一种流程工业报警事件分析系统及方法与流程

本发明属于流程工业报警，尤其涉及一种流程工业报警事件分析系统及方法。

背景技术：

1、报警就是用声响或视觉显示的方式提示操作员出现了设备故障、工艺波动或异常工况，需要操作员进行响应操作。工艺报警的目的是提醒操作员工艺装置出现异常工况并且需要人为进行响应操作，以防止后续可能发生更严重的工艺波动、意外停车或重大事故等。所以，合理报警系统在工艺装置的安全、稳定、高效运行中具有重要意义，但在实际应用中，经常面临如下问题：

2、(1)由于dcs系统功能的限制，无法实现报警事件的统计分析，不能很好的了解当前生产过程的运行状态。

3、(2)报警界面过于单一、不分主次、不分颜色、不分声音、不分组等，这样使得操作员难以查找和分辨报警信息，不能及时找到关键性的报警，降低了报警系统的可用性。

4、(3)操作员站报警信息不分岗位，每台操作员站都接收所有装置的报警信息，其它装置的报警信息会干扰该操作员的观察本装置的报警信息，使本台操作员错过重要的报警信息。

5、(4)同一时间段出现大量的报警、或重复性报警，使得报警画面被“刷屏”，重要的报警信息被错过。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种流程工业报警事件分析系统及方法，通过流程工业报警事件分析系统进行流程工业报警事件的统计分析，合理设置报警系统，构建完备的流程工业报警系统，实时分析生产过程的运行状态，增强报警监视能力和报警的处理能力，提高报警系统对于操作员的作用，使生产过程更加安全稳定。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种流程工业报警事件分析系统，其特征在于：包括数据事件采集模块，采集dcs报警事件数据、dcs数据库数据；

4、数据事件存储模块，对数据事件采集模块采集的数据进行存储；

5、统计分析计算模块，对采集的数据事件进行统计、分析和计算，分析当前dcs报警设置存在的问题；

6、功能设置模块，依据统计分析计算模块的统计、分析和计算结果对dcs报警系统、报警事件分析系统进行设置。

7、进一步地，所述系统还包括

8、浏览模块，对报警事件分析系统信息进行显示；

9、结果存储模块，对统计分析计算模块的统计、分析、计算结果进行储存，形成数据库文件；

10、信息发布模块，将信息发布外部用户；

11、信息回写模块，通过报警事件分析系统计算出来的结果，通过opc通讯写回dcs控制系统，在dcs画面上进行显示。

12、进一步地，所述数据事件采集模块采集历史数据时采用内部数据访问方法直接对dcs历史数据采集，采集实时数据时采用opc通讯方法进行dcs数据实时采集；报警事件数据包括系统报警、过程报警、消息序列、操作信息数据；dcs数据库数据包括控制系统元素信息。具体地，所述统计分析计算模块的统计、分析、计算包括：

13、(1)报警事件类型统计

14、报警事件包括系统报警(例如控制器报警、通讯报警)、过程报警(功能块报警、功能块状态)、消息序列(操作指导信息、顺序事件)和操作信息(过程操作记录、批次操作记录)，根据不同的报警信息进行统计，计算出各种类型的报警数量。图4所示为报警事件类型统计图。

15、报警次数统计

16、其中，被统计位号发生报警的数量，counttime对time时间段进行计数统计，alarm当前发生的报警。

17、(2)平均报警率

18、每间隔一定时间，对报警系统的报警数量平均值进行统计，主要包括10分钟平均报警率、1小时平均报警率、k小时平均报警率。图5所示为1小时平均报警率。

19、进一步地，10分钟平均报警率、1小时平均报警率、k小时平均报警率统计计算如下：

20、①10分钟平均报警率

21、生产元素平均报警。生产元素通常指生产过程的变量，例如模拟量的输入输出，数字量输入输出等。通过对这些单个变量的报警进行统计计算，可以求出生产元素的平均报警率。

