【危險源】應急管理系統解決方案


一、概述


       對于存在重大危險源的工業企業,危險源管理和應急管理是非常重要的管理內容,但當前市場上缺乏這方面的解決方案。而且,當前的企業雖然很多具有報警系統,但是當建設危險源管理的時候,會遇到以下難題:

(1)分布式系統中,往往因歷史原因安裝了不同廠家、不同型號的DCS、PLC、SCADA/HMI和其他設備,各自具備報警模塊,無統一管理平臺,信息分散,報警模型不一致,通信方式不一致,人機界面無法統一集中。整個系統在報警管理上是割裂的。
(2)報警設置過多或者不合理,造成無效報警淹沒重要報警,真正的危險很難發現。根據過去二十年里重大事故原因調查分析,報警泛濫、操作人員負荷大且對異常工況的準確把握有限等問題位列事故原因之首,例如1994年7月24日,英國米爾福德港德士古煉油廠裝置爆炸起火,26人死亡,爆炸前1小時,超過275條報警產生。
(3)由于只有初級報警,高級報警功能缺失,例如基于計算的報警、基于統計的報警、基于復雜邏輯的報警、自適應報警等。無法通過建立復雜模型對危險提前預判。

       本文介紹在力控工業智能報警管理平臺FAlarm的基礎上提供的一種解決方案,致力于解決以上的問題,為工業企業危險源管理提供整體解決方案。



二、系統功能架構



工業危險源管理和應急管理的整體功能架構如下圖所示:




整個系統分為4個層級:
(1)物理層:包括各種生產設備、監測設備和傳感器等,例如各類RTU、PLC、可燃氣體報警器等,除了為生產服務外,還負責對設備、環境,尤其是重大危險源的監測。
(2)通信層:負責數據采集、報警采集、遠程控制和遠程調參。
(3)數據層:負責數據存儲和數據分析。
(4)應用層:主要功能包括數據監控、報警管理、應急管理等。
除了上面四個層級的功能,應急管理信息系統需要與各類第三方系統集成使用,以滿足更廣泛的需求。



三、系統部署架構


系統的部署架構如下圖所示:


整個系統采用分布式部署,為C/S與B/S混合架構:

?采集和通信服務器:1臺
?實時數據庫服務器:2臺,冗余部署
?報警平臺服務器:1臺
?應急管理服務器:1臺
?操作員客戶端
?工程師客戶端




四、數據采集和監控


      數據的采集由pSpace IOServer完成,可以采集不同廠家、不同型號設備或系統數據,支持Modbus、OPC等3000多種常規驅動,對于特種設備,可快速定制采集驅動。數據采集的內容包括現場生產數據和設備數據采集、危險源數據采集、環境數據采集等。
      FAlarm平臺則完成采集不同廠家、不同型號設備或系統報警信息的功能,支持OPC A&E、SOE等多種常規驅動,對于特種設備,可快速定制報警采集驅動。報警采集的內容包括:生產報警采集、設備報警采集、危險源報警采集、環境報警采集等。
      系統具備數據下置功能,在具備網絡通信的條件下,可實現對現場設備進行遠程緊急切斷、遠程緊急啟動和對現場設備進行參數調整等。
數據監控則具備以下功能:
(1)工藝流程圖:提供集成化的設計環境,對工程模板創建、數據模型與畫面模型等都進行了完整的模板化設計,支持窗口模板,支持多人協作與遠程部署工程,支持工程模型的導入與導出、方便快速進行工程組態,支持系統文件與工程文件的在線升級與動態維護。
(2)曲線圖表:提供多種曲線組件,典型的如實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線、XY曲線、直方圖、餅圖、溫控曲線等曲線工具,訪問的數據源可以來自本地或者遠程的實時歷史庫和關系數據庫,各種曲線組件采用面向對象的設計,提供多種的屬性和方法,在腳本里可以靈活的控制,同時曲線組件可以方便的進行web發布。
(3)專家報表:提供各種靈活的報表工具,報表開發工具提供類似EXCEL的電子表格功能,各種報表工具能夠顯示和查詢產品的實時數據,歷史數據,外部關系數據庫數據。報表工具提供豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制,提供類EXCEL的絕大部分功能,包括:編輯功能、計算功能、圖表功能等。
(4)多媒體插件:各類多媒體插件與視頻、音頻等技術完美結合,支持包括幻燈片播放、圖片顯示、GIF動畫文件播放、FLASH文件播放,支持WINDOWS MEDIA PLAYER所支持的全部文件格式。該插件支持容器播放,至于數據類型不支持或者兼容性不能保證的情況下,可以放在VBA的Form里通過力控界面里調用顯示。
(5)GIS組件:GIS組件支持豐富的地圖顯示和地圖操作功能,用戶可以自由瀏覽地圖,實現多種形式的地圖變換。支持Mapinfo與ArcGIS的地圖文件格式,支持組件方式集成GIS-GPS的功能,利用腳本調用可充分互動。
(6)視頻組件:與視頻監控系統進行良好的集成,支持SCADA畫面如何與視頻畫面進行聯動,可以與數字視頻技術基于服務器端與客戶端方式的開放融合??梢酝瓿梢曨l圖像的實時播放,視頻圖像的存儲、捕捉和回放,可以播放各種格式的視頻、音頻文件,可以有效的集成視頻監控。




