加氫裝置DCS報(bào)警管理分析軟件的開發(fā)與應(yīng)用

馬文禮，謝翼南，劉俊生，樊安寧，張宗領(lǐng)

(1. 中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834003；2. 神華新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831400)

DCS在化工生產(chǎn)控制中起到越來(lái)越重要的作用，而且得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。在煉化裝置正常生產(chǎn)過程中為了對(duì)DCS各個(gè)測(cè)量點(diǎn)起到監(jiān)控作用，并在被測(cè)參數(shù)一旦出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)能夠較好地為操作人員給予提示，對(duì)各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警值，如高高報(bào)警(HHI)、高報(bào)警(HI)、低報(bào)警(LO)、低低報(bào)警(LLO)等。因此，在增加操作人員操作安全提示的同時(shí)，報(bào)警數(shù)量也大幅度增多。此外，在煉油廠建設(shè)初期設(shè)計(jì)階段，煉油廠技術(shù)人員和DCS設(shè)計(jì)人員對(duì)于報(bào)警數(shù)的優(yōu)化問題不夠重視，因?yàn)橛懻撘粋€(gè)報(bào)警值是否存在的必要性所付出的成本遠(yuǎn)比增加一個(gè)報(bào)警的成本高[3]，這也促進(jìn)了報(bào)警數(shù)量的泛濫。報(bào)警規(guī)劃措施不到位，則會(huì)面臨報(bào)警泛濫的嚴(yán)峻考驗(yàn)[4]。如果僅僅單純地為了降低報(bào)警的泛濫而刻意減少一些報(bào)警，則可能又會(huì)造成一些重要報(bào)警信息的丟失，間接地降低了裝置的安全性。因此，如何快速分析出報(bào)警原因，做出正確整改措施，去除多余報(bào)警對(duì)于煉油裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)具有重要的意義。

加氫技術(shù)是石油煉制過程中非常重要的技術(shù)手段之一，通過精制、改質(zhì)等反應(yīng)能夠大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量[5]。某石化公司加氫裝置采用了石油加氫技術(shù)加工原料油，獲得了高品質(zhì)、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的清潔燃料油等。該裝置采用了DCS，包含了溫度、壓力、流量等測(cè)量點(diǎn)。如何對(duì)這些測(cè)量點(diǎn)的報(bào)警參數(shù)合理地優(yōu)化，快速、正確地找出報(bào)警所帶來(lái)的裝置操作信息，并正確地解決報(bào)警問題，是報(bào)警管理的關(guān)鍵之一。綜上所述，針對(duì)該加氫裝置的報(bào)警管理問題，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了DCS報(bào)警綜合管理分析軟件，并應(yīng)用于裝置報(bào)警分析管理過程中，取得了較好的管理效果。

1 軟件設(shè)計(jì)

1.1 軟件功能架構(gòu)

該軟件的使用目的是： 通過對(duì)報(bào)警信息的統(tǒng)計(jì)分析，協(xié)助操作人員完成引起報(bào)警的問題查找、解決，提高裝置的整體控制水平，減小控制的波動(dòng)。因此，軟件主要設(shè)計(jì)了文件、臺(tái)賬管理、數(shù)據(jù)分析、報(bào)警分析、視圖、幫助六大模塊，其主要功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 DCS報(bào)警綜合管理軟件主要功能結(jié)構(gòu)示意

1)文件。該模塊主要是對(duì)裝置報(bào)警信息的離線讀取，以便于相關(guān)的篩選與分析討論。

2)臺(tái)賬管理。軟件中附有該裝置相關(guān)的儀表臺(tái)賬，如控制閥、流量計(jì)、物位計(jì)等，操作人員可根據(jù)需要隨時(shí)查找相關(guān)儀表的臺(tái)賬信息，協(xié)助工作人員對(duì)報(bào)警信息的研究分析。

