賴紅軍，王志芳，謝文奮

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 獨(dú)山子石化公司 科技信息處，新疆維吾爾自治區(qū) 獨(dú)山子區(qū) 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) 獨(dú)山子區(qū) 833699）

0 引言

工業(yè)控制系統(tǒng)的過程報(bào)警作為工藝操作輔助手段和重要的安全措施之一，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中扮演著不可或缺的角色。作為工業(yè)過程的首道保護(hù)層，報(bào)警系統(tǒng)的性能優(yōu)劣直接關(guān)系到過程安全、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本甚至人員傷亡。國(guó)內(nèi)外研究顯示，異常情況下出現(xiàn)的報(bào)警過載是常見問題，這通常意味著報(bào)警系統(tǒng)在最需要的時(shí)候效果最差。

報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)耐怀霰憩F(xiàn)：設(shè)置數(shù)量不合理、優(yōu)先級(jí)配置不當(dāng)、參數(shù)配置不當(dāng)、無法識(shí)別和阻止報(bào)警洪水等問題，導(dǎo)致報(bào)警泛濫，超出操作人員承受能力。DCS 實(shí)際處于“報(bào)而不警”的狀態(tài)是目前石化行業(yè)普遍存在的問題[1]。

統(tǒng)計(jì)公司某裝置連續(xù)3 天的報(bào)警為23 萬多條，其中重復(fù)報(bào)警占到80%。工藝人員處于繁忙的確認(rèn)和診斷報(bào)警中，有效報(bào)警識(shí)別困難，錯(cuò)過重要報(bào)警的機(jī)會(huì)增加，大量的異常報(bào)警如不能加以有效控制，一旦應(yīng)對(duì)不及時(shí)，就可能造成生產(chǎn)波動(dòng)，帶來效益損失，存在很大的安全隱患。

1 報(bào)警泛濫原因分析[2]

1）缺乏報(bào)警系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)

缺乏報(bào)警理念的科學(xué)統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，缺乏有效的理論和方法指導(dǎo)，缺乏可持續(xù)的管控機(jī)制。在裝置建設(shè)初期，工藝設(shè)計(jì)以及DCS 系統(tǒng)的報(bào)警組態(tài)設(shè)計(jì)階段，沒有報(bào)警需求規(guī)格書遵循，各方參與人員對(duì)于報(bào)警優(yōu)化問題不夠重視，設(shè)計(jì)和DCS 組態(tài)隨意性較大，仍然集中于單變量獨(dú)立簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，并未充分考慮過程變量之間的關(guān)聯(lián)性和邏輯性，并且只考慮正常工況；在裝置后期運(yùn)行過程中，從來未開展過報(bào)警性能評(píng)估和報(bào)警合理化分析，報(bào)警值、報(bào)警級(jí)別設(shè)置混亂，沒有依據(jù)；DCS 增加報(bào)警幾乎沒有成本，報(bào)警只增不減，報(bào)警管理幾乎失控。

2）缺乏報(bào)警系統(tǒng)性能監(jiān)控，沒有有效的技術(shù)分析工具和手段，關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)不夠明確

裝置每周產(chǎn)生的報(bào)警信息數(shù)量有成千上萬條之多，多者甚至達(dá)到每周五六十萬條，裝置技術(shù)人員要每天統(tǒng)計(jì)DCS 報(bào)警情況，進(jìn)行原因分析和整改?？渴止ね瓿山y(tǒng)計(jì)工作，不僅工作量大，而且工作效率低下，誤差較大，僅能統(tǒng)計(jì)出報(bào)警次數(shù)、報(bào)警位號(hào)等簡(jiǎn)單信息，報(bào)警信息利用價(jià)值并沒有被充分地挖掘出來，一方面工藝人員無法及時(shí)篩選出重要報(bào)警加以解決，另一方面給DCS 系統(tǒng)維護(hù)工程師帶來很大負(fù)擔(dān)，裝置報(bào)警系統(tǒng)性能無法準(zhǔn)確評(píng)估。

2 報(bào)警治理方案

從20 世紀(jì)90 年代開始，世界著名石化企業(yè)、工程公司和專業(yè)公司共同對(duì)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了研究及實(shí)踐，運(yùn)用先進(jìn)報(bào)警管理的理念，推出了相關(guān)的國(guó)際規(guī)范和工程導(dǎo)則。通過先進(jìn)報(bào)警管理系統(tǒng)的實(shí)踐，證明可提高報(bào)警系統(tǒng)的有效性和安全性，對(duì)工業(yè)領(lǐng)域報(bào)警管理產(chǎn)生很大影響。

