Людино-машинні інтерфейси та SCADA. Розробка підсистеми тривожної сигналізації

1. Людино-машинні інтерфейси та SCADA
Розробка підсистеми
тривожної сигналізації
автор і лектор: Олександр Пупена (pupena_san@ukr.net)
зворотній зв’язок по курсу: Інтернет-форум АСУ в Україні (www.asu.in.ua)
09.11.2020 1

2. Alarm Management
09.11.2020 pupena_san@ukr.net 2

3. Стандарти Alarm Management
• Alarm Management NAMUR-Worksheet NA 102, 2008-10-02 Edition, від
NAMUR – Асоціація користувачів технологій автоматизації
технологічних процесів (від нім. Interessengemeinschaft
Automatisierungstechnik der Prozessindustrie);
• IEC 62541-9, OPC Unified Architecture – Part 9: Alarms and conditions;
• IEC 62682, Management of Alarm Systems for the Process Industries;
• EEMUA 191, Alarm Systems – A Guide to Design, Management and
Procurement, 3rd Edition, від EEMUA – Асоціація користувачів
інженерного устатковання та матеріалів (від англ. the Engineering
Equipment and Materials Users Association).
- недостатньо продумана система тривожної сигналізації призводила
до фатальних наслідків, які супроводжувалися забрудненням
довкілля, нанесенням шкоди здоров'ю і, навіть смертю великої
кількості людей (результати дослідження).
- Одна з причин – відсутність на той час затверджених в стандартах
кращих практик, інша – недотримання існуючих.

4. Означення
• тривога (з англ. alarm), – це звукові та/або візуальні засоби
індикації для оператора про несправність устаткування, відхилення
від процесу, ненормальні умови, які потребують своєчасного
реагування (ISA-18.2)
• у зарубіжних та вітчизняних стандартах є інші (відмінні) означення
тривоги, зокрема:
• ДСТУ 3960-2000
• ДСТУ EN 50136-1-1-2014
• системою тривожної сигналізації (alarm system) - сукупність
апаратного і програмного забезпечення, яке виявляє стан тривоги,
повідомляє про це операторові і записує в журнал зміни стану,
називається (ISA-18.2)
• оператор є частиною цієї системи.
• система тривожної сигналізації (ДСТУ 3960-2000) – це електричне
устатковання, призначене для виявлення та попередження про
наявність небезпеки

5. Місце підсистеми тривожної сигналізації в системі
автоматизованого керування
БСКТП - BPCS, СПАЗ – SIS, автономні системи - packaged systems,
HMI, панель оповіщення - annunciator panel, ведення журналу
тривог - alarm log, сховища тривог - alarm historian, та розрахунок
показників ефективності функціонування системи

6. Взаємодія оператора з процесом
виявлення (detect): оператор дізнається про відхилення від бажаного
стану або несправності устатковання за допомогою відповідного сигналу
тривоги
діагностування (diagnose): у відповідь на відхилення оператор
використовує свої знання та навички для інтерпретації інформації,
діагностування ситуації та визначення необхідних коригувальних дій.
реагування (respond): вживаються коригувальні дії для компенсації
збурення. У відповідь на відхилення оператор (або інша уповноважена
особа) приймає коригувальні дії і контролює процес, щоб визначити, чи
було виправлене це відхилення.

7. Тривоговий контур
На здатність оператора виконувати свої
функції впливає :
• навантаження;
• ергономіка операторської консолі;
• обмеження пам'яті;
• втома;
• знання;
• мотивація.
швидкість виявлення
спрацювання тривоги
залежить від:
• каналу вимірювання,
• швидкості опитування
ПЛК
• взаємодії між
підсистемами.

8. Alarm flood (переповнення тривог)
• переповненням тривог (з англ. alarm flood) - ситуація, при якій
частота виникнення тривог більша, ніж оператор може їх ефективно
опрацювати
• Приклад: > 10 тривог/10 хвилин
• для усунення в стандарті ISA-18.2 означено механізми та
рекомендацій щодо побудови життєвого циклу організації системи
тривожної сигналізації

9. Стани тривог
09.11.2020 pupena_san@ukr.net 9

10. Автомат станів тривог
Недостатньо
формалізований автомат
станів може призвести до
неправильного його
тлумачення учасниками
життєвого циклу
підсистеми тривожної
сигналізації і може
спричинити
непередбачувані
наслідки!