22、生产元素的平均报警率

23、其中，表示10分钟内单个生产元素平均报警率，∑xelement表示统计周期内单个生产元素报警总数，表示统计周期内10分钟的个数。

24、生产设备平均报警率。生产设备通常指生产流程的一个设备，例如压缩机、换热器、精馏塔等，这些设备包含有一系列生产元素。通过对生产设备的生产元素进行统计计算，可以求出生产设备的平均报警率。

25、生产设备的平均报警率

26、其中，表示10分钟内生产设备中所有生产元素平均报警率，∑xequipment表示统计周期内生产设备中所有生产元素报警总数，表示统计周期内10分钟的个数。

27、生产单元平均报警率。生产单元通常指生产过程的子过程，例如完整的精馏过程，生产单元由多个生产设备组成，具有大量的生产元素。通过对生产单元的生产元素进行统计计算，可以求出生产单元的平均报警率。

28、生产单元的平均报警率

29、其中，表示10分钟内生产单元中所有生产元素平均报警率，∑xcell表示统计周期内生产单元中所有生产元素报警总数，表示统计周期内10分钟的个数。

30、生产区域平均报警率。生产区域通常代表一个完整的生产过程，例如聚氯乙烯生产过程等，生产区域由多个生产单元组成，具有大量的生产元素。通过对生产区域的生产元素进行统计计算，可以求出生产区域中的平均报警率

31、生产区域平均报警率

32、其中，表示10分钟内生产区域中所有生产元素平均报警率，∑xarea表示统计周期内生产区域中所有生产元素报警总数，表示统计周期内10分钟的个数。

33、②1小时平均报警率

34、1小平均报警率求取方法是10分钟平均报警率的6倍。

35、生产元素平均报警率

36、生产设备平均报警率

37、生产单元平均报警率

38、生产区域平均报警率

39、其中，表示1小内单个元素的平均报警率，表示1小时内生产设备中所有生产元素平均报警率，表示1小时内生产单元中所有生产元素平均报警率，表示1小时内生产区域中所有生产元素平均报警率。

40、③k小时平均报警率

41、k小平均报警率求取方法是1小时平均报警率的k倍。

42、生产元素平均报警率

43、生产设备平均报警率

44、生产单元平均报警率

45、生产区域平均报警率

46、其中，表示k小内单个元素的平均报警率，表示k小时内生产设备中所有生产元素平均报警率，表示k小时内生产单元中所有生产元素平均报警率，表示k小时内生产区域中所有生产元素平均报警率。

47、(3)最大报警率

48、每间隔一定时间，对报警系统的报警数量最大值进行统计，主要包括10分钟最大报警率、1小时最大报警率、k小时最大报警率。图6所示为1小时最大报警率。

49、更加进一步地，10分钟最大报警率、1小时最大报警率、k小时最大报警率统计计算如下：

50、①10分钟最大报警率

51、生产设备最大报警率

52、生产单元最大报警率

53、生产区域最大报警率

54、其中，表示10分钟内生产设备中生产元素的最大报警率，表示10分钟内生产单元中生产元素的最大报警率，表示10分钟内生产区域中生产元素的最大报警率，∑xelement1表示生产元素1的报警数量总和，max10min表示取最大值。

55、②1小时最大报警率

56、生产设备最大报警率

57、生产单元最大报警率

58、生产区域最大报警率

59、其中，表示1小时内生产设备中生产元素的最大报警率，表示1小时内生产单元中生产元素的最大报警率，表示1小时内生产区域中生产元素的最大报警率，∑xelement1表示生产元素1的报警数量总和，max1hour表示取最大值。

60、③k小时最大报警率

61、生产设备最大报警率

62、生产单元最大报警率

63、生产区域最大报警率

64、其中，表示k小时内生产设备中生产元素的最大报警率，表示k小时内生产单元中生产元素的最大报警率，表示k小时内生产区域中生产元素的最大报警率，∑xelement1表示生产元素1的报警数量总和，maxkhour表示取最大值。

