論鋼鐵企業(yè)集中操控之后的安全新挑戰(zhàn)及對(duì)策防護(hù)措施

徐厚友 周琪 王彪 劉見 向幸 郝玉澤

(中鋼武漢安環(huán)院綠世紀(jì)安全管理顧問有限公司 武漢 430081)

0 引言

2020年冶金行業(yè)發(fā)生15起重大安全生產(chǎn)事故，造成18人死亡，23人受傷。2020年冶金行業(yè)各安全生產(chǎn)事故類別占比如圖1所示。

圖1 2020年冶金行業(yè)各安全生產(chǎn)事故類別占比

目前冶金行業(yè)的安全形勢仍然比較嚴(yán)峻，仍需鋼鐵企業(yè)提高安全意識(shí)，完善安全管理措施，以減少事故的發(fā)生。

近年來，隨著“工業(yè)4.0”、“中國制造2025”的提出，以及智能化、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)的快速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)作為傳統(tǒng)行業(yè)面臨著千載難逢的升級(jí)發(fā)展機(jī)遇[1-2]。寶武集團(tuán)提出實(shí)施智慧制造要堅(jiān)持目標(biāo)引領(lǐng)，通過“少人化”、“集控化”、“一鍵化”，打造極致高效、安全的智慧鋼廠，并對(duì)現(xiàn)場管理提出“四個(gè)一律”的目標(biāo)，即：制造環(huán)節(jié)做到操作室一律集中、操作崗位一律機(jī)器人、運(yùn)維一律遠(yuǎn)程、服務(wù)環(huán)節(jié)一律上線。當(dāng)前，為全面推進(jìn)智慧制造，使生產(chǎn)更智能、操控更集約、管理更高效[3-4]，韶鋼、鄂鋼、武鋼等國內(nèi)各大鋼廠相繼建設(shè)了各工序的集中操控中心，將生產(chǎn)現(xiàn)場分散的操作室集中到一個(gè)遠(yuǎn)程操控中心。

鋼鐵企業(yè)集中操控系統(tǒng)的推廣給鋼鐵企業(yè)的發(fā)展帶來了新機(jī)遇，也給安全管理帶來了新挑戰(zhàn)[5-8]，本文將分析新系統(tǒng)下可能導(dǎo)致安全事故的原因，并針對(duì)其提出對(duì)策防護(hù)措施，為鋼鐵企業(yè)在新系統(tǒng)下的安全生產(chǎn)提供相應(yīng)參考。

1 操控集中化之后對(duì)安全帶來的新挑戰(zhàn)

不同于傳統(tǒng)的生產(chǎn)現(xiàn)場操作室看得見、摸得著的操控方式，集中操控中心主要通過傳感器、攝像頭等方式遠(yuǎn)程操控，存在的最大風(fēng)險(xiǎn)主要是操控系統(tǒng)失效，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備不能有序控制，引發(fā)煉鐵、煉鋼等工序發(fā)生火災(zāi)、爆炸等安全生產(chǎn)事故。分析操控系統(tǒng)失效的主要可能原因，可以從人、物2個(gè)方面著手分析：

1.1 人的因素

(1)操作室遠(yuǎn)離現(xiàn)場雖然能讓操作室人員所處環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)降低很多，但由于缺少直觀的對(duì)所操作設(shè)備的狀況、周圍環(huán)境的觀察，以及與現(xiàn)場人員直接的聯(lián)系，也可能帶來新的風(fēng)險(xiǎn)。如在操作高爐、焦?fàn)t時(shí)，可能因?qū)ΜF(xiàn)場運(yùn)行狀況、所操作的爐子狀況、對(duì)現(xiàn)場危險(xiǎn)區(qū)域的人員監(jiān)視不足等，操作室人員不能采取針對(duì)性的操作或根據(jù)現(xiàn)場的異常及時(shí)調(diào)整操作，引發(fā)事故。

(2)操作室人員集中操作幾臺(tái)同類設(shè)備，可能由于兼顧不足、混淆所操作的設(shè)備、同崗位的人員配合不當(dāng)?shù)仍颍斐刹僮鞑患皶r(shí)、誤操作、混亂操作、發(fā)出錯(cuò)誤指令等，造成事故。項(xiàng)目實(shí)施后，操作規(guī)程不適用，操作、維護(hù)人員對(duì)操控系統(tǒng)設(shè)備、軟件不熟悉，造成錯(cuò)誤操作，引發(fā)事故。