五、報警管理


      報警管理采用力控FAlarm工業智能報警管理平臺。該平臺嚴格符合國際報警標準ISA-18.2和EEMUA-191,可以為企業提供涵蓋報警系統整個生命周期的完整服務。
      ISA-18.2是流程行業報警管理系統國際標準,也可適用于離散行業,2003年開始制定,于2009年發布,涵蓋報警系統整個生命周期的管理內容,在國際范圍內被廣泛實踐。
      ISA-18.2是一套科學的報警方法論,其核心是通過對報警系統的事前設計和事后分析修正,減少無效報警,提高報警效果,定位系統問題,達到提高系統安全性的目的。

      目前,國際知名自動化廠商產品的報警功能均已經逐步符合ISA-18.2的規范,如Honeywell、Rockwell、Siemens等。






5.1 異構系統報警統一采集
      FAlarm實現了異構系統下對報警信息的統一管理:
?該平臺統一了報警模型,除了可以采集力控各種產品的報警信息外,還可采集第三方不同廠家、不同型號的DCS、PLC、SCADA/HMI等產品的報警信息,如yokogawa Centum系列DCS、Siemens S7 300/400系列PLC、GE的iFix、Wonderware的InTouch等。
?該平臺采用統一的通信中間件,保證了整個系統內實時報警、歷史報警、報警參數修改和報警處理信息的即時同步。
?該平臺統一了報警存儲、人機界面和配置管理,使整個系統的報警信息可以進行統一的顯示、處理、配置和統計分析。

?該平臺部署方式靈活,既可以單機部署,也可以分布式部署,支持多層級部署,以適應各種部署架構的分布式DCS系統和SCADA系統。




?跨平臺設計,其服務功能可以部署在Windows、Linux和Unix系統上,其可視化客戶端則可以通過不同操作系統的PC、手機或平板電腦進行瀏覽。



5.2 報警管理功能
5.2.1報警處理
該平臺提供完備的報警處理功能,可以協助操作人員或調度人員進行報警處理:
?記錄報警原因
?提供處理規程
?提示不處理或處理不當的后果
?記錄處理結果
?對報警進行評論
這些信息可以幫助操作人員或調度人員提高報警處理的效率,而且有利于新員工的學習,大大降低了培訓成本。


5.2.2報警維護和參數管理

      該平臺提供完善的報警維護功能,包括對報警的短期擱置、根據條件進行報警抑制、對報警進行關閉和重啟、多工況報警條件設置等,且系統對維護行為進行詳細記錄,可追溯維護歷史。通過報警維護功能,不僅可以有效減少干擾報警的數量,還能適應多工況情況下的報警參數切換,支持設備維修、更換等情況下報警狀態的切換等,提高了管理的便捷性。
      該平臺還提供報警參數管理功能,對報警參數的修改進行記錄,記錄修改時間、修改內容、修改人員和修改原因等,并可進行歷史查詢和追溯,有利于報警管理和追責。


