力控科技

管控一体化解决之道

工业企业危险源管理和应急管理解决方案

1概述

      对于存在重大危险源的工业企业,危险源管理和应急管理是非常重要的管理内容,但当前市场上缺乏这方面的解决方案。而且,当前的企业虽然很多具有报警系统,但是当建设危险源管理的时候,会遇到以下难题:
(1)分布式系统中,往往因历史原因安装了不同厂家、不同型号的DCS、PLC、SCADA/HMI和其他设备,各自具备报警模块,无统一管理平台,信息分散,报警模型不一致,通信方式不一致,人机界面无法统一集中。整个系统在报警管理上是割裂的。
(2)报警设置过多或者不合理,造成无效报警淹没重要报警,真正的危险很难发现。根据过去二十年里重大事故原因调查分析,报警泛滥、操作人员负荷大且对异常工况的准确把握有限等问题位列事故原因之首,例如1994年7月24日,英国米尔福德港德士古炼油厂装置爆炸起火,26人死亡,爆炸前1小时,超过275条报警产生。
(3)由于只有初级报警,高级报警功能缺失,例如基于计算的报警、基于统计的报警、基于复杂逻辑的报警、自适应报警等。无法通过建立复杂模型对危险提前预判。

本文介绍在力控工业智能报警管理平台FAlarm的基础上提供的一种解决方案,致力于解决以上的问题,为工业企业危险源管理提供整体解决方案。


2 系统功能架构
工业危险源管理和应急管理的整体功能架构如下图所示:
整个系统分为4个层级:
(1)物理层:包括各种生产设备、监测设备和传感器等,例如各类RTU、PLC、可燃气体报警器等,除了为生产服务外,还负责对设备、环境,尤其是重大危险源的监测。
(2)通信层:负责数据采集、报警采集、远程控制和远程调参。
(3)数据层:负责数据存储和数据分析。
(4)应用层:主要功能包括数据监控、报警管理、应急管理等。
除了上面四个层级的功能,应急管理信息系统需要与各类第三方系统集成使用,以满足更广泛的需求。
3 系统部署架构
系统的部署架构如下图所示:
整个系统采用分布式部署,为C/S与B/S混合架构:
采集和通信服务器:1台
实时数据库服务器:2台,冗余部署
报警平台服务器:1台
应急管理服务器:1台
操作员客户端
工程师客户端


