信息融合報警甄別技術在氣田生產監控中的應用

公雨 劉宇豐 黃博 李煒

摘要：報警管理作為生產監控的重要組成部分，發揮著保障生產安全、平穩生產運行的重要作用。高效報警管理是集中監控的重點部分。通過將SCADA系統升級為支持“黑屏”監控模式的新型氣田監控平臺，實現了DCS、SCADA監控報警信息的集中優化管理?；谙冗M報警理念，進行報警優化，建立了一套有效的報警管理機制，大幅減少報警數量，減輕監控人員的工作負擔；在此基礎上，建立“黑屏”監控模式，可以突出監控重點，形成一套高效監控管理的新模式。

關鍵詞：多源報警；報警融合；先進報警管理；黑屏監控

一、前言

新疆油田采氣一廠克拉美麗氣田，在作業區監控中心已設立SCADA監控系統一套，雖然已實現報警信息的初步管理，但未建立報警規則設計規范，且DCS與SCADA系統報警獨立管理，面臨著報警信息量大、無效報警較多、報警分散管理的問題，給中控室監屏人員帶來不小的工作負擔和身心壓力，為實現及時發現與快速處置，需要建立一套標準的報警管理方法，探索作業區以“先進報警管理+黑屏監控”為主的監控管理新模式。

二、整體設計

基于克拉美麗SCADA系統架構，擴展DCS報警信息同步服務、報警管理模塊、黑屏監控模塊，打造系統間共融共存管理機制，形成跨系統、智能化、集中化報警管理模式。整體架構設計如圖1所示。

三、報警融合技術

（一）數據來源

現場存在多個廠家的DCS系統，這些系統的報警信息分散在各個系統中，亟需集中管理。不同廠商DCS系統對外共享報警信息，通常會提供API接口和OPC AE服務兩種方式。為滿足報警統一接入、集中管理的需求，采用OPC A&E服務對接方式來實現多個DCS系統的報警信息對接[1]。

（二）DCS報警同步

OPC報警事件訪問規范定義了報警和事件類型消息信息的交換，以及變量狀態和狀態管理。警報和事件是需要注意的過程警報，定義如下：警報是一種異常情況，如儲罐液位警報（也可能有這些子情況，如LO、LOLO、HI和HIHI）；事件是可檢測的，通常涉及配置更改、操作員操作、系統消息或錯誤。DCS所有需要同步到報警池中的報警信息，通過OPC A&E方式訂閱讀取，實現報警信息的同步。同步后，再進行報警信息的處理和重新組織，以及展示與管理。為實現DCS報警信息的訂閱，基于OPC A&E規范，開發了OPC A&E 網關。OPC A&E網關的主要任務包括：

1.接收顯示OPC A&E 服務器所有的事件消息和報警。OPC A&E 網關登錄到服務器，然后接收服務器中觸發的所有消息。

2.根據服務器提供的事件類別及它們的關聯信息選擇和顯示附加的關聯信息。

3.配置過濾條件，以便能夠限制報告的事件。要限制或過濾報警消息，OPC A&E 網關可以指定過濾條件，包括區域、源、事件類型（條件、簡單、跟蹤）、嚴重性、類別。

在OPC A&E網關基礎上，開發了OPC A&E信息訂閱發布消息組件，將獲取的各種報警信息推送到SCADA系統和報警池。

（三）統一報警模型設計

為支持DCS與SCADA系統的報警信息集中展示、存儲與查詢，需要設計并建立統一報警模型，定義規范的報警基本屬性[2]。

1.OPC A&E 報警信息

OPC A&E 規范定義了三種報警和事件類型：簡單（Simple）、跟蹤（Tracking）和條件（Condition），不同事件類型的報警消息具有不同的可用消息字段。

2.SCADA報警信息

當前SCADA主要應用的是閾值報警方法，根據監控及報警處理需求，SCADA報警信息主要包括：

對象：氣井、集氣站或處理站。參數：產生報警的參數。類型：高報、高高報、低報、低低報。閾值：報警限值。嚴重性：一般、嚴重和緊急。報警時間：產生報警的時間。狀態：活動、確認和關閉。備注：人工備注的報警信息。

3.報警統一模型

基于OPC A&E 報警模型，考慮SCADA系統中報警展示、統計與管理需求，進行屬性擴展，統一模型主要包括報警源、報警區域、對象、參數、報警點位、事件類型/子類型、報警類別、嚴重性、報警信息等[3]。

（四）報警融合

基于報警統一模型，設計多源報警信息數據表，將報警信息存儲到關系數據庫中，支持后續報警多維度的查詢與分析。由于OPC A&E的簡單報警，不具有條件和類別的屬性，且源的信息大多不是具體的點位，無法與條件報警一樣，按報警類型、對象、參數等進行報警查詢統計。為解決該問題，對Message進行了解析，分類進行處理，提取點位信息，進而通過基礎信息關聯，可把對象、參數等信息一并補齊[4]。在報警融合過程中還有一項重要任務是：報警更新與合并處理，保證報警的唯一性。DCS報警信息的更新主要根據ChangeMask判斷信息更新類型，根據NewState判斷報警最近狀態。

