高級報警管理系統在大型煤化工裝置的應用

劉 壯

（中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

煤化工行業具有裝置大型化、規模化，生產過程多樣性、復雜性和危險性等特點，諸多安全事故是由于操作人員未注意到報警以及未及時處理報警而造成的。報警是及時發現生產過程異常情況的直接手段，科學、高效、準確的智能報警管理對保障生產過程的“安、穩、長、滿、優”至關重要，也是進一步進行優化、控制和故障診斷的基礎[1]。

1 當前控制系統報警存在的問題及解決方法

1.1 報警泛濫和報警參數設置不合理

隨著DCS 技術的快速發展和進步，在組態中增加報警成本已經變得很低。為了安全起見，人們誤以為報警設置的越多越好，從而導致系統產生的報警數量顯著增加。所以，DCS 系統產生的報警數據中存在有大量的冗余、虛假等無效報警，以及報警級別設置不合理和配置了過多的高優先級報警等問題。這不但增加操作員壓力，而且會引起操作員對報警不敏感，對重要報警產生疏漏，從而產生安全隱患。

參照報警相關國際規范，英國工程設備和材料用戶協會EEMUA 191《報警系統設計、管理和采購指南》為報警管理系統設計、管理方面設定了最佳報警基準；國際自動化協會ANSI/ISA-18.2《過程工業報警系統管理》也給出了各行業報警管理現狀及國際標準[2]，如圖1 所示。

圖1 各行業報警管理現狀及國際標準Fig.1 Current situation and international standards of alarm management in various industries

以公司氣化裝置為例，在投用高級報警管理系統初期，統計顯示該裝置每天報警數量在8000 條以上，有時甚至會超過1 萬條，單個裝置的報警量就遠遠超過了上述標準。通過對公司各個裝置的報警進行梳理，主要發現以下問題：一是由于回路報警值設置不符合當前工藝狀況或者未設置報警死區，實際測量值在報警限來回波動，單個回路每天報警數量達到了上千條；二是存在大量重復報警，某一測量參數在不同組態程序頁中報警重復設置，當該參數異常時，會導致幾個回路同時報警；三是部分裝置或者單元處于停工或備用狀態，產生了大量無效報警；四是部分閥門位反饋、組態程序中的中間變量等設置了高級別報警。

報警設置的基本原則是：只有在異常工況下產生報警，當工藝過程變量在正常工況下發生變化時，不應該產生報警，報警不應用于提示正常的工藝操作或者正常的設備切換[3]。實際使用時，這些參數只需要設置日志記錄即可，特別是對于高頻率動作的閥門及其相關組態程序中間變量，在運行期間會高頻報警。目前，報警的分級大多是僅依靠設計及系統供應商根據工程經驗進行設置，DCS 控制系統中70%～80%的報警默認為高優先級報警，報警指示燈及聲音始終處于活躍狀態，極大地消耗了了操作人員的精力。經過長時間的運行，操作人員往往已經習慣這種反復無常的報警，當報警發生時，操作人員往往會直接進行報警確認，忽略了一些重要報警，最終可能會導致事故的發生。以上問題僅僅通過DCS 自身功能進行統計識別相對困難，且需要專業人員花費大量精力去分析解決。

1.2 解決方法

一是需要建立一套切實可行的報警管理體系，規范報警處理流程，進一步提升報警管理水平，為工廠安全性提供保障；二是建立一套報警管理系統及工具，可實現報警數據采集、報警分級管理、報警監控及展示、報警診斷分析、報警變更管理等全生命周期管理，提升報警管理的信息化、智能化水平；三是通過開展報警合理化分析，優化報警系統的設置，降低無效報警數量，提高報警處理效率，實現報警管理持續優化與提高。為了從根本上解決報警泛濫及無效報警的問題，通過科學的風險分析，提升報警設置的系統性及科學性，公司采用了浙江中控技術股份有限公司的VxAAS 高級報警管理系統，實現對全廠報警的統一科學管控。

2 VxAAS高級報警管理系統組成

2.1 系統硬件及軟件配置

中煤陜西榆林能源化工有限公司化工分公司一期已經建成投產205 萬噸/年甲醇、60 萬噸/年烯烴項目，公司DCS 系統主要采用霍尼韋爾EPKS 系統，部分裝置采用霍尼韋爾ML200 PLC 系統和浙江中控ECS700 系統，公司報警管理系統采用浙江中控技術股份有限公司的VxAAS 高級報警管理系統。

