报警甄别技术在气田生产监控的应用

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摘要：报警管理作为生产监控的重要组成部分，发挥着保障生产安全、平稳生产运行的重要作用。高效报警管 理是集中监控的重点部分。通过将SCADA系统升级为支持“黑屏”监控模式的新型气田监控平台，实现了DCS、 SCADA监控报警信息的集中优化管理。基于先进报警理念，进行报警优化，建立了一套有效的报警管理机制， 大幅减少报警数量，减轻监控人员的工作负担；在此基础上，建立“黑屏”监控模式，可以突出监控重点，形 成一套高效监控管理的新模式。

关键词：多源报警；报警融合；先进报警管理；黑屏监控

一、前言

新疆油田采气一厂克拉美丽气田，在作业区监控中心 已设立 SCADA 监控系统一套，虽然已实现报警信息的初 步管理，但未建立报警规则设计规范，且 DCS 与 SCADA 系统报警独立管理，面临着报警信息量大、无效报警较多、 报警分散管理的问题，给中控室监屏人员带来不小的工作 负担和身心压力，为实现及时发现与快速处置，需要建立 一套标准的报警管理方法，探索作业区以“先进报警管理 + 黑屏监控”为主的监控管理新模式。

 二、整体设计

 基于克拉美丽 SCADA 系统架构，扩展 DCS 报警信息 同步服务、报警管理模块、黑屏监控模块，打造系统间共 融共存管理机制，形成跨系统、智能化、集中化报警管理 模式。整体架构设计如图1 所示。

三、报警融合技术

（一）数据来源 现场存在多个厂家的 DCS 系统，这些系统的报警信 息分散在各个系统中，亟需集中管理。不同厂商 DCS系统 对外共享报警信息，通常会提供 API 接口和 OPC AE 服务 两种方式。为满足报警统一接入、集中管理的需求，采用 OPC A&E 服务对接方式来实现多个 DCS 系统的报警信息 对接[ 1] 。

 （二）DCS 报警同步 OPC 报警事件访问规范定义了报警和事件类型消息信 息的交换，以及变量状态和状态管理。警报和事件是需要 注意的过程警报，定义如下：警报是一种异常情况，如储 罐液位警报（也可能有这些子情况，如 LO、LOLO、HI 和 HIHI）；事件是可检测的，通常涉及配置更改、操作员操作、 系统消息或错误。DCS 所有需要同步到报警池中的报警信 息，通过 OPC A&E 方式订阅读取，实现报警信息的同步。 同步后，再进行报警信息的处理和重新组织，以及展示与 管理。为实现 DCS 报警信息的订阅，基于 OPC A&E 规范， 开发了OPC A&E 网关。OPC A&E 网关的主要任务包括： 1. 接收显示 OPC A&E 服务器所有的事件消息和报警。 OPC A&E 网关登录到服务器，然后接收服务器中触发的所 有消息。 2. 根据服务器提供的事件类别及它们的关联信息选择 和显示附加的关联信息。 3. 配置过滤条件，以便能够限制报告的事件。要限制 或过滤报警消息，OPC A&E 网关可以指定过滤条件，包括 区域、源、事件类型（条件、简单、跟踪）、严重性、类别。 在 OPC A&E 网关基础上，开发了OPC A&E 信息订阅 发布消息组件，将获取的各种报警信息推送到 SCADA 系 统和报警池。

（三）统一报警模型设计 为支持 DCS 与 SCADA 系统的报警信息集中展示、存 储与查询，需要设计并建立统一报警模型，定义规范的报 警基本属性[ 2] 。 1.OPC A&E 报警信息 OPC A&E规范定义了三种报警和事件类型：简单 （Simple）、跟踪（Tracking）和条件（Condition），不同事件 类型的报警消息具有不同的可用消息字段。 2.SCADA 报警信息 当前 SCADA主要应用的是阈值报警方法，根据监控 及报警处理需求，SCADA 报警信息主要包括： 对象 ：气井、集气站或处理站。参数：产生报警的参 数。类型：高报、高高报、低报、低低报。阈值：报警限值。 严重性：一般、严重和紧急。报警时间：产生报警的时间。 状态：活动、确认和关闭。备注：人工备注的报警信息。 3. 报警统一模型 基于 OPC A&E 报警模型，考虑 SCADA 系统中报警 展示、统计与管理需求，进行属性扩展，统一模型主要包 括报警源、报警区域、对象、参数、报警点位、事件类型 / 子类型、报警类别、严重性、报警信息等[ 3] 。

 （四）报警融合 基于报警统一模型，设计多源报警信息数据表，将报 警信息存储到关系数据库中，支持后续报警多维度的查询 与分析。由于 OPC A&E 的简单报警，不具有条件和类别 的属性，且源的信息大多不是具体的点位，无法与条件报 警一样，按报警类型、对象、参数等进行报警查询统计。 为解决该问题，对 Message 进行了解析，分类进行处理， 提取点位信息，进而通过基础信息关联，可把对象、参数 等信息一并补齐[ 4] 。在报警融合过程中还有一项重要任务 是：报警更新与合并处理，保证报警的唯一性。DCS 报警 信息的更新主要根据 Change Mask 判断信息更新类型，根 据 New State 判断报警最近状态。

