DCS报警的优化和管理

DCS报警的优化和管理

化工生产工艺复杂，危险程度高，普遍存在高温、低温、高压、易燃易爆和腐蚀等作业环境，一旦发生安全事故，往往会造成严重的经济损失，甚至是人员伤亡。近几年，化工行业事故频发，给整个行业拉响了警报，各化工企业和政府安监部门都承受着巨大的生产安全和社会舆论压力。
大中型化工装置通常采用DCS作为基本过程控制系统，DCS过程报警具备反馈工艺参数甚至整个装置运行异常的重要功能，能帮助工艺操作人员识别异常和危险。在LOPA分析中，DCS过程报警可被视作化工装置的一道保护层，可见其对于装置安全的重要意义。但DCS实际使用过程中，往往存在着严重的报警泛滥问题，干扰操作人员对报警的识别和响应，存在严重的安全隐患。
本文以日本横河DCS系统CENTUM VP为例，介绍DCS报警的优化方法。

报警泛滥的原因

（1）报警设计不合理：无报警管理制度、未划分工位优先级（全部默认为中级）、报警参数设定不合理、无效报警未屏蔽等。
（2）滋扰报警：短时间内报警频繁出现。
（3）关联报警：同一原因产生的关联报警同时出现。
（4）工艺操作人员未及时确认和消除已恢复正常的报警。
（5）工艺操作人员对报警的响应意识较差。

报警优化管理的一般原则

（1）企业应制定统一的报警参数设定原则，报警参数必须满足装置实际工况要求，每项参数都应经过充分讨论后再确定，且不得与相关行业标准冲突。参数最终须由工艺专业人员提供，不得随意修改。
（2）逻辑联锁值与报警参数宜设定为不同数值，以免报警失去意义，此举还可减少无效报警。
（3）工位描述应尽量简短且必须准确，以便工艺操作人员识别和响应报警信息。
（4）应根据工序或岗位操作要求对工厂或装置划分层级，并对所有工位分配所属层级。
（5）应根据工位重要程度，对全部工位及不同报警类型划分报警优先级。
（6）通过结合DCS逻辑或程序、合理设定DCS参数等方式控制报警信息的生成频率。
（7）可接入第三方报警管理软件对报警数据进行统计分析，并对班组报警数量、确认率等进行考评，还应实现报警信息可视化显示。

报警的分类

CENTUM VP的过程报警基本分为故障类和生产类两种，故障类报警反映的是现场仪表、电气设备或DCS硬件的故障，而生产类报警则反映工艺参数超出了报警限值。当然，两类报警也可能相互影响。表1、表2列出了几种常见报警及常见原因。

表1 常见故障类报警

表2 常见生产类报警

在CENTUM VP中，默认情况下，当多个警报同时产生时，将显示具有较高优先级的报警，报警显示的优先顺序为：
OOP>IOP>IOP->HH>LL>HI>LO>DV+>DV->VEL+>VEL->MHI>MLO>CNF。
若在CAMS中对上述报警的优先级进行了修改，则显示的优先顺序也会变化，可见故障类报警的优先级通常较高。在实际生产中，仪表、电气、设备等岗位应加强设备的日常维护及维修效率，不断提高设备可靠性，最大程度降低因设备故障生成报警的数量和比例。

设定层级和报警优先级

划分和分配层级

在System View中，依次打开“项目—COMMON—CustomPlant”，可自定义工厂或装置层级，如图1所示。

图1 定义工厂或装置层级

图1中，Equipment name中须填入自定义的层级名称，不支持中文；Equipment Format中须选择对应的层级类型，由高至低分别为“Site—Area—Cell—Unit—Equipment”；Upper Equipment Name中可根据需要输入层级名称所属的上一级层级名称。
线下安装后，在DCS中完成对工厂或装置树状层级的划分。层级的定义须基于工艺本质或工艺岗位职责，应尽量详细，以方便日后灵活调整。

图2为工位功能块的属性。在Upper Equipment Name中可选择上述自定义的层级名称，完成工位层级的分配。

图2 功能块基本属性

定义操作站报警范围

在System View中，依次打开“项目—HIS—CONFIGURATION—OpeconDef—Security”选项卡，根据需要，可在Process Message Receiving中填入允许接收报警的层级名称，或在Exclude Process Message中填入不允许接收报警的层级名称，不同名称间使用英文逗号分隔。
须注意的是，CENTUM VP将操作指导信息当作过程报警进行过滤，可在Process Message Receiving中填入控制站名称以启用操作指导信息。

设定功能块报警优先级

如图2所示，Alarm Level项可对功能块整体报警优先级进行设定，分别为High（高）、Medium（中）、Low（低）、Logging（无报警），为提高工作效率，建议此项修改与分配功能块层级同步执行。若定义某一功能块优先级为High，默认情况下，该功能块的报警始终存在，每间隔10 min会重复提醒报警信息。

