报警管理系统设计解决方案

作者 | Asad Malik

将战略工程技术与集成管理软件相结合，有助于开发出一流的报警解决方案。

在理想世界里，工厂永远不会出错，不需要报警来提醒和指导运行人员，也不需要其它专家。不幸的是，过程会混乱，机器会出故障，甚至最优秀的人员也会犯错。为了降低这些问题所导致的风险，并最终提高安全性和消除停机现象，工程师必须设计强大的报警解决方案，以提供对过程和设备健康的可见性。

必须对两类主要报警（过程变化和机械变化）进行全面管理，以实现最高的安全和性能。在很多情况下，这些报警由两个独立的、通常是孤立的工程师小组管理。此外，它们通常在两个或多个独立的、断开连接的应用中进行管理，导致工厂中的报警管理效率低下。当过程工程师和机械设备工程师合作，使用集成控制和可靠性工具开发综合报警策略时，他们可以创建一个综合报警管理系统。

在为过程运行人员开发更好的报警系统时，专家工程师通常专注于三个主要方面：设计、情境信息和可见性。首先，他们确保运行人员不会被大量的报警淹没。接下来，他们对报警进行优先级排序和情境分析，以帮助运行人员识别需要将注意力集中在哪里。最后，他们注重可见性，确保运行人员无论身处何处，都能即时了解任何报警状态。

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设计数量更少和质量更好的报警

专家工程师应专注于呈现给操作员的警报数量，试图尽可能减少数量。警报泛滥是危机期间操作员混乱的主要原因。当成百上千个警报涌入时，有时只需几秒钟，即使是最有经验的操作员也很难集中注意力，特别是当收到同一事件的不同严重程度的多个警报时。

减少报警与其数量和质量息息相关。如果只实施最有效的报警，工程师就可以减少报警数量。最简单的策略是检查创建的每个报警，以确保其满足以下五个标准：

1.异常：报警不是计划内或预期内的，对运行人员来说就是个意外。

2.可操作：操作员需要并可采取应对警报的行动。

3.后果：如果未采取任何措施或采取措施不当，可能会发生不理想的结果。

4.唯一性：只需一个报警即可确定异常偏差。

5.相关：操作员可以理解报警，并且在当前运行状态下需要该报警。

利用这五个指导原则，确保每个报警都是相关的，工程师可以显著减少过程扰动造成的混乱。但要做到这一点，工程师还必须能够使用合适的报警设计和管理工具。在设计最佳的报警系统时，由于过程是动态的，因此报警管理工具也应该是动态的。

动态警报管理使工程师能够设置警报何时有效以及何时无效的场景。例如，在蒸馏塔启动期间，操作员可能需要将蒸馏塔填充到特定水平，然后开始沸腾，这一过程会导致不同的流速和压力。在运行期间，静态报警阈值远不如基于过程状态触发的动态报警有用。

当今先进的控制系统，具有集成的动态报警管理软件选项可监控过程状态，并在整个过程中改变报警规则，从而预防无用报警干扰操作员的判断。

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报警的情境信息很关键

当今最好的报警系统与分布式控制系统（DCS）集成，不仅可以向运行人员显示报警，还可以帮助他们理解这些报警。当报警系统与DCS集成时，报警信息从主报警数据库中获得信息并提供使用。这些情境化的报警，可以更容易地在正确的时间向合适的人发送可操作的报警。

例如，出现高振动报警可能意味着很多原因。如果显示润滑不足，则应将相关报警发送给维护人员进行检查和补救（图1）。但是，如果振动报警表明轴承出现故障，存在潜在的安全风险，设备即将停机，则应将报警发送给运行人员，以便他们能够干预该过程。区分这些报警（手动或自动），需要DCS提供深度情境数据，并与内置分析工具配合使用，以帮助消除干扰项并识别异常原因。

▲图1：来自DCS的情境数据提供了对设备故障的洞察，可以更快地识别和补救。

由于存在数千或数十万个潜在报警和报警组合，运行人员需要访问工具，以便在报警激活时更好地理解每个报警。最先进的报警管理工具可以提供帮助，因此，如果操作员看到一个不熟悉的报警，只需点击一下就可以提供前因后果以及纠正措施的详细信息。