4 数据采集和监控

      数据的采集由pSpace IOServer完成,可以采集不同厂家、不同型号设备或系统数据,支持Modbus、OPC等3000多种常规驱动,对于特种设备,可快速定制采集驱动。数据采集的内容包括现场生产数据和设备数据采集、危险源数据采集、环境数据采集等。
      FAlarm平台则完成采集不同厂家、不同型号设备或系统报警信息的功能,支持OPC A&E、SOE等多种常规驱动,对于特种设备,可快速定制报警采集驱动。报警采集的内容包括:生产报警采集、设备报警采集、危险源报警采集、环境报警采集等。
      系统具备数据下置功能,在具备网络通信的条件下,可实现对现场设备进行远程紧急切断、远程紧急启动和对现场设备进行参数调整等。
数据监控则具备以下功能:
(1)工艺流程图:提供集成化的设计环境,对工程模板创建、数据模型与画面模型等都进行了完整的模板化设计,支持窗口模板,支持多人协作与远程部署工程,支持工程模型的导入与导出、方便快速进行工程组态,支持系统文件与工程文件的在线升级与动态维护。
(2)曲线图表:提供多种曲线组件,典型的如实时趋势曲线、历史趋势曲线、XY曲线、直方图、饼图、温控曲线等曲线工具,访问的数据源可以来自本地或者远程的实时历史库和关系数据库,各种曲线组件采用面向对象的设计,提供多种的属性和方法,在脚本里可以灵活的控制,同时曲线组件可以方便的进行web发布。
(3)专家报表:提供各种灵活的报表工具,报表开发工具提供类似EXCEL的电子表格功能,各种报表工具能够显示和查询产品的实时数据,历史数据,外部关系数据库数据。报表工具提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制,提供类EXCEL的绝大部分功能,包括:编辑功能、计算功能、图表功能等。
(4)多媒体插件:各类多媒体插件与视频、音频等技术完美结合,支持包括幻灯片播放、图片显示、GIF动画文件播放、FLASH文件播放,支持WINDOWS MEDIA PLAYER所支持的全部文件格式。该插件支持容器播放,至于数据类型不支持或者兼容性不能保证的情况下,可以放在VBA的Form里通过力控界面里调用显示。
(5)GIS组件:GIS组件支持丰富的地图显示和地图操作功能,用户可以自由浏览地图,实现多种形式的地图变换。支持Mapinfo与ArcGIS的地图文件格式,支持组件方式集成GIS-GPS的功能,利用脚本调用可充分互动。
(6)视频组件:与视频监控系统进行良好的集成,支持SCADA画面如何与视频画面进行联动,可以与数字视频技术基于服务器端与客户端方式的开放融合。可以完成视频图像的实时播放,视频图像的存储、捕捉和回放,可以播放各种格式的视频、音频文件,可以有效的集成视频监控。
5 报警管理
      报警管理采用力控FAlarm工业智能报警管理平台。该平台严格符合国际报警标准ISA-18.2和EEMUA-191,可以为企业提供涵盖报警系统整个生命周期的完整服务。
      ISA-18.2是流程行业报警管理系统国际标准,也可适用于离散行业,2003年开始制定,于2009年发布,涵盖报警系统整个生命周期的管理内容,在国际范围内被广泛实践。
      ISA-18.2是一套科学的报警方法论,其核心是通过对报警系统的事前设计和事后分析修正,减少无效报警,提高报警效果,定位系统问题,达到提高系统安全性的目的。
      目前,国际知名自动化厂商产品的报警功能均已经逐步符合ISA-18.2的规范,如Honeywell、Rockwell、Siemens等。

5.1 异构系统报警统一采集
      FAlarm实现了异构系统下对报警信息的统一管理:
该平台统一了报警模型,除了可以采集力控各种产品的报警信息外,还可采集第三方不同厂家、不同型号的DCS、PLC、SCADA/HMI等产品的报警信息,如yokogawa Centum系列DCS、Siemens S7 300/400系列PLC、GE的iFix、Wonderware的InTouch等。
该平台采用统一的通信中间件,保证了整个系统内实时报警、历史报警、报警参数修改和报警处理信息的即时同步。
该平台统一了报警存储、人机界面和配置管理,使整个系统的报警信息可以进行统一的显示、处理、配置和统计分析。
该平台部署方式灵活,既可以单机部署,也可以分布式部署,支持多层级部署,以适应各种部署架构的分布式DCS系统和SCADA系统。
跨平台设计,其服务功能可以部署在Windows、Linux和Unix系统上,其可视化客户端则可以通过不同操作系统的PC、手机或平板电脑进行浏览。
5.2 报警管理功能
5.2.1报警处理
该平台提供完备的报警处理功能,可以协助操作人员或调度人员进行报警处理:
记录报警原因
提供处理规程
提示不处理或处理不当的后果
记录处理结果
对报警进行评论
这些信息可以帮助操作人员或调度人员提高报警处理的效率,而且有利于新员工的学习,大大降低了培训成本。


5.2.2报警维护和参数管理

      该平台提供完善的报警维护功能,包括对报警的短期搁置、根据条件进行报警抑制、对报警进行关闭和重启、多工况报警条件设置等,且系统对维护行为进行详细记录,可追溯维护历史。通过报警维护功能,不仅可以有效减少干扰报警的数量,还能适应多工况情况下的报警参数切换,支持设备维修、更换等情况下报警状态的切换等,提高了管理的便捷性。
      该平台还提供报警参数管理功能,对报警参数的修改进行记录,记录修改时间、修改内容、修改人员和修改原因等,并可进行历史查询和追溯,有利于报警管理和追责。