3)數(shù)據(jù)處理。該模塊包括篩選、個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)、時(shí)間趨勢(shì)、生成報(bào)告四個(gè)功能，其中篩選功能是按照操作人員的需求篩選當(dāng)前打開的報(bào)警信息，挑出符合操作人員需求的數(shù)據(jù)；個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)功能是為操作人員快速、便捷地顯示出當(dāng)前報(bào)警信息中報(bào)警個(gè)數(shù)超過一定閾值的報(bào)警位號(hào)及個(gè)數(shù)信息；時(shí)間趨勢(shì)功能給出了一定時(shí)間區(qū)域內(nèi)設(shè)定的時(shí)間段的報(bào)警個(gè)數(shù)折線圖，操作人員可根據(jù)該折線圖清晰看出該時(shí)間段內(nèi)報(bào)警主要集中于何時(shí)；生成報(bào)告功能則將報(bào)警分析的文件編輯生成Word文件，便于用戶存儲(chǔ)及使用。

4)報(bào)警分析。該模塊主要是針對(duì)操作人員所選中的報(bào)警信息進(jìn)行快速分析，并給出相應(yīng)的報(bào)警原因分析及操作提示；操作人員可以根據(jù)需求添加、修改、刪除報(bào)警分析和提示內(nèi)容，使報(bào)警分析功能可以隨時(shí)更新以適用于不同的報(bào)警情況，具有較好的學(xué)習(xí)能力。

5)視圖。該模塊提供垂直排列、水平排列以及層疊排列三種對(duì)話框排列方式，便于操作人員查看。

6)幫助。提供了相應(yīng)的幫助信息。

此外，該軟件采用了離線分析的方式，由于不與DCS直接連接，進(jìn)而避免了由于軟件的系統(tǒng)出現(xiàn)故障、中病毒等原因而引起DCS故障的可能，具有安全的使用環(huán)境。

1.2 報(bào)警原因分析功能設(shè)計(jì)

該軟件中報(bào)警分析功能是對(duì)操作人員當(dāng)前選中的報(bào)警信息進(jìn)行分析，提供報(bào)警原因并給出相應(yīng)的操作提示。為了更好地實(shí)現(xiàn)報(bào)警原因自動(dòng)分析的功能，軟件中采用了專家系統(tǒng)方法。專家系統(tǒng)就是內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)，能夠利用專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)解決處理該領(lǐng)域問題[6]。目前，隨著DENRAL系統(tǒng)[7]、HEARSAY系統(tǒng)[8]、MYCIN系統(tǒng)[9]的研制成功，專家系統(tǒng)也越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界及工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

該分析軟件中報(bào)警分析模塊的專家系統(tǒng)分析流程如圖2所示。由于軟件設(shè)計(jì)之初難以將所有的報(bào)警情況均考慮到位，即專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中所包含的知識(shí)信息不能夠在設(shè)計(jì)時(shí)便包含了所有的報(bào)警原因分析。另外，鑒于煉化裝置約每4 a要進(jìn)行一次大檢修，在此期間對(duì)裝置的改造可能會(huì)導(dǎo)致部分裝置邏輯發(fā)生變化，陳舊無(wú)更新的知識(shí)庫(kù)無(wú)法滿足所有的報(bào)警情況。因此，需要在專家系統(tǒng)中增設(shè)新知識(shí)錄入、修改、刪除的功能，以便知識(shí)庫(kù)的完善及冗余的去除。當(dāng)DCS啟用報(bào)警原因分析功能后，專家系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分析報(bào)警并給出操作者選中分析報(bào)警的原因及操作提示。

