綜合報警管理在橫河DCS系統上的應用

劉迪津，鐘國院，高 鵬，臧春華

（1.沈陽華控科技發展有限公司，遼寧 沈陽110142；2.陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林719319；3.沈陽化工大學，遼寧 沈陽110142）

化工生產過程通常伴隨著大量的檢測儀表和運行設備的報警，這些報警在生產過程中對事故的產生具有預測性，對提前排除隱患具有指導意義。DCS控制系統的報警提示應對生產過程具備足夠的預測性，且對操作員發現生產隱患有提示和指導作用。

實際生產過程通常會伴隨有間歇性生產、備用的設備儀表、多工段公用設備儀表等特殊工況，同時也可能存在前期設計缺陷，報警設置不合理以及設備長期運行可能存在設備異常等原因，導致報警數量劇增。

1 改造前企業生產系統報警情況

陜西某化工廠采用日本智索聚氯乙烯生產工藝，該生產工藝流程復雜，檢測儀表和生產設備眾多，氯乙烯的聚合過程更是間歇性生產過程，具備上述報警系統存在的所有問題。此外，該化工廠采用日本橫河DCS控制系統（CENTUM VP）。CENTUM VP控制系統中未恢復正常的報警經過特定的時間會再次報警提示，大量的陳舊報警不斷重復提示，與新產生的報警混合在一起。同時，每當報警信息產生時，還伴隨著刺耳的報警提示聲，員工長期處于這種噪音環境中，對身心健康也會產生不良影響。

CENTUM VP系統的報警類型主要有IOP、IOP-、OOP、HH、HI、LO、LL、VEL+、VEL-、DV+、DV-、ANS+、ANS-、PERR、MHI、MLO、CNF等報警。

根據報警性質的不同，將IOP、IOP-、OOP、ANS+、ANS-、PERR、CNF歸類為設備狀態異常報警和設備故障報警。HH、PH、PL、LL、VEL+、VEL-歸類為工藝指標類報警。DV+、DV-、MHI、MLO歸類為其他類型報警。

通過對該化工廠聚氯乙烯分廠30天正常運行的報警歷史數據統計，該分廠平均每天產生64 282條報警信息，平均每小時產生2 679條報警信息。其中設備狀態異常報警和設備故障報警占37.01%，工藝報警占62.47%，其他類型報警0.52%。

根據統計結果分析，該工段報警主要有以下特點。

（1）設備正常停用報警：設備正常停用狀態下，檢測儀表處于閑置狀態，過程值（PV）處在報警范圍導致的報警；

（2）間歇報警：短時間內過程值（PV）在正常和報警狀態來回切換導致的報警；

（3）瞬閃報警：報警后，瞬間恢復正常；

（4）陳舊報警：報警狀態長時間得不到解除的報警；

（5）多工況生產環境報警：同一儀表或設備存在多種不同工況，如聚合釜加冷水和加熱水兩個不同的工序，使用同一個流量檢測儀表，聚合釜壓力在加料階段和聚合階段；

（6）設備狀態異常報警：設備反饋狀態異常導致的報警；

（7）重復報警：因CENTUM VP報警系統特性，對長時間不恢復正常的報警不斷循環重復提示的報警。

根據ISA 18.2建議，每個操作崗位的報警數量應具備的關鍵性能指標（KPI）［1］，見表1。

表1 每個操作崗位的關鍵性能指標（KPI）

2 綜合報警管理軟件

綜合報警管理軟件 （Consolidated Alarm Management Software，簡稱CAMS）是CENTUM VP控制系統專用的報警管理軟件，與CENTUM VP系統具有良好的兼容性和穩定性。CAMS系統不同于先進報警管理系統（AAS）[2]，CAMS系統直接作用于操作站的操作系統，直接面向于操作員。此外，CAMS系統與CENTUM VP高度整合，CENTUM VP系統可直接通過HIS Utility組件啟動CAMS軟件功能，激活后的CAMS系統將取代原CENTUM VP報警界面，CAMS報警界面為操作員提供了更加合理、更加簡潔、更加規范的界面。CAMS提供了更為簡便的報警管理方式，以及更加方便操作員辨認的報警提示界面，使重要報警信息能夠及時的呈現在操作員的面前。

3 報警管理

針對該化工廠聚氯乙烯分廠的報警特點，運用CAMS系統的報警歸檔功能和報警界面，以及報警延時、報警抑制、多工況報警抑制等手段減少不必要報警的數量。

3.1 報警歸檔

CAMS系統具有良好的歸檔環境，通過Cams For HIS Alarm Builder組態界面，可以直接對工位進行歸檔，如報警優先級的設定，報警顏色設定，報警組設定，報警監控用戶設定等。

根據工段的不同，將該聚氯乙烯分廠分為聚合、回收、汽提、干燥、包裝、公用工程等工段，并將對應的報警信息進行歸檔。

將歸檔完成后的工位，根據操作崗位的不同進行區分，每個崗位只監控崗位內的報警內容。每個操作員都有各自崗位對應的用戶，只有相關的儀表設備才會推送給相關崗位的操作人員。工程師用戶可以監控所有工段的報警信息。

