确保过程自动化的安全和效率——报警管理与过程安全管理
明确报警管理和过程安全管理之间的相互作用，可以确保生产制造过程的安全和高效。
在过程自动化行业，两个高度专业化的领域是报警管理和过程安全管理。尽管您可能认为这些是单独的主题，但它们实际上是密切相关的。本文将讨论一下两者的关系以及之间的相互作用。
报警管理是利用人为因素（人机工程学）设计和维护报警系统，以最大限度地发挥其有效性的一种应用。报警管理是将人机工程学的应用，用于设计和维护报警系统，以最大程度的提高其有效性。一个常见问题是在工厂发生故障时，会发出过多的报警，通常称之为“报警泛洪”。但是，报警系统还可能存在其它问题，例如优先级低、报警点设置不当、无效报警、报警不清晰等等。不合适的报警管理是计划外停机的主要原因之一，每年会造成超过200 亿美元的生产损失，并会导致重大工业事故，例如2005 年美国德克萨斯城的炼油厂爆炸。
过程安全管理（PSM），是用于管理有害物质处置的系统和过程的完整性规范框架。它依赖于良好的设计原则、实施良好的自动化系统及工程、运营和维护实践。它负责预防和控制可能释放有害物质的事件发生。对于过程工业，重点放在过程安全上， 以防止可能导致重大事故有害物质的排放，而意外事件通常是由危险化学品意外释放引发的。此外，结构故障或稳定性下降也可能成为重大事故的诱发因素。
风险分析的3个步骤
报警管理如何影响过程安全？除了确保更好的运营设施外，它还可以在确定给定过程中的风险（或更确切地说是剩余风险）时发挥作用。过程安全管理风险分析可以分为3 个步骤：
步骤1
首先，您必须系统地评估给定过程装置运营中的危害（固有风险）。这通常由执行过程危险分析的团队完成，最常见的方法是危险和可操作性（HAZOP）研究。识别危险并进行单独评估，以确定发生危险的可能性以及危险的严重程度（如果识别为危险的话）。在大多数公司中，总风险被定义为概率乘以严重程度。
步骤2
对于每个识别出的危害，团队必须评估减轻这些危害的任何防护措施（例如，报警系统），以确定在考虑防护措施后仍有多少剩余风险。这些防护措施称为独立保护层。独立性很重要，因为如果一项保障措施失败，独立性可以确保其不会影响到任何其它保障措施降低风险的能力。有几种方法用于评估安全措施，最常见的是保护层分析。
步骤3
在确定独立保护层后，团队将比较剩余风险与公司定义的可承受风险水平，以确定是否需要采取其它措施。如果剩余风险大于可承受的风险，则需要重新设计过程或安装其它防护措施。常见的安全措施是安装安全仪表系统（SIS），以将剩余风险降低到可接受的水平。剩余风险和可容忍风险之间的差距，大小决定了安全完整性等级（SIL），该等级可以衡量SIS 系统需要达到的“安全”程度（见图1）。
图1 ：残留风险超过此图所示的可承受风险级别。剩余风险和可接受风险之间的的差距，将决定安全完整性等级（SIL）。
图片来源：Maverick Technologies
在图1 所示的情况下，即使在考虑了独立保护层，例如基本过程控制系统（BPCS）和机械保护（例如安全阀或破裂盘）之后，剩余风险水平仍超过了可承受的风险水平。为了填补保护方面的空白，可以实施SIS 系统，以将残留风险降低到可接受的水平。
请注意，基本过程控制系统独立保护层可触发运行人员对危险事件的响应，或某种类型的自动控制，从而防止过程达到危险状态，因此作为安全报警，一般是可信的。但是，您只能依靠基本过程控制系统为一个独立保护层提供保障，因为报警和自动控制功能并不是真正独立的。某些基本过程控制系统故障可能会导致这两个功能同时丧失。
获得独立性
如前所述，出于独立性的原因，只能将基本过程控制系统视为一项可信的独立保护层。但是，如果自动控制已经是可信的保护层，并且还想将安全独立保护层报警视为可信的保护层，该怎么办？有没有一种方法可以实现将报警的实施与基本过程控制系统分开？答案是肯定的。
下面是两种常见方法
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您可以将现场仪表直接连接到灯箱指示器。在过去的面板控制系统中，这是用于报警的传统方法，如今仍在使用。由于信号和通知与基本过程控制系统保持分开，因此除了基本过程控制系统中的自动控制之外，您还可以从报警中获得可信的独立保护层来执行运行人员的操作。
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为避免使用灯箱指示器所具有的局限性，可以将现场仪表连接到独立于基本过程控制系统人机界面（HMI）的监控系统。SIS 系统或专用的可编程逻辑控制器（PLC）可以为独立的HMI 供电。请注意，此独立系统的整体可用性需要具有0.1 或更小的按需故障概率（PFD）。
关键是使独立保护层安全报警功能与基本过程控制系统完全分开，以使任何故障（包括网络安全攻击）不会同时危害到两个系统的功能。这种独立性包括不能与基本过程控制系统共享现场仪表。
独立保护层安全报警需求
要将报警用作安全独立保护层，需要满足下面4 个要求：
专用：报警必须设计为可用于特定始发事件，该事件会导致您要预防的危险。
可审计的：您需要以适当的频率测试报警，包括相关的仪表，以验证报警是否可以正常工作。
独立：报警必须独立于其它独立保护层，并且引发危险的事件不能导致报警功能的丧失。
可靠：报警触发以及运行人员做出正确响应的可能性，是否满足要求，在设计独立保护层时都需要加以考虑。完整报警功能（传感器+ 逻辑控制器+HMI+ 运行人员响应）的按需故障概率必须小于或等于0.1。在化学过程安全中心（CCPS）相关的各种书籍中，例如“化学过程的安全自动化和保护分析层指南”，都对此主题进行了详细介绍。
过程危险分析的团队职责
在执行过程危险分析时，团队成员必须正确评估和记录已指定用于独立保护层的每个报警，这一点至关重要。
这包括以下职责
· 报警是否满足上述独立保护层安全报警定义的4个要求？
· 运行人员是否有足够的时间来识别报警，并在危险发生之前采取必要的措施？
· 报警设定值应该是多少？
· 测试频率是多少？
· 为缓解危害，运行人员需要采取哪些适当行动？
所有这些信息都需要根据安全独立保护层报警的指定类别，输入到报警管理系统中，以确保它们不会被修改，除非进行了新的过程危险分析分析。无论使用哪种报警管理系统，都需要明确指定独立保护层报警，因为它们需要特殊处理。
对报警管理的影响
将报警用作过程安全危险的保障措施，增加了执行报警管理的重要性。正确的报警管理变得比以往任何时候都至关重要。
保持报警系统的稳定性能，对于确保运行人员及时、准确地响应至关重要。报警泛滥、抖动或活动报警过多，将减少安全独立保护层报警受到关注的机会。报警响应程序应清晰易懂（最好在HMI 中），以便运行人员可以快速有效地响应。
审计是ANSI/ISA-18.2 生命周期的需求，要求对报警系统进行全面评估，包括评估报警系统性能和用于管理报警系统的工作实践。定期检查安全独立保护层报警的触发频率，以及相关运行人员响应的时间和准确性，将有助于发现常规监控中尚不明显的差距，并确定必要的改进措施。
报警管理和过程安全管理之间存在许多相互作用。每个学科都需要采用严格的方法来正确实施，但是了解它们之间的相互作用，对于确保安全和高效的过程同样重要。
本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2019年11-12月刊《技术文章》栏目，原标题为：报警管理与过程安全管理
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