(3)操作室遠(yuǎn)離現(xiàn)場也會(huì)減少現(xiàn)場區(qū)域人員，可能因現(xiàn)場人員不足，造成對(duì)現(xiàn)場檢查不足，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患。也可能因聯(lián)保互保不足，現(xiàn)場人員缺少監(jiān)護(hù)，人員易違章或受傷害時(shí)不能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)和營救。當(dāng)發(fā)生漏鐵、煤氣泄漏等事故時(shí)，可能因現(xiàn)場應(yīng)急處置、救援人員不足，事故處理不及時(shí)，造成事故擴(kuò)大。

(4)操控系統(tǒng)集中以后，人員操作方式發(fā)生較大變化，不能再依靠現(xiàn)場人員的雙眼觀察了解現(xiàn)場情況，更多的是需要通過儀表數(shù)據(jù)、監(jiān)控視頻來監(jiān)測現(xiàn)場，進(jìn)而作出操作判斷指令。倘若監(jiān)控視頻發(fā)生故障或不夠清晰，對(duì)儀表數(shù)據(jù)異常信息未能準(zhǔn)確捕捉，操作室人員就不能準(zhǔn)確判定現(xiàn)場的異常情況，進(jìn)而無法及時(shí)準(zhǔn)確地作出正確的操作指令，可能造成生產(chǎn)事故。

(5)人員操作方式變化后，未重新修訂崗位操作規(guī)程和應(yīng)急預(yù)案，操作人員未進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和安全培訓(xùn)，處理異常情況的操作水平不足，可能引發(fā)事故，造成生產(chǎn)停頓。

1.2 物的因素

(1)一方面，通信線路距離遠(yuǎn)且存在線纜敷設(shè)路由復(fù)雜，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)線路發(fā)生故障概率(外部干擾、因外力而損壞等)大大增加，故障排查難度增大，一旦發(fā)生故障，短時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù)，引發(fā)操控系統(tǒng)失控。另一方面，因通信線路冗余設(shè)計(jì)不足，敷設(shè)不當(dāng)、防護(hù)不足，受干擾或破壞而使信號(hào)傳輸延遲、中斷、錯(cuò)誤，引發(fā)事故。鋼鐵企業(yè)普遍存在車間溫度高、粉塵大，作業(yè)環(huán)境較差的問題，部分通信線路不可避免的需敷設(shè)在易受機(jī)械損傷、高溫高熱、有腐蝕性物質(zhì)排放、潮濕以及有強(qiáng)磁場和強(qiáng)靜電場干擾的位置，如果通信網(wǎng)絡(luò)布線防護(hù)措施不足，未采取相應(yīng)的防損、防熱、防腐蝕、防潮、防干擾、防火等防護(hù)措施，可能使通信網(wǎng)絡(luò)延遲甚至癱瘓，造成控制系統(tǒng)失效。

(2)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，由于網(wǎng)絡(luò)管理的漏洞、網(wǎng)絡(luò)故障、受網(wǎng)絡(luò)攻擊等，造成網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備不能正常工作而發(fā)出錯(cuò)誤指令，影響操控安全。遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男盘?hào)時(shí)效性、可靠性、穩(wěn)定性不足，造成信號(hào)延遲、信號(hào)錯(cuò)誤，從而引發(fā)事故。

(3)系統(tǒng)設(shè)備在設(shè)計(jì)和選購時(shí)存在缺陷，如可靠性、可維護(hù)性、安全性設(shè)計(jì)不足，冗余設(shè)計(jì)和容錯(cuò)設(shè)備不足，對(duì)信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_措施不足，缺少自檢和保護(hù)功能，對(duì)安裝環(huán)境不適應(yīng)等，造成操控故障、中斷、錯(cuò)誤，引發(fā)事故。操作系統(tǒng)軟件可靠性、穩(wěn)定性、兼容性不足，造成死機(jī)、故障、錯(cuò)誤指令，引發(fā)事故。

(4)操控HMI系統(tǒng)，當(dāng)I/O服務(wù)器、畫面服務(wù)器故障或服務(wù)器版軟件故障，會(huì)存在導(dǎo)致整套操控HMI系統(tǒng)失去控制的風(fēng)險(xiǎn)。

(5)操控中心相關(guān)安全操作采用安全PLC系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程信號(hào)傳遞，由于PLC系統(tǒng)缺少保護(hù)電路，外部電源故障、PLC系統(tǒng)異常、誤操作以及誤輸出等可能造成重大安全生產(chǎn)事故。