VxAAS 高級報警管理系統硬件主要包括一臺AAS WEB服務器，實現網頁發布，生成報表，郵件推送等功能；一臺AAS 存儲服務器，進行系統管理和數據存儲；兩臺AAS采集器，分別采集DCS 系統和SCSDA 系統數據。4 臺服務器共用一臺KVM 對系統進行顯示和操作。

系統軟件包括一個主服務器軟件，多個擴展服務器軟件和多個客戶端軟件。AAS 存儲服務器與辦公網和工控網之間都有防火墻或網閘隔離，確保工控網絡安全。VxAAS客戶端作為VxAAS 高級報警管理系統的主要操作界面，提供實時報警查看、歷史報警查詢、統計分析與結果展示等功能。在連接公司辦公網的計算機上，可通過瀏覽器進入特定網址，輸入分配好的用戶名和密碼可進入系統界面。為保證工控網絡安全，辦公網禁止進行寫入DCS 操作。

2.2 數據交換

VxAAS 高級報警管理系統的數據來源于DCS 系統服務器，該服務器需要運行OPC 服務，采集DA（生產過程實時數據）和A&E（報警及事件）數據。通過OPC 客戶端和VxAAS 高級報警管理系統的數據采集服務，VxAAS 高級報警管理系統可以獲取DCS 系統的OPC 數據。VxAAS 高級報警管理系統中可以包含多個數據采集服務，并通過客戶端的配置實現采集服務與OPC 客戶端的對應關系。數據被采集到采集器后，采集器服務會對報警進行分析，并根據位號組態分別將報警記錄發送到采集器數據庫和存儲服務數據庫，并顯示在客戶端的實時報警頁面。

3 VxAAS高級報警管理系統主要功能

3.1 系統配置

系統配置包括服務部署、位號管理和用戶管理三方面的配置。

3.1.1 服務部署

系統默認添加了主服務器的本機信息和管理服務，通過編輯拓撲圖，可添加、配置、操作和移除服務或主機框。

3.1.2 位號管理

VxAAS高級報警管理系統從DCS系統獲得報警數據后，會通過存儲服務進行暫存，并根據VxAAS“位號管理”窗口中設置的位號列表，將對應的報警信息推送到計算服務中，以便完成后續的實時報警顯示和報警信息統計工作。

通過設備組織架構，可以配置和DCS 系統對應的設備組織信息，并為位號關聯報警裝置提供參考。

設備組織結構樹中默認存在四層節點，“采集器”節點一般和DCS 系統對應，其下最多可添加六層自定義節點，建議按照工廠信息（Plant）、車間信息（Site）、裝置區域信息（Area）、裝置單元信息（Unit）、具體設備信息（Equipment）的層級順序進行創建[4]。系統以單節點為單位，對位號的報警信息進行統計分析，因此在完成設備組織結構配置后，需要在節點下配置位號列表，包括增加、導入、刪除、移動位號操作。

VxAAS 高級報警管理系統提供了位號合理化分析功能，可通過系統提供的模板說明或配置向導，幫助用戶確定適當的位號報警優先級。在以下兩種情況下，建議用戶進行位號合理化分析功能：一是新裝置開工前，對報警組態進行合理化分析，以確保開工后報警進入穩定、合理的狀態；二是舊裝置的報警存在數量較多、優先級不合理等現象，需要治理和優化時，建議進行合理化分析。在“添加位號”組態時，需勾選“合理化分析”，對話框中會出現相關配置項。用戶可根據ISA 18.2 或EEMUA 191 標準，填寫報警優先級的影響參數，保存后VxAAS 會生成報警優先級，為用戶在DCS 系統中配置報警屬性提供參考。

3.1.3 用戶管理

在“用戶管理”窗口中，可以設置系統管理人員的用戶組和用戶人員信息，并配置各用戶組的節點權限和功能權限。

3.2 實時監控

完成位號配置后，VxAAS 高級報警管理系統支持通過VxAAS 客戶端來查看DCS 系統的位號報警信息，也可進行擱置報警操作。通過報警擱置，操作員可以設置自動擱置策略，暫時性擱置造成滋擾的實時報警。待擱置時間結束后，被擱置的報警將自動恢復。VxAAS 高級報警管理系統端的報警被擱置時，DCS 系統中的對應報警會被抑制，直到VxAAS 系統中報警恢復正常狀態。操作員抑制的報警必須得到有效的管控，以確保在適當的時候能及時解除[5]。所以，該功能需要根據需要謹慎使用。

