吴德峰，杨卫强，马 睿，韩 柳

（1.中安联合煤化有限责任公司，安徽 淮南 232091；2.杭州和利时自动化有限公司，杭州 310016；3.中国石化工程建设有限公司，北京 100101；4.北京赛普泰克技术有限公司，北京 100012）

目前，煤化工企业广泛使用DCS设置较多的报警点辅助生产，当异常工况发生时，会产生大量的滋扰报警，导致报警泛滥（Alarm deluge）现象的发生，致使操作员无法辨别关键报警，从而耽误对异常工况的处理，导致事故发生的概率增大。

针对以上实际存在的报警管理，中安联合、北京赛普泰克技术有限公司和杭州和利时自动化有限公司合作，在中安联合煤制170万吨/年甲醇及转化烯烃项目上，对煤气化、净化、S-MTO、LLDPE、PP装置，开发了报警管理系统软件。以达到减少报警，保证装置安全运行的目的。

图1 流程工业典型多保护层结构Fig.1 Typical multi-protection layer structure of process industry

1 报警管理系统简介

1.1 报警的定义

报警系统能够对工业生产过程中的工艺类、仪表类、设备类和控制回路等进行实时监控，以此反应生产过程的运行情况，用于确保生产过程的安全性。流程工业典型多保护层结构如图1所示。

过程报警及操作员干预层是当工艺操作偏离正常操作范围或发生异常情况时，操作员通过采取必要的响应措施，使工艺过程返回正常范围，避免引起安全仪表系统及其他安全保护设施动作。

1.2 实施步骤

报警管理是一个循序渐进的过程，可以参照图2，给出报警管理生命周期各阶段的活动内容，形成制度化、规范化的工程流程和考核机制，以使报警系统更高效。

2 报警管理系统架构

中安联合报警管理系统采用两层网络架构：AAS DMZ网络和AAS管理网络。系统架构图如图3所示。

1）第一层AAS DMZ网络

DCS至AAS客户端之间，设置AAS DMZ专用网络。AAS数据采集器通过OPC AE读取DCS报警传送至AAS服务器。数据仅限单向传输，以确保AAS系统安全。

2）第二层AAS管理网络

AAS DMZ至AAS客户端之间，通过防火墙传输信息，以确保AAS系统信息的安全。

3 报警分析功能

报警分析模块包含非常丰富的参数定义设置，此功能允许用户为每个报警进行单独分析定义。参数设置允许用户按照不同类型定义，比如按不同装置、时间段、报警优先级、报警类型和其他类型，报警分析有定期自动生成报表和自动邮件发送功能。

