公雨 劉宇豐 黃博 李煒

摘要：報警管理作為生產(chǎn)監(jiān)控的重要組成部分，發(fā)揮著保障生產(chǎn)安全、平穩(wěn)生產(chǎn)運行的重要作用。高效報警管理是集中監(jiān)控的重點部分。通過將SCADA系統(tǒng)升級為支持“黑屏”監(jiān)控模式的新型氣田監(jiān)控平臺，實現(xiàn)了DCS、SCADA監(jiān)控報警信息的集中優(yōu)化管理?；谙冗M報警理念，進行報警優(yōu)化，建立了一套有效的報警管理機制，大幅減少報警數(shù)量，減輕監(jiān)控人員的工作負擔；在此基礎(chǔ)上，建立“黑屏”監(jiān)控模式，可以突出監(jiān)控重點，形成一套高效監(jiān)控管理的新模式。

關(guān)鍵詞：多源報警；報警融合；先進報警管理；黑屏監(jiān)控

一、前言

新疆油田采氣一廠克拉美麗氣田，在作業(yè)區(qū)監(jiān)控中心已設(shè)立SCADA監(jiān)控系統(tǒng)一套，雖然已實現(xiàn)報警信息的初步管理，但未建立報警規(guī)則設(shè)計規(guī)范，且DCS與SCADA系統(tǒng)報警獨立管理，面臨著報警信息量大、無效報警較多、報警分散管理的問題，給中控室監(jiān)屏人員帶來不小的工作負擔和身心壓力，為實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)與快速處置，需要建立一套標準的報警管理方法，探索作業(yè)區(qū)以“先進報警管理+黑屏監(jiān)控”為主的監(jiān)控管理新模式。

二、整體設(shè)計

基于克拉美麗SCADA系統(tǒng)架構(gòu)，擴展DCS報警信息同步服務(wù)、報警管理模塊、黑屏監(jiān)控模塊，打造系統(tǒng)間共融共存管理機制，形成跨系統(tǒng)、智能化、集中化報警管理模式。整體架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

三、報警融合技術(shù)

（一）數(shù)據(jù)來源

現(xiàn)場存在多個廠家的DCS系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的報警信息分散在各個系統(tǒng)中，亟需集中管理。不同廠商DCS系統(tǒng)對外共享報警信息，通常會提供API接口和OPC AE服務(wù)兩種方式。為滿足報警統(tǒng)一接入、集中管理的需求，采用OPC A&E服務(wù)對接方式來實現(xiàn)多個DCS系統(tǒng)的報警信息對接[1]。

（二）DCS報警同步

OPC報警事件訪問規(guī)范定義了報警和事件類型消息信息的交換，以及變量狀態(tài)和狀態(tài)管理。警報和事件是需要注意的過程警報，定義如下：警報是一種異常情況，如儲罐液位警報（也可能有這些子情況，如LO、LOLO、HI和HIHI）；事件是可檢測的，通常涉及配置更改、操作員操作、系統(tǒng)消息或錯誤。DCS所有需要同步到報警池中的報警信息，通過OPC A&E方式訂閱讀取，實現(xiàn)報警信息的同步。同步后，再進行報警信息的處理和重新組織，以及展示與管理。為實現(xiàn)DCS報警信息的訂閱，基于OPC A&E規(guī)范，開發(fā)了OPC A&E 網(wǎng)關(guān)。OPC A&E網(wǎng)關(guān)的主要任務(wù)包括：

1.接收顯示OPC A&E 服務(wù)器所有的事件消息和報警。OPC A&E 網(wǎng)關(guān)登錄到服務(wù)器，然后接收服務(wù)器中觸發(fā)的所有消息。

2.根據(jù)服務(wù)器提供的事件類別及它們的關(guān)聯(lián)信息選擇和顯示附加的關(guān)聯(lián)信息。

3.配置過濾條件，以便能夠限制報告的事件。要限制或過濾報警消息，OPC A&E 網(wǎng)關(guān)可以指定過濾條件，包括區(qū)域、源、事件類型（條件、簡單、跟蹤）、嚴重性、類別。

在OPC A&E網(wǎng)關(guān)基礎(chǔ)上，開發(fā)了OPC A&E信息訂閱發(fā)布消息組件，將獲取的各種報警信息推送到SCADA系統(tǒng)和報警池。

