SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Нет причины для тревоги

В статье объясняется, как управление сигнализациями с минимальной предварительной пользовательской настройкой позволило достичь технологических улучшений на нефтеперерабатывающем заводе Ergon в Виксбурге.

Ergon Refining, Inc., США

Нефтеперерабатывающий завод Ergon в г. Виксбург (штат Миссисипи, США) стал одним из крупнейших производителей нафтеновых технологических масел в мире, способным перерабатывать до 23 000 баррелей сырой нефти в день. Нафтеновые масла используются преимущественно в качестве нефтехимического сырья при производстве шин, смазочных материалов для различных отраслей промышленности, в том числе технологических масел для металлообработки, типографских красок, трансформаторных масел и других продуктов. В настоящий момент на НПЗ в г. Виксбург работают две системы автоматизации – более старая распределенная система управления (РСУ), функционирующая около 20 лет, и новая система управления DeltaV компании Emerson, установленная в 2008 году при расширении НПЗ.

Принципы и методы управления сигнализациями (алармами), используемые на НПЗ Ergon, были недостаточно эффективны с точки зрения операторов, поэтому было принято решение внедрить новые инструменты. Выбор был сделан в пользу интеграции данных инструментов в новую систему для оптимизации производства. Как и на многих других перерабатывающих предприятиях, на данном НПЗ регулярно срабатывает большое количество алармов, даже при нормальной работе производства. При нарушениях технологических процессов возникала проблема избыточных сигнализаций, которые зачастую приводили в замешательство операторов, что мешало им быстро отреагировать. 

Помимо этого возникали и другие проблемы, связанные с управлением алармами, например:
- ложные алармы, которые в действительности не отражали наличия проблемы в технологическом процессе;
- возникновение потока избыточных алармов при нарушениях режима процессов;
- большое количество алармов о неразрешенных проблемах;
- отсутствие приоритизации алармов;
- недостаточная уверенность операторов в достоверности информации, передаваемой алармами.

Требовалось решение, способное выполнить несколько задач. Во-первых, надо было избавиться от ложных алармов, вызванных второстепенными причинами, при которых режим процесса зачастую находился в пределах нормы, но ошибочно определялся как проблемный. Во-вторых, необходимо было сгруппировать и ранжировать алармы для подготовки тревожных сообщений, требующих немедленных действий, и для обеспечения быстрого реагирования операторов. В-третьих, требовалось решение, которое позволяло бы сэкономить время работы персонала как при внедрении, так и при эксплуатации.

Также ожидалось, что анализ алармов позволит усовершенствовать технологические процессы, поэтому персонал НПЗ с нетерпением ожидал внедрения решения.


В поиске решения

Изначально предполагалось, что управление алармами будет осуществляться вручную. Это означало, что каждый аларм необходимо будет подробно проанализировать и определить, сигнализирует ли он о ситуации, требующей немедленного реагирования. Также требовалось проводить подробную оценку алармов для определения их взаимосвязи, чтобы объединить их в логические группы. Это заставило бы персонал завода выполнять огромный объем работы, поэтому было принято решение рассмотреть возможность использования специального программного обеспечения, способного автоматизировать выполнение данных задач.

Первая система управления алармами сначала показалась достаточно эффективной, а поставщик продемонстрировал персоналу завода, как она была успешно внедрена на перерабатывающих предприятиях, подобных НПЗ в Виксбурге. Однако более подробный анализ показал, что при использовании такой системы потребуется достаточно большое количество человеко-часов для анализа данных и создания специализированных отчетов, что сделало бы ее использование неоправданным.

Компания Emerson Process Mana­gement, поставщик новой системы РСУ, установленной на предприятии, представила новое программное обеспечение для управления сигнализациями под названием DeltaV Analyze. Другие программные продукты Emerson, относящиеся к РСУ, демонстрировали хорошие результаты, поэтому был решено провести оценку этого продукта. Ожидалось, что данное ПО будет иметь значительные преимущества по сравнению с существующей системой управления алармами. В частности, одним из его заявленных преимуществ была простота ввода в эксплуатацию и обслуживания, что являлось обязательным условием для компании Ergon.