3.3 歷史數據

VxAAS 高級報警管理系統中的歷史數據包含歷史報警數據和歷史操作記錄兩部分。通過設置時間范圍、選擇報警類型或輸入位號名關鍵字等方式設置過濾條件，可以篩選歷史報警和歷史操作信息，并可以導出為CSV 格式文件。

3.4 統計分析

VxAAS 高級報警管理系統獲取報警信息后，可以按報警重要性和優先級對報警進行歸檔和合理劃分析，按統計設置對報警記錄進行篩選，并以統計圖表的形式進行展示，幫助操作人員快速篩選并獲得需要的信息。在“統計分析”頁面中，支持對以下統計方式進行手動統計或設置自動統計方案：按報警產生頻率統計、按報警持續時長統計、按報警優先級統計、按報警類型統計、按報警確認率統計、按報警設備統計、關聯報警統計、報警泛濫統計、陳舊報警統計、間歇報警統計、瞬閃報警統計、按年月周分析報警、KPI 統計、班組考評統計等。通過報警統計設置，可以為統計分析頁面中多類別的統計信息配置各種統計條件和統計規則。常用功能是“位號排除”，用于配置以AAS系統統計，但不需要加入統計分析的位號。比如，對處于備用或者檢修的設備或單元，可通過該操作過濾不必要的報警信息進入統計。

3.5 統計結果

完成手動統計或執行自動統計方案后，在“統計結果”頁面可查看統計結果，以氣化裝置報警產生頻率統計為例，統計結果頁面如圖2 所示。

圖2 統計結果頁面Fig.2 The statistical results interface

圖2 中詳細顯示了報警統計設置信息和報警總數，以柱狀圖和扇形圖兩種方式，直觀體現了報警次數統計結果和單個位號報警次數所占比例，將鼠標圖標置于柱狀圖或者扇形圖，可顯示出具體報警條數和所占比例數值。點開右下角的“詳情”，可查看某個位號的位號名稱、描述、報警裝置、報警類型、報警優先級、產生時間、確認時間、恢復時間等詳細信息。

3.6 系統日志

在系統日志界面，可以查看用戶登錄記錄、多工況報警、DA 操作記錄和組態審計等系統日志信息。

4 常見故障及其處理

4.1 歷史報警無法查看

主要原因：數據量過大，歷史報警數據讀取較慢。

處理措施：①如果軟件不是VxAAS 系統最新版本，對VxAAS 系統軟件版本進行升級；②如果C 盤存儲占用較滿，可以清理C:Upload 和C:Windows emp 兩個路徑下的文件；③根據數據量，適當縮短實時數據儲存時間，對數據自動歸檔。

4.2 部分情況下客戶端無法登錄進入系統

主要原因：客戶端瀏覽器自身兼容性問題及瀏覽器緩存數據過多，導致偶爾會出現系統網頁無響應情況。

處理措施：更新瀏覽器版本，并定時清理瀏覽器緩存，一般推薦使用谷歌Chrome 瀏覽器。

4.3 系統無法讀取DCS數據

主要原因：網絡硬件故障或數據被工業防火墻攔截，導致數據交換異常。

處理措施：①使用DOS 調試命令ping 來檢查網絡狀態，排查并更換故障的網絡設備；②查看工控網絡安全系統相關報警和事件記錄，檢查是否存在數據攔截情況，將該路防火墻切換到學習模式，經過一段時間自學習后，再切換到運行模式。

5 結束語

通過引進VxAAS 高級報警管理系統，排查出公司各裝置存在大量冗余、無效報警以及報警值、報警等級設置不合理的情況。根據實際工況，科學分析，在DCS 系統中重新設定了報警值和報警級別。經過一段時間的優化后，以氣化裝置為例，日報警量由8000 ～10000 條降到了400 條以下，且仍然有優化空間。這有效提升報警設置的系統性及科學性，大大減輕了工藝人員監盤和操作強度，從而以良好的狀態應對各類有效報警，保證裝置生產安全穩定運行。通過建立自定義報表，各級管理人員可以及時了解某一時期特定裝置或區域的報警情況，實現對公司各裝置的報警情況精準管控。