1. Ventajas operacionales
Sistema inteligente de alarmas
La gestión eficiente de alarmas mejora la seguridad,
el diagnóstico de fallos y el control de calidad
Martin Hollender, Carsten Beuthel
A medida que las plantas industriales se hacen más grandes y
complejas se requiere un sistema
de alarmas cada vez más sofisticado para informar a los operadores
de los posibles fallos. Con cientos
de procesos diferentes ejecutándose simultáneamente, los operadores pueden verse obligados a
responder en cualquier momento a
varias alarmas, incluso en condiciones normales. Sin la gestión no
es eficiente, hasta el operador más
diligente puede pasar por alto una
alarma. Incluso es posible que se
desactiven alarmas persistentes
con consecuencias potencialmente catastróficas.
Para reducir el problema de sobrecarga del operador, ABB ofrece
varias herramientas de tratamiento
de alarmas. Su sistema PGIM
(Power Generation Information
Management) incorpora funciones
de gestión de alarmas y eventos, y
las funciones de ocultación de
alarmas del Sistema 800xA permiten encubrir ciertas alarmas en
determinadas condiciones, evitando así que los operadores se distraigan innecesariamente. Los servicios técnicos de ABB colaboran
con grupos de proyecto locales de
ABB para proporcionar asesoramiento sobre gestión de alarmas.
Por cortesía de Chilten Air Support Unit, Inglaterra
20
Revista ABB 1/2007

2. Sistema inteligente de alarmas
Ventajas operacionales
C
on los modernos sistemas de control digital (DCS) resulta muy fácil
configurar una gran cantidad de alarmas aisladas. Esto provoca que algunos sistemas generen muchas alarmas
(una cantidad de 2.000 alarmas por
día y operador sigue siendo normal
en muchas plantas de tratamiento industrial) durante el funcionamiento
normal e incluso más cuando hay
anomalías en los procesos. No es de
esperar que un operador pueda responder a tal cantidad de alarmas.
La gestión de alarmas es una práctica
arraigada en la industria petrolífera y
gasística y, en muchos casos, una
obligación legal. Otros sectores están
siguiendo su ejemplo, entre ellos los
de generación de energía eléctrica, de
pulpa y de papel, y la industria química. En 1999, la asociación EEMUA
(Engineering Equipment and Materials
Users Association) de usuarios de materiales y equipo técnico publicó la
guía EEMUA 191 [1] para el diseño,
gestión y suministro de sistemas de
alarma. Desde entonces, el documento es, de hecho, el estándar mundial
para la gestión de alarmas. Entre sus
ideas básicas, el documento fija que
toda alarma ha de ser útil y pertinente
para el operador y que, siendo realistas, la cantidad de alarmas operativas
normales que puede manejar a largo
plazo un operador, en condiciones no
cambiantes, está en torno a una alarma cada 10 minutos. También establece que todas las alarmas deben tener
respuestas previamente definidas por
parte del operador.
Medir regularmente los indicadores
de funcionamiento de las alarmas
para garantizar que permanezcan en
el área deseada fijada como objetivo.
Estos pasos, rentables, se refieren a
condiciones normales de operación.
Una vez que están perfectamente bajo
control, el paso siguiente es reducir el
torrente de alarmas originadas cuando
hay perturbaciones en los procesos.
Situación actual
En las salas de control de muchas
plantas industriales se pueden encontrar síntomas de una mala gestión de
alarmas:
Pantallas cubiertas permanentemente de alarmas
Alarmas frecuentes durante el funcionamiento normal, y aún más
cuando hay incidencias en la planta
Alarmas permanentes durante largos
períodos de tiempo (días o semanas)
Reconocimiento masivo de alarmas
sin investigación (reconocimiento
“ciego”)
Operadores que no valoran las alarmas como sistema de ayuda
Alarmas sonoras desactivadas para
evitar una constante contaminación
acústica
En casos extremos, los operadores
ignoran por completo el sistema de
alarmas y, de hecho, la planta funcionaría mejor si el sistema DCS no
1
tuviera ninguna alarma configurada.
En grandes instalaciones cuya seguridad es vital, como las refinerías o plataformas marinas, la gestión de alarmas suele ser exigida por la ley. Un
análisis profundo de accidentes como
la explosión de la refinería Texaco en
Milford Haven (1994) ha demostrado
claramente que una mala gestión de
las alarmas contribuye a que ocurran
accidentes: en Milford Haven, los dos
operadores recibieron 275 alarmas diferentes durante los 11 minutos previos a la explosión. Esta es la razón
de que diversas autoridades, incluyendo el Órgano Ejecutivo de Higiene y
Seguridad del Reino Unido y el Consejo Directivo Noruego del Petróleo
[3], exijan la implantación de una gestión sistemática de alarmas en plantas
en que es vital la seguridad.
