SILÊNCIO! Consertando alarmes intermitentes e instantâneos

12 de julho de 2022
Bill Hollifield

Existem poucas coisas mais irritantes para os operadores do que alarmes intermitentes e instantâneos. Os alarmes intermitentes têm durações curtas. Eles ocorrem, depois desaparecem rapidamente, depois reaparecem e desaparecem, acontecendo várias vezes por minuto. Alguns alarmes intermitentes podem arruinar o desempenho geral de um sistema de alarme. Um bom critério inicial para identificar alarmes intermitentes seria um alarme que ocorre e desaparece três ou mais vezes em um minuto.

Um alarme instantâneo também é um alarme de curta duração. Ele aparece e desaparece quase imediatamente (geralmente em alguns