11. Блокування тривог
блокування тривоги – перестати слідкувати за тривогою (без обробки і
оповіщення)
• повинно убезпечити систему тривожної сигналізації від ефекту
переповнення тривог (alarm flood)
• кілька блокованих станів тривоги:
• відтермінована (Shelved),
• проектно-блокована (Suppressed-by-design)
• виведена з обслуговування (Out-of-service)
• механізм блокування не завжди передбачається розробником
• їх часто ігнорують розробники АСКТП.
• назви станів можуть не збігатися у різних інструментальних
засобах SCADA/HMI

12. Блокування тривог: відтермінована (Shelved)
відтермінована тривога (E – Shelved state, SHLVD) – стан, в якому
тривога тимчасово на заданий час блокується оператором
• будь-який стан → E: за ініціативи оператора (командою з HMI)
• E -> нормальний/непідтвердженої тривоги (F → A або B,
розблокування, unshelve):
• автоматично (після заданого часу),
• або вручну оператором.
СТС повинна забезпечувати виконання таких функцій:
• можливість відтермінувати тривогу;
• відображення на дисплеях відтермінованих тривог або еквівалентних
до них списків;
• задавання часу для відтермінування;
• контроль доступу до відтермінування індивідуальних тривог;
• можливість розблокування тривоги;
• формування в журналах записів про відтермінування.

13. Блокування тривог: проектно-блокована (Suppressed-
by-design)
Стан проектно-блокованої тривоги (F – Suppressed-by-design, DSUPR) –
стан, в якому тривога блокується з причини певних умов експлуатації або
стану установки.
• Тривога в цьому стані перебуває під контролем логіки програми
• будь-який стан → F: за ініціативи програми керування:
• виникли певні умови або стан процесу, які означені в проекті для
блокування тривоги (автоматично/автоматизовано)
• F -> нормальний/непідтвердженої тривоги (F → A або B):
• виникли умови або змінився стан технологічного процесу
(автоматично/автоматизовано)
СТС повинна забезпечувати виконання таких функцій:
• відображення проектно-блокованих тривог;
• формування записів в журнал для кожної проектно-блокованої
тривоги.

14. Блокування тривог: виведене з обслуговування (Out-of-
service)
Стан виведеної з обслуговування тривоги (G – Out-of-service state,
OOSRV) – стан, в якому тривога блокується вручну оператором, як
правило, при проведенні технічного обслуговування, і тому в цьому стані
не потрібно проводити оповіщення.
• Тривога в цьому стані перебуває під контролем технічного
обслуговування.
• Виведена з обслуговування тривога – це не те саме, що виведення з
обслуговування устатковання або його частини.
• будь-який стан → G: за ініціативи оператора
• G → (A або B): вручну, після закінчення обслуговування.
СТС повинна забезпечувати виконання таких функцій:
• індивідуальне повернення кожної тривоги до обслуговування;
• відображення списку на дисплеї зведення виведених з обслуговування
тривог або еквівалентного до нього;
• контроль доступу до виведення тривог з обслуговування;
• ведення записування виведення кожної тривоги з обслуговування.

