报警阈值设置在管理区信息化生产中的应用研究

报警阈值设置在管理区信息化生产中的应用研究

纪红、郑磊、闫德刚

中石化胜利油田分公司临盘采油厂 山东德州 251507

摘 要：随着信息技术的不断发展和进步，石油行业的管理模式也实现了革命性升级，数字化管理是实现油田提高生产效率的重要手段。采油厂SCADA系统的建成，实现了数字化管理的换代升级，革新了生产组织方式。本文主要针对SCADA系统中的报警功能在采油管理区应用过程中存在的问题，从报警算法和报警管理两个部分提出了SCADA系统报警阈值优化方案，为今后进一步实现SCADA系统报警管理优化提供理论及应用参考。

关键词：SCADA 系统 ；模式识别 ；报警阈值

1 SCADA系统报警功能应用现状

SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即数据采集与监视控制系统，综合利用了计算机技术、通信与网络技术和控制技术等，可对现场设备进行集中的监视和远程控制，实现数据采集、参数调节以及各类信号异常报警等功能。SCADA系统应用于作业区生产管理中，主要对产量和注水量、管网、可燃气体等情况进行重点监控，监控人员可以通过统计本站的产量和注水量，结合外输压力、流量及油井功图变化等，分析本站的运行情况。

目前，SCADA系统的预警报警功能主要体现在以下两个方面：一方面是实现了报警设置功能，针对以往站控报警误报率高、预警管理功能失效的问题，结合实际运行情况对重点参数进行上下限设置，重点监控，有效消减安全风险。另一方面是实现了报警信息分级推送功能，为提高报警的重视程度及报警处置的及时性，将未及时处理的报警信息逐级推送直至作业区经理，员工责任感明显增强，生产安全全面受控。

由于SCADA系统报警阈值设置规则比较单一，存在很多人为因素，缺乏科学性和合理性，导致误报、漏报率失衡，为了提高SCADA系统报警的精确性，减少误报率，减轻一线员工工作强度，提高工作效率，本文从报警算法和报警管理两个方面的报警阈值进行优化。

2 SCADA系统报警阈值优化

2.1报警优化算法

（1）数学分析算法。针对报警上下限设置规则单一的问题，对报警算法进行优化，使报警设置更加合理科学，进而降低误报率。算法步骤如下：

第一步：对频繁报警井站某一阶段的报警参数进行统计、并去除异常值，分析找出该参数在正常工作状态下的工作范围、多个正常高值、多个正常低值及其算数平均值。

第二步：计算出一组正常高值以及一组正常低值的几何平均值。

第三步：计算出正常高值和正常低值的标准差，分别分析正常高值和正常低值与其几何平均数的离散程度，确定参数报警级别中的高报和低报。

第四步：计算出正常高值和正常低值的放大倍数和缩小倍数，确定参数报警级别中的高高报和低低报。

（2）模式识别模型。通过以上的数学模型可以实现单个参数的智能设置，但未充分考虑参数之间的关联性，而生产过程具有明显的联动性，未考虑报警参数之间的联动性也会直接导致误报和漏报。

为了进一步提高报警的准确性、减少误报率，将日常生产运行中报警参数运用模式识别的方法，把实时监测到的特征矢量值由已训练好的模式识别器进行识别，从而对SCADA系统的监控数据做出诊断，构建模式识别模型。

2.2　报警管理优化

随着生产规模不断增大，报警信息数量不断上升，报警阈值优化不仅要优化报警本身的算法，还要对报警管理进行优化。报警信息可能由多个报警源发出，并且具有突发性、随机性等特性。通常，报警信息除了比较重要的报警信息之外，还有许多不是非常重要的报警信息，如果对所有报警信息都采取相同的处理方法，势必会消耗大量的人力和物力资源。因此，为了便于管理，提高SCADA系统报警效率，形成科学合理的报警阈值，必须采取一些措施来优化报警管理。

（1）报警评估。不管是什么报警源，每一个报警都必须经过辨识和合理化分析，并符合报警原则。每一个报警点需要单独进行检查评估，评估报警主要是确认每个报警信号是否满足以下特征：有意义、及时、独特、报警优先级划分、可理解性强、诊断和聚焦等。

（2）报警优先级管理。报警优先级通常根据后果的严重程度和操作员工进行响应操作的最大允许时间来确定，通常将报警优先级分为3个等级，操作员工根据优先级的顺序来进行报警的响应操作。对分级后的报警进行管理，可以采取以下方法：①针对不同级别的报警，用不同的报警颜色来加以区别，便于操作员工在众多报警中，准确且及时的处理紧迫性较高的报警；②针对不同级别的报警，在报警声音上加以区别，可对1级报警采用声光电报警，2级、3级则采用一般报警；③针对不同级别的报警，设置不一样的报警复位要求，对紧急性高的报警，要加强复位的要求，可以通过增加确认对话框、弹出确认框全屏显示等方式来实现，防止操作员工麻痹大意，出现对报警进行了复位而未进行操作上的调整等现象。

（3）报警级别自动升级。基于目前厂级SCADA的建设，结合报警优先级，建议增加报警推送至厂部相关部门，即形成三级推送机制，级别不同收到的报警信息不同。同时，报警的升级记录将作为追溯责任、进行考核的重要依据。这样可以实现对一线生产情况更加全面的监控与管理，避免严重事故的发生。

（4）报警模式切换。在SCADA系统预警报警模块中增加报警模式切换功能，分为正常运行模式和特殊作业模式。特殊作业包括特殊工艺操作、设备维修、仪表维修等情况，当需要进行特殊作业时，先切换到特殊作业模式，特殊作业结束时切换回正常运行模式。两种模式的报警阈值设定及预警方式分开设计，可以有效过滤无效报警，进而提高报警效率。

（5）报警性能评价。为保证SCADA系统报警功能正常发挥其功能，及时发现不合理设计，应对报警性能定期进行评价。通过性能评价，可以识别出配置不合理的报警，逐步提高报警管理的性能。报警性能评价主要包括4个方面：①工作人员需要处理的报警数量；②有问题的报警数量；③报警运行及维护情况；④报警优先级分布情况。

（6）基于操作员工满意度的报警管理。报警管理的核心就是操作员工响应，目前报警管理研究对于操作员满意度的考虑还有很大欠缺。如果操作员工都对系统的报警不敏感，那么报警功能模块的存在就毫无意义。因此，应该充分考虑操作员工的满意度，全面评估操作员工对于报警的可靠性、可操作性等的满意度指标，将操作员工满意度融入到报警管理中，才能真正地发现和解决报警存在的问题。

3　结论及认识

SCADA系统转变了传统的油田生产管理方式，减轻一线员工工作强度，提高工作效率，其报警阈值还需要不断地与现场生产实践相结合，逐步提高报警准确率。下一步主要工作有以下三个方面：

（1）在本文提出的报警阈值优化方案基础上，将提出的数学分析算法和模式识别模型通过编程嵌入SCADA系统的预警报警模块，实现SCADA系统的智能报警。

（2）现场计量仪器仪表故障或者计量不准确都会导致数据误报，有效地实施计量工作，提供可靠准确的计量数据，直接影响到SCADA系统的应用。

（3）在油田生产中的诸多现象都是类似的多方面参数之间的关联表现，通过研究这些关联性并以数学模型的形式将其清晰化，可以以计算机程序的形式来实现智能预警和监控。

[参考文献］

[1]张炜健.基于模式识别的SCADA系统智能报警研究[C].2015中国燃气运营与安全研讨会论文集.