경보관리

Alarm management

경보 관리는 계측 공학 및 시스템의 사용성을 높이기 위해 경보 시스템의 설계 관리를 고려하는 시스템과 함께 인적 요인(또는 '전기공학')을 적용하는 것이다. 대부분의 주요 사용적합성 문제는 기본적으로 고정된 배수 출력 용량으로 과도한 강우량 입력에 의한 홍수와 매우 유사하기 때문에 일반적으로 경보 홍수(중단 폭풍과 유사)라고 불리는 발전소 내부 장애에서 발생되는 경보가 너무 많다는 것이다. 그러나, 제대로 설계되지 않은 경보, 부적절하게 설정된 경보 지점, 효과적이지 않은 경보, 불분명한 경보 메시지 등과 같은 경보 시스템의 다른 문제도 있을 수 있다. 열악한 경보 관리는 계획되지 않은 다운타임의 주요 원인 중 하나로, 매년 2천만 달러 이상의 생산 손실과 텍사스 시와 같은 주요 산업 사고의 원인이 되고 있다. 좋은 경보 관리 관행을 개발하는 것은 별개의 활동이 아니라 연속적인 과정(즉, 목적지라기보다는 여행에 가깝다)[1]에 가깝다.

경보 문제 기록

그들의 개념에서, 대형 화학, 정제, 발전 및 기타 가공 공장들은 공정이 성공적으로 작동하고 제품을 생산하도록 하기 위한 제어 시스템의 사용을 요구하였다. 공정과 비교한 구성요소의 파괴한도 때문에, 이러한 제어 시스템은 종종 요소와 공정 조건으로부터 구성요소를 보호하기 위해 제어실이 필요했다. 제어실 초기에는 제어기기와 표시기가 탑재된 "패널보드"라고 불리는 것을 사용하였다. 이들은 프로세스 스트림과 프로세스 장비 외부에 위치한 센서에 연결되었다. 센서는 트위스트 페어 와이어링 형태의 4-20mA 전류 루프와 같은 아날로그 신호를 통해 제어 기기에 정보를 전달하였다. 처음에는 이러한 시스템은 단지 정보를 제공했을 뿐이며, 잘 훈련된 운영자는 공정이 설계한 한계치 이내로 유지되도록 유량을 변경하거나 에너지 입력을 변경하여 조정해야 한다.

운전자에게 설계 한도를 곧 초과하거나 설계 한도를 이미 초과한 조건을 경고하기 위해 알람이 추가되었다. 또한, 비상 정지(ESD) 시스템은 안전, 환경 또는 금전적으로 허용되는 공정 한계를 초과할 위험이 있는 공정을 중지하기 위해 사용되었다. 경보기는 어넌시에이터 경음기와 다른 색상의 조명으로 운전자에게 표시되었다. (예를 들어, 녹색 조명은 OK, 노란색은 OK, 빨간색은 BAD를 의미한다.) 패널 보드는 발전소 내 프로세스 흐름을 복제하는 방식으로 배치되었다. 따라서 발전소 운전단위를 표시하는 계측기는 인식과 문제 해결의 용이성을 위해 함께 분류되었다. 패널판 전체를 보고, 공장의 어느 구간이 부실하게 돌아가고 있는지 분간하는 것은 간단한 문제였다. 이는 계측기의 설계와 계측기와 관련된 경보의 구현 모두에 기인했다. 계측기 회사들은 자신들이 제조한 계측기의 설계와 개별 레이아웃에 많은 노력을 기울인다. 이를 위해 그들은 인간이 얼마나 많은 정보를 수집할 수 있는지를 한눈에 알 수 있는 행동심리학 관행을 채택했다. 더 복잡한 발전소는 더 복잡한 패널 보드를 가지고 있었고, 따라서 종종 더 많은 인간 운영자나 제어기를 가지고 있었다.

따라서 패널 보드 시스템의 초기에는 크기와 비용 모두에 의해 알람이 규제되었다. 본질적으로, 그것들은 사용 가능한 보드 공간의 양과 배선 작동 비용과 어넌시에이터(경음기), 표시기(조명기)와 스위치를 켜서 승인하고 해결된 경보를 지우는 비용에 의해 제한되었다. 새로운 알람이 필요하면 낡은 알람을 포기해야 하는 경우가 많았다.

