加氫裝置DCS報警管理分析軟件的開發(fā)與應(yīng)用

馬文禮，謝翼南，劉俊生，樊安寧，張宗領(lǐng)

(1. 中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834003；2. 神華新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831400)

DCS在化工生產(chǎn)控制中起到越來越重要的作用，而且得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。在煉化裝置正常生產(chǎn)過程中為了對DCS各個測量點起到監(jiān)控作用，并在被測參數(shù)一旦出現(xiàn)較大波動時能夠較好地為操作人員給予提示，對各個監(jiān)控點設(shè)置相應(yīng)的報警值，如高高報警(HHI)、高報警(HI)、低報警(LO)、低低報警(LLO)等。因此，在增加操作人員操作安全提示的同時，報警數(shù)量也大幅度增多。此外，在煉油廠建設(shè)初期設(shè)計階段，煉油廠技術(shù)人員和DCS設(shè)計人員對于報警數(shù)的優(yōu)化問題不夠重視，因為討論一個報警值是否存在的必要性所付出的成本遠(yuǎn)比增加一個報警的成本高[3]，這也促進(jìn)了報警數(shù)量的泛濫。報警規(guī)劃措施不到位，則會面臨報警泛濫的嚴(yán)峻考驗[4]。如果僅僅單純地為了降低報警的泛濫而刻意減少一些報警，則可能又會造成一些重要報警信息的丟失，間接地降低了裝置的安全性。因此，如何快速分析出報警原因，做出正確整改措施，去除多余報警對于煉油裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)具有重要的意義。

加氫技術(shù)是石油煉制過程中非常重要的技術(shù)手段之一，通過精制、改質(zhì)等反應(yīng)能夠大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量[5]。某石化公司加氫裝置采用了石油加氫技術(shù)加工原料油，獲得了高品質(zhì)、符合國家標(biāo)準(zhǔn)的清潔燃料油等。該裝置采用了DCS，包含了溫度、壓力、流量等測量點。如何對這些測量點的報警參數(shù)合理地優(yōu)化，快速、正確地找出報警所帶來的裝置操作信息，并正確地解決報警問題，是報警管理的關(guān)鍵之一。綜上所述，針對該加氫裝置的報警管理問題，本文設(shè)計開發(fā)了DCS報警綜合管理分析軟件，并應(yīng)用于裝置報警分析管理過程中，取得了較好的管理效果。

1 軟件設(shè)計

1.1 軟件功能架構(gòu)

該軟件的使用目的是： 通過對報警信息的統(tǒng)計分析，協(xié)助操作人員完成引起報警的問題查找、解決，提高裝置的整體控制水平，減小控制的波動。因此，軟件主要設(shè)計了文件、臺賬管理、數(shù)據(jù)分析、報警分析、視圖、幫助六大模塊，其主要功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 DCS報警綜合管理軟件主要功能結(jié)構(gòu)示意

1)文件。該模塊主要是對裝置報警信息的離線讀取，以便于相關(guān)的篩選與分析討論。

2)臺賬管理。軟件中附有該裝置相關(guān)的儀表臺賬，如控制閥、流量計、物位計等，操作人員可根據(jù)需要隨時查找相關(guān)儀表的臺賬信息，協(xié)助工作人員對報警信息的研究分析。

3)數(shù)據(jù)處理。該模塊包括篩選、個數(shù)統(tǒng)計、時間趨勢、生成報告四個功能，其中篩選功能是按照操作人員的需求篩選當(dāng)前打開的報警信息，挑出符合操作人員需求的數(shù)據(jù)；個數(shù)統(tǒng)計功能是為操作人員快速、便捷地顯示出當(dāng)前報警信息中報警個數(shù)超過一定閾值的報警位號及個數(shù)信息；時間趨勢功能給出了一定時間區(qū)域內(nèi)設(shè)定的時間段的報警個數(shù)折線圖，操作人員可根據(jù)該折線圖清晰看出該時間段內(nèi)報警主要集中于何時；生成報告功能則將報警分析的文件編輯生成Word文件，便于用戶存儲及使用。

4)報警分析。該模塊主要是針對操作人員所選中的報警信息進(jìn)行快速分析，并給出相應(yīng)的報警原因分析及操作提示；操作人員可以根據(jù)需求添加、修改、刪除報警分析和提示內(nèi)容，使報警分析功能可以隨時更新以適用于不同的報警情況，具有較好的學(xué)習(xí)能力。

5)視圖。該模塊提供垂直排列、水平排列以及層疊排列三種對話框排列方式，便于操作人員查看。

6)幫助。提供了相應(yīng)的幫助信息。

此外，該軟件采用了離線分析的方式，由于不與DCS直接連接，進(jìn)而避免了由于軟件的系統(tǒng)出現(xiàn)故障、中病毒等原因而引起DCS故障的可能，具有安全的使用環(huán)境。