启用CAMS功能

CAMS中文名称为综合报警管理系统，它由横河公司开发并与CENTUM VP集成，这也是VP与CS3000及之前版本的一项重大差别。CAMS按照ISA-18.2-2009、IEC 62682和EEMUA 191标准设计，可实施采集报警和事件数据，同时可对数据进行分类，去除冗余报警，抑制干扰报警；可通过对报警信息进行过滤、分类、折叠、搁置等功能，帮助工艺操作人员集中注意力处理重要报警。

激活CAMS

启用CAMS过程见图3。

图3 启用CAMS功能

如图3所示，在“HIS Utility—CAMS for HIS”中勾选Enable CAMS for HIS后重新启用操作站计算机即可。工程师站作为下装主站还须勾选Set this HIS as Download Master，同时须保证Detailed Setting列表中全部操作站的IP地址与实际设定一致，否则CAMS窗口自定义设定将无法同步。

CAMS详细设定

在System View中，依次展开“项目名称—COMMON—CAMS_FOR_HIS”，其中共包含4项程序，分别是 CAMSAlmgrp、CAMSShelf、CAMSMsgMonitor和CAMSAlm。其中，CAMSAlmgrp用于创建CAMS报警组和分配用户操作权限；CAMSShelf用于创建CAMS报警搁置项，可设定搁置时间、搁置形式及用户操作权限；CAMSMsgMonitor用于分配用户对报警监视窗口功能按钮和各功能区域的修改权限；CAMSAlm用于根据岗位报警类型修改报警优先级和标记颜色，添加自定义提醒信息和设定报警主参数等。
CAMS主要设定大多基于CAMSAlm程序，接下来重点介绍其几项重要设定项。若已为工位功能块分配层级，报警设定条目将按照层级的树状结构列出，否则将以工位组态图形为单位列出。列表中包含条目基本信息，如功能块类型、计量单位、描述及报警参数允许的设定范围。

（1）Alarm Priority—modified。可对报警条目的报警优先级进行修改，默认与功能块报警优先级一致，由高至低可修改为Critical（紧急）、High（高）、Medium（中）、Low（低）、Logging（无报警）、Reference（无报警）。一般情况下，不同报警优先级的占比为：Critical和High约5%，Medium约15%，Low约80%。须说明的是，若设定优先级为Logging，报警条件一旦达到，报警信息将不会出现在报警监视窗口中，但会被历史报告记录；而设定为Reference，报警信息既不会出现在报警监视窗口中，也不会被历史报告记录。
（2）Tag Mark Color—modified。可对报警监视窗口中的报警标识颜色进行修改。通常优先级Critical和High的报警使用红色标识，Medium用黄色，Low用蓝色。
（3）Detection。可设定报警条目是否可被检测，默认设定为Enable，可检测；若设定为Disable，则报警条目不会被检测，也不会被历史报告记录，作用与将优先级设定为Reference一致。
（4）Purpose、Consequence、Time-to-respond。可根据需要选择报警会造成的影响、严重程度、要求的报警响应时间。
（5）Guidance。可根据需要输入报警出现时的操作指导内容，支持中文。
（6）Auto Clear。将该项设定为Enable，当已确认的报警恢复正常，报警信息连同恢复信息会被自动清除。
（7）Alarm Group。若在程序CAMSAlmgrp中已创建报警组，则可在此项中为报警条目分配报警组。
（8）Alarm Setpoint—Master。可填入报警条目的主参数，报警管理工作中，此处设定应与工艺卡片或报警清单保持一致，不得随意修改。
以上报警参数不会与Tuning中的报警设定值直接关联。点击“File—External File—Importing the alarm setpoint...”，可将Tuning中的参数读入至主报警参数中；点击“Tool—Set All Alarm setpoints”，可将主报警参数写入Tuning报警参数，该操作存在一定风险，应谨慎使用。若实际报警参数与主参数不同，CAMS可以识别差异，便于校对和修正。如图4所示。

图4 报警参数对比

（9）Project ID。若多套横河DCS通过横河多项目连接技术联网且须实现报警信息共享，可将被共享项目CAMSAlm中的报警清单导出为CSV文件，并将其导入至其他项目CAMSAlm的OtherProject项中，导入过程会要求输入被共享项目在多项目连接组态时的项目代码，项目代码会出现在Project ID中。

CAMS报警监视窗口

CENTUM VP启用CAMS功能后，其报警监视窗口默认包含报警及事件信息区域、报警信息区域、报警搁置区域和过滤区域，如图5所示。

图5 CAMS报警监视窗口

分配权限的用户可通过点击窗口上方的功能按钮调整布局结构，DCS工程师也可以通过Configurator of CAMS for HIS中的Message Monitor for Configuration功能统一配置窗口布局、字体显示、添加过滤和完善报警信息等。配置前须先选择用户，可根据ENGUSER、ONUSER等具体用户分别设定，也可选择SYSTEM不区分用户统一设定。