기술이 발전함에 따라, 제어 시스템과 제어 방법은 매년 더 높은 수준의 발전소 자동화를 지속적으로 진전시키는 임무를 수행하게 되었다. 고도로 복잡한 재료 가공은 고도로 복잡한 제어 방법론을 요구하였다. 또한, 글로벌 경쟁은 에너지를 적게 사용하면서 생산을 증가시키기 위해 제조업을 촉진했고, 폐기물을 적게 생산했다. 패널 보드 시절에는 공정 측정 및 제어와 관련된 전자 장비, 공정 제어에 필요한 제어 알고리즘(PID 기본사항), 제품을 만드는 데 사용하던 실제 공정의 조합을 이해할 수 있는 특별한 종류의 엔지니어가 필요했다. 80년대 중반쯤, 우리는 디지털 혁명에 뛰어들었다. 분산제어시스템(DCS)은 업계에 호재로 작용했다. 엔지니어는 이제 제어 기능을 수행하는 데 필요한 장비를 이해하지 않고도 프로세스를 제어할 수 있다. 한 때 아날로그 계측기를 접하게 된 모든 정보를 디지털화하여 컴퓨터에 넣고 증폭기와 전위차계를 사용하여 수행된 동일한 제어 동작을 달성하도록 조작할 수 있기 때문에 패널 보드는 더 이상 필요하지 않았다.

부작용으로서, 그것은 또한 알람을 구성하고 배치하기 쉽고 저렴하다는 것을 의미했다. 위치, 알람 설정 값을 입력하고 활성으로 설정하면 된다. 의도하지 않은 결과는 곧 사람들이 모든 것에 경종을 울렸다는 것이었다. 초기 설치자는 습관처럼 변수의 작동 범위의 80%와 20%로 경보를 설정한다. 프로그램 가능한 논리 제어기, 안전 계측 시스템 및 패키지 장비 제어기의 통합은 관련 경보의 압도적인 증가를 수반했다.[2] 디지털 혁명의 또 다른 불행한 부분은 한때 몇 평방 야드의 패널 공간을 덮었던 것이 이제는 17인치 컴퓨터 모니터에 장착되어야 한다는 것이었다. 따라서 교체된 패널 보드의 정보를 복제하기 위해 여러 페이지의 정보를 채택했다. 경보기는 교환원에게 그가 보지 않는 페이지를 가서 보라고 하는 데 사용되었다. 경보기는 교환원에게 탱크가 가득 찼다는 것을 알리는 데 사용되었다. 작전에서 발생한 모든 실수는 대개 새로운 경종을 울렸다. OSHA 1910 규정의 시행과 함께, HAZOPS 연구는 일반적으로 몇 가지 새로운 경보를 요청하였다. 곳곳에 경보기가 울리고 있었다. 너무 많은 데이터의 조합이 너무 적은 유용한 정보와 충돌하면서 사건이 발생하기 시작했다.

경보관리이력

경보기 문제가 되고 있음을 인식한 산업제어시스템 사용자들은 함께 뭉쳐 경보관리 태스크포스(TF)를 구성했는데, 1990년 허니웰이 이끄는 고객자문위원회였다. AMTF에는 화학, 석유화학, 정제사업 참여자가 포함됐다. 그들은 모여서 경보 관리와 관련된 문제에 대한 문서를 작성했다. 이 그룹은 경보 문제가 단순히 더 큰 문제의 일부라는 것을 재빨리 깨닫고, 이상 상황 관리 컨소시엄(ASM은 Honeywell의 등록 상표)을 구성했다. ASM 컨소시엄은 연구 제안을 개발하여 1994년 국립표준기술연구원(NIST)으로부터 자금 지원을 받았다. 이 연구의 초점은 복잡한 인적 시스템 상호작용과 프로세스 운영자의 성공적인 성과에 영향을 미치는 요인을 다루는 것이었다. 자동화 솔루션은 솔루션과 상호 작용해야 하는 인간을 고려하지 않고 개발된 경우가 많다. 특히 경보장치는 관제실 운영자에 대한 상황 인식을 개선하기 위한 것이지만, 제대로 구성되지 않은 경보장치는 이 목표를 달성하지 못한다.