5.2.3报警统计和KPI管理

      该平台提供丰富的报警统计功能,提供种类丰富的图表、报表和报告。通过对报警信息的统计分析,可以定位生产过程中存在的问题,实现提高生产效率的目标。

      该平台可以对报警历史进行统计,并与事先建立的各项报警系统指标进行比较,对不合格指标进行分析定位,改进报警系统本身,从而实现优化报警系统,提高报警效率的目标。
      该平台可以为报警处理人员建立绩效KPI指标,对报警处理人员的工作进行统计考核,以提高对报警处理人员的管理水平。
5.3 报警统计与优化
      该平台可以大幅度消除无效报警,突出严重报警,使操作人员和调度人员聚焦于真正严重的问题上,不被无效报警所干扰,从而消除无效报警的干扰,减少生产事故和人员伤亡,提高生产效率。

      该平台提供首因报警机制,可以识别报警和报警之间的因果关系,对于因同一原因产生的多个报警,可以判断其第一原因报警,即首因报警,从而抑制其他衍生报警,提高报警原因定位速度,降低事故风险。


5.4高级报警和预警
5.4.1高级报警
该平台提供高级报警功能,以满足高级需求:
(1)基于逻辑的报警
系统提供基于逻辑的高级报警方式,即通过组态方式或者脚本方式,配置测点或变量之间的逻辑运算关系,产生逻辑运算结果,并基于结果触发相应的报警信息。
(2)基于统计的报警
系统提供基于统计的高级报警方式,主要分为两类:
数据统计报警:指根据数据的统计结果产生的报警信息。系统提供基础统计算法触发的报警,用户也可以使用计算引擎,实现自定义的复杂统计算法。
历史报警统计报警:指根据历史报警事件的统计结果产生的报警信息。系统可以通过组态配置,实现基础的统计报警,对于复杂的统计报警模型,可通过计算引擎编程实现。
(3)基于计算的报警
系统提供基于计算的高级报警方式,即通过多个测点的计算结果来触发报警。
简单的计算可以通过组态的方式实现,负责计算可通过计算引擎实现。
(4)自适应报警
系统提供自适应报警,即报警的参数是非固定的,而是依据参数模型,跟随输入数据的变化而变化。
系统提供参数模型配置,实现自适应报警。


5.4.2报警发布

      该平台可及时向手机、平板电脑、邮箱等及时发布重要的报警信息,从而实现随时随地关注现场情况的目的,防止遗漏严重报警。


5.4.3应急预警

      该平台提供预警功能,结合各个行业的需求建立预警模型,从而将事后分析变为事前预防,有效降低生产事故的风险,将风险扼杀在萌芽状态。对于重大危险源和危险生产流程,系统提供应急预警,并与应急管理模块形成系统联动,以满足快速应急响应的需求。
(1)预警模型和预警分析
对重大危险源和危险生产流程进行分析后,根据分析结果在系统中建立预警模型,预警模型根据输入的各类数据进行实时计算和分析,并输出结果,实时监控。
(2)预警公告
当预警分析达到应急预警条件时,系统会发出预警警告,并通过系统向所有终端进行公告,包括C/S客户端、B/S客户端、手机客户端和平板客户端等,并通过广播系统(第三方集成)进行即时广播。
(3)应急管理联动
系统可预先设置应急预警联动,当应急预警触发时,可进行如下联动措施:
预警公告和广播
远程紧急关断或启动相关设备
本系统切换至应急管理模块,显示相关资源
视频系统(第三方集成)紧急切换至相关画面
相关系统资源联动,包括应急指挥系统、消防系统、急救系统等


