Первая российская система динамического подавления сигнализаций для АСУ ТП

Технология динамического подавления: принципы работы

Компания «Рексофт» представила первое в России решение для интеллектуальной фильтрации сигнализаций в системах АСУ ТП. В отличие от традиционных статических фильтров, новая система использует динамические алгоритмы, которые в реальном времени анализируют поток сигнализаций и автоматически подавляют:

• повторяющиеся сигналы — многократные срабатывания одной и той же сигнализации в течение короткого периода;
• дребезг сигнализаций — кратковременные срабатывания при колебаниях параметра вблизи уставки;
• нерелевантные сигналы — сообщения, не требующие немедленного вмешательства в текущем режиме работы оборудования.

Ключевая особенность системы — ее гибкость и адаптивность. Алгоритмы подавления (рис. 1) можно настраивать под конкретные особенности технологического процесса, режимы работы оборудования и требования конкретного производства.

Рис. 1. Архитектура системы динамической фильтрации сигнализаций

При разработке учитывалось, что алгоритмы не должны зависеть от вендоров, установленных на производстве. Проект может быть реализован на платформах как иностранных производителей (Emerson DeltaV, Honeywell Experion PKS, Siemens PCS 7 и Yokogawa CENTUM CS3000/VP), так и российских решениях MasterSCADA и Текон SCADA, но не ограничивается ими и интегрируется с другими РСУ и SCADA-платформами.

Динамическое подавление сигнализации: что это и зачем оно нужно?

Динамическое подавление сигнализации — это автоматический механизм фильтрации сигнализаций, направленный на устранение ложных и повторяющихся срабатываний без участия оператора. В традиционных системах управления технологическими процессами нередко возникают ситуации, когда неисправное оборудование многократно генерирует одинаковое сообщение или при переходных режимах возникает дребезг сигнализации на границе уставки, большинство из которых не требуют немедленного вмешательства. Это вынуждает специалистов тратить время на квитирование повторов вместо того, чтобы сосредоточиться на действительно критичных событиях.

Динамическое подавление призвано решать именно эту проблему: система автоматически определяет повторяющиеся, дребезжащие и нерелевантные срабатывания сигнализаций, временно скрывает их из операторской панели и прекращает фильтрацию сигнализаций только после стабилизации процесса или истечения заранее заданного интервала. В результате снижается информационная перегрузка, повышается концентрация внимания на важных оповещениях и уменьшается вероятность пропуска значимого события.

Сфера применения решения — типы производств

Наибольший эффект от внедрения динамического подавления сигнализаций получают крупные предприятия химической, нефтехимической и нефтегазовой отраслей, а также энергогенерирующие и металлургические комбинаты. Характерной особенностью этих производств является множество разнотипных приборов и контроллеров, предъявляющих строгие требования к безопасности и непрерывности технологических цепей.

В современных условиях, когда предприятия оснащаются широкомасштабными сетями датчиков и автоматизированными системами сбора данных, регулярно переключаются между режимами работы, а избыточный поток сигнализаций способен вызвать перегрузку операторов и привести к серьезным экономическим и экологическим последствиям, динамическое подавление сигнализаций перестает быть «удобством» и превращается в необходимый инструмент. При этом даже небольшие производственные объекты выигрывают от автоматической фильтрации повторных и ложных сообщений: снижение информационной нагрузки позволяет операторам быстрее принимать решения и упрощает эксплуатацию системы независимо от масштаба предприятия.

Подробности проекта на нефтехимическом предприятии

Разработать алгоритмы динамического подавления было решено как ответ на запрос крупного нефтехимического предприятия. Его операторы регулярно сталкивались с избыточным потоком сигнализаций: экраны заполнялись повторяющимися уведомлениями, ложными срабатываниями и дребезгом датчиков. Сотрудникам приходилось тратить значительную часть времени на подтверждение однотипных сигнализаций и пролистывание длинных списков, что замедляло реакцию и повышало риск пропустить действительно критичные события.

В рамках проекта стояла задача внедрить эффективный механизм управления сигнализациями, позволяющий устранить перегрузку операторов без потери критической информации. Требовалось реализовать систему, способную автоматически выявлять и временно подавлять повторяющиеся, ложные и нестабильные сигнализации, сохраняя при этом все данные в архиве для последующего анализа. Система должна была функционировать в автоматическом режиме с возможностью вмешательства оператора, например, исключить позицию из подавления, включить/выключить алгоритм и т. д.