ASM 컨소시엄은 경보 관리의 모범 사례뿐만 아니라 운영자 상황 인식, 운영자 효과성 및 기타 운영자 중심의 문제에 대한 문서를 작성했다. 이 문서들은 원래 ASM 컨소시엄 회원들만을 위한 것이었지만, ASMC는 최근 이 문서들을 공개적으로 제공하고 있다.[3]

ASM 컨소시엄은 영국 EEMUA(Engineering Equipment & Materials Users Association)가 발간한 경보 관리 가이드라인 개발에도 참여했다. ASM 컨소시엄은 회원사로부터 자료를 제공받아 가이드라인 편집에 기여했다. 결과는 EEMUA 191 "알람 시스템- 설계, 관리 및 조달 가이드"이다.

몇몇 기관과 협회는 산업 제조 시스템에서 경보의 모범 사례 사용을 회원들이 지원할 수 있도록 경보 관리에 관한 표준을 생산하고 있다. 그 중에는 ISA(ISA 18.2), API(API 1167), NAMUR(Namur NA 102) 등이 있다. 몇몇 회사들은 또한 경보 관리 문제를 다루는 사용자들을 돕기 위해 소프트웨어 패키지를 제공한다. 그 중에는 DCS 제조회사와 애드온 시스템을 제공하는 제3자 벤더도 있다.

개념

경보 금지의 기본 목적은 운전자에게 정상 작동 조건, 즉 비정상 작동 상황으로부터의 이탈을 경고하는 것이다. 궁극적인 목표는 경보 상태에 대응하여 운영자의 개입을 통해 물리적 및 경제적 손실을 방지하거나 최소한 최소화하는 것이다. 대부분의 디지털 제어 시스템 사용자에게 손실은 발전소 처리량뿐만 아니라 환경 안전, 직원 안전, 장비 무결성, 운영 경제 및 제품 품질 관리를 위협하는 상황에서 발생할 수 있다. 운영자 대응 효과의 핵심 요소는 운영자가 즉각적인 조치가 필요한 경보를 식별할 수 있는 속도와 정확성이다.

기본적으로 경보 트립 포인트와 경보 우선순위 배정은 기본적인 경보 관리를 구성한다. 각 개별 알람은 프로세스 표시가 정상에서 벗어날 때 경보를 제공하도록 설계된다. 기본적인 경보 관리의 주요 문제는 이러한 기능이 정적이라는 것이다. 결과적으로 발생하는 경보 고시는 운전모드 또는 운전조건의 변화에 반응하지 않는다.

충전 펌프, 압축기 또는 연소 히터와 같은 주요 공정 장비가 종료되면 많은 경보가 불필요해진다. 이러한 경보들은 더 이상 정상 작동에서 독립된 예외가 아니다. 그들은 그러한 상황에서 2차적이고 중요하지 않은 영향을 나타내며 더 이상 운영자에게 중요한 정보를 제공하지 않는다. 마찬가지로, 프로세스 유닛의 시작 또는 종료 시 많은 알람은 의미가 없다. 정지 경보 조건이 시동 및 정지 시 요구되는 작동 기준과 상충되기 때문에 종종 이러한 경우가 발생한다.

주요 장비 고장, 시동 및 정지의 모든 경우, 운영자는 경보 경보 표시장치를 검색하고 어떤 경보가 중요한지 분석해야 한다. 이것은 사업시행자가 중요한 운영의 결정을 내리고 신속한 조치를 취해야 할 때 귀중한 시간을 낭비한다. 결과적으로 발생하는 경보의 홍수가 운전원이 이해하기에는 너무 커지면, 기본 경보 관리 시스템은 운전원이 즉각적인 조치가 필요한 경보에 신속하고 정확하게 대응할 수 있는 시스템으로 실패하였다. 이러한 경우에 사업시행자는 유의적인 손실을 예방하기는커녕 최소화할 기회조차 사실상 없다.