65、(4)报警时间占比

66、对一定数量报警占总报警数量的比例进行统计。图7示出了每小时超过30个报警的时间百分比、每十分钟超过5个报警的时间百分比。

67、更加进一步地，每小时超过30个报警的时间百分比、每十分钟超过5个报警的时间百分比统计计算如下：

68、①每小时超过30个报警的时间百分比

69、生产设备时间百分比

70、生产单元时间百分比

71、生产区域时间百分比

72、其中，表示生产设备中每小时超过30个报警的时间百分比，表示生产设备中报警数量大于30时的时间累积，表示生产单元中每小时超过30个报警的时间百分比，表示生产单元中报警数量大于30时的时间累积，表示生产区域中每小时超过30个报警的时间百分比，表示生产区域中报警数量大于30时的时间累积。

73、②每十分钟超过5个报警的时间百分比

74、生产设备时间百分比

75、生产单元时间百分比

76、生产区域时间百分比

77、其中，表示生产设备中每10分钟超过5个报警的时间百分比，表示报生产设备中报警数量大于5时的时间累积，表示生产单元中每10分钟超过5个报警的时间百分比，表示生产单元中报警数量大于5时的时间累积，表示生产区域中每10分钟超过5个报警的时间百分比，表示生产区域中报警数量大于5时的时间累积。

78、(5)前10个最常发生的报警占有所有报警百分比，图8示出了生产设备前10个最常发生的报警占有所有报警百分比。

79、生产设备前10个最常发生的报警占有所有报警百分比

80、

81、其中，表示生产设备中前10个最常发生的报警占有所有报警百分比，∑xelement1表示生产元素1报警数量总和，max1表示取最大值。

82、生产单元前10个最常发生的报警占有所有报警百分比

83、

84、其中，表示生产单元中前10个最常发生的报警占有所有报警百分比，∑xelement1表示生产元素1报警数量总和，max1表示取最大值。

85、生产区域前10个最常发生的报警占有所有报警百分比

86、

87、其中，表示生产区域中前10个最常发生的报警占有所有报警百分比，∑xelement1表示生产元素1报警数量总和，max1表示取最大值。

88、(6)间歇报警

89、定义一个间歇报警周期，当一个元素发生报警，且每隔预定时间出现一次，则该报警为间歇报警。

90、间歇报警位号tagchattering＝alarmname(t1>period>t2)(6-1)其中，tagchattering表示发生间歇报警的的位号名称，alarmname表示位号名称，t1>period>t2表示每间隔的时间段。

91、(7)瞬闪报警

92、定义一个瞬闪报警周期，当一个元素发生报警，且在一定周期内发生报警和恢复正常反复交替出现，则该报警为瞬闪报警。

93、瞬闪报警报警位号tagrepeating＝alarmname(count>m)(7-1)其中，tagrepeating表示发生瞬闪报警的位号名称，alarmname表示位号名称，count>m表示预设时间内次数大于m。

94、(8)常驻报警

95、定义一个常驻报警周期，当一个元素发生报警，且持续时间大于预定时间，则该报警为常驻报警。

96、常驻报警位号tagstanding＝alarmname(time>n)(8-1)其中，tagstanding表示发生常驻报警的位号名称，alarmname表示位号名称，time>n表示报警持续时间大于n。图9示出了间歇报警、瞬闪报警、常驻报警统计。

97、(9)各优先级的报警所占比例

98、每个元素报警具有相应的报警优先级，对各个优先级的报警数量进行统计，算出各优先级的报警所占比例。图10示出了各优先级所占比例统计。

99、生产设备中严重优先级所占比例

100、生产设备中高优先级所占比例

101、生产设备中中优先级所占比例

102、生产设备中低优先级所占比例

103、其中，表示生产设备中发生严重优先级报警占所有报警的百分比，表示生产设备中发生严重优先级报警的总数，表示生产设备中发生高优先级报警的总数，表示生产设备中发生中优先级报警的总数，表示生产设备中发生低优先级报警的总数，表示生产设备中发生严重优先级、高优先级、中优先级、低优先级报警总数。

