抑制无效报警和向操作人员提供建议的智能报警管理

来源：Chemical & Process Engineering Center 摘要：Nuisance alarms often clutter and obscure an operator’s view of critical and important information. In this paper, an intelligent alarm management system for a refinery plant is presented. Its function includes nuisance alarm suppression, intelligent advisory information to guide operator response and recovery mechanism in case of system failure. This system is implemented on Distributed Control System (DCS) and validated through online plant tests. The results show that nuisance alarms are effectively suppressed and the DCS alarm system becomes more helpful. 关键词：Alarm filtering, DCS, Expert System, Chemical Process, Safety 1、引言 为向操作人员提供设备信息，含有简易可编程报警设置的DCS的引入，使大量的报警信号设置在众多场合。报警系统因此变成操作人员维护设备操作安全的重要使用工具(Andow,1998; Wilson, 1998)。然而，近来对化工和能源领域的报警管理(Bransby and Jenkinson, 1998)的研究表明这些报警系统提供的便利在很多案例中已经被操作人员废除，因为大量发生在稳定运行和设备故障期间的报警使他们负担过重。许多这样的报警因为缺少可操作性被称为无效报警(Liu, et al.,2000a; Li, et al., 2000). 无效报警经常使操作人员忽略重要的报警------存在潜在的严重的后果。这个问题在设备出现故障时变得更糟，最近英国的健康和安全委员会（HSE）研究指出报警失效的事故导致危险和损坏主要设备，产品损失和环境污染，导致上百万英镑的损失，这些通过好的报警系统事可以避免的。不当报警管理的流行通过国外同类调查可以证明是紧要问题(Nimmo,1995)。本文阐明这个重要问题并且表述抑制无效报警和向操作人员提供有价值的咨询信息、以便专门的操作人员能快速注意重要的报警信息和快速实施纠正动作的智能报警管理系统(IAMS)。自从2000年7月IAMS已经快速进入精炼领域(Liu, et al., 2000b)。结果表明IAMS可以有效的抑制无效报警，因此精炼领域使用报警系统可以实现更高的效率。 本文分为以下部分，在第二部分为报警管理系统的必要性概述。第三部分是对智能报警管理系统详细描述。第四部分是对无效报警抑制提高的效果和结论。 2. 使用报警管理系统的必要性 化工设备的报警管理是很大的负担，因为每两分钟就有新的报警出现(HSE调查的制造业平均值)。对每一个报警来说，专门的操作人员必须理解报警提供的信息，判定是否需要采取措施并实施必要的动作维护设备的安全操作。这种认知的挑战常常与报警的重要性不确定连在一起。报警指示变化超出传递范围也许是决定性的并预示着即将发生危险，如果进程变化实际上在它的范围内但是它是错误的文件导致无效的。在这种关键的安全状态，报警涌现使得操作人员在短时间内做出决定性的判断是十分困难的。 智能报警管理系统(IAMS)能够帮助操作人员通过抑制无效报警和提供与环境相关的，易于理解的咨询信息。任何IAMS的导向原则是在抑制无效报警以确保对操作人员有用的信息不受影响方面起适当的作用。实时报警管理系统必须不间断的在一台性能稳定的，与DCS通过网络相连的计算机上运行。因此，重要的是从容的从错误中恢复的条件---在计算机中运行IAMS或者在网络通信运行。任何报警管理系统都要考虑的关键问题是友好的用户图形界面通过相关信息支持操作人员的可能性。专门的操作人员通过只显示关键信息的报警管理系统获益。特别的，统计概要，抑制报警效力，中止文件报告等信息对工程师，管理人员和维护人员来说是非常有用的。当设计和执行使用的AMS时这些都将被记录。 3. 智能报警管理系统的描述 这个项目的主要目标是开发应用在新加坡精炼业的智能报警管理系统(IAMS)。项目开始，根据精炼厂的记录，正常操作期间平均50秒一次报警，设备故障期间平均10秒一次报警。