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保持报警的可见性

如果没有人看到，即使设计得再好的警报也没有什么价值。如果警报出现在控制室里，错过重要警报的可能性就会增加，因为操作人员一直在移动。即使操作员一直在控制室里，他们也可能错过眼前的警报，因为他们的人机界面（HMI）是复杂而拥挤的。

当今的HMI软件不仅使工程师能够用HTML5设计可视、直观的报警仪表盘，还提供了移动工具，使运行人员和技术人员从工厂的任何地方，都能够通过移动设备访问报警。为工程师提供这些工具能释放出更大的灵活性，以确保正确的人总是在正确的时间收到正确的报警和警示。

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将可靠性与报警过程联系起来

为了在最高安全和性能条件下运行工厂，操作和技术人员除了监视过程性能，还必须监控其它的方方面面。当机械设备出现严重问题，影响性能或导致严重故障时，还必须通知相关工厂人员。

对于工厂中最关键的设备，报警设计需要遵循工业标准的规定。然而通常情况下，关键设备约占工厂资产的5%。如果工厂其他辅助设备发生故障，也可能会导致安全问题或停机。

工厂辅助设备通常依赖于国际标准化组织（ISO）的报警配置指南和规定。尽管ISO标准是一个很好的起点，因此，在ISO标准之外，还有一些灵活性和理由对报警器进行微调。

根据设备的安装位置和方式，运营环境会发生变化。大气温度、设备位置（室外或室内）、制成品的腐蚀性、湿度水平，甚至设备基础都是影响报警阈值的一些环境因素（图2）。

▲图2：配置报警阈值时，应考虑外部因素，如环境和温度等。

资产监控软件提供了微调报警的选项，以更好地考虑环境因素。这些应用使用统计报警计算，利用传感器和DCS的历史数据来确定特定机器的报警限值。最先进的资产监控工具包括内置分析，帮助用户识别工厂旋转设备中的常见故障，并在其导致性能混乱或安全风险之前进行干预。

一家北美电力供应商使用嵌入式分析软件进行无线振动监测，并配置了报警，以识别关键冷却水泵电机的任何问题。启动后不久，报警不仅识别出泵中的高振动，而且通过嵌入式分析，识别出问题可能是电机轴承因缺乏润滑油而造成的结果。该报警满足了有效报警的所有五个要求，操作和技术人员有足够的时间在故障发生前做出反应，同时提供可操作的信息以加快解决速度。轴承润滑后，报警停止，技术和运行人员可以看到：泵运行在最高性能状态下。

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将报警管理元素结合在一起

改进报警管理的一个关键方法，是简化状态监测和控制系统之间的连接。在报警综合管理计划方面做的最成功的过程制造商，通常使用同一生态系统中的状态监测和控制技术。来自同一供应商的强大解决方案，旨在为协同工作而设计的，通常更易于集成。

集成解决方案的好处不仅仅是更好的报警，还包括在生命周期内提供更好的保护。当集成系统因更新和补丁而发生变化时，这些变化不会破坏系统之间的连接。集成系统还使用标准化协议进行更高效和有效的通信，并且通常为移动连接提供更广泛的工具。这些工具内置在软件中，不必在事后单独安装。

使用单一生态系统运营的最大优势可能是运营效率的提升。操作员在几乎所有职能中都使用一个工具集，提高了可见性和意识性，同时还可以减少培训时间。经综合考虑后选择、设计和工程实施工具时，确保在某个系统上可以高效运行的人员，在其它系统上也是高效运行的人员。

最高效的工程师在设计报警解决方案时会考虑运行和技术人员的需求。他们必须开发出能够在各种条件、技术和用例中向用户发出报警的系统。要实现这一目标，需要从工程初期就拥有最好的报警设计和管理工具。直观、动态的报警管理工具可与控制系统更好地集成，以提高可视性和情境化，将复杂的数据转化为可操作的信息，在关键时刻到来时，这些信息将发挥巨大作用。

编辑：黄飞