图2 先进报警管理生命周期活动Fig.2 Advanced alarm management life cycle activities

图3 报警管理系统架构Fig.3 Alarm management system architecture

3.1 参数定义和性能分析

报警性能分析包含如下内容：

1）报警泛滥的统计

◇ 用户定义的报警泛滥（例如，每10min10个报警）。

◇ 总体的统计数据，包括报警泛滥的时间比例、报警泛滥发生的时长、每个报警泛滥持续的时间，每次泛滥中出现的报警。

表1 D&R模块主要内容Table 1 Main contents of D&R module

◇ 能够排除报警泛滥中的间歇报警。

2）按报警类型的统计

报警类型一般分为高高报（HH）、高报（H）、低报（L）、低低报（LL）等。

3）按报警优先级的统计

报警优先级一般分为：第0级、第1级、第2级、第3级等。

4）按某个时间段的统计

用户可以定义每小时、每天或每周报警数量，可以定义报警次数的上限。

5）间歇报警统计

一般1min内产生和消除3次以上的报警定义为间歇报警。

6）重复报警统计

能够识别相关的报警；能够排除与重复报警相关的间歇报警。

7）关联报警统计

一般定义在15min前后，能以大于75%的概率出现的报警，称之为关联报警。

8）频繁报警统计

列出最频繁发生的报警，比如前10个报警，一般在报警削减过程中最为关注此类报警，解决TOP10报警，就能削减很大一部分报警。

4 归档和合理化分析功能

4.1 归档和合理化分析内容

报警管理软件直接与DCS系统连接，可以直接将配置数据导出至归档与合理化分析模块（简称D&R模块）。D&R模块可以给出报警的原因、后果和报警处理方法，也可以提供一个报警优先级的计算基准。D&R模块将分析和审查每一个报警点在系统中的意义和设计的合理性。D&R模块可以自定义部分功能，以方便灵活存储文档连接或者特殊设备等非标准信息。D&R模块主要包含的内容见表1。

表2 报警优先级矩阵表Table 2 Alarm priority matrix

4.2 报警优先级的确定

报警优先级代表报警的严重程度，操作员应根据优先级的顺序进行报警的响应操作，当多个报警同时发生时，操作员应优先响应高优先级的报警。不过，无论控制系统报出哪种优先级的报警，操作员都应关注并对其进行响应操作。报警优先级的确定需要以两个指标为依据：后果严重程度和最大允许响应时间，如表2给出了报警优先级矩阵表。

综上所述，报警优先级确定为第0～5级6个优先级，每个等级所属的范围如下所述：

◇ 第5级（紧急）：在辅助操作台报出，工艺报警。

◇ 第4级（高）：在DCS显示，工艺报警或设备停车的预报警。

◇ 第3 级（中）：在DCS显示，工艺报警或设备停车。

◇ 第2 级（低）：在DCS显示，工艺报警。

◇ 第1级：控制系统诊断报警。

◇ 第0级：控制系统日志记录，不需要报出的报警信息。

5 结果展示

5.1 报警分析结果

以MTO装置为例，给出了20190803～20190809期间，几种分析类型的结果展示。

5.1.1 每天报警和按类型报警

图4 展示了该时间段内每天报警数（左图）和各个类型的报警数（右图）。左图可以了解每天的报警情况，有助于绩效考核；右图可以了解工艺报警、系统报警、开关量报警、联锁报警。操作员可以根据类型处理自己范围内的报警，从而提高响应效率。

图4 每天报警和按类型报警统计Fig.4 Daily alarms and alarm statistics by type

图5 重复报警和瞬闪报警统计Fig.5 Repeated alarm and flash alarm statistics

5.1.2 重复报警和瞬闪报警

图5 给出了两种重要的报警（重复报警和瞬闪报警），它们均属于滋扰报警。对于重复报警，例如7-150_LIC_4010.H和7-150_LT_4010.H，对于同一个液位检测点，设了两个报警，其中前者属于控制回路报警，后者是检测点报警，这样就重复设置了报警，根据关注的侧重点，可以取消其中一个报警，达到减少报警的目的。对于瞬闪报警，就是在很短的时间内频繁报出的报警，这类报警极大地分散了操作员的注意力，可以通过一些延迟和死区的方法减少其报警数量，以减轻操作员的负荷。

5.2 D&R分析结果展示

煤气化装置和MTO装置实施了归档和合理化分析，根据HAZOP报告及装置工艺特点及运行情况，对部分报警的报警原因、验证方法、响应动作、后果进行分析，并从经济方面、人身方面、环境方面、最大相应时间等方面对每个报警的优先级进行了评估，实现报警管理在线化。通过归档和合理化分析，对在报警发生后，操作员如何响应报警提供在线操作指导功能，操作员通过报警管理系统界面可以看到报警的原因以及响应动作，极大地提高了操作员应对报警的能力。

图6 MTO装置每天报警数Fig.6 MTO device alarms per day

图6 展示了该时间段内每天的报警量。MTO装置现有操作台是12个，达到了KPI中定义的目标。

6 总结与展望

报警系统是保障生产过程安全运行的重要环节，其核心是报警分析功能和D&R分析功能。先进报警管理系统在该大型煤化工项目实际生产中取得了明显效果，提高了装置的安全性和平稳性，增加了企业的效益。