目前國(guó)際廣泛認(rèn)可的報(bào)警管理標(biāo)準(zhǔn)或最佳實(shí)踐主要包括：ANSI /ISA 18.2-2009 Management of Alarm System for the Process Industries[3]和IEC 62682-2014 Management of Alarm system for the Process Industries[4]。PAS 公司于2016 年發(fā)行了《報(bào)警管理手冊(cè)》，填補(bǔ)了流程工業(yè)中一個(gè)重要技術(shù)領(lǐng)域的空白，是對(duì)報(bào)警管理影響最大的專著。遵從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及最佳實(shí)踐是實(shí)現(xiàn)建立和持續(xù)保持高水準(zhǔn)報(bào)警管理的最佳途徑。這一系列標(biāo)準(zhǔn)著作為創(chuàng)新報(bào)警管理提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐參考。

學(xué)習(xí)研究國(guó)際規(guī)范（國(guó)際自動(dòng)化協(xié)會(huì)：ISA18.2《過程工業(yè)報(bào)警系統(tǒng)管理》和英國(guó)工程設(shè)備和材料用戶協(xié)會(huì)：EEMUA191《報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管理和采購指南》），借鑒國(guó)外專業(yè)管理公司的最佳實(shí)踐，確定報(bào)警治理目標(biāo)和分步實(shí)施方案。

第1 步：對(duì)標(biāo)ISA18.2，利用信息化手段收集分析報(bào)警數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握各裝置報(bào)警現(xiàn)狀。對(duì)報(bào)警系統(tǒng)改進(jìn)前必須進(jìn)行全面而完整的報(bào)警信息收集和分析，更清楚地了解現(xiàn)有缺陷，為精確查明存在的問題并提出最高效的解決方案提供依據(jù)。

第2 步：基層單位成立專家團(tuán)隊(duì)，組織進(jìn)行不良報(bào)警、高頻報(bào)警分析，精準(zhǔn)施策。持續(xù)開展報(bào)警合理化工作，從報(bào)警設(shè)置的目的、報(bào)警值和報(bào)警級(jí)別的優(yōu)化、操作人員的響應(yīng)等方面，考慮長(zhǎng)效治理措施。

第3 步：對(duì)標(biāo)評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的報(bào)警性能，完善報(bào)警管控機(jī)制。

第4 步：總結(jié)報(bào)警治理經(jīng)驗(yàn)，制定和遵守企業(yè)報(bào)警導(dǎo)則。

3 報(bào)警優(yōu)化實(shí)施

1）將DCS 系統(tǒng)報(bào)警和過程報(bào)警完全分開，系統(tǒng)報(bào)警對(duì)于操作人員來說并沒有多大的意義，不需要他們響應(yīng)，在操作站的操作界面中，不顯示系統(tǒng)報(bào)警信息。利用短信推送功能，將系統(tǒng)報(bào)警信息實(shí)時(shí)推送給DCS 系統(tǒng)維護(hù)工程師，確保了系統(tǒng)報(bào)警實(shí)時(shí)響應(yīng)。

2）搭建DCS 報(bào)警信息采集和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)，從DCS 原始日志入手解析報(bào)警記錄的時(shí)間順序，通過分析報(bào)警、恢復(fù)、確認(rèn)時(shí)間，分析不同時(shí)段的報(bào)警次數(shù)、報(bào)警響應(yīng)時(shí)間，精準(zhǔn)定位不良報(bào)警（瞬閃報(bào)警、重復(fù)報(bào)警、陳舊報(bào)警等）。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析和大數(shù)據(jù)挖掘，將復(fù)雜多變的報(bào)警信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，為裝置的報(bào)警統(tǒng)計(jì)分析、優(yōu)化提供決策支持，便于管理者對(duì)裝置報(bào)警優(yōu)化情況實(shí)時(shí)掌握。開發(fā)的主要應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)報(bào)警KPI 對(duì)比、報(bào)警泛濫統(tǒng)計(jì)、裝置每日（月）報(bào)警數(shù)對(duì)比、TOP10 報(bào)警閉環(huán)處置、裝置報(bào)警性能評(píng)價(jià)等數(shù)據(jù)可視化展示，為裝置報(bào)警優(yōu)化治理提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。

3）充分利用網(wǎng)絡(luò)和短信技術(shù)，依托移動(dòng)短信平臺(tái)，建立報(bào)警推送統(tǒng)一管理系統(tǒng)，將報(bào)警信息分級(jí)分專業(yè)精準(zhǔn)推送到指定人員手機(jī)短信，提醒裝置各級(jí)技術(shù)和管理者關(guān)注裝置異常變動(dòng)。另外當(dāng)裝置發(fā)生報(bào)警泛濫（10min 內(nèi)報(bào)警超過10 次）時(shí)，通常意味著裝置出現(xiàn)波動(dòng)，也會(huì)發(fā)送短信給相應(yīng)裝置和運(yùn)行部管理人員，便于管理人員及時(shí)掌握生產(chǎn)波動(dòng)信息，實(shí)現(xiàn)儀表運(yùn)維、質(zhì)量管控、環(huán)保監(jiān)測(cè)、工藝管理、設(shè)備管理等專業(yè)異常故障信息分級(jí)管理，重要關(guān)鍵點(diǎn)全天候?qū)崟r(shí)報(bào)警管控，推動(dòng)生產(chǎn)管控向智能化運(yùn)維轉(zhuǎn)型。