 四、先进报警管理

先进报警管理运用了全生命周期管理的理念，通过报 警分组、报警优先级定义、基于工况的报警、报警过滤、 报警抑制、报警信息诊断分析等，实现先进报警管理功能， 提高生产操作安全性。
 （一）报警统计与 KPI 计算 利用先进报警管理技术，基于报警实时监测，通过进 行多维度报警统计及 KPI 指标计算，可以对运行的报警系 统及报警设计合理性进行评估，并进一步促进报警设置合 理优化[ 5] 。 基于 DCS 和 SCADA 系统报警信息的报警池，进行报 警信息的统计查询。支持不同维度：报警频率：统计报警 次数 top10的参数点、百分比，并计算KPI指标间歇报警数。 报警持续时间：统计报警持续时间最长 /最短top10 的报警， 并计算 KPI 指标陈旧报警数、瞬闪报警数。报警对象：统 计报警次数 top10 的对象。报警类型：统计对比不同类型 的报警占比。每小时、每10 分钟报警：统计报警在时间上 （每小时 / 每10 分钟）的分布，并计算最大 / 最小报警值、 平均报警值、报警泛滥时间占比等 KPI 指标。基于一段时 间历史数据，可对报警系统性能指标进行分析。基于克拉 美丽一个月报警历史数据的统计结果，并与 ISA 18.2 标准 中推荐的性能指标目标值进行了对比，见表 1。后续，在 系统应用过程中，将逐步确立适合克拉美丽气田的 KPI 指 标目标值。

 （二）报警合理化分析 报警系统的理想状态是在保持安全生产过程及正常操 作范围内，设置最少数量的报警。对于非新建的报警系统， 定期进行报警合理化分析是非常必要的。报警合理化分析 是指根据报警管理规定的要求，对报警设置的合理性和报 警参数进行分析和审查，并将审查结果归档记录的工作过 程。报警合理化是一个过程（如图 2 所示），审核、判断每 个报警是否符合企业报警规范。合理化也涉及定义每个报 警的属性，如限值、优先级、等级、类型等，以及将报警 后果、响应时间和报警处置文档化。通过报警合理化分析 可以优化报警设置，减少报警设置数量，同时减少干扰报 警、陈旧报警的发生，降低报警总次数。同时，监控人员 的工作更加顺畅、有效——因为报警更加可信，节省了故 障分析时间，及时发现异常，快速响应。随着生产条件及工艺的变化，报警设计也应及时变更调整，从而改进报警 合理化。因此，对于已建报警系统，应持续进行监视和维 护。通过几个轮次的报警统计与报警合理化分析，进行报 警优化，报警量大大减少。

 （三）“黑屏”监控模式 “黑屏”监控模式应用了“黑屏操作”概念，是指生 产进入平稳条件一定时间后，监控屏幕黑屏，无需人为干 预；一旦出现明显异常，监控系统能自动脱离“黑屏操作”， 告警并定位异常，提醒监控人员进行干预。通过将监屏过 程中报警信息的发现、故障点的定位由被动变为主动，减 少监控人员的工作负担。“黑屏”监控应用的前提保障条件 是优化的报警设计和合理的报警规则设置，从而保证高质 量的报警。在此基础上，借用屏幕由黑变亮、告警由无声 变有声、故障点由人工检索变自动关联等方式，从而提高 监控报警的自动化程度。以“黑屏”监控模式为目标，进 行屏幕唤醒、报警定位等相关技术及功能研发。“黑屏”唤 醒模式包括定时唤醒、告警唤醒两种，出现须立即处理的 关键告警时，即刻唤醒；同时，支持定时唤醒，以处理常 规报警。屏幕唤醒设置包括：确定支持告警唤醒的参数， 告警唤醒的参数条件，以及定时唤醒计划。报警定位是在 点位与对象准确关联的前提下，可以实现组态画面跳转和 关联信息的显示，以便快速地报警处置，从而实现参数报 警及处置的闭环管理。

五、结语

综上，通过报警融合，实现了多源报警信息统一管理； 通过报警梳理和优化，建立了一套有效的报警管理机制， 大幅减少了报警数量，减轻了监控人员的工作负担；通过 完善报警系统，融合“黑屏”监控技术，可以突出监控重点， 形成一套高效监控管理的新模式。由此可见，报警系统优 化是一个动态过程，需保持持续关注。

 参考文献

[1]ANSI/ISA-18.2-2016ManagementofAlarmSystemsforthe Process Industries[S].International Society of Automation,2016.

[2]EEMUA.EEMUA191-2013AlarmSystems-AGuidetoDesign, Management and Procurement[S].Engineering Equipmentand Materials Users' Association,2013.

[3]IEC.IEC62682-2014ManagementofAlar mSystemsfortheProcessIndust r ies[S].Inter nationalElect rotech nicalCommission,2014.

[4] H o l l i f i e l dB , H a b i b iE .T h eA l a r mM a n a g e m e n tHandbook[M].2nd edtion.USA:360 Digital Books,2010. [5] 马睿 . 先进报警管理系统设计应用探讨 [J]. 石油化工自动 化 ,2015,51(4):23-26.

作者:公雨 刘宇丰 黄博 李炜 单位:中国石油新疆油田分公司采气一厂