Как и на других перерабатывающих предприятиях, основная задача персонала компании Ergon – поддерживать отлаженную работу завода, не тратя чрезмерного количества времени на ввод в эксплуатацию и обслуживание новых решений. Опыт компании Ergon показывает, что многие поставщики средств автоматизации предлагают решения в сфере управления алармами и другие технологические усовершенствования, которые в теории способны обеспечить пре­имущества, но на практике не могут быть внедрены с помощью работающего на предприятии персонала.

В качестве альтернативы для внедрения нового решения можно привлечь сторонних консультантов, но при этом необходимо достаточно долгое время для подбора и управления работой консультантов, и этот подход не решает проблему поддержки системы в будущем. Постоянные улучшения необходимы для оптимальной работы производства, но постоянно изменять и совершенствовать решения, разработанные и установленные другими, очень сложно.

Минимизация времени, затрачиваемого персоналом завода на внедрение и эксплуатацию системы управления алармами, является ключом к успеху, а выполнение таких требований в основном зависит от двух факторов. Во-первых, система управления алармами должна быть проста в установке и эксплуатации. Во-вторых, система должна без особых усилий интегрироваться с существующей системой автоматизации процессов. Система Analyze, казалось, решает обе эти задачи, особенно в части интеграции с системой автоматизации DeltaV.

В прошлом чрезмерное количество времени уже было потрачено на интеграцию различных продуктов промышленной автоматизации, которые предположительно были полностью открытыми и совместимыми. Поэтому, по возможности, требовалось избежать необходимости интегрировать систему DeltaV с системой управления алармами, поставляемой не Emerson.

Помимо простоты интеграции, программное обеспечение Analyze должно было предоставить информацию о работе сигнализации, которая помогла бы исключить возникновение избыточного количества алармов. Программное обеспечение основано на стандартах ISA S18 и EEMUA 191, что позволяет упростить анализ алармов. Теоретически это позволило бы быстро выявить области или модули, где возникает больше всего алармов, в течение определенного промежутка времени. Это стало бы возможным при объединении системы Analyze с историческими данными о сигналах и событиях.

Оценка показала, что Analyze соответствует потребностям компании Ergon, а успешный опыт с системой DeltaV в отношении эффективности и простоты использования подтвердил, что система Analyze лучше всего подходит для управления алармами. Следующим шагом стало внедрение, за которым последовала оценка полученных результатов.


Установка и конфигурирование

Analyze и Microsoft Office были установлены на существующей станции DetlaV «Профессиональная Плюс» (ProPlus), таким образом, не было необходимости при­обретать и интегрировать отдельную рабочую станцию. Это позволило системе Analyze немедленно начать сбор информации из существующей базы данных о событиях – Журнала событий DeltaV (Event Chronicle).

Программный пакет Analyze имеет задокументированную процедуру установки, которая занимает очень мало времени. Важнейший элемент Analyze – это данные журнала событий, которые легкодоступны в системе автоматизации DeltaV. В большинстве случаев, в том числе и в случае компании Ergon, никакое конфигурирование при установке ПО не требуется, система автоматически начинает анализировать данные сразу после установки.

Компания John H. Carter, местный бизнес-партнер Emerson, предоставила ряд услуг в рамках проекта, самая значительная из которых заключалась в добавлении «кнопки» программного обеспечения Analyze на каждой операторской станции DeltaV. Эта кнопка предоставила каждому оператору доступ ко всем отчетам по алармам, а также позволила каждому оператору просматривать информацию по алармам в различных форматах по их выбору. Данная функция имела особенное значение для успешного внедрения ПО, так как она помогла убедить операторов, что система Analyze призвана помочь им, а не быть очередным инструментом контроля для руководства.

Как только система Analyze была установлена, встроенная функ­циональность обеспечения доступа к данным была активирована для просмотра стандартных отчетов в формате Excel со станций DeltaV, а также через веб-браузер – с помощью встроенных функций веб-сервера Microsoft, используемых ПО Analyze. Функциональность веб-сервера/браузера позволила не устанавливать дополнительное программное обеспечение на рабочие станции для создания удаленного доступа, что обеспечило значительную экономию времени на начальной стадии реализации проекта и во время эксплуатации.

Генерация всех обязательных отчетов осуществлялась по умолчанию, а специализированные отчеты можно было создать с помощью встроенных инструментов конфигурирования. Экономия средств и времени была обеспечена благодаря отсутствию необходимости приобретать новые рабочие станции, наличию встроенных инструментов генерирования отчетов, а также благодаря тому, что удалось обойтись без дополнительной интеграции, которая потребовалась бы, чтобы объединить иное программное обеспечение для создания отчетов с системой Analyze.