（三）統(tǒng)一報警模型設(shè)計

為支持DCS與SCADA系統(tǒng)的報警信息集中展示、存儲與查詢，需要設(shè)計并建立統(tǒng)一報警模型，定義規(guī)范的報警基本屬性[2]。

1.OPC A&E 報警信息

OPC A&E 規(guī)范定義了三種報警和事件類型：簡單（Simple）、跟蹤（Tracking）和條件（Condition），不同事件類型的報警消息具有不同的可用消息字段。

2.SCADA報警信息

當前SCADA主要應(yīng)用的是閾值報警方法，根據(jù)監(jiān)控及報警處理需求，SCADA報警信息主要包括：

對象：氣井、集氣站或處理站。參數(shù)：產(chǎn)生報警的參數(shù)。類型：高報、高高報、低報、低低報。閾值：報警限值。嚴重性：一般、嚴重和緊急。報警時間：產(chǎn)生報警的時間。狀態(tài)：活動、確認和關(guān)閉。備注：人工備注的報警信息。

3.報警統(tǒng)一模型

基于OPC A&E 報警模型，考慮SCADA系統(tǒng)中報警展示、統(tǒng)計與管理需求，進行屬性擴展，統(tǒng)一模型主要包括報警源、報警區(qū)域、對象、參數(shù)、報警點位、事件類型/子類型、報警類別、嚴重性、報警信息等[3]。

（四）報警融合

基于報警統(tǒng)一模型，設(shè)計多源報警信息數(shù)據(jù)表，將報警信息存儲到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，支持后續(xù)報警多維度的查詢與分析。由于OPC A&E的簡單報警，不具有條件和類別的屬性，且源的信息大多不是具體的點位，無法與條件報警一樣，按報警類型、對象、參數(shù)等進行報警查詢統(tǒng)計。為解決該問題，對Message進行了解析，分類進行處理，提取點位信息，進而通過基礎(chǔ)信息關(guān)聯(lián)，可把對象、參數(shù)等信息一并補齊[4]。在報警融合過程中還有一項重要任務(wù)是：報警更新與合并處理，保證報警的唯一性。DCS報警信息的更新主要根據(jù)ChangeMask判斷信息更新類型，根據(jù)NewState判斷報警最近狀態(tài)。

四、先進報警管理

先進報警管理運用了全生命周期管理的理念，通過報警分組、報警優(yōu)先級定義、基于工況的報警、報警過濾、報警抑制、報警信息診斷分析等，實現(xiàn)先進報警管理功能，提高生產(chǎn)操作安全性。

（一）報警統(tǒng)計與KPI計算

利用先進報警管理技術(shù)，基于報警實時監(jiān)測，通過進行多維度報警統(tǒng)計及KPI指標計算，可以對運行的報警系統(tǒng)及報警設(shè)計合理性進行評估，并進一步促進報警設(shè)置合理優(yōu)化[5]。

基于DCS和SCADA系統(tǒng)報警信息的報警池，進行報警信息的統(tǒng)計查詢。支持不同維度：報警頻率：統(tǒng)計報警次數(shù) top10的參數(shù)點、百分比，并計算KPI指標間歇報警數(shù)。報警持續(xù)時間：統(tǒng)計報警持續(xù)時間最長/最短top10的報警，并計算KPI指標陳舊報警數(shù)、瞬閃報警數(shù)。報警對象：統(tǒng)計報警次數(shù) top10的對象。報警類型：統(tǒng)計對比不同類型的報警占比。每小時、每10分鐘報警：統(tǒng)計報警在時間上（每小時/每10分鐘）的分布，并計算最大/最小報警值、平均報警值、報警泛濫時間占比等KPI指標?；谝欢螘r間歷史數(shù)據(jù)，可對報警系統(tǒng)性能指標進行分析。基于克拉美麗一個月報警歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果，并與ISA 18.2標準中推薦的性能指標目標值進行了對比，見表1。后續(xù)，在系統(tǒng)應(yīng)用過程中，將逐步確立適合克拉美麗氣田的KPI指標目標值。