5.2.3報警統計和KPI管理

      該平臺提供豐富的報警統計功能,提供種類豐富的圖表、報表和報告。通過對報警信息的統計分析,可以定位生產過程中存在的問題,實現提高生產效率的目標。



      該平臺可以對報警歷史進行統計,并與事先建立的各項報警系統指標進行比較,對不合格指標進行分析定位,改進報警系統本身,從而實現優化報警系統,提高報警效率的目標。
      該平臺可以為報警處理人員建立績效KPI指標,對報警處理人員的工作進行統計考核,以提高對報警處理人員的管理水平。
5.3 報警統計與優化
      該平臺可以大幅度消除無效報警,突出嚴重報警,使操作人員和調度人員聚焦于真正嚴重的問題上,不被無效報警所干擾,從而消除無效報警的干擾,減少生產事故和人員傷亡,提高生產效率。

      該平臺提供首因報警機制,可以識別報警和報警之間的因果關系,對于因同一原因產生的多個報警,可以判斷其第一原因報警,即首因報警,從而抑制其他衍生報警,提高報警原因定位速度,降低事故風險。


5.4高級報警和預警
5.4.1高級報警
該平臺提供高級報警功能,以滿足高級需求:
(1)基于邏輯的報警
系統提供基于邏輯的高級報警方式,即通過組態方式或者腳本方式,配置測點或變量之間的邏輯運算關系,產生邏輯運算結果,并基于結果觸發相應的報警信息。
(2)基于統計的報警
系統提供基于統計的高級報警方式,主要分為兩類:
?數據統計報警:指根據數據的統計結果產生的報警信息。系統提供基礎統計算法觸發的報警,用戶也可以使用計算引擎,實現自定義的復雜統計算法。
?歷史報警統計報警:指根據歷史報警事件的統計結果產生的報警信息。系統可以通過組態配置,實現基礎的統計報警,對于復雜的統計報警模型,可通過計算引擎編程實現。
(3)基于計算的報警
系統提供基于計算的高級報警方式,即通過多個測點的計算結果來觸發報警。
簡單的計算可以通過組態的方式實現,負責計算可通過計算引擎實現。
(4)自適應報警
系統提供自適應報警,即報警的參數是非固定的,而是依據參數模型,跟隨輸入數據的變化而變化。
系統提供參數模型配置,實現自適應報警。


5.4.2報警發布

      該平臺可及時向手機、平板電腦、郵箱等及時發布重要的報警信息,從而實現隨時隨地關注現場情況的目的,防止遺漏嚴重報警。


5.4.3應急預警

      該平臺提供預警功能,結合各個行業的需求建立預警模型,從而將事后分析變為事前預防,有效降低生產事故的風險,將風險扼殺在萌芽狀態。對于重大危險源和危險生產流程,系統提供應急預警,并與應急管理模塊形成系統聯動,以滿足快速應急響應的需求。
(1)預警模型和預警分析
對重大危險源和危險生產流程進行分析后,根據分析結果在系統中建立預警模型,預警模型根據輸入的各類數據進行實時計算和分析,并輸出結果,實時監控。
(2)預警公告
當預警分析達到應急預警條件時,系統會發出預警警告,并通過系統向所有終端進行公告,包括C/S客戶端、B/S客戶端、手機客戶端和平板客戶端等,并通過廣播系統(第三方集成)進行即時廣播。
(3)應急管理聯動
系統可預先設置應急預警聯動,當應急預警觸發時,可進行如下聯動措施:
?預警公告和廣播
?遠程緊急關斷或啟動相關設備
?本系統切換至應急管理模塊,顯示相關資源
?視頻系統(第三方集成)緊急切換至相關畫面
?相關系統資源聯動,包括應急指揮系統、消防系統、急救系統等


5.4.4報警知識庫

報警處理規程、報警處理結果、報警處理評論等內容,共同構成報警知識庫,并提供方便的過濾、查詢和展示功能,可為報警處理人員提供方便的幫助和查詢,也可用于心員工的報警管理培訓。