执行IAMS主要为了减少来自“过度要求”数量的工业标准的大量报警使他们达到更“易执行”的数量。IAMS的主要特点描述如下。 3.1 概述 IAMS使用先进的Microsoft Visual C++，并且基于面向应用算法，过程认知和专门的控制系统技术。IAMS可以在专门的PC-操作人员接口的Windows NT上连续运行。图1显示了IAMS的框架结构。 图1 IAMS的框架结构 IAMS通过I/O数据模块与DCS通讯。这个模块显示实时进程数据和来自使用OPC桥的DCS的报警消息。IAMS的报警操作模块(报警/趋势/专门技术数据库，统计分析，无效HI/LO分析，IOP分析，危险程度分析，标准报警分析，监控和复位)建立数据库，执行报警分析和做出判断。分析以后，IAMS使用OPC桥通过I/O数据模块连接新的报警设置与DCS。系统通过图形用户界面抑制无效报警和提供在线咨询信息。 为了保证安全操作，在IAMS损坏的事件中，失效保护系统(FPS)将全部被IAMS改变的报警设置自动复位为初始值。 3.2 无效报警抑制 无效报警的两个主要类型出现在精炼业：重复报警是同样的报警不断的出现并且持续一段时间；持续报警是报警信号持续很长时间由于死区的出现，尽管初始触发状态持续很短时间。重复无效报警包括重复进程上/下限报警像重复开路(IOP)报警。这些是最常见的无效报警。在典型的设备中，他们超过报警数的50%。为了减少重复的无效报警，死区(报警出现的数值和报警恢复的数值之差)普遍用于DCS的报警系统，如下图2所示，PH是进程报警上限，D是死区(2%的比例)。没有死区，每次进程值通过PH值，就产生HI报警并且报警数量增加。然而，死区也会引起报警恢复的延时。有时会导致持续错误报警或者图3所示的无效报警，由于死区(也是2%的比例)的存在进程值低于进程报警上限持续几小时仍不能恢复。专门的操作人员经常忽视这些报警。如果太小，就会是许多重复的无效报警。如果太大，报警将持续很长时间才恢复，会形成大量持续报警。 图2 重复无效报警 图3 持续无效报警 大多数DCS报警管理系统都有2%(全部区域)的死区，在这个水平上，仍有很多重复的HI/LO无效报警，也有一些持续无效报警。开发先进的方法抑制这些重复的无效报警和持续的无效报警。 抑制这些无效报警的方法是基于改装报警设置的。抑制进程上/下限报警和IOP报警需要不同的方法，因为他们产生的机制不同。 为了抑制重复进程上/下限无效报警，开发先进的自动化算法改变基于变化的平均值和偏离的标准进程报警上/下限为了在报警状态保持进程变化(Liu, et al., 2000b)。限制报警变化是短时的并且初始限制报警将被恢复如果它在特定得时间内是保持不变的，这个报警将不会搁置并一直持续初始限制报警。在这方面，重复进程上/下限报警可以在没有危害到安全的情况下减少。图4实例所示精炼业中算法如何影响其中的一个进程标签。算法的执行导致这一特定标签的报警数量锐减。在这一时间段(2000年8月4日从01:34:01到03:39:05)报警数量从53个减少到3个，在这一天的时间里从390个减少到90个。 图4 抑制重复进程上/下限无效报警的实例 为了抑制重复IOP无效报警，识别IOP无效报警的适当屏蔽算法技术有了发展。一旦IOP无效报警被识别，操作人员可以选择贴相应标签取消报警状态的方法来屏蔽它。这个标签在报警状态开始时自动放回原处如果它在正常状态(在设置范围内) 持续一段时间，如图5所示。操作人员任何时候都可以手动切换IOP报警到报警持续状态。这将再次确保设备安全。 图5 无效IOP报警复位 当出现设备故障或者关机时，会出现许多IOP/IOP-报警。这些无效IOP报警占满操作人员的操作面板，使得操作人员工作更加困难。甚至正常操作时由于错误的文件也会出现无效的IOP报警。图6显示几个月的IOP报警的总数和进程模拟报警的总数。进程模拟报警在2000年8月1日的报警总数是860个，其中一个标签促成343个IOP报警,通过IOP抑压减少到34个。 图6 IOP报警数对比总的报警数 通过自动重测-报警限制的时间改变来抵制死区的影响并快速复原到初始值，抑制持续无效报警。通过这种方法，可以把列在持续报警显示面板上的没有任何不良影响的持续无效报警移出。 3.3 智能咨询信息 当突然遇到不同的报警状况时，智能咨询信息可以向面板操作人员提供建议。有些咨询信息包括：重要报警识别，关于斜坡报警的早期警告，需要留心的循环控制状态的改变，统计信息，报警管理概述，故障检验和维护报告对于面板操作人员和工程师来说是有用的。咨询信息主要基于经验丰富的设备工程师的启发和对精炼业不同报警的研究。 咨询信息帮助操作人员区分超出范围的进程价值和错误文件引起的无效信号，如图7和图8所示。

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