Métricas de Desempenho para Sistema de Alarmes de Processos Industriais

69 Pages·2012·4.2 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E
UNIVERSIDADEFEDERALDO RIO GRANDE DO NORTE COMPUTAÇÃO
Métricas de Desempenho para Sistema de
Alarmes de Processos Industriais
Juliano Rafael Sena de Araújo
Orientador: Prof. Dr. LuizAffonsoH.GuedesdeOliveira
Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Elétrica e Computação da UFRN (área de
concentração: Engenharia de Computação)
como parte dos requisitos para obtenção do
títulodeMestreemCiências.
Natal, RN, julho de 2011
Seção de Informação e Referência

Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede

Araújo, Juliano Rafael Sena de
Métricas de desempenho para sistema de alarmes de processos industriais /
Juliano Rafael Sena de Araújo. – Natal, RN, 2011.
56 f. : il.

Orientador: Luiz Affonso H. Guedes de Oliveira.

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro
de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e de
Computação.

1. Análise no domínio espectral – Dissertação. 2. Método dos momentos –
Dissertação. 3. Técnica de cascateamento – Dissertação. 4. Superfície seletiva em
freqüência – Dissertação. I. Oliveira, Luiz Affonso H. Guedes de. II. Universidade
Federal do Rio Grande do Norte. III. Título.