Estabilizar las situaciones críticas y
evitar las paradas de emergencia no
sólo hace más segura la planta, sino
que además ofrece sustanciales ventajas económicas, pues las paradas imprevistas resultan muy caras y una
gestión mejor de las alarmas hace más
eficiente el proceso.
EEMUA 191 es un conjunto de directrices para la gestión de alarmas, pero
sus recomendaciones no son obligatorias. Sin embargo, el documento describe buenas prácticas y es utilizado
por varios organismos reguladores.
Normas como Namur NA102 “Gestión
Patrón de gestión de alarmas, el primero propuesto por Campbell Brown, de British Petroleum
Las recomendaciones básicas [2] para
la gestión de alarmas son las siguientes:
Medir índices de alarmas y otros indicadores básicos de funcionamiento de las mismas, y compararlos con
las recomendaciones de EEMUA
191, o con valores de instalaciones
de referencia.
Identificar los casos más sencillos; a
menudo se puede mejorar un sistema de alarmas con muy poco esfuerzo.
Eliminar alarmas molestas. Esto podría incluir sintonizar bucles de
control, sustituir sensores defectuosos y cambiar el estado de algunos
indicadores de alarmas por el de
eventos.
Revista ABB 1/2007
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3. Sistema inteligente de alarmas
Ventajas operacionales
de Alarmas” [4] e ISA RP18.2 “Gestión
de Sistemas de Alarma para Industrias
de Procesos de Transformación” [7] se
basan en los conceptos de EEMUA
191. Las directrices se centran en las
propiedades de la capacidad de proceso de información del operador y
resaltan la utilidad de los sistemas de
alarmas desde la perspectiva del operador. Hasta ahora se consideraba que
cuando un operador pasaba por alto
una alarma importante se trataba
de un error humano. Sin embargo,
EEMUA 191 deja bien claro que si la
dirección de la planta no ha reducido
a un nivel razonable los índices de
alarmas, no será posible responsabilizar en ese caso al operador.
EEMUA 191 especifica varios indicadores medibles que pueden utilizarse
para evaluar el funcionamiento del
sistema de alarmas de una planta:
El índice medio de alarmas a largo
plazo en una operación continua
debe ser inferior a una alarma cada
10 minutos
El número de alarmas durante los
10 primeros minutos de un fallo importante en la planta debe ser inferior a 10
La distribución recomendada de
prioridades de alarmas es: alta
(5 por ciento), media (15 por ciento) y baja (80 por ciento)
El número medio de alarmas permanentes debe ser inferior a 10
2
Máscara de ocultación del Sistema 800xA
EEMUA 191 ofrece una metodología
asequible para comparar las prácticas
establecidas en plantas individuales
con las mejores prácticas de la industria.
nuación se pueden elaborar estrategias en función de determinados indicadores básicos del funcionamiento
del sistema 1 .
Desarrollo de un concepto de alarmas
Fundamentos de la gestión de alarmas
Un primer paso importante en la gestión de alarmas es registrar todos los
mensajes A&E (alarmas y eventos) en
una base electrónica de datos para
analizarlos más tarde. En algunas plantas industriales se siguen utilizando
impresoras de alarmas, que son caras
de mantener y pueden provocar que
valiosas informaciones queden enterradas en archivos que nadie lee. Herramientas de gestión de alarmas como
PGIM (Power Generation Information
Management) pueden conectarse a sistemas DCS de muchos tipos diferentes,
por ejemplo, con ayuda de OPC1) A&E
estándar, o usando un puerto de impresora. PGIM permite buscar y filtrar
mensajes A&E almacenados en bases
de datos de servidores SQL2).
Las fases siguientes son típicas de un
proyecto de gestión de alarmas (véanse más detalles, por ejemplo, en [6]).
Patrón de referencia
Una vez reunida una cantidad significativa de datos de una planta, se pueden comparar éstos con los datos de
instalaciones de referencia, como los
que proporciona EEMUA 191. A conti-
En toda planta ha de existir un documento que describa un concepto coherente del tratamiento de alarmas en
la misma. Este documento ha de definir la metodología y las reglas de establecimiento de alarmas y de priorización de las mismas. También ha de
describir las funciones y acotar las responsabilidades de los operadores y
cómo deben tratar los cambios en su
trabajo diario. Es posible que la estrategia técnica de la planta ya prevea un
documento como éste. En caso negativo habrá de ser creado como parte del
proyecto de gestión de las alarmas.
Supresión de alarmas molestas
Las alarmas molestas son aquellas que
no tienen un fin justificado, que no
tienen ningún valor para el operador.
La eliminación de estas alarmas, que
se presentan en muchas instalaciones,
puede reducir mucho el índice de
alarmas con muy poco esfuerzo. Una
herramienta muy útil para la identificación de alarmas molestas es la lista
de incidencias PGIM, que clasifica las
alarmas por su frecuencia de activación. Muchos proyectos de gestión de
alarmas han demostrado que, a menudo, un pequeño número de ellas tiene
una contribución desproporcionadamente grande al índice general de
alarmas.