4）圍繞報(bào)警合理化，精準(zhǔn)施策，優(yōu)化設(shè)計(jì)。報(bào)警合理化分析的基本方法非常簡(jiǎn)單，對(duì)每個(gè)報(bào)警的配置和用途進(jìn)行審查，各單位組建由相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參與的專家團(tuán)隊(duì)，針對(duì)系統(tǒng)中的報(bào)警點(diǎn)主要進(jìn)行以下工作：

①討論該點(diǎn)上每個(gè)已組態(tài)和可能組態(tài)的報(bào)警。

②驗(yàn)證任何所組態(tài)的報(bào)警是否確實(shí)應(yīng)該存在。通過工藝流程圖、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、功能說明、工藝安全分析、保護(hù)層分析及事故調(diào)查報(bào)告等資料，根據(jù)報(bào)警設(shè)置的原則確認(rèn)需要有足夠的時(shí)間響應(yīng)。

③驗(yàn)證一個(gè)報(bào)警不會(huì)復(fù)制在相同條件下發(fā)生的另外一個(gè)類似的報(bào)警。如果出現(xiàn)復(fù)制的情況，保留最能夠說明異常條件根本原因的那個(gè)報(bào)警。

④確定每個(gè)報(bào)警的正確優(yōu)先級(jí)。報(bào)警優(yōu)先級(jí)的確定是根據(jù)偏差產(chǎn)生的后果和人員需要響應(yīng)的時(shí)間共同決定的（見表3）。通常，后果越嚴(yán)重，所需響應(yīng)時(shí)間越短，報(bào)警的優(yōu)先級(jí)越高。

⑤根據(jù)工藝歷史數(shù)據(jù)、相關(guān)操作程序、設(shè)備和安全系統(tǒng)規(guī)范等，確定報(bào)警的正確設(shè)定值。報(bào)警值設(shè)定的基礎(chǔ)要考慮到響應(yīng)報(bào)警的時(shí)間足夠防止偏差后果的發(fā)生，并且恢復(fù)至報(bào)警設(shè)定點(diǎn)和報(bào)警死區(qū)的正常范圍內(nèi)。

⑥對(duì)于具有不同操作狀態(tài)的工藝來說，是否需要多個(gè)不同的報(bào)警值和報(bào)警抑制的條件。

報(bào)警合理化分析是報(bào)警生命周期活動(dòng)中的重要一步，是一個(gè)持續(xù)、動(dòng)態(tài)、循環(huán)的過程。通過合理化分析，實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)有系統(tǒng)上配置正確的報(bào)警、糾正錯(cuò)誤配置的系統(tǒng)，以提高性能，消除重復(fù)報(bào)警等；報(bào)警合理化分析的結(jié)果，為裝置報(bào)警優(yōu)化提供依據(jù)。

借助報(bào)警平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)和報(bào)警合理化分析的結(jié)果，占無效報(bào)警總數(shù)大約70%的不良報(bào)警（重復(fù)、陳舊、瞬閃、震蕩等）和高頻報(bào)警（裝置每天報(bào)警超過5 次的）被迅速定位。結(jié)合DCS 歷史趨勢(shì)和組態(tài)，可以精準(zhǔn)判斷其屬于哪一類不良報(bào)警，從而采取針對(duì)性的措施。

按照表1 中的不良報(bào)警治理方法，通過優(yōu)化報(bào)警上下限，修改報(bào)警死區(qū)，優(yōu)化報(bào)警級(jí)別等可以很快見效，總體報(bào)警事件平均減少50%以上，而改進(jìn)工作量相對(duì)最少。

表1 典型不良報(bào)警的治理方法Table 1 Treatment methods of typical bad alarm

5）多工況高級(jí)報(bào)警技術(shù)應(yīng)用[5]。對(duì)于聚合、橡膠、裂解爐等間歇式工藝，生產(chǎn)裝置通常處于多個(gè)工況，如開停工、原料和產(chǎn)品切換、設(shè)備維修。針對(duì)同一個(gè)儀表位號(hào)在不同配方、不同過程階段或操作模式下，報(bào)警的需求通常是不同的。通過按不同工況進(jìn)行抑制，不同工況報(bào)警值設(shè)置的技術(shù)手段，解決開停工和檢修期間報(bào)警泛濫。