15. Стани тривоги (підсумок)
ID
Ско-
рочено
Назва стану
Стан
техноло-
гічного
процесу
Статус
тривоги
Статус
оповіщення
Статус
підтвердження
A NORM Нормальний
В межах
норми
Неактивна
Немає
оповіщення
Підтверджена
B UNACK
Непідтверджена
тривога
За межами
норми
Активна Оповіщується Непідтверджена
C ACKED
Підтверджена
тривога
За межами
норми
Активна Оповіщується Підтверджена
D RTNUN
Повернена до
нормального
стану
непідтвердженої
тривога
В межах
норми
Неактивна Оповіщується Непідтверджена
E SHLVD
Відтермінована
тривога
В межах
або за
межами
норми
Неактивна
або активна
Заблоковане -
F DSUPR
Проектно-
блокована
тривога
В межах
або за
межами
норми
Неактивна
або активна
Заблоковане -
G OOSRV
Виведена з
обслуговування
тривога
В межах
або за
межами
норми
Неактивна
або активна
Заблоковане -

16. Приклад діаграми поведінки тривоги в часі

17. Типи, групування, класифікація
тривог
09.11.2020 pupena_san@ukr.net 17

18. Типи тривог
Назва
(англ.)
Назва (укр.) Умова спрацювання
absolute
alarm
абсолютна тривога
вихід за уставку тривоги; наприклад, дуже високе, високе, низьке,
дуже низьке значення
deviation
alarm
тривога відхилення
різниця між двома значеннями перевищує уставку тривоги;
наприклад, відхилення сигналів вимірювань між первинними та
резервними приладами або відхилення між дійсним та заданими
значеннями змінної процесу
rate-of-
change alarm
тривога швидкості
зміни змінної
швидкість зміни змінної процесу (dPV/dt) перевищує уставку
discrepancy
alarm
тривога
невідповідності
очікуваний стан установки або пристрою та його фактичний стан
відрізняються; наприклад, після команди на двигун немає зворотного
сигналу про те, що він запустився
calculated
alarm
обчислювальна
тривога
генерується по розрахунковому значенню, а не по прямим
вимірюванням процесу
recipe-driven
alarm
керована рецептом
тривога
вихід за уставку, що змінюється системою в залежності від рецепту,
який в даний час виконується
bit-pattern
alarm
тривога по
бітовому шаблону
шаблон цифрових сигналів (комбінація кількох бітів) відповідає
встановленому
controller-
output alarm
тривога по виходу
регулятора
вихід за уставку вихідного сигналу алгоритму керування (наприклад,
ПІД-регулятору); в противагу абсолютній тривозі використовується
не прямий вимірювальний сигнал процесу, а вихід регулятора
тип тривоги (alarm type) – атрибут, який вказує на умову спрацювання тривоги.

19. Типи тривог (продовження)
Назва
(англ.)
Назва (укр.) Умова спрацювання
system
diagnostic
alarm
системно-
діагностична
тривога
несправність в системі апаратного чи програмного забезпечення або
компонентів; генерується системою керування, а не застосунком;
наприклад, комунікаційна помилка
instrument
diagnostic
alarm
тривога
діагностування
приладу
несправність польового пристрою або його сигналу; наприклад,
тривога виходу сигналу за межі
adjustable
alarm
налаштовувана
оператором
тривога
вихід за уставку, яка може бути змінена вручну оператором
adaptive
alarm
адаптивна тривога
вихід за уставку, яка змінюється алгоритмом; наприклад, уставка
розраховується на основі швидкості вироблення продукції
re-alarming
alarm
повторно
сигналізована
тривога
після спрацювання тривоги, виникають нові умови для повторного
оповіщення
statistical
alarm
статистична
тривога
результат статистичної обробки технологічної змінної чи змінних не
задовольняє вказаному в умові тривоги
first-out alarm
першо-причинна
тривога
спрацювання умови раніше, ніж у інших з вказаної послідовності;
наприклад, при вимкненні кількох одиниць обладнання в короткий
проміжок часу, одне з них, яке вимкнулося раніше буде причиною;
bad-
measurement
alarm
тривога помилки
вимірювання
сигнал вимірювальної величини знаходиться за межами очікуваного
діапазону (наприклад, 3,8 мА для сигналу від 4 до 20 мА)

