shè)備類、自控邏輯類和系統(tǒng)通信類四大報警。工藝類是指在模擬量上設(shè)定報警上下限,該類報警主要有管道壓力、溫度、熱水及復(fù)熱前后燃?xì)鉁囟?、流量、熱值以及加臭量、燃?xì)饫鄯e量等,其中限值類報警又分為低限值報警和高限值報警兩種。設(shè)備類報警是指由于現(xiàn)場設(shè)備自身狀態(tài)發(fā)生的異常改變而觸發(fā)的報警,比如: 緊急切斷閥的切斷報警,閥門的關(guān)閉啟動報警、UPS狀態(tài)異常報警、流量計算機故障報警等。自控邏輯類報警是指邏輯指令的啟動或觸發(fā)而產(chǎn)生的報警,比如: 閥門ESD啟動報警、密碼錯誤報警、觸發(fā)及失敗報警等。系統(tǒng)通信類報警主要是指通信數(shù)據(jù)中斷的報警,比如: 上位與下位站點的通信中斷報警、串口通信失敗報警、網(wǎng)絡(luò)傳輸異常報警等。

1.4.1報警產(chǎn)生的原因分析

從報警點再評審分析模型可以看出,報警點產(chǎn)生報警的主要原因有工藝操作、設(shè)備故障、生產(chǎn)過程波動和報警閾值設(shè)置不當(dāng)?shù)?對于不同類別的報警點報警產(chǎn)生的原因則會有一定差別。經(jīng)與會專家討論,報警點產(chǎn)生報警的主要原因分析見表2所列。

表2 報警點產(chǎn)生報警的主要原因分析

1.4.2報警可能造成的后果分析

從報警點再評審分析模型可以看出,報警點可能造成的后果主要有燃?xì)馔］敗①Q(mào)易結(jié)算糾紛、爆炸與火災(zāi)事故、生產(chǎn)系統(tǒng)癱瘓等。因報警的類型不同、報警產(chǎn)生的原因不同,不同區(qū)域設(shè)置的報警點可能造成的后果也不盡相同。報警點可能造成的后果分析見表3所列。

表3 報警點可能造成的后果分析

1.4.3報警響應(yīng)動作與時間分析

生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)報警一經(jīng)產(chǎn)生,如果報警產(chǎn)生后操作人員無處置措施或者未有足夠的時間來處理報警,那么這樣的報警可認(rèn)為是無意義的報警點,系統(tǒng)中則不應(yīng)設(shè)置該報警。從報警點再評審分析模型可以看出,現(xiàn)場調(diào)度操作人員針對報警采取的報警響應(yīng)動作包括主要操作和輔助操作。主操時間是實際進行具體操作需要的時間,如開啟閥門操作所需的時間;輔助操作時間則是判斷報警、確認(rèn)報警等所需的時間。報警響應(yīng)動作與操作時間見表4所列。

表4 報警響應(yīng)動作與操作時間

2 因果報警設(shè)置點分析

本文以生產(chǎn)裝置的進站壓力高報警為例,識別報警的因果鏈,旨在進行合理的報警分組時,減少因果報警點的設(shè)置數(shù)量。在報警評估工作表的基礎(chǔ)上,針對門站與工藝相關(guān)的生產(chǎn)過程模擬量報警和開關(guān)量報警,依據(jù)先驗知識和評審團隊成員的意見,采用時延Petri網(wǎng)分析了目標(biāo)報警點間的因果關(guān)系,并編制了門站進站壓力報警關(guān)聯(lián)產(chǎn)生規(guī)則表,見表5所列。

表5 門站進站壓力報警關(guān)聯(lián)產(chǎn)生規(guī)則

鑒于生產(chǎn)系統(tǒng)因果報警的識別和合理的報警分組,可以在短暫時間內(nèi)甄別出關(guān)鍵報警事件從而避免大規(guī)模報警蔓延的惡劣狀況發(fā)生。為了更好地描述該門站各庫所之間的因果關(guān)聯(lián)關(guān)系,依據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則繪制了報警事件時延Petri網(wǎng)絡(luò)模型,如圖4所示。

圖4 報警事件時延Petri網(wǎng)絡(luò)模型示意

圖4中時延Petri網(wǎng)絡(luò)模型中的符號含義見表6所列。

表6 時延Petri網(wǎng)絡(luò)模型中的符號含義

從圖4可以看出,報警鏈有H11—H6—H7—H1—H5,H11—H6—H7—H1—H2—H3—H4,H8—H6—H7—H1—H2—H3—H4,H8—H6—H9,H8—H6—H10,H8—H6—H7—H1—H5,H11—H6—H10和H11—H6—H9共8條,報警分組明細(xì)見表7所列。當(dāng)以H1為報警源時,若該報警不處理,時延若干時間后將會產(chǎn)生H1—H2—H3—H4和H1—H5兩條因果報警鏈,從而觸發(fā)一系列的因果聯(lián)鎖報警。另外,從圖4可以看出,觸發(fā)H1高報警的有H6,H7,H8和H11壓力高報警源。由于H4,H5,H9,H10均位于時延網(wǎng)絡(luò)的末端,其報警可以通過前面的報警給予反映或發(fā)出預(yù)警提示,因此,站在生產(chǎn)工藝的角度上來說,該報警在壓力高報警中可視為重復(fù)設(shè)置的壓力報警點,系統(tǒng)中不宜設(shè)置該類報警點。生產(chǎn)裝置壓力高報警分組見表7所列。

表7 生產(chǎn)裝置壓力高報警分組

3 重復(fù)報警設(shè)置點識別

從報警點再評審分析的過程可以看出,若報警管理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了多個重復(fù)的報警點,則它們報警產(chǎn)生的原因、可能造成的后果以及報警響應(yīng)動作與時間應(yīng)該是一樣的。基于此,本文利用報警點評審分析的結(jié)果、因果報警的分組與識別以及結(jié)合對該門站工藝流程圖的審查,總結(jié)出該門站SCADA重復(fù)設(shè)置報警點的類型見表8所列。

表8 重復(fù)設(shè)置報警點的類型

基于上述重復(fù)設(shè)置報警點分類的方法,報警點再評審人員對該門站164個報警點進行了再評審分析和因果報警識別,共識別出同一位置設(shè)置多個重復(fù)報警點3個,互聯(lián)互通管道重復(fù)設(shè)置報警點11個,無意義報警點在系統(tǒng)的堆疊28個,因果聯(lián)鎖反應(yīng)報警12個,合計54個。

4 結(jié)束語

通過對該天然氣門站164個報警點進行再評審分析,累計取消了54個重復(fù)設(shè)置報警點,識別新增了16個報警點,最終保留啟用了126個目標(biāo)報警點,報警設(shè)置點總量較評估前減少了23.17%,為改善燃?xì)釹CADA報警泛濫提供了目標(biāo)報警點。但在報警點評審中還應(yīng)注意: 為了確保擬取消的報警點是合理和安全的,建議由公司安全生產(chǎn)監(jiān)督管理機構(gòu)牽頭召集燃?xì)夤こ?、機械電子工程、儀器儀表工程、化工安全工程和電氣工程等專業(yè)的專家對擬取消的報警點進行二次評審;為了保證取消的重復(fù)設(shè)置報警點是被認(rèn)可和可追溯的,建議由生產(chǎn)部門在公司OA等數(shù)字化管理平臺提出了擬取消報警點申請,在完成相關(guān)職能部門逐級進行審批后,最終由SCADA維護工程師在報警管理系統(tǒng)中取消相關(guān)報警點的設(shè)置。