六、應急管理


6.1 重大危險源管理
(1)提供重大危險源分類信息數據庫,包含以下內容:
?危險介質:包括易燃易爆介質和有毒有害介質,如危險性描述和分析、急救措施、消防措施、泄露應急處理等。
?危險設備:包括設備名稱和編號、設備危險參數、設備分布場所、環境和環境影響分析等。
(2)重大危險源數據監測和預警
系統通過前面所述的采集模塊,對重大危險源數據進行數據采集和存儲,并通過可視化手段進行實時監控。通過“報警管理”模塊中的“應急預警”模塊,實現對重大危險源的應急預警。


6.2 應急資源數據庫

系統提供應急資源數據庫,提供應急資源信息,并提供輸入、審批、修改、查詢等基本功能。包括應急組織機構及職責、應急通訊錄、應急物資表和分布圖、人員疏散和緊急集合示意圖、現場警戒示意圖等。


6.3 應急預案數據庫

系統提供應急預案數據庫,該數據庫具備以下功能:
(1)應急預案管理:系統提供應急預案綜合管理功能,包括應急預案的建立和編寫、維護、修改和變更管理、審批、發布和實施、查詢等。
(2)應急分類和分級:提供應急分類和分級功能。
(3)應急響應流程:提供應急響應流程的配置,根據具體應急事件的需求,編制具體的應急響應流程。
(4)應急處置措施:提供應急處置措施的配置,編制具體的應急相應處置措施,包括設備緊急關斷、開啟、消防滅火、人員救護疏散、現場警戒、應急物資調配、搶修等。
(5)應急結束條件:可以編制應急響應結束條件,當滿足條件時,結束應急響應。
(6)后期處置措施:可以編制后期處置措施,包括單不限于污染物處理措施、生產秩序恢復措施、評估和報告等。


6.4 應急案例數據庫

      系統提供應急案例數據庫,對于真實發生的應急案例需要編寫個案報告,形成應急案例數據庫。應急案例數據庫功能包括應急案例的編制輸入、審核、查詢、評論等。
應急案例輸入內容包含但不限于:
(1)事件(或事故)情況,包括事件(或事故)發生時間、地點、波及范圍、損失、人員傷亡情況、事件發生原因等。
(2)應急處置救援過程。
(3)處置過程中專業救援隊伍、裝備等應急資源動用情況,救援過程中發生的實際費用。
(4)處置過程遇到的問題、取得的經驗和吸取的教訓。
(5)應急預案啟動和執行情況以及對預案的修改建議


6.5 應急響應聯動處置

      系統提供應急響應聯動功能,當發生應急事件時,提供關鍵設備遠程緊急關斷、緊急啟動等功能。


6.6 應急信息發布和交換

在應急事件中,執行實時信息發布和交換功能,將信息實時推送到相關人員的客戶端、手機短信和Email系統中。


6.7 應急資源調度

      在應急事件中,應急管理信息系統關聯應急指揮系統、GIS系統(地理信息系統)、視頻監控系統、生產指揮系統、ERP系統、支持保障系統、消防系統、急救系統、公安系統、媒體等相關資源系統,提供信息交互與聯動。


6.8 事故追憶(歷史追憶)

      系統提供事故追憶模塊,用于對已經發生的事故進行復盤。針對發生生產事故時的數據進行定位和分析不同的事故數據,通過報表和曲線的方式來進行表示和查詢, 通過定義事故追憶條件和追憶變量,以及追憶時間的設置,當追憶條件滿足的時候產生追憶指示,用戶可以通過追憶組件來查看事故的回放?;胤诺倪^程支持曲線和表格,并支持打印和存盤等。



七、結論


        基于力控FAlarm工業智能報警管理平臺所建設的危險源管理和應急管理信息系統,具有部署靈活、統一管理、具備高級報警管理功能等特點,可以將事故危險扼殺在萌芽狀態,是一種值得在工業企業進行推廣的解決方案。






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