（二）報警合理化分析

報警系統(tǒng)的理想狀態(tài)是在保持安全生產(chǎn)過程及正常操作范圍內(nèi)，設(shè)置最少數(shù)量的報警。對于非新建的報警系統(tǒng)，定期進行報警合理化分析是非常必要的。報警合理化分析是指根據(jù)報警管理規(guī)定的要求，對報警設(shè)置的合理性和報警參數(shù)進行分析和審查，并將審查結(jié)果歸檔記錄的工作過程。報警合理化是一個過程（如圖2所示），審核、判斷每個報警是否符合企業(yè)報警規(guī)范。合理化也涉及定義每個報警的屬性，如限值、優(yōu)先級、等級、類型等，以及將報警后果、響應(yīng)時間和報警處置文檔化。通過報警合理化分析可以優(yōu)化報警設(shè)置，減少報警設(shè)置數(shù)量，同時減少干擾報警、陳舊報警的發(fā)生，降低報警總次數(shù)。同時，監(jiān)控人員的工作更加順暢、有效——因為報警更加可信，節(jié)省了故障分析時間，及時發(fā)現(xiàn)異常，快速響應(yīng)。隨著生產(chǎn)條件及工藝的變化，報警設(shè)計也應(yīng)及時變更調(diào)整，從而改進報警合理化。因此，對于已建報警系統(tǒng)，應(yīng)持續(xù)進行監(jiān)視和維護。通過幾個輪次的報警統(tǒng)計與報警合理化分析，進行報警優(yōu)化，報警量大大減少。

（三）“黑屏”監(jiān)控模式

“黑屏”監(jiān)控模式應(yīng)用了“黑屏操作”概念，是指生產(chǎn)進入平穩(wěn)條件一定時間后，監(jiān)控屏幕黑屏，無需人為干預(yù)；一旦出現(xiàn)明顯異常，監(jiān)控系統(tǒng)能自動脫離“黑屏操作”，告警并定位異常，提醒監(jiān)控人員進行干預(yù)。通過將監(jiān)屏過程中報警信息的發(fā)現(xiàn)、故障點的定位由被動變?yōu)橹鲃?，減少監(jiān)控人員的工作負擔?！昂谄痢北O(jiān)控應(yīng)用的前提保障條件是優(yōu)化的報警設(shè)計和合理的報警規(guī)則設(shè)置，從而保證高質(zhì)量的報警。在此基礎(chǔ)上，借用屏幕由黑變亮、告警由無聲變有聲、故障點由人工檢索變自動關(guān)聯(lián)等方式，從而提高監(jiān)控報警的自動化程度。以“黑屏”監(jiān)控模式為目標，進行屏幕喚醒、報警定位等相關(guān)技術(shù)及功能研發(fā)?！昂谄痢眴拘涯Ｊ桨ǘ〞r喚醒、告警喚醒兩種，出現(xiàn)須立即處理的關(guān)鍵告警時，即刻喚醒；同時，支持定時喚醒，以處理常規(guī)報警。屏幕喚醒設(shè)置包括：確定支持告警喚醒的參數(shù)，告警喚醒的參數(shù)條件，以及定時喚醒計劃。報警定位是在點位與對象準確關(guān)聯(lián)的前提下，可以實現(xiàn)組態(tài)畫面跳轉(zhuǎn)和關(guān)聯(lián)信息的顯示，以便快速地報警處置，從而實現(xiàn)參數(shù)報警及處置的閉環(huán)管理。

五、結(jié)語

綜上，通過報警融合，實現(xiàn)了多源報警信息統(tǒng)一管理；通過報警梳理和優(yōu)化，建立了一套有效的報警管理機制，大幅減少了報警數(shù)量，減輕了監(jiān)控人員的工作負擔；通過完善報警系統(tǒng)，融合“黑屏”監(jiān)控技術(shù)，可以突出監(jiān)控重點，形成一套高效監(jiān)控管理的新模式。由此可見，報警系統(tǒng)優(yōu)化是一個動態(tài)過程，需保持持續(xù)關(guān)注。

參考文獻

[1]ANSI/ISA-18.2-2016 Management of Alarm Systems for the Process Industries[S].International Society of Automation，2016.

[2]EEMUA.EEMUA191-2013 Alarm Systems-A Guide to Design， Management and Procurement[S].Engineering Equipment and Materials Users' Association，2013.

[3]IEC.IEC 62682-2014 Management of Alarm Systems for the Process Industries[S].International Electrotechnical Commission，2014.

[4]Hollifield B，Habibi E.The Alarm Management Handbook[M].2nd edtion.USA：360 Digital Books，2010.

[5]馬睿.先進報警管理系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用探討[J].石油化工自動化，2015，51（4）：23-26.

作者單位：中國石油新疆油田分公司采氣一廠