报警信息优化处理

在DCS实际应用中，很多类型的报警往往是不需要或极少需要的，如MHO、MLO、VEL+/-、DV+/-，可以在“CAMSAlm程序—Alarm Priority—modified”中将不须提醒报警信息的报警类型优先级设定为Reference，这样便可抑制一部分无效报警信息的产生，通过结合以下常用方法还可以进一步实现报警信息的优化处理。

（1）合理设定报警恢复迟滞参数。
对于流量、液位等模拟量输入功能块，其报警恢复的迟滞参数（Hysteresis）可在“功能块—Detail Builder—Alarm”中设定。CENTUM VP默认设定该值为2%，实际数值为“工位量程值×2%”，量程值越大，迟滞参数也越大；这样，往往导致实际过程值已恢复正常，DCS仍提醒报警。
为此，可以根据工艺需要合理设定该百分比参数或直接将其设定为某一与工位量程大小无关的数值。
（2）合理设定应答允许时间。
对于阀门和电气设备控制用开关仪表功能块，其应答响应检测允许时间MTM默认设定为4 s，该参数可在功能块的Tuning中修改。对于开关动作过慢的阀门和应答延迟较大的电气设备，应适当增大该参数的设定，以降低误报警的发生。
（3）搁置报警。
若在CAMSShelf中定义了报警搁置项，操作人员可将暂时无须提示的报警拖动至CAMS报警窗口的“搁置架”处，以减少此类报警对报警窗口的占用和对操作人员造成的干扰。达到搁置时间后，搁置架图标会改变,以提醒操作人员。
（4）抑制高频率重复报警。
在报警监视窗口的设置中的FILTER Pane项中可设定该频率报警的抑制策略，如图6所示，同一过程报警在30 s内重复出现，则最多显示10条报警信息。

图6 重复报警抑制规则

（5）抑制报警组报警。
若在CAMSAlmgrp中创建了报警组且在CAMSAlmgrp中为报警条目分配了报警组，则可以组为单位进行报警的抑制，可在设备检修或停车时采用。以抑制报警组G01中的报警为例，在流程画面中添加用于抑制和解除抑制的2个按钮（PushButton），按钮属性的Function项可分别按图7和图8所示方式进行设定。

图7 抑制报警组报警设定方法

图8 解除抑制报警组报警设定方法

（6）动态抑制报警。
编制SFC程序，通过语句判断条件是否成立，实现报警的自动抑制和解除抑制，多用于间歇性生产装置。SFC程序举例如下。
#INCLUDE < SALARM.H >
BLOCK SW CON001
BLOCK PID TAG001
LAB:
IF(CON001.PV==1)THEN
TAG001.AF=AOF_HI
ELSE
TAG001.AF=AON_HI
END IF
GOTO LAB
程序中，CON001为抑制条件，TAG001为工位名称。程序判断CON001的PV值为1时，抑制TAG001的HI报警；条件不成立时，解除报警抑制。
命令TAG.AF=AOF_*用于执行报警抑制，TAG.AF=AON_*用于解除报警抑制，*代表报警标识。对于带有+/-符号的报警，用 P代表+，M代表-，如ANSP、VELM。使用该命令前必须调用“#INCLUDE < SALARM.H >”进行声明。

改进效果

沈阳化工股份有限公司DCS报警优化管理工作自2019年初启动，截至2019年末，已取得一定效果，主要表现在报警数量的减少和报警信息的优化。

（1）报警数量的减少。
报警数据可通过工程师站或操作站的历史报告（Historical Report）导出。以聚合和VCM两装置为例，5次单周报警数量的时间序列图见图9。

由图9可见：聚合、VCM两装置的单周报警数量已由最初的20.6万次和13.4万次降至4.8万次和2.9万次。

（2）报警信息的优化。
各DCS操作站的报警范围独立，互不干扰，所有操作站均配置独立音箱进行报警。报警监视窗口不断优化后，报警信息可以更加清晰、直观地传递给操作人员，操作人员通过标识颜色即可判断报警等级并及时响应。

图9 聚合、VCM装置单周报警数量时间序列图

结语

DCS报警优化和管理工作的直接表现是报警数量的减少和提醒方式的优化，真正的目的还是要使操作人员能及时响应和正确处理报警。
DCS报警优化和管理工作本身通常无须花费硬件成本，其实施过程应基于装置本质，还需要仪表、工艺、电气、设备等多专业的配合，并且须投入大量精力和时间去执行，还须持续跟踪报警数据和不断改进优化策略。在DCS优化的基础上，具备条件的企业（特别是存在多品牌DCS的企业）建议配合使用第三方报警管理系统实现集中管理。

本文原文来自360doc