20. Класи тривог
Клас тривог (alarm class) – сукупність тривог із загальними вимогами щодо
організації функціонування тривог
• Для спрощення означення, формування вимог до тестування, підготовки,
моніторингу та планової перевірки
• Одна тривога може входити до кількох класів одночасно, тобто класи
можуть перекриватися.
Назва класу (символ позначення) Призначення Примітка
технологічні критичні: загальні (A), занадто
високе значення (HIHI), занадто низьке
(LOLO)
пов’язані з критичними
відхиленнями від процесу
які не належать до HIHI та LOLO, є загальними
критичними (A); пріоритет за замовченням 1, якщо
не вказано інше
технологічні попередження: загальні (W),
високе (HI), низьке (LO), відхилення (DEV)
пов’язані з відхиленнями
від процесу
які не належать до HI, LO та DEV, є загальними
попередженнями (W); пріоритет за замовченням 2,
якщо не вказано інше
устатковання: загальна несправність (M) пов’язані з несправністю
технологічного
устатковання
оповіщення чергових механіків; пріоритет за
замовченням 3, якщо не вказано інше
засобів КВПіА: загальна несправність (KIP);
не відкрився або не включився (KNO); не
закрився або не відключився (KNC)
пов’язані з несправністю
датчиків або ВМ
оповіщення чергових КВПіА; пріоритет за
замовченням 3, якщо не вказано інше
електричні: загальна несправність (ELE); не
відкрився або не включився (EON); не
закрився або не відключився (EOF)
пов’язані з несправністю
електрообладнання
оповіщення чергових електриків; пріоритет за
замовченням 3, якщо не вказано інше
системні ПЛК або SCADA/HMI: загальна
помилка (E), помилка каналу ПЛК (E0),
помилка в SCADA/HMI (EH)
пов’язані з несправністю
складової верхнього рівня
АСКТП (ПЛК,
SCADA/HMI)
оповіщення спеціаліста АСКТП; пріоритет за
замовченням 3, якщо не вказано інше

21. Група тривог
Група тривог (alarm group) – набір тривог, які мають спільні
взаємозв’язки з частиною технологічного процесу, установкою, набором
устатковання або послугою.
• для фільтрування в журналах тривог
• територіально, по об'єднанню устатковання, інше
Назва Призначення Примітка
відділення 1 усі тривоги відділення 1, які не належать до
жодної установки
відділення 2 усі тривоги відділення 2, які не належать до
жодної установки
…
установка 1 усі тривоги, які належать до роботи
установки 1
установка 2 усі тривоги, які належать до роботи
установки 2
…

22. Пріоритет тривог
пріоритет тривоги (alarm priority) – відносна важливість, призначена
тривозі в системі для позначення терміновості реагування на тривогу
(наприклад, серйозність наслідків і допустимий час реагування).
• при розробленні пріоритети вибираються виходячи з того, що вищі
пріоритети призначаються рідше, ніж нижчі
• Більша кількість тривог мають найнижчий пріоритет (найменш
важливі)
• а менша кількість – найвищий (найважливіші).
• Отримані пріоритети потрібно узгодити з наслідками і допустимим
часом реагування.
• з найнижчим пріоритетом повинні мати найменш тяжкі наслідки
і найбільший допустимий час реагування,
• найвищого – найсерйозніші наслідки (наприклад, пожежні та
сигналізації загазованості) і найменший допустимий час
реагування.

23. Атрибути тривог
атрибути тривог (alarm attribute) – властивості тривог:
• опис тривоги (alarm description): інформативний текст, наданий як опис тегу, або
опис тривоги, або їх комбінація;
• уставка тривоги (alarm setpoint) або логічна умова (logical conditions): значення або
логічна комбінація, проходження через яке спричинює виникнення тривоги;
• пріоритет тривоги (alarm priority);
• зона нечутливості тривоги (alarm deadband)
• затримка на спрацювання (on-delay) або затримка на відключення (off-delay)
тривоги;
• група тривоги (alarm group);
• повідомлення тривоги (alarm message).
• задаються статично, може бути необхідно змінюватися оператором або програмно
з:
• логіки керування (наприклад, послідовності, етапи, стано-орієнтована логіка);
• прогресивні методи керування тривогами;
• джерело, зовнішнє по відношенню до системи керування (наприклад,
система керування виробничими операціями (MES/MOM), система
планування ресурсів підприємства (ERP)).