(6)因操控系統(tǒng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)受外界電磁波、靜電干擾，影響傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和通訊的實(shí)時(shí)性，影響操控；因防雷、防電涌保護(hù)措施不足，被雷電、供電波動(dòng)破壞、信號(hào)失穩(wěn)，使控制中斷或錯(cuò)誤，引發(fā)事故。

(7)因操控中心電源、電路故障，缺少備用電源，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)未設(shè)UPS電源，廠區(qū)大停電等，造成整個(gè)控制系統(tǒng)斷電失效癱瘓，引發(fā)事故。

(8)倘若電訊設(shè)施故障、對(duì)講系統(tǒng)可靠性不足(如語音不清晰、信號(hào)不及時(shí)、中斷、混亂、錯(cuò)誤等)、視頻監(jiān)控顯示不清等，不能傳達(dá)可靠的通信信號(hào)，使崗位間溝通不暢、相關(guān)安全信息傳遞不暢，造成對(duì)現(xiàn)場狀況的錯(cuò)誤判斷，導(dǎo)致不及時(shí)或錯(cuò)誤操作，引發(fā)安全事故。

2 操控集中化建議采取的安全對(duì)策措施

2.1 從人的因素著手，加強(qiáng)人員安全管理

(1)制定操控系統(tǒng)相關(guān)的安全操作規(guī)程。根據(jù)新配置的操控系統(tǒng)及操作方式更新操作規(guī)程。在規(guī)程中明確關(guān)鍵組件在運(yùn)行中斷時(shí)的保護(hù)措施。為操作、運(yùn)行人員提供正確使用操控系統(tǒng)設(shè)備的初始培訓(xùn)并在之后進(jìn)行定期培訓(xùn)。在操控中心展開調(diào)試平穩(wěn)過渡期，加強(qiáng)對(duì)操作人員的行為觀察，判斷其是否能順應(yīng)操作模式轉(zhuǎn)變操作思路，辨識(shí)并總結(jié)生產(chǎn)中的異常信息，是否能就產(chǎn)生的異常信息做出判斷，作出及時(shí)準(zhǔn)確的操作指令。

(2)制定與操控系統(tǒng)相關(guān)的維護(hù)管理、檢查規(guī)程。對(duì)管理、維護(hù)、檢查人員進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理、安全目標(biāo)和工業(yè)運(yùn)維方面的培訓(xùn)。結(jié)合控制系統(tǒng)與設(shè)備的重要性分類、在線運(yùn)行質(zhì)量和實(shí)際可操作性，制定控制系統(tǒng)的定期檢查、運(yùn)行維護(hù)維修制度并管理實(shí)施。加強(qiáng)系統(tǒng)基礎(chǔ)控制及過程控制的檢查、維護(hù)，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

1)查看現(xiàn)場攝像頭、電線網(wǎng)線是否完好，檢測設(shè)施儀器是否損壞，儀表指示、記錄是否正常，現(xiàn)場一次儀表(變送器)指示和控制室顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表指示值是否一致，調(diào)節(jié)器輸出指示和調(diào)節(jié)閥閥位是否一致。

2)定期測試控制系統(tǒng)備用網(wǎng)絡(luò)、備用電源是否完好、適用，設(shè)備大修或生產(chǎn)停頓時(shí)可對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行冗余測試。

3)檢查控制站機(jī)及操作柜散熱風(fēng)扇運(yùn)行情況，檢查各卡件指示燈有無異常。

4)檢查設(shè)備及線路有無破損，有無腐蝕性氣體腐蝕情況與過多的粉塵堆積現(xiàn)象并及時(shí)清理。

5)經(jīng)常查看DCS系統(tǒng)“故障診斷”畫面，檢查有無故障或異常現(xiàn)象；如有則及時(shí)查明原因并處理。

6)加強(qiáng)DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)管理，網(wǎng)絡(luò)部件需嚴(yán)格按照網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)與網(wǎng)絡(luò)連接圖進(jìn)行連接，對(duì)網(wǎng)絡(luò)部件及網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)進(jìn)行定期檢查，注意觀察交換機(jī)、網(wǎng)卡、主控卡、I/O卡件以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡的通信指示燈是否正常。

7)DCS系統(tǒng)使用一定年限后，由于生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣、灰塵多、有腐蝕性氣體等，容易造成元件的老化、損壞等情況，可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)通信不暢、信號(hào)偏移等故障。因此，必須定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面維護(hù)和檢修，清除系統(tǒng)中可能存在的隱患，保證DCS系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。