RN/UF/BCZM CDU 681.5

Aos meus pais, Edival e Albaniza,
pela educação e confiança em mim
depositados durante toda minha
vida.
Agradecimentos
Aos meus pais Edival e Albaniza, por me darem, ao longo da minha vida, amor, atenção,
educaçãoemuitoincentivo.
ÀAnaPaula,pelapaciência,carinhoeporacreditarquevaleapena.
Àminhafamíliapeloapoioduranteestajornada.
Ao meu orientador e amigo Prof. Affonso, pelos incentivos, orientações e pela amizade
despertadaduranteestajornada.
AosmeuscolegasdoLaboratóriodeInformáticaIndustrialpeloapoioeporcompartilhar
comigo os momentos de alegria e estresse antes das instalações e reuniões da Petrobras.
Foiecontinuarásendomuitobomtrabalharjuntocomvocês.
ÀPetrobras,peloapoiofinanceiro.
Resumo
A evolução da automação nos últimos anos tornou possível o monitoramento contí-
nuo dos processos de plantas industriais. Com esse avanço, a quantidade de informação
que os sistemas de automação estão submetidos aumentou significativamente. Os alar-
mes gerados pelos equipamentos de monitoração são um dos principais responsáveis por
esseaumento,sendoqueelesgeralmentesãoimplantadosnasplantasindustriaissemuma
metodologiaformal,oqueacarretaumaumentodonúmerodealarmesgerados,sobrecar-
regando, assim, os sistemas de alarmes e por consequência os operadores dessas plantas.
Neste contexto, o trabalho de gerenciamento de alarmes surge com o objetivo de definir
uma metodologia formal para a instalação de novos equipamentos e detectar problemas
nas configurações existentes. Esta dissertação visa propor um conjunto de métricas para
a avaliação dos sistemas de alarmes já implantados, de forma que seja possível identifi-
car a “saúde” deste sistema analisando-se os índices propostos e comparando-os com os
parâmetros definidos em normas técnicas da área de gestão de alarmes. Além disso, as
métricas permitirão o acompanhamento do trabalho de gerenciamento de alarmes, veri-
ficando se o mesmo está melhorando a qualidade do sistema de alarme. Para validação
das métricas propostas, utilizou-se dados provenientes de plantas de processo reais da
indústriapetroquímica.
Palavras-chave: SistemadeGerenciamentodeAlarmes,AutomaçãoIndustrialeMé-
tricasdeDesempenho.
Abstract
Theevolutionofautomationinrecentyearsmadepossiblethecontinuousmonitoring
of the processes of industrial plants. With this advance, the amount of information that
automation systems are subjected to increased significantly. The alarms generated by
the monitoring equipment are a major contributor to this increase, and the equipments
are usually deployed in industrial plants without a formal methodology, which entails
an increase in the number of alarms generated, thus overloading the alarm system and
therefore the operators of such plants. In this context, the works of alarm management
comes up with the objective of defining a formal methodology for installation of new
equipment and detect problems in existing settings. This thesis aims to propose a set of
metrics for the evaluation of alarm systems already deployed, so that you can identify
the “health” of this system by analyzing the proposed indices and comparing them with
parameters defined in the technical norms of alarm management. In addition, the metrics
will track the work of alarm management, verifying if it is improving the quality of the
alarm system. To validate the proposed metrics, data from actual process plants of the
petrochemicalindustrywereused.
Keywords: Alarm Systems Management, Industrial Automation and Performance
Metrics.
Sumário
Sumário i
ListadeFiguras iii
ListadeTabelas v
ListadeSímboloseAbreviaturas vi
ListadeSímbolos vi
1 Introdução 1
1.1 EstruturadoTrabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Sistemadegerenciamentodealarmes 6
2.1 Normas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.1 EEMUANo 191 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.2 ISA-SP18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2 BR-AlarmExpert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.1 Análisesdedadoshistóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.1.1 AnálisesdeFrequência . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.1.2 AnálisesdeDuração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.1.3 AnálisesAvançadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3 MétricasdeAvaliaçãodosSistemasdeAlarmes 30
3.1 Taxamédiadealarmesporoperador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2 Instabilidadedosistemadealarmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.1 Históricodainstabilidadedosistemadealarmes . . . . . . . . . 36
3.3 Picodataxadealarmesanunciadosporoperadorduranteumaperturbação 37
3.4 Severidadedasavalanchesdealarmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
i
3.5 NúmerodealarmesStale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4 Resultados 42
4.1 Taxamédiadealarmesporoperador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2 Instabilidadedosistemadealarmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.3 Picodataxadealarmesanunciadosporoperadorduranteumaperturbação 45
4.4 Severidadedasavalanchesdealarmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.5 NúmerodealarmesStale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5 ConclusõeseTrabalhosFuturos 53
Referênciasbibliográficas 55
Lista de Figuras
1.1 PirâmidedaAutomação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1 Respostadooperadoraumasituaçãooperacionalanormal. . . . . . . . . 9
2.2 CiclodeVidadoGerenciamentodeAlarmesdefinidopelaISA-SP18. . . 13
2.3 TelainicialdosoftwareBR-AlarmExpert[Araújoetal.2009]. . . . . . . 16
2.4 MódulodedocumentaçãodosalarmesdosistemaBR-AlarmExpert. . . . 17
2.5 Análisedebad-actorsdeumaplantaindustrialobtidaviaBR-AlarmExpert. 20
2.6 Análise de distribuição de prioridade de uma planta industrial obtida via
BR-AlarmExpert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.7 AnálisedehistóricodiáriadeumaplantaindustrialobtidaviaBR-Alarm-
Expert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.8 AnálisedehistóricomensaldeumaplantaindustrialobtidaviaBR-Alarm-
Expert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.9 Análisedosalarmesdelongaduraçãodeumaplantaindustrialobtidavia
BR-AlarmExpert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.10 Análise dos alarmes de curta duração de uma planta industrial obtida via
BR-AlarmExpert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.11 AnálisedeocorrênciadeumaplantaindustrialobtidaviaBR-AlarmExpert. 26
2.12 AnálisedecausalidadedeumaplantaindustrialobtidaviaBR-AlarmExpert. 28
2.13 AnálisedeavalanchedeumaplantaindustrialobtidaviaBR-AlarmExpert. 29
3.1 Arquiteturaparadesenvolvimentodasmétricasdeanálisededesempenho. 31
3.2 Distribuiçãodaquantidadedealarmesparaumoperador. . . . . . . . . . 34
3.3 Análisegráficadainstabilidadedosistemadealarmes. . . . . . . . . . . 36
4.1 Taxa média de alarmespor operador utilizando a norma EEMUANo 191
comoreferência. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.2 Taxa média de alarmes por operador utilizando a norma ISA-SP18 como
referência. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
iii