104、生产单元中严重优先级所占比例

105、生产单元中高优先级所占比例

106、生产单元中中优先级所占比例

107、生产单元中低优先级所占比例

108、其中，表示生产单元中发生严重优先级报警占所有报警的百分比，表示生产单元中发生严重优先级报警的总数，表示生产单元中发生高优先级报警的总数，表示生产单元中发生中优先级报警的总数，表示生产单元中发生低优先级报警的总数，表示生产单元中发生严重优先级、高优先级、中优先级、低优先级报警总数。

109、生产区域中严重优先级所占比例

110、生产区域中高优先级所占比例

111、生产区域中中优先级所占比例

112、生产区域中低优先级所占比例

113、其中，表示生产区域中发生严重优先级报警占所有报警的百分比，表示生产区域中发生严重优先级报警的总数，表示生产区域中发生高优先级报警的总数，表示生产区域中发生中优先级报警的总数，表示生产区域中发生低优先级报警的总数，表示生产区域中发生严重优先级、高优先级、中优先级、低优先级报警总数。

114、(10)各报警类型详细统计

115、在生产过程中，报警具有多样性，包括同一元素的不同报警和不同元素的报警。图11示出了各类报警详细统计。

116、生产装置fequipment(name，number)＝countkhour(alarm)(10-1)

117、生产单元fcell(name，number)＝countkhour(alarm)        (10-2)

118、生产区域farea(name，number)＝countkhour(alarm)        (10-3)

119、其中，fequipment(name，number)表示生产设备中发生报警的位号和数量，countkhour表示进行k小时统计，alarm表示发生的报警，fcell(name，number)表示生产单元中发生报警的位号和数量，farea(name，number)表示生产区域中发生报警的位号和数量。

120、(11)操作员操作记录及分析

121、在生产过程中，操作员会对设定值(控制器设定值、报警上下限设定值)、控制器或手操器的输出值进行操作，对操作员的操作记录进行统计。图12示出了操作员操作记录统计。

122、tag.item＝value (by operator1) (11-1)

123、其中，tag.item表示操作员操作项名称，value表示操作员操作的数值，byoperator1表示该数值是由操作员operator1改变的。

124、(12)报警点分析

125、采集各元素过程值、报警设定值，把这些值绘制在一个曲线图中，分析报警设定值的合理性。

126、所述系统根据统计分析计算模块的统计、分析、计算结果得出曲线图形，显示曲线图形，包括报警事件类型统计图、平均报警率统计图、最大报警率统计图、报警时间占比统计图、前10报警占比图、间歇报警统计图、瞬闪报警统计图、常驻报警统计图、各优先级占比统计图、各类型报警详细统计图、操作员操作记录统计图、报警点分析图、报警系统性能图、报警系统雷达图。