24. Alarm HMI
09.11.2020 pupena_san@ukr.net 24

25. Загальні концепції
HMI повинен:
• чітко відображати неблоковані активні тривоги із зазначенням їх станів,
пріоритетів, типів та іншої додаткової інформації
• повинен надати можливість:
• індивідуально підтвердити тривогу (квітувати);
• заглушити звукове оповіщення тривоги без дії підтвердження;
• виводити тривоги з обслуговування;
• змінювати параметри тривог;
• ініціювати відтермінування тривоги;
• підтримувати функцію проектно-блокованих тривог;
• відображати повідомлення тривог за запитом;
• розмежовувати доступ до функцій різним користувачам.

26. Відображення тривог на дисплеях
• дисплей зведення тривог (alarm summary);
• відображення тривог на дисплеях процесів (мнемосхемах);
• відображення (індикація) тривог у дисплеях деталізації тегів;
• дисплей зведення відтермінованих тривог;
• дисплей зведення проектно-блокованих тривог;
• дисплей зведення виведених з обслуговування тривог.

27. Запис тривоги (alarm record)
• тривогові дисплеї відображають стан тривог у вигляді записів
• Запис тривоги (alarm record) – набір інформації, який документує зміну
стану тривоги
• зміна стану тривоги -> формування нового запису (або зміни запису
попереднього стану)
• атрибути запису:
• обов'язкові:
• назва тегу для тривоги;
• опис тегу або опис тривоги;
• стан тривоги;
• пріоритет тривоги;
• тип тривоги;
• час і дату зміни стану тривоги.
• рекомендовані:
• значення змінної процесу в момент записування тривоги;
• уставка тривоги;
• група тривоги або ділянка процесу;
• клас(и) тривоги;
• повідомлення тривоги.

28. Оповіщення
• для однозначного розрізнення станів тривог використовуються
комбінації:
• візуальних індикаторів
• звукових сигналів
Стан тривоги Звук
Візуальна індикація
Колір Символ Миготіння
нормальний ні ні ні ні
непідтверджена ТАК ТАК ТАК ТАК
підтверджена ні ТАК ТАК ні
повернена до нормального стану,
непідтверджена
ні Комбінація Опція
відтермінована ні Опція н/з
проектно-блокована ні Опція н/з
виведена з обслуговування ні Опція н/з

29. Дисплей зведення тривог (списку тривог)
Відображення на дисплеї Функції керування
Для кожної тривоги повинні відображатися:
‒ назва тегу для тривоги;
‒ опис тегу або опис тривоги;
‒ стан тривоги (alarm state), включаючи статус
підтвердження;
‒ пріоритет тривоги;
‒ час/дата, коли тривога стала активною;
‒ тип тривоги.
Рекомендується:
‒ плинне значення змінної процесу;
‒ уставка тривоги;
‒ група тривоги або ділянка процесу;
‒ повідомлення тривоги.
Для всього списку рекомендується:
‒ кількість тривог у зведеному списку;
‒ кількість непідтверджених тривог у
зведеному списку
Повинні бути:
‒ упорядкування тривог за хронологічним
порядком;
‒ упорядкування тривог за пріоритетом;
‒ індивідуальне підтвердження кожної тривоги;
‒ підтвердження кількох тривог з методами
керування доступом, якщо це допускається в
методології тривог.
Рекомендується:
‒ навігаційне посилання на відповідний
дисплей процесу;
‒ доступ до процедур реагування на тривогу;
‒ фільтрація тривог за часом сигналу;
‒ фільтрація тривог за пріоритетом;
‒ фільтрація тривог за типом;
‒ фільтрація тривог за групою або ділянкою
процесу;
‒ фільтрація тривог за назвою тегу;
‒ часові обмеження для фільтрів;
‒ упорядкування тривог за назвою тегу.
При задіянні фільтрів це повинно чітко відоб-
ражатися на дисплеї. Також може викорис-
товуватися лімітування за часом, коли фільтр
видаляється після закінчення періоду часу
• відображення плинного стану