Несмотря на то что сотрудники Emerson были готовы оказать необходимую поддержку при установке системы Analyze, персонал Ergon смог справиться с этой задачей без посторонней помощи. Это имеет особое значение, ведь опыт показывает, что осуществлять поддержку системы гораздо проще, если персонал самостоятельно выполняет ее установку и конфигурирование.

Следующий шаг после установки и конфигурирования заключался в просмотре стандартных отчетов и определении мероприятий по решению найденных проблем.


Стандартные отчеты, собственные результаты

Прежде всего необходимо было изучить обзорную страницу отчета, где графически представлена вся информация об алармах, в том числе активных на текущий момент, о действиях операторов, предпринятых в ответ на эти сигнализации, а также обо всех событиях. Еще на обзорной странице можно увидеть алармы, сгруппированные по месту возникновения. Вся информация представлена в динамике, что позволяет определить тренды.

Точно так же как и страница общего вида, страница статистики по сигнализациям представляет собой стандартный отчет с подробной информацией о текущем состоянии системы управления алармами, включая среднюю частоту срабатывания алармов, пиковую частоту срабатывания алармов в течение десяти минут, а также время и дату пиковой активности. Кроме того, на этой странице показана информация о среднем и пиковом времени подтверждения алармов, а также другие общесистемные данные по алармам.

Несмотря на то что обзорная страница и страница статистики по алармам уже предоставляли общую информацию об оповещениях в системе и хорошую основу для принятия решений, компании Ergon требовались более подробные данные для реализации корректирующих мероприятий. Для получения такой информации использовался другой вид стандартного отчета – страница отчета по распределению алармов. На этой странице были показаны двадцать самых часто срабатывающих алармов по общему количеству срабатываний и в среднем за час, что позволяло незамедлительно определить проблемные области.

Например, один датчик генерировал около 100 алармов в час, что приводило к перенасыщению информацией. Выявленная проблема не являлась в действительности опасной ситуацией, а была вызвана статическими зарядами в соединении между датчиком и системой автоматизации. Проблема была быстро решена, что позволило устранить существенный источник ложных алармов.

Кроме того, несколько точек вызывали алармы с частотой около 14 000 раз в день. Обнаруженные неполадки были связаны с дефектами проводки, что было без труда устранено сразу же после выявления проблемы с помощью системы Analyze.

Ряд ложных алармов был связан с неправильной настройкой контуров управления. Перенастройка контуров позволила не только устранить возникновение ложных оповещений, но и улучшить кон­троль технологического процесса.

Еще в одном случае сработала сигнализация достижения предельно высокого уровня в резервуаре, а через три минуты сработала сигнализация аварийно высокого уровня. Данные по уровню передавались с аналогового прибора измерения уровня, поэтому изменить уставку аварийной сигнализации не составило труда.

Анализ показал, что устранить проблему, вызвавшую срабатывание сигнализации в первый раз, было невозможно в течение трех минут, поэтому второй аларм являлся избыточным. Решение было простым: увеличить время реагирования с трех минут до такого значения, при котором возможно было бы отреагировать на первый аларм. Несмотря на то что это была незначительная проблема, ее удалось выявить только после внедрения Analyze, а решив ее, удалось устранить еще один ложный аларм.

Наконец, во многих случаях сигнализация оказалась неправильно настроена. При заниженных настройках она срабатывала по­стоянно, при завышенных – не срабатывала никогда. В любом случае, операторы полагались на ненадежную информацию, что могло привести к возникновению серьезных проблем в будущем.

Во время внедрения программа Analyze помогла персоналу завода сгруппировать алармы по конкретным аппаратам или процессам. Как обычно бывает на многих перерабатывающих предприятиях, основные единицы оборудования, такие как компрессоры и насосы, вызывали срабатывание большого количества сигнализаций при возникновении неисправности.

Функция программы Analyze по группированию алармов позволила объединить несколько сигнализаций в общее оповещение о возникновении проблемы в конкретном месте, что в будущем значительно сократит количество срабатывающих сигнализаций и решит проблему их избыточности. Как только общее оповещение о возникновении проблемы будет подтверждено оператором, он может открыть страницу с информацией о состоянии конкретных аппаратов, чтобы разобраться в источнике проблемы.