6）完善報(bào)警系統(tǒng)性能綜合評(píng)價(jià)機(jī)制，ISA18.2 標(biāo)準(zhǔn)中建議的報(bào)警性能指標(biāo)主要有：基于至少30 天的數(shù)據(jù)的日均每崗、10min 內(nèi)報(bào)警的最大數(shù)目、報(bào)警泛濫時(shí)長(zhǎng)占比、抖振報(bào)警和瞬閃報(bào)警的數(shù)目、陳舊報(bào)警的數(shù)量等。在實(shí)踐中單一的指標(biāo)，如峰值報(bào)警和平均報(bào)警并不能準(zhǔn)確反映報(bào)警系統(tǒng)性能，不能簡(jiǎn)單地直接用于評(píng)價(jià)考核。公司創(chuàng)造性地用日?qǐng)?bào)警次數(shù)、不良報(bào)警（重復(fù)報(bào)警、瞬閃報(bào)警、陳舊報(bào)警等）的治理效果、報(bào)警泛濫程度等指標(biāo)進(jìn)行綜合考量。

7）明確新建裝置的DCS 組態(tài)原則，從源頭治理報(bào)警，如：死區(qū)、濾波、延遲的設(shè)置；設(shè)置多工況報(bào)警抑制和動(dòng)態(tài)修改；系統(tǒng)報(bào)警不推送到前臺(tái)；報(bào)警點(diǎn)的選擇，尤其是DI 點(diǎn)。

8）編制報(bào)警管理規(guī)范文件，企業(yè)報(bào)警導(dǎo)則是國(guó)外專業(yè)管理公司的最佳實(shí)踐[6]——報(bào)警管理七步法中最基礎(chǔ)的一環(huán)，是企業(yè)針對(duì)報(bào)警的制定、實(shí)施和修改而編制的一套綜合性指導(dǎo)方針，明確“如何正確執(zhí)行與設(shè)定報(bào)警”，為報(bào)警的選擇、優(yōu)先級(jí)設(shè)置、組態(tài)、響應(yīng)、處理方法、系統(tǒng)監(jiān)控以及許多其他主題提供一個(gè)最理想的規(guī)則。國(guó)內(nèi)的石油石化行業(yè)中建立企業(yè)報(bào)警導(dǎo)則的很少，參考ISA-18.2 的要求和公司的報(bào)警治理實(shí)踐，編制的公司報(bào)警導(dǎo)則，作為新裝置報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)、老裝置報(bào)警治理的指南，為報(bào)警選擇、優(yōu)先級(jí)設(shè)置、配置、響應(yīng)、處理方法、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)提供了最佳依據(jù)。主要內(nèi)容包括報(bào)警點(diǎn)的選擇、報(bào)警優(yōu)先級(jí)的確定、報(bào)警的設(shè)置、報(bào)警的處理方法、報(bào)警系統(tǒng)性能的監(jiān)控、不良報(bào)警的解決方案，以及如何進(jìn)行合理化分析等。為了更好地發(fā)揮報(bào)警導(dǎo)則的指導(dǎo)作用，將總結(jié)的DCS 報(bào)警組態(tài)的原則和報(bào)警治理的基本方法納入其中。

4 報(bào)警治理效果

2020 ～2021 年，報(bào)警管理關(guān)鍵性能指標(biāo)——日均每崗報(bào)警次數(shù)從2019 年治理優(yōu)化前的400 次持續(xù)下降到目前的35 次，降幅達(dá)90%，其中不良報(bào)警數(shù)量降幅達(dá)83.3%，日均每崗報(bào)警次數(shù)遠(yuǎn)低于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)KPI 可接受數(shù)量（150 次），如圖1。裝置檢修及開停工期間的報(bào)警也得到很好管控，全廠各裝置報(bào)警基本達(dá)到平衡，并持續(xù)降低，個(gè)別裝置存在小幅波動(dòng)。與此同時(shí)，操作人員的操作數(shù)量也明顯下降。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，報(bào)警治理前后操作次數(shù)降幅達(dá)50%，有效降低了操作人員的操作強(qiáng)度，減少了誤操作的可能性，生產(chǎn)運(yùn)行更加平穩(wěn)。

圖1 2021年每崗位報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistics of alarm times per post in 2021

5 結(jié)束語

以制度和信息化工具的方式使傳統(tǒng)基于經(jīng)驗(yàn)的報(bào)警管理方式向系統(tǒng)化、規(guī)范化的方式轉(zhuǎn)變，無效報(bào)警數(shù)量大幅下降，DCS 報(bào)警系統(tǒng)作用充分體現(xiàn)。可靠的報(bào)警系統(tǒng)不能直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，但合理的報(bào)警設(shè)置和及時(shí)正確的操作響應(yīng)有效提高了裝置的安全性和可操作性，提升了操作人員異常情況處置能力，防止因報(bào)警未及時(shí)響應(yīng)處理而產(chǎn)生的工藝波動(dòng)，從而提高裝置整體運(yùn)行效能。