圖2 基于專家系統(tǒng)的DCS報(bào)警分析流程示意

2 軟件應(yīng)用及成效

該軟件采用C#語(yǔ)言進(jìn)行編寫，顯示界面上部為操作人員打開的報(bào)警文件信息，包括： 報(bào)警時(shí)間、報(bào)警儀表所在卡鍵、報(bào)警位號(hào)、報(bào)警原因及報(bào)警信息描述內(nèi)容。界面下部顯示了報(bào)警信息直方圖，上部標(biāo)題給出了報(bào)警信息所在的報(bào)警時(shí)間區(qū)域。直方圖x軸表示報(bào)警位號(hào)，y軸則表示該時(shí)間區(qū)域內(nèi)報(bào)警數(shù)量，操作人員通過直方圖可清晰明了地觀測(cè)出該時(shí)間段內(nèi)報(bào)警位號(hào)及相應(yīng)的報(bào)警數(shù)量分布，便于操作人員對(duì)整體報(bào)警信息全面的了解，快速找出是否存在突出的報(bào)警數(shù)量巨大的報(bào)警位號(hào)，便于全面把控裝置報(bào)警情況。界面直方圖右側(cè)給出了儀表斷線故障(IOP)及報(bào)警正常(NR)、報(bào)警恢復(fù)(Recover)的報(bào)警提示個(gè)數(shù)，操作人員可根據(jù)這些報(bào)警數(shù)量排查該時(shí)間區(qū)域內(nèi)的報(bào)警總數(shù)，對(duì)異常報(bào)警信息數(shù)量一目了然。

該軟件中“數(shù)據(jù)處理”模塊中的“時(shí)間趨勢(shì)”功能，可使操作人員只需輸入所關(guān)注的報(bào)警位號(hào)，并設(shè)定該位號(hào)的報(bào)警數(shù)量統(tǒng)計(jì)的時(shí)間間隔，軟件便可根據(jù)用戶給出的時(shí)間間隔統(tǒng)計(jì)出從報(bào)警文件初始時(shí)間開始的每間隔給定時(shí)間內(nèi)的報(bào)警數(shù)量折線圖，并顯示于時(shí)間區(qū)域界面的下部。

該軟件另一大功能即報(bào)警分析，其主要作用是運(yùn)用專家系統(tǒng)，為用戶提供報(bào)警原因的自動(dòng)分析，并給出相應(yīng)的報(bào)警處理措施建議。報(bào)警分析及建議界面顯示如圖3所示。

圖3 報(bào)警原因分析界面示意

圖3所示界面上部為報(bào)警信息顯示，操作人員可在知識(shí)庫(kù)中搜索需要分析的報(bào)警信息，如果知識(shí)庫(kù)中包含該報(bào)警信息的原因分析，則相應(yīng)的報(bào)警原因分析及建議采取措施內(nèi)容會(huì)顯示于報(bào)警原因分析界面。當(dāng)然一個(gè)報(bào)警可能有多種處理措施，系統(tǒng)在搜索知識(shí)庫(kù)過程中亦會(huì)對(duì)這些內(nèi)容逐一統(tǒng)計(jì)，并將所有可能的報(bào)警原因和報(bào)警采取措施顯示出來(lái)供操作人員查看分析。

該軟件為了方便用戶對(duì)報(bào)警信息的查看，還提供了視圖功能，并在幫助功能中為用戶詳細(xì)講解了該軟件的每一項(xiàng)功能。技術(shù)人員可以采用該軟件及時(shí)分析報(bào)警信息，能夠有效地指導(dǎo)工藝及儀表人員開展預(yù)防性維護(hù)工作，提高裝置生產(chǎn)的平穩(wěn)性。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)某石化公司加氫裝置DCS報(bào)警管理問題開發(fā)了一款報(bào)警綜合管理分析軟件。該軟件運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)分析統(tǒng)計(jì)報(bào)警信息，計(jì)算快速且錯(cuò)誤率較低。此外，軟件中采用專家系統(tǒng)，較好地協(xié)助操作人員分析報(bào)警原因，為裝置的報(bào)警管理、安全生產(chǎn)提供了較好的幫助，為國(guó)內(nèi)相關(guān)DCS操作人員提供了借鑒和參照。