四、先進報警管理

先進報警管理運用了全生命周期管理的理念，通過報警分組、報警優先級定義、基于工況的報警、報警過濾、報警抑制、報警信息診斷分析等，實現先進報警管理功能，提高生產操作安全性。

（一）報警統計與KPI計算

利用先進報警管理技術，基于報警實時監測，通過進行多維度報警統計及KPI指標計算，可以對運行的報警系統及報警設計合理性進行評估，并進一步促進報警設置合理優化[5]。

基于DCS和SCADA系統報警信息的報警池，進行報警信息的統計查詢。支持不同維度：報警頻率：統計報警次數 top10的參數點、百分比，并計算KPI指標間歇報警數。報警持續時間：統計報警持續時間最長/最短top10的報警，并計算KPI指標陳舊報警數、瞬閃報警數。報警對象：統計報警次數 top10的對象。報警類型：統計對比不同類型的報警占比。每小時、每10分鐘報警：統計報警在時間上（每小時/每10分鐘）的分布，并計算最大/最小報警值、平均報警值、報警泛濫時間占比等KPI指標?；谝欢螘r間歷史數據，可對報警系統性能指標進行分析。基于克拉美麗一個月報警歷史數據的統計結果，并與ISA 18.2標準中推薦的性能指標目標值進行了對比，見表1。后續，在系統應用過程中，將逐步確立適合克拉美麗氣田的KPI指標目標值。

（二）報警合理化分析

報警系統的理想狀態是在保持安全生產過程及正常操作范圍內，設置最少數量的報警。對于非新建的報警系統，定期進行報警合理化分析是非常必要的。報警合理化分析是指根據報警管理規定的要求，對報警設置的合理性和報警參數進行分析和審查，并將審查結果歸檔記錄的工作過程。報警合理化是一個過程（如圖2所示），審核、判斷每個報警是否符合企業報警規范。合理化也涉及定義每個報警的屬性，如限值、優先級、等級、類型等，以及將報警后果、響應時間和報警處置文檔化。通過報警合理化分析可以優化報警設置，減少報警設置數量，同時減少干擾報警、陳舊報警的發生，降低報警總次數。同時，監控人員的工作更加順暢、有效——因為報警更加可信，節省了故障分析時間，及時發現異常，快速響應。隨著生產條件及工藝的變化，報警設計也應及時變更調整，從而改進報警合理化。因此，對于已建報警系統，應持續進行監視和維護。通過幾個輪次的報警統計與報警合理化分析，進行報警優化，報警量大大減少。

（三）“黑屏”監控模式

“黑屏”監控模式應用了“黑屏操作”概念，是指生產進入平穩條件一定時間后，監控屏幕黑屏，無需人為干預；一旦出現明顯異常，監控系統能自動脫離“黑屏操作”，告警并定位異常，提醒監控人員進行干預。通過將監屏過程中報警信息的發現、故障點的定位由被動變為主動，減少監控人員的工作負擔?！昂谄痢北O控應用的前提保障條件是優化的報警設計和合理的報警規則設置，從而保證高質量的報警。在此基礎上，借用屏幕由黑變亮、告警由無聲變有聲、故障點由人工檢索變自動關聯等方式，從而提高監控報警的自動化程度。以“黑屏”監控模式為目標，進行屏幕喚醒、報警定位等相關技術及功能研發?！昂谄痢眴拘涯Ｊ桨ǘ〞r喚醒、告警喚醒兩種，出現須立即處理的關鍵告警時，即刻喚醒；同時，支持定時喚醒，以處理常規報警。屏幕喚醒設置包括：確定支持告警喚醒的參數，告警喚醒的參數條件，以及定時喚醒計劃。報警定位是在點位與對象準確關聯的前提下，可以實現組態畫面跳轉和關聯信息的顯示，以便快速地報警處置，從而實現參數報警及處置的閉環管理。

五、結語

綜上，通過報警融合，實現了多源報警信息統一管理；通過報警梳理和優化，建立了一套有效的報警管理機制，大幅減少了報警數量，減輕了監控人員的工作負擔；通過完善報警系統，融合“黑屏”監控技術，可以突出監控重點，形成一套高效監控管理的新模式。由此可見，報警系統優化是一個動態過程，需保持持續關注。

參考文獻

[1]ANSI/ISA-18.2-2016 Management of Alarm Systems for the Process Industries[S].International Society of Automation，2016.

[2]EEMUA.EEMUA191-2013 Alarm Systems-A Guide to Design， Management and Procurement[S].Engineering Equipment and Materials Users' Association，2013.

[3]IEC.IEC 62682-2014 Management of Alarm Systems for the Process Industries[S].International Electrotechnical Commission，2014.

[4]Hollifield B，Habibi E.The Alarm Management Handbook[M].2nd edtion.USA：360 Digital Books，2010.

[5]馬睿.先進報警管理系統設計應用探討[J].石油化工自動化，2015，51（4）：23-26.

作者單位：中國石油新疆油田分公司采氣一廠