8)現(xiàn)場維護(hù)及檢修時(shí)必須由2人以上作業(yè)，對(duì)可能導(dǎo)致工藝參數(shù)波動(dòng)的作業(yè)，必須事先取得工藝人員的認(rèn)可，并采取相應(yīng)的安全措施。檢修供電系統(tǒng)故障時(shí)，原則上應(yīng)先斷電后作業(yè)，斷電后UPS電池仍然會(huì)產(chǎn)生高電壓，應(yīng)注意防護(hù)；拆除及安裝卡件時(shí)，必須佩戴防靜電腕帶，防止靜電損壞卡件；拆除接線時(shí)，必須做好標(biāo)識(shí)，并注意線頭絕緣防護(hù)；檢修完成后，與工藝人員聯(lián)系進(jìn)行聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)并恢復(fù)聯(lián)鎖。

(3)建立工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全管理制度。可參照GB/T 36323—2018《信息安全技術(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)安全管理基本要求》，對(duì)控制系統(tǒng)的外部連接安全、內(nèi)部系統(tǒng)的連接、安全授權(quán)、人員安全、持續(xù)監(jiān)控、滲透測試、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、漏洞掃描、應(yīng)急等進(jìn)行規(guī)定。

(4)定期檢查、試驗(yàn)、校對(duì)系統(tǒng)，保證儀表、安全聯(lián)鎖保護(hù)裝置、事故停車裝置完好有效。定期對(duì)防雷、防靜電、接地等設(shè)施進(jìn)行檢測、檢驗(yàn)。

(5)生產(chǎn)現(xiàn)場人員減少情況下，應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場人員實(shí)際配備情況，重新修訂安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案及現(xiàn)場異常情況下的處置方案。

2.2 從物的因素著手，提高設(shè)備設(shè)施本質(zhì)安全水平

(1)為了提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，建議通信網(wǎng)絡(luò)線纜采用雙路由，沿2條不同的路由進(jìn)行敷設(shè)。線路線纜不應(yīng)敷設(shè)在易受機(jī)械損傷、有腐蝕性物質(zhì)排放、潮濕以及有強(qiáng)磁場和強(qiáng)靜電場干擾的位置，當(dāng)無法避免時(shí)，應(yīng)采取防護(hù)或屏蔽措施；當(dāng)線路周圍環(huán)境溫度超過65 ℃時(shí)，應(yīng)采取隔熱措施；當(dāng)線路附近有火源時(shí)，應(yīng)采取防火措施；線路不宜敷設(shè)在高溫設(shè)備和管道的上方，也不宜敷設(shè)在具有腐蝕性液體的設(shè)備和管道的下方；線路與絕熱的設(shè)備和管道絕熱層之間的距離應(yīng)大于200 mm；儀表管道引入安裝有爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)、有毒有腐蝕性物質(zhì)環(huán)境的儀表盤、柜、箱時(shí)，其引入孔處應(yīng)密封。

(2)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)考慮系統(tǒng)的保密性、安全性、可靠性、可維護(hù)性；應(yīng)保證相關(guān)應(yīng)用功能所要求的實(shí)時(shí)性，如實(shí)時(shí)輸入、實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)傳輸、實(shí)時(shí)輸出和實(shí)時(shí)操作等；應(yīng)考慮電磁兼容，滿足對(duì)電磁發(fā)射限值的要求并具有抗擾度能力；硬件應(yīng)注重可靠性、可維護(hù)性、安全性設(shè)計(jì)，還應(yīng)采用冗余設(shè)計(jì)和容錯(cuò)設(shè)計(jì)；硬件應(yīng)對(duì)各種傳輸信號(hào)有抑制干擾的措施，如輸入/輸出通道模板模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮抗共模和串模干擾的影響；進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)各種時(shí)序關(guān)系應(yīng)留有適當(dāng)?shù)臅r(shí)間余量；應(yīng)考慮自檢功能和保護(hù)功能；應(yīng)滿足不同應(yīng)用級(jí)別環(huán)境的要求，如熱設(shè)計(jì)、振動(dòng)與沖擊隔離設(shè)計(jì)、電磁兼容性設(shè)計(jì)、腐蝕與防護(hù)設(shè)計(jì)等；軟件應(yīng)安全可靠、滿足實(shí)時(shí)性要求。