Стандартные отчеты, предоставляемые программой Analyze, а также легко настраиваемые специализированные отчеты позволяют персоналу завода задавать базовый уровень для управления алармами и выявлять наиболее критичные проблемы. Как только эти проблемы устранены, задается новый базовый уровень для оценки возможностей улучшений в будущем.


Результаты

В течение шести недель после внедрения данного программного обеспечения нефтеперерабатывающий завод смог сократить количество алармов на 40 %, в основном за счет использования информации, предоставляемой в стандартных отчетах в формате Excel. Сокращение количества алармов позволило сосре­доточить внимание на небольшом количестве оставшихся проблем, найти способ решения этих проблем и тем самым сократить количество алармов в дальнейшем. Нагрузка операторов значительно снизилась, что позволило им больше концентрироваться на управлении процессом, а не тратить время на нажатие кнопки подтверждения аларма.

Также удалось повысить надежность контрольно-измерительных приборов, так как стандартные отчеты позволяют увидеть проблемы с полевыми устройствами, которые в большей части легко устранить. Это имело особое значение, так как операторы должны доверять показаниям приборов, чтобы принимать верные решения и предпринимать правильные действия.

Компания Ergon использовала стандартные отчеты в формате Excel для анализа частоты срабатывания алармов и ответных действий операторов. При необходимости дополнительного анализа персонал имеет возможность использовать данные непосредственно из отчета Excel. Отчет в формате Excel представляет собой стандартную таблицу, поэтому данные можно без труда использовать так, как потребуется.

В рамках еженедельных производственных совещаний персонал НПЗ рассматривает стандартный отчет Analyze (рис. 1) и анализирует полученные данные. Эти отчеты позволяют персоналу измерять достигнутый эффект, используя ключевые показатели эффективности, такие как количество алармов, среднее время подтверждение аларма, а также пиковое время срабатывания алармов. Каждый месяц предоставляется сводный отчет для руководящего персонала всех служб НПЗ.

Рис.1.png

Рис 1. Стандартный отчет в формате Excel показывает основные двадцать источников сигнализаций, а также другую необходимую информацию

Цель заключается в том, чтобы каждый сработавший аларм считался значимым и обрабатывался в соответствии с установленной и известной процедурой. Некоторые ситуации, вызывающие сигнализацию, могут оказаться достаточно сложными, и для того, чтобы их разрешить, опытный персонал завода должен потратить много времени, но большинство неполадок можно исправить быстро. В конечном счете, все сигнализации должны указывать на нарушения технологического процесса, а при нормальной работе процессов никаких сигнализаций быть не должно.

Процесс оценки показал, что несколько поставщиков могли предложить первоклассные системы управления алармами. Самая значительная разница между этими системами заключалась не в уровне качества, а в количестве времени и объеме знаний, которые требуются для внедрения, эксплуатации и поддержки функционирования системы.

Analyze был признан как самый подходящий продукт, а также как система, способная обеспечить значительные измеримые результаты без чрезмерных затрат времени и не требующая значительных знаний со стороны персонала завода. НПЗ в г. Виксбург стала источником информации для других под­разделений Ergon в области управления алармами.

Хотя обработка алармов является задачей операторов, большинство проблем, выявленных программой Analyze, не имело никакого отношения к проблемам, которые должны решать операторы. Напротив, они были связаны с организацией технологического процесса и требовали решения со стороны инженеров.

После внедрения таких решений улучшилось не только управление алармами, но и производственные процессы на заводе. В результате завод стал работать более стабильно, на обработку алармов затрачивается меньше времени, а операторы получили возможность улучшить качество управления процессом.

Для компании Ergon программа Analyze стала не просто системой управления алармами, но и, что еще важнее, инструментом улучшения производственных показателей. Рассматривать результаты, достигнутые с ее помощью, только с точки зрения управления алармами недостаточно, так как в процессе анализа и устранения проблем, связанных с сигнализациями, реализуется улучшение производства, которое обеспечивает значительный возврат инвестиций.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(40)_2012

Стив Элворт, Ergon Refining, Inc., США,
Впервые опубликовано в журнале «Hydrocarbon Engineering», март 2012 г.
Более подробную информацию о системе DeltaV 
читайте на сайте: www.metran.ru/products/sys/DeltaV/