Проект условно разделился на пять этапов:

1. Сбор и анализ исходных данных. В рамках подготовки проекта был проведен всесторонний анализ исторических журналов сигнализаций с точными отметками времени и статусами, а также исследована техническая оснащенность объекта управления для внедрения алгоритмов. Одновременно выполнен причинно-следственный анализ наиболее частых и «шумных» сигнализаций: выявлены источники ложных и повторяющихся срабатываний.
2. Предварительная подготовка. Проведены предварительные работы по рационализации и оптимизации сигнализаций стандартными методами (скорректированы уставки, исключены нерелевантные уведомления, созданы алгоритмы статического подавления сигнализаций в зависимости от режима работы оборудования).
3. Разработка алгоритмов динамического подавления. На этапе анализа было выявлена возможность реализации и непосредственного внедрения алгоритмов на существующих в распоряжении предприятия средствах управления и автоматизации. Разрабатываемые алгоритмы были основаны на положениях международных стандартов, в частности EEMUA 191 и ANSI/ISA-18.2, и адаптированы к особенностям конкретной технологической установки. В основу легла идея интеллектуальной фильтрации сигнализаций: как повторяющиеся срабатывания, так и дребезг (кратковременные срабатывания сигнализации при нахождении параметра вблизи установки) автоматически подавляются в пределах настраиваемого временного интервала (рис. 2). Причины возникновения повторов и нестабильных срабатываний определяются с помощью математических методов анализа, а прекращение фильтрации и восстановление нормальной работы сигнализаций происходит на основании вычисления устойчивости параметра и заранее заданных алгоритмом критериев.
4. Интеграция в систему управления. Алгоритмы были интегрированы в РСУ Yokogawa CENTUM CS3000/VP с помощью стандартного интерфейса и существующих блоков автоматизации. В рамках данного этапа был разработан интерфейс управления системой подавления сигнализаций, обеспечивающий взаимодействие оперативного персонала с реализованными алгоритмами. Интерфейс позволяет отслеживать активные фильтрации в режиме реального времени, настраивать параметры подавления для отдельных тегов, просматривать статистику срабатываний и при необходимости вручную вносить корректировки в работу системы.
5. Тестирование и отладка. Тестирование и отладка реализованных алгоритмов проводились на специально созданных тестовых сигнализациях, не связанных с реальным технологическим процессом. Это позволило безопасно проверить корректность работы системы, отладить параметры фильтрации и убедиться в стабильности функционирования алгоритмов. После завершения отладки алгоритмов они были продемонстрированы заказчику, по результатам чего система была переведена в опытную, а затем и в промышленную эксплуатацию в реальной среде без риска для производства.

Рис. 2. Анализ работы системы динамической фильтрации сигнализаций за неделю

Экономические эффекты внедрения

После внедрения системы динамического подавления сигнализаций заказчик получил ряд ощутимых преимуществ:

• снижение упущенного маржинального дохода за счет предотвращения инцидентов, вызванных пропущенными или игнорируемыми сигнализациями;
• количество отображаемых сообщений на экранах операторов сократилось в среднем на 25–35%, что существенно снизило их информационную нагрузку и ускорило реакцию на действительно важные события, позволяя сосредоточиться на анализе отклонений и управлении процессом;
• в пиковые моменты лавинного потока сигнализаций сокращение достигало 90%, что значительно снизило информационную перегрузку оперативного персонала;
• повысилось качество отображаемой информации: в интерфейсе остаются только уникальные, устойчивые и действительно значимые события, в то время как вся история срабатываний сохраняется в архиве для последующего анализа;
• расширение зоны ответственности одного оператора за счет снижения потока сигналов, что особенно важно в условиях нехватки квалифицированного персонала и оптимизации численности смены.
• повышение безопасности и стабильности технологического процесса.

Кроме того, заказчик получил гибкую систему, архитектура которой позволяет адаптировать алгоритмы фильтрации и подавления сигнализаций под особенности конкретного технологического процесса или производственного объекта без необходимости переработки базовой логики или внесения изменений в существующее оборудование.

Заключение

В результате отечественные алгоритмы динамического подавления сигнализаций доступны для предприятий разного масштаба, которые ранее было возможно внедрить только с помощью решений международных вендоров. По нашим оценкам, сроки внедрения зависят от объема данных, технической инфраструктуры АСУ ТП, доступности персонала и типа внедряемых алгоритмов и варьируются от нескольких месяцев до года, в случае если это будут комплексные проекты с динамическими элементами и глубокой интеграцией в HMI (Human-Machine Interface).

Внедрение динамического подавления сигнализаций, основанного на автоматической фильтрации повторных и ложных срабатываний, облегчает работу операторов и снижает их когнитивную нагрузку. Сокращение числа отображаемых сообщений на 25–35% ускоряет принятие решений при критичных событиях и уменьшает риск пропуска важных сигнализаций. Благодаря уменьшению отвлекающих факторов оператор получает возможность мониторить и управлять значительно более обширным участком установки, чем раньше, что повышает оперативность и качество реагирования на любые изменения в процессе. В итоге динамическое подавление сигнализаций становится эффективным инструментом повышения производительности и надежности современных систем управления.