요컨대 경보 관리의 목표를 기본 수준을 넘어 확대할 필요가 있다. 우선순위 자체는 종종 동적이기 때문에 다중 우선순위 수준을 이용하는 것으로는 충분하지 않다. 마찬가지로 장치 연결에 기반한 경보 비활성화 또는 우선순위에 기반한 청각 경보 억제는 동적 선택적 경보 발음을 제공하지 않는다. 해결책은 현재의 발전소 운전 및 조건에 따라 프로세스 경보를 동적으로 필터링하여 현재 유의한 경보만 발령할 수 있는 경보 관리 시스템이어야 한다.

동적 경보 경보의 기본 목적은 운전자에게 관련 비정상적인 작동 상황을 경고하는 것이다. 여기에는 다음을 보장하기 위해 필요하거나 가능한 운영자 대응이 있는 상황이 포함된다.

  • 직원과 환경 안전,
  • 장비 무결성,
  • 제품 품질 관리.

궁극적인 목표는 이전의 기본적인 경보 발령 관리 목표와 다르지 않다. 동적 경보 알림 관리는 외부 경보를 제거하고, 중요한 문제를 더 잘 인식하며, 보다 빠르고 정확한 운영자 응답을 보장함으로써 운영자의 주의를 집중시킨다.[4]

경보 관리의 필요성

경보 관리는 DCS, SCADA 또는 프로그램 가능 논리 제어기(PLC)와 같이 감시 제어 시스템을 이용하여 운영자에 의해 제어되는 공정 제조 환경에서 일반적으로 필요하다. 그러한 시스템에는 수백 개의 개별 알람이 있을 수 있으며, 이 알람은 최근까지도 시스템의 다른 알람을 제한적으로만 고려하여 설계되었을 수 있다. 인간은 한 번에 한 가지 일만 할 수 있고 한 번에 제한된 수의 일에 주의를 기울일 수 있기 때문에, 특히 식물이 화나거나 비정상적인 상태에 있을 때, 인간 운영자가 동화시킬 수 있는 속도로 경보기가 표시되도록 하는 방법이 필요하다. 알람은 예를 들어 중요도나 순위를 표시하기 위해 우선순위를 사용하여 운전자의 주의를 가장 중요한 문제로 유도할 수 있어야 한다. 지속적인 생산, 원활한 서비스, 밤낮없이 완벽한 품질을 보장하려면, 여러 팀의 사람들이 차례로 발생하는 사건을 처리하는 것을 암시하는 조직이 있어야 한다.

이것을 더 흔히 당직 관리라고 한다. 당직 관리는 1인 이상의 팀(현장 관리자, 유지관리 직원) 또는 외부 조직(보호자, 원격 감시 센터)에 의존한다. 상근자가 단일 프로세스 또는 수준을 모니터하지 않으려면 정보 및/또는 이벤트 전송이 필수적이다. 이 정보 전송을 통해 당직 인력은 이동성과 효율성이 향상되고 동시에 다른 업무를 수행할 수 있게 된다.

일부 개선 방법

속도 감소를 달성하는 기법은 번거롭고 값싼 경보를 줄이는 극히 간단한 기법부터 개별 경보 사이의 관계를 고려하는 전체론적인 방식으로 경보 시스템을 재설계하는 것까지 다양하다.

디자인 가이드

이 단계에는 경보 설계 방법에 대한 방법론 또는 철학을 문서화하는 작업이 포함된다. 여기에는 경보 대상, 경보 경보 경보 및 문자 메시지 표준, 운영자가 경보와 상호 작용하는 방법 등이 포함될 수 있다.

합리화 및 문서화

이 단계는 모든 알람의 설계 목적을 문서화하고, 적절히 선택 및 설정되고 설계 기준에 부합하는지 확인하기 위한 상세한 검토다. 이상적으로 이 단계는 경보의 감소를 초래하지만 항상 그렇지는 않다.