30. Дисплей зведення тривог (списку тривог): приклади

31. Дисплей журналу тривог (alarm log display)
Відображення на дисплеї Функції керування
Для кожної тривоги рекомендується
відображати
‒ ім’я тегу для тривоги;
‒ опис тегу або тривоги;
‒ стан тривоги (включаючи статус
підтвердження);
‒ пріоритет тривоги;
‒ дата і час тривоги;
‒ дата і час підтвердження;
‒ дата і час повернення до нормального
стану;
‒ тип тривоги
рекомендується забезпечувати
фільтрацію по:
‒ імені;
‒ часу або зміні стану;
‒ стану тривоги;
‒ пріоритету;
‒ типу тривоги;
‒ групі тривоги або ділянки процесу
• відображення архіву записів

32. Дисплей процесу
• Дисплей процесу забезпечує інформацію про тривоги через
контекст елементів.
• На ньому рекомендується відображати:
• ім’я тегу через текст або інші методи доступу;
• стан тривоги, включаючи статус підтвердження;
• пріоритет тривоги;
• статус блокування;
• тип тривоги.

33. Дисплеї блокованих тривог
Тип
дисплею
На дисплеї повинні
відображатися
Функції керування
Дисплей
усіх
блокованих
тривог
‒ назва тега тривоги;
‒ опис тегів або опис
тривоги;
‒ тип тривоги;
‒ статус тривоги (тобто
активна чи неактивна) ;
‒ пріоритет тривоги
Повинні забезпечувати:
‒ упорядкування тривог за хронологічним
порядком або за часом блокування;
‒ упорядкування тривог за пріоритетом.
Дисплей
відтерміно-
ваних
тривог
Додатково:
‒ час, що залишився, або
час і дата виникнення
тривоги
Повинен забезпечувати додатково:
індивідуальне розблокування тривог.
Рекомендується:
• упорядкування тривог за тегом
• фільтрацію тривог за пріоритетом;
• фільтрацію тривог за станом тривоги;
• фільтрація тривог за ділянкою процесу;
• записування оператора про причину
відтермінування тривоги;
• групове розблокування тривог;
• навігаційне посилання на дисплей
технологічного процесу;
• навігаційне посилання на дисплей інформації
про тег

34. Дисплеї блокованих тривог
Дисплей
виведених
із обслуго-
вування
тривог
Додатково:
‒ час і дата, коли
тривога була
виведена з
обслуговування
Повинен забезпечувати додатково:
‒ упорядкування тривог за статусом
тривоги (наприклад активні чи неактивні)
;
‒ упорядкування тривог за ділянкою
процесу;
‒ індивідуальне розблокування тривоги.
Рекомендується:
‒ введення оператором причини виведення
тривоги з обслуговування
Дисплей
проектно-
блокованих
тривог
Додатково:
‒ час і дата
блокування;
‒ інформація про
метод
блокування,
наприклад,
спроектоване
блокування
(рекомендується)
Повинен забезпечувати додатково:
‒ упорядкування тривог за статусом
тривоги (наприклад активні чи неактивні)
;
‒ упорядкування тривог за ділянкою
процесу;
Рекомендується:
‒ можливість розблокування оператором
тривоги або відключення функції
проектного блокування

35. Події
09.11.2020 pupena_san@ukr.net 35

36. Дисплеї блокованих тривог
Подія (Event) – це штатна зміна значення змінної або виконання
команди.
• два стани: виникнення події і відсутність події
• факт виникнення події потребує фіксації в журналі або у вікні
подій.
• деякі засоби SCADA/HMI не підтримують події
• вихід: використання тривоги без підтвердження
• у журналі (тривог) будуть фіксуватися дві події, а не одна:
тривога виникла і тривога зникла
• Для перегляду подій у засобах SCADA/HMI можуть бути
передбачені як окремі переглядачі, так і суміщені з переглядачами
тривог.

37. 09.11.2020 37
Література
http://fb.asu.in.ua/kniga-scada-hmi