127、所述功能设置模块包括如下设置：

128、(1)报警优先级设置：包括重要、高、中、低、记录、参考六个优先级；

129、(2)报警颜色设置：包括不同等级的报警设置不同报警颜色，包括黑、红、绿、黄、蓝、紫、橙、粉颜色；

130、(3)报警显示是否能被检测设置：当发生报警时报警信息是否被检测，包括能被检测、不能被检测；

131、(4)报警的目标用户标记：标记该报警需要对应的操作员处理；

132、(5)报警潜在的风险性：标记该报警发生时，生产过程具有的潜在风险，包括安全、环境、经济风险；

133、(6)报警被忽略的后果：标记该报警如果被忽略会产生的后果，包括很大、大、中等、较小四个等级；

134、(7)报警响应时间：当产生报警时，响应该报警的速度等级，包括：紧急、快速、常规三个等级；

135、(8)报警处理指导：每个报警设置处理指导方法，用于指导操作员进行相关的操作；

136、(9)报警恢复自动清除：报警发生时，报警被确认后，恢复正常后，该报警是否被自动清除；

137、(10)报警监视屏蔽：屏蔽指定用户，当发生报警时，该报警不会出现在被屏蔽用户的报警画面上；

138、(11)报警确认屏蔽：屏蔽指定用户，当发生报警时，屏蔽指定用户不能确认该报警：

139、(12)报警分组：将若干个报警设置成一个报警组；

140、(13)报警搁置：将某个报警或某些报警进行暂时搁置，在搁置期间，该报警不显示：

141、(14)报警阈值：当变量超过报警设定值时会发生报警，当变量恢复到正常并且超过阈值，报警消除：

142、(15)报警延时：当变量超过设定值并且保持一定时间，发生报警；

143、(16)报警抑制：通过更改报警状态或报警设定值，使当前报警恢复正常状态；(17)滤波：设置低通滤波，对检测数值进行滤波。

144、采用所述系统的流程工业报警事件分析方法，包括如下步骤：

145、第一步：采集dcs报警事件数据库数据，该数据包含生产运行的报警、操作员操作的历史信息；

146、第二步：对所采集的报警事件数据，利用报警事件分析系统进行分析，分析当前dcs报警设置存在的问题；

147、第三步：采集dcs数据库数据，该数据包含控制系统元素信息，具体包括dcs功能块信息、操作信息、系统信息；

148、第四步：依据采集的数据利用流程工业报警事件分析系统对dcs报警系统和报警事件分析系统进行统计、分析、计算；

149、第五步：利用流程工业报警事件分析系统得出的结果对dcs系统进行设置；

150、第六步：利用流程工业报警事件分析系统得出的结果对报警事件分析系统进行设置；

151、第七步：报警事件分析系统和dcs报警系统在线运行，根据运行效果进行设置。

152、本发明的流程工业报警事件分析方法，包括以下方面：

153、1.风险评估

154、(1)生产过程安全方案的制定；

155、(2)确定操作员在生产操作中的安全角色；

156、(3)安全、环境、经济的风险评估；

157、(4)hazop分析。

158、2.操作员工效性评估

159、(1)操作员总人数，操作员的岗位范围及职责；

160、(2)操作员监视屏幕数量，监视的流程画面数量、颜色方案、信息显示方案；

161、(3)报警的人机接口，以报警声音、颜色、信息传递给操作员。

162、3.单个报警设置

163、(1)列出报警清单；

164、(2)报警的目的；

165、(3)发生报警时，操作员的响应；

166、(4)如果操作员不响应，导致的后果；

167、(5)操作员的响应时间；

168、(6)操作员的有效报警操作。

169、4.任务分配与整合

170、(1)任务分配，由各专业依据以上三点进行设置；

171、(2)整合报警清单及设置要求，例如报警声音、颜色、信息提示、分组、抑制等；

172、5.报警配置

173、依据整合的结果，对报警事件分析系统和dcs系统，进行设置，

174、更加进一步地，设置内容包括如下：

175、(1)报警优先级设置；

176、(2)报警颜色设置；

177、(3)报警显示是否能被检测设置；

178、(4)报警的目标用户标记；

179、(5)报警潜在的风险性；

180、(6)报警被忽略的后果；

181、(7)报警响应时间；

182、(8)报警处理指导；

183、(9)报警恢复自动清除；

184、(10)报警监视屏蔽；

185、(11)报警确认屏蔽；

186、(12)报警分组；

187、(13)报警搁置；

188、(14)报警阈值；

189、(15)报警延时；

190、(16)报警抑制；

191、(17)滤波。

192、6.测试和运行

193、(1)测试；

194、(2)运行；

195、(3)优化。

196、本发明的优点与效果：

197、与现有技术相比，本发明技术方案构成了一个完整的流程工业报警事件系统，报警事件分析系统实现了报警事件分析、统计、计算功能，合理化设置报警事件分析系统和dcs报警系统，从而构成一个完善的报警系统，增强报警系统整体对事件处理、分析、统计、显示能力，提高了报警系统鲁棒性、高效性、稳定性、可用性，从而保证生产安全、稳定运行。