고급 방법

위의 단계는 작동 이상에서 여전히 경보 홍수를 방지하지 못하는 경우가 많으므로 특정 상황에서 경보 억제와 같은 고급 방법이 필요하다. 예를 들어 펌프를 정지하면 펌프 출구 유량에 항상 저유량 경보가 발생하므로 운전원이 펌프 정지에 의해 발생했다는 것을 이미 알고 있기 때문에 펌프 정지를 한 경우 저유량 경보가 억제될 수 있다. 이 기술은 물론 매우 복잡해질 수 있고 디자인에 상당한 주의를 요한다. 예를 들어, 위의 경우 저유량 경보가 작동자에게 펌프가 실제로 정지되었음을 확인함에 따라 값을 추가한다고 주장할 수 있다. 프로세스 경계(경계 관리)도 고려해야 한다.

제조 시스템의 복잡성과 크기가 증가함에 따라 경보 관리가 점점 더 필요하게 된다. 과거에는 개별 공압 또는 전자 아날로그 기기로 구성된 물리적 제어판 시스템에서는 지출과 제어판 영역이 필요했기 때문에 경보 관리에 대한 많은 필요성도 발생한다. 경보의 필요 스리마일 섬, 체르노빌 사고, 딥워터 호라이즌과 같은 수많은 재난이 경보 관리에 대한 분명한 필요성을 확립했다.

경보 관리를 위한 7가지 단계

[5]

1단계: 경보 철학 작성 및 채택

모범 사례 경보 관리 방법을 사용하는 발전소 표준을 정의하는 포괄적인 설계 및 지침 문서가 작성된다.

2단계: 경보 성능 벤치마킹

경보 시스템을 분석하여 그 강점과 결함을 파악하고, 이를 개선하기 위한 실질적인 해결책을 효과적으로 설계한다.

3단계: "나쁜 배우" 경보 해상도

경험상 전체 경보 로드의 약 절반은 상대적으로 적은 경보에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 이들이 제대로 작동하도록 하는 방법은 문서화되어 있으며, 최소한의 노력과 최대 성능 향상으로 적용할 수 있다.

4단계: 경보 문서화 및 합리화(D&R)

각 알람이 알람 철학과 양호한 알람 관리의 원칙을 준수하는지 확인하기 위한 알람 시스템의 전체 정비.

5단계: 경보 시스템 감사 및 시행

DCS 경보 시스템은 변경하기 쉽기로 악명 높으며 일반적으로 적절한 보안이 결여되어 있다. 경보 시스템이 합리화된 상태에서 표류하지 않도록 하는 방법이 필요하다.

6단계: 실시간 경보 관리

경보 시스템이 모든 운영 시나리오에서 운영자를 방해하기보다는 적절히 지원하도록 하기 위해서는 보다 발전된 경보 관리 기법이 필요한 경우가 많다. 여기에는 Alarm Shelving, State-Based Alarming, Alarm Flood 억제 기술이 포함된다.

7단계: 경보 시스템 성능 제어 및 유지 관리

위의 단계를 수행하여 얻은 이득이 시간이 지남에 따라 줄어들지 않도록 변경의 적절한 관리와 장기 분석 및 KPI 모니터링이 필요하다. 그렇지 않으면, "엔트로피"의 원칙이 경보 시스템에 확실히 적용된다.

참고 항목

메모들

  1. ^ Stauffer, Todd; Sands, Nicholas P.; Dunn, Donald G., ALARM MANAGEMENT AND ISA-18 – A JOURNEY, NOT A DESTINATION, Sellersville, PA: exida
  2. ^ "The Pitfalls of Alarm Design and Benchmark Analysis". www.prosys.com. Archived from the original on 2016-04-15. Retrieved 2016-04-01.
  3. ^ ASM 컨소시엄 "유효한 경보 관리 지침"
  4. ^ 젠슨, 레슬리 D. "에틸렌 공장의 동적 경보 관리" 웨이백 기계에 2016-03-04 보관 2008-05-22년 검색됨
  5. ^ Hollifield, Bill R. & Habibi, Eddie (2010). The Alarm Management Handbook (2 ed.). Houston, TX: PAS, Inc. pp. 35–182. ISBN 978-0-9778969-2-9.

참조

외부 링크