1.2 報警原因分析功能設(shè)計

該軟件中報警分析功能是對操作人員當(dāng)前選中的報警信息進(jìn)行分析，提供報警原因并給出相應(yīng)的操作提示。為了更好地實現(xiàn)報警原因自動分析的功能，軟件中采用了專家系統(tǒng)方法。專家系統(tǒng)就是內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降慕?jīng)驗知識，能夠利用專家的經(jīng)驗知識解決處理該領(lǐng)域問題[6]。目前，隨著DENRAL系統(tǒng)[7]、HEARSAY系統(tǒng)[8]、MYCIN系統(tǒng)[9]的研制成功，專家系統(tǒng)也越來越受到學(xué)術(shù)界及工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

該分析軟件中報警分析模塊的專家系統(tǒng)分析流程如圖2所示。由于軟件設(shè)計之初難以將所有的報警情況均考慮到位，即專家系統(tǒng)知識庫中所包含的知識信息不能夠在設(shè)計時便包含了所有的報警原因分析。另外，鑒于煉化裝置約每4 a要進(jìn)行一次大檢修，在此期間對裝置的改造可能會導(dǎo)致部分裝置邏輯發(fā)生變化，陳舊無更新的知識庫無法滿足所有的報警情況。因此，需要在專家系統(tǒng)中增設(shè)新知識錄入、修改、刪除的功能，以便知識庫的完善及冗余的去除。當(dāng)DCS啟用報警原因分析功能后，專家系統(tǒng)會自動分析報警并給出操作者選中分析報警的原因及操作提示。

圖2 基于專家系統(tǒng)的DCS報警分析流程示意

2 軟件應(yīng)用及成效

該軟件采用C#語言進(jìn)行編寫，顯示界面上部為操作人員打開的報警文件信息，包括： 報警時間、報警儀表所在卡鍵、報警位號、報警原因及報警信息描述內(nèi)容。界面下部顯示了報警信息直方圖，上部標(biāo)題給出了報警信息所在的報警時間區(qū)域。直方圖x軸表示報警位號，y軸則表示該時間區(qū)域內(nèi)報警數(shù)量，操作人員通過直方圖可清晰明了地觀測出該時間段內(nèi)報警位號及相應(yīng)的報警數(shù)量分布，便于操作人員對整體報警信息全面的了解，快速找出是否存在突出的報警數(shù)量巨大的報警位號，便于全面把控裝置報警情況。界面直方圖右側(cè)給出了儀表斷線故障(IOP)及報警正常(NR)、報警恢復(fù)(Recover)的報警提示個數(shù)，操作人員可根據(jù)這些報警數(shù)量排查該時間區(qū)域內(nèi)的報警總數(shù)，對異常報警信息數(shù)量一目了然。

該軟件中“數(shù)據(jù)處理”模塊中的“時間趨勢”功能，可使操作人員只需輸入所關(guān)注的報警位號，并設(shè)定該位號的報警數(shù)量統(tǒng)計的時間間隔，軟件便可根據(jù)用戶給出的時間間隔統(tǒng)計出從報警文件初始時間開始的每間隔給定時間內(nèi)的報警數(shù)量折線圖，并顯示于時間區(qū)域界面的下部。

該軟件另一大功能即報警分析，其主要作用是運用專家系統(tǒng)，為用戶提供報警原因的自動分析，并給出相應(yīng)的報警處理措施建議。報警分析及建議界面顯示如圖3所示。

圖3 報警原因分析界面示意

圖3所示界面上部為報警信息顯示，操作人員可在知識庫中搜索需要分析的報警信息，如果知識庫中包含該報警信息的原因分析，則相應(yīng)的報警原因分析及建議采取措施內(nèi)容會顯示于報警原因分析界面。當(dāng)然一個報警可能有多種處理措施，系統(tǒng)在搜索知識庫過程中亦會對這些內(nèi)容逐一統(tǒng)計，并將所有可能的報警原因和報警采取措施顯示出來供操作人員查看分析。

該軟件為了方便用戶對報警信息的查看，還提供了視圖功能，并在幫助功能中為用戶詳細(xì)講解了該軟件的每一項功能。技術(shù)人員可以采用該軟件及時分析報警信息，能夠有效地指導(dǎo)工藝及儀表人員開展預(yù)防性維護(hù)工作，提高裝置生產(chǎn)的平穩(wěn)性。

3 結(jié)束語

本文針對某石化公司加氫裝置DCS報警管理問題開發(fā)了一款報警綜合管理分析軟件。該軟件運用了計算機技術(shù)分析統(tǒng)計報警信息，計算快速且錯誤率較低。此外，軟件中采用專家系統(tǒng)，較好地協(xié)助操作人員分析報警原因，為裝置的報警管理、安全生產(chǎn)提供了較好的幫助，為國內(nèi)相關(guān)DCS操作人員提供了借鑒和參照。