3.2 報警優先級分配

報警優先級表征報警的嚴重程度。EEMUA 191和ISA 18.2等提出了報警優先級分布指導，對各個工段的儀表設備報警進行區分[1，3]。

CAMS的Cams For HIS Alarm Builder界面提供了緊急（Critical）、高（High）、中（Medium）、低（Low）、不提示但記錄在歷史文件中（Logging）、不提示不記錄（Reference）等6個不同的報警級別，該工廠根據現場需求選取高（1級）、中（2級）、低（3級）、不提示但記錄在歷史文件中（0級）4個級別。

根據報警級別的不同，對報警信息提示欄中的報警信息進行顏色區分，1級報警使用紅色字體顯示，2級報警使用黃色字體顯示，3級報警為桔黃色字體顯示，故障報警或設備異常使用紫色字體顯示，0級使用黃綠色字體顯示。其報警緊急程度1級＞2級＞3級＞0級，故障報警根據該工位最高報警級別確定。

根據報警級別的不同，采用不同的報警聲音，1級報警同時采用了語音報警和聲光報警進行提示，2級報警采用報警提示音進行提示，故障報警或設備異常報警根據其報警級別的不同進行報警聲音提示，其他級別報警不進行聲音提示。

根據不同的報警級別，在操作界面相應的位置添加報警提示圖標，1級報警顯示圖標為紅底黑字的正方形，2級報警顯示圖標為黃底黑字的正三角形，3級報警顯示圖標為桔黃底黑字的倒三角形，0級報警顯示圖標為黃綠底黑字的菱形，故障報警或設備異常報警顯示圖標為紫紅底的菱形，報警圖標見圖1。

圖1 報警圖標

3.3 現場儀表、設備處理

化工過程中，檢測儀表數量眾多，長時間的技術改進，有部分儀表被拆除，或處于備用狀態，而相應的組態未刪除，從而導致大量的無效報警。未啟動CAMS前，這種類型的報警會周期性的反復推送到報警欄，從而造成了報警泛濫。大量的無效報警淹沒了正常生產運行過程中出現異常情況的儀表或設備報警，導致崗位人員無法及時發現并及時處理。

據統計，該工段由于上述原因導致的報警信息占了37.01%，是報警泛濫的主要因素之一。

CAMS啟動后，系統自動過濾重復的報警信息，可以直觀地查看正在報警的儀表和設備異常信息。根據顯示的報警信息，可以快速的排查顯示故障或狀態異常報警的儀表和設備，崗位人員對異常的設備進行更換或維修，清理已拆除的儀表、設備組態。

3.4 報警擱置

操作員可以對個別工位的報警信息臨時抑制，抑制一段時間后，重新釋放該工位的報警信息。

3.5 瞬閃報警處理

瞬閃報警主要以IOP、HH、HI、LO、LL報警類型為主，根據工位的重要性、操作響應時間、后果嚴重程度、瞬閃報警的原因等因素，適當的設置報警延時的時間。例如電氣設備啟動時，其電流反饋信號會高于正常運行時的1～3倍，容易觸發IOP報警，該過程僅持續一兩秒，是電氣設備正常的啟動特性，該情況便可以適當延時兩三秒。

啟動CAMS后，Function Block Detail Definition組態界面中的ALRM選項卡會出現報警延時相關內容，如IOP、HH、HI、LO、LL、DV+、DV-等報警延時時間設置和報警恢復延時時間設置。

3.6 報警設定值調整

大部分報警值的設定通常在設計階段和調試階段便已經定形，經過長期的生產運行和技改，工況的改變，導致部分儀表處于報警的邊緣或報警范圍內，從而產生大量的不必要報警。

根據后果嚴重程度、允許的相應時間、報警的優先等級、歷史曲線進行合理化分析，適當的調整報警設定值。

3.7 多工況報警抑制

化工過程通常有開停車、產品牌號切換、不同操作負荷、進料來源切換、間歇性操作等不同工況，一般情況下檢測儀表的報警設定值是固定的，都以正常生產過程的報警設定值。當設備不在正常的生產過程時，相對應的檢測儀表將處于報警狀態，這就造成了不必要的報警信息。未啟動CAMS前，這種類型的報警會周期性的反復推送到報警欄，從而造成了報警泛濫。

由于該化工廠聚合工段具有間歇性操作的特點，這種多工況類型的報警占據絕大多數。

針對這種多工況類型的報警，通過選取可靠的參考標識，判斷該化工過程處于什么工況，以及需要設定的報警范圍。利用CENTUM VP軟件組態功能中的SFCSW功能塊和LC64功能塊的搭配使用，利用LC64功能塊對工況進行合理的判斷，SFCSW功能塊對報警范圍進行合理的設定，使報警設定值根據不同工況的參考標識，自動設置合理的報警設定值。

采用多工況報警抑制的方法可以對該類型的報警進行有效的治理。

4 結論

陜西某化工廠聚氯乙烯分廠自2019年7月開始綜合報警管理治理，至今系統運行穩定，報警信息具有較強預測性和指導意義，同時減少了操作員的工作負擔和操作失誤。進行報警管理后，平均每天120條報警信息，平均每小時四五條報警信息。報警數量較之前減少了99.8%，大幅降低了報警數量，提高了報警信息的可靠性。