(3)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸應(yīng)保證系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)傳輸?shù)挠行院涂煽啃浴Ｐ盘?hào)線路的路由應(yīng)滿足傳輸信號(hào)防電磁干擾和防泄漏的要求；敷設(shè)管道應(yīng)安全可靠，并滿足物理安全和抗電磁干擾的要求；信號(hào)傳輸線路除滿足信號(hào)傳輸質(zhì)量要求外，還應(yīng)滿足系統(tǒng)兼容性、安全性和穩(wěn)定性的要求。

(4)建議設(shè)置2臺(tái)服務(wù)器互為備用，操作終端采用高性能的工控機(jī)。在操控中心設(shè)置至少1臺(tái)單機(jī)版的HMI備用，在發(fā)生故障情況下可進(jìn)行應(yīng)急操作。

(5)選用安全PLC構(gòu)建安全控制系統(tǒng)，包括安全緊急操作及安全操控。操控中心關(guān)鍵設(shè)備和重點(diǎn)區(qū)域的可編程序控制器(PLC)控制系統(tǒng)，其內(nèi)部電源、控制站以及網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器宜冗余配置；操作站宜互為備用。

(6)操控中心應(yīng)由雙重電源供電，并采用設(shè)備用電源。備用電源宜采用獨(dú)立于正常電源的柴油發(fā)電機(jī)組，也可采用供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用饋電線路。當(dāng)正常電源發(fā)生故障時(shí)，備用電源應(yīng)能承擔(dān)操控中心正常運(yùn)行所需的用電負(fù)荷。

(7)用于重要生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施及附屬設(shè)施控制的計(jì)算機(jī)，不宜由移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備拷出文件，不應(yīng)使用來歷不明的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。

(8)控制系統(tǒng)安全應(yīng)采取下列措施：采用身份認(rèn)證；與管理網(wǎng)絡(luò)間的接口應(yīng)采取安全措施；無線數(shù)據(jù)傳輸宜加密；通過公網(wǎng)傳輸?shù)膬?nèi)容宜加密；系統(tǒng)未使用的輸入輸出端口應(yīng)禁止或封閉；操作員應(yīng)定義不同的級(jí)別和權(quán)限，登錄宜有“空閑自動(dòng)退出”機(jī)制，操作宜增加確認(rèn)環(huán)節(jié)，操作應(yīng)有記錄。

(9)操控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全還應(yīng)符合JB/T 11960—2014《工業(yè)過程測量和控制安全網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)安全》、GB/T 36323—2018《信息安全技術(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)安全管理基本要求》等要求。網(wǎng)絡(luò)布線應(yīng)符合GB 50311—2016《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。生產(chǎn)管理系統(tǒng)應(yīng)采用數(shù)據(jù)備份、網(wǎng)絡(luò)防病毒和防火墻等措施保證數(shù)據(jù)安全。自動(dòng)化集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)設(shè)置專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余服務(wù)器，服務(wù)器硬盤工作模式應(yīng)配置相匹配或更高可靠性工作模式。

(10)對(duì)于因操作室遠(yuǎn)離現(xiàn)場影響操作室人員判斷和對(duì)現(xiàn)場監(jiān)視不足的情況，應(yīng)在現(xiàn)場相應(yīng)位置增設(shè)監(jiān)控?cái)z像頭。設(shè)置在環(huán)境溫度高于80 ℃高溫區(qū)的攝像機(jī)，應(yīng)設(shè)置工作溫度上限時(shí)的超溫報(bào)警裝置，并對(duì)攝像機(jī)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。爆炸危險(xiǎn)環(huán)境應(yīng)采用相適應(yīng)的防爆產(chǎn)品。監(jiān)視目標(biāo)的環(huán)境照度不能滿足攝像機(jī)正常工作照度要求時(shí)，應(yīng)配置輔助照明設(shè)施。

3 結(jié)語

(1)基于事故致因理論，從人和物的角度構(gòu)建了安全事故原因分類方法，有利于對(duì)新系統(tǒng)下易導(dǎo)致安全事故的原因進(jìn)行處理與控制。

(2)結(jié)合安全事故原因分析，參考國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，由人的因素和物的因素2個(gè)方面細(xì)分，提出具有針對(duì)性的對(duì)策防護(hù)措施，防止事故的發(fā)生。

(3)事故致因的研究重點(diǎn)在人和物的方面，對(duì)于整個(gè)行業(yè)在新系統(tǒng)下的安全生產(chǎn)僅進(jìn)行了初步探討，在未來需要進(jìn)行深入研究。