5.4.4报警知识库

报警处理规程、报警处理结果、报警处理评论等内容,共同构成报警知识库,并提供方便的过滤、查询和展示功能,可为报警处理人员提供方便的帮助和查询,也可用于心员工的报警管理培训。


6 应急管理

6.1 重大危险源管理
(1)提供重大危险源分类信息数据库,包含以下内容:
危险介质:包括易燃易爆介质和有毒有害介质,如危险性描述和分析、急救措施、消防措施、泄露应急处理等。
危险设备:包括设备名称和编号、设备危险参数、设备分布场所、环境和环境影响分析等。
(2)重大危险源数据监测和预警
系统通过前面所述的采集模块,对重大危险源数据进行数据采集和存储,并通过可视化手段进行实时监控。通过“报警管理”模块中的“应急预警”模块,实现对重大危险源的应急预警。


6.2 应急资源数据库

系统提供应急资源数据库,提供应急资源信息,并提供输入、审批、修改、查询等基本功能。包括应急组织机构及职责、应急通讯录、应急物资表和分布图、人员疏散和紧急集合示意图、现场警戒示意图等。


6.3 应急预案数据库

系统提供应急预案数据库,该数据库具备以下功能:
(1)应急预案管理:系统提供应急预案综合管理功能,包括应急预案的建立和编写、维护、修改和变更管理、审批、发布和实施、查询等。
(2)应急分类和分级:提供应急分类和分级功能。
(3)应急响应流程:提供应急响应流程的配置,根据具体应急事件的需求,编制具体的应急响应流程。
(4)应急处置措施:提供应急处置措施的配置,编制具体的应急相应处置措施,包括设备紧急关断、开启、消防灭火、人员救护疏散、现场警戒、应急物资调配、抢修等。
(5)应急结束条件:可以编制应急响应结束条件,当满足条件时,结束应急响应。
(6)后期处置措施:可以编制后期处置措施,包括单不限于污染物处理措施、生产秩序恢复措施、评估和报告等。


6.4 应急案例数据库

      系统提供应急案例数据库,对于真实发生的应急案例需要编写个案报告,形成应急案例数据库。应急案例数据库功能包括应急案例的编制输入、审核、查询、评论等。
应急案例输入内容包含但不限于:
(1)事件(或事故)情况,包括事件(或事故)发生时间、地点、波及范围、损失、人员伤亡情况、事件发生原因等。
(2)应急处置救援过程。
(3)处置过程中专业救援队伍、装备等应急资源动用情况,救援过程中发生的实际费用。
(4)处置过程遇到的问题、取得的经验和吸取的教训。
(5)应急预案启动和执行情况以及对预案的修改建议


6.5 应急响应联动处置

      系统提供应急响应联动功能,当发生应急事件时,提供关键设备远程紧急关断、紧急启动等功能。


6.6 应急信息发布和交换

在应急事件中,执行实时信息发布和交换功能,将信息实时推送到相关人员的客户端、手机短信和Email系统中。


6.7 应急资源调度

      在应急事件中,应急管理信息系统关联应急指挥系统、GIS系统(地理信息系统)、视频监控系统、生产指挥系统、ERP系统、支持保障系统、消防系统、急救系统、公安系统、媒体等相关资源系统,提供信息交互与联动。


6.8 事故追忆(历史追忆)

      系统提供事故追忆模块,用于对已经发生的事故进行复盘。针对发生生产事故时的数据进行定位和分析不同的事故数据,通过报表和曲线的方式来进行表示和查询, 通过定义事故追忆条件和追忆变量,以及追忆时间的设置,当追忆条件满足的时候产生追忆指示,用户可以通过追忆组件来查看事故的回放。回放的过程支持曲线和表格,并支持打印和存盘等。


7 结论

      基于力控FAlarm工业智能报警管理平台所建设的危险源管理和应急管理信息系统,具有部署灵活、统一管理、具备高级报警管理功能等特点,可以将事故危险扼杀在萌芽状态,是一种值得在工业企业进行推广的解决方案。