Algunas alarmas molestas típicas son
las siguientes:
Alarmas aleatorias frecuentes, causadas por equipos mal ajustados, sensores defectuosos o ruido del proceso
Alarmas que no requieren respuesta
alguna del operador y que, por tanto, se han de reconfigurar como
eventos
Racionalización de alarmas
Se trata de la revisión de las alarmas
según los criterios previstos en el concepto de alarmas de la planta. Determina y documenta la razón de ser de cada alarma y los requisitos de diseño de
la misma. También pueden incluir el
ajuste de las alarmas, la consecuencia
de las desviaciones y las medidas correctoras que puede emprender el operador, junto con el nivel de prioridad
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Revista ABB 1/2007

4. Sistema inteligente de alarmas
Ventajas operacionales
3
Relaciones causales entre variables de procesos. La variable de proceso 15 tiene una estrecha relación causal con las variables 1, 2 y 3.
Esto puede ser utilizado para proponer a un ingeniero de procesos una regla de ocultación de alarmas.
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
Causa
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8
9
9
10
10
11
11
12
12
13
13
14
14
15
15
1
2
3
4
5
6
Tendencias normalizadas de los grupos PCA seleccionados
de cada alarma. La prioridad se suele
basar en las consecuencias de la alarma
o en el tiempo de respuesta admisible.
Mejora continua
Puesto que la planta industrial sufre
modificaciones a lo largo del tiempo,
es importante establecer la gestión de
alarmas como parte rutinaria de los
procedimientos de la misma. (En Estados Unidos, la gestión de alarmas se
suele contemplar en el contexto de
programas “six sigma”, que están dirigidos a las variaciones de proceso que
más tarde provocan averías o fallo en
el mismo).
Ocultación de alarmas consecuentes
Accidentes como el de Milford Haven
demuestran que los operadores pueden verse desbordados por riadas de
alarmas, especialmente en situaciones
extremas. Esto se debe a que una única causa original puede tener muchas
consecuencias distintas y todas ellas
disparan sus propias alarmas. La gestión básica de alarmas, según se ha
descrito aquí, no es particularmente
útil en tales situaciones. Para conseguir el objetivo de EEMUA –no más
de 10 alarmas durante los 10 primeros
minutos de fallo de un proceso– se ha
de adoptar un planteamiento más riguroso. El sistema de control 800xA
de ABB ofrece una función de ocultación de alarmas, que permite que se
activen sólo ciertas en función del estado del proceso o de otras alarmas
Revista ABB 1/2007
activas. Las alarmas no aparecen en
las listas de alarmas estándar pero, si
es necesario, es posible acceder fácilmente a ellas 2 .
Identificar todas las relaciones causales entre alarmas para configurar las
reglas de ocultación de alarmas es
una tarea agotadora. Algunas herramientas de gestión de alarmas disponibles en el mercado pueden calcular
coeficientes de correlación entre alarmas. Este análisis se puede usar como
base para configurar las reglas de
ocultación de alarmas. Es muy importante señalar que estas herramientas
usan solamente datos binarios (alarma
activa/inactiva) y no toda la riqueza
de los datos del proceso original. Es
evidente que, si se utilizan los datos
históricos del proceso, es posible conseguir información más precisa sobre
las relaciones causales.
7
8
9 10 11 12 13 14 15
Efecto
Para estudiar mejor el potencial de este planteamiento se analizaron varios
días de datos históricos de dos plantas
distintas utilizando métodos de análisis
de perturbaciones de procesos (PDA,
Process Disturbance Analysis) [6]. Se
identificaron algunas relaciones causales interesantes a las que actualmente
se tiene acceso junto con los expertos
de procesos de las plantas 3 .
Martin Hollender
ABB Corporate Research
Ladenburg, Alemania
martin.hollender@de.abb.com
Carsten Beuthel
ABB Power Generation,
Mannheim, Alemania
carsten.beuthel@de.abb.com
Bibliografía
[1] EEMUA 191: Alarm Systems. A Guide to Design, Management and Procurement. 1999, ISBN 0 8593 1076 0
(http://www.eemua.co.uk)
[2] Tanner, R., Gould J., Turner, R. and Atkinson T. (2005), Keeping the peace (and quiet).
ISA InTech September 2005.
[3] Norwegian Petroleum Directorate YA-711: Principles for alarm system design, 2001
(http://www.ptil.no/regelverk/R2002/ALARM_SYSTEM_DESIGN_E.HTM)
[4] Namur NA102: Alarm Management. 2005
[5] Hollifield, E. Habibi, The Alarm Management Handbook. 2006
[6] Horch, A., Peak performance, ABB Review 1/2007 pp24–29
[7] ISA RP18.2 Management of Alarm Systems for the Process Industries (draft)
Notas:
1)
OPC: anteriormente OLE (Object Linking and Embedding) para control de procesos
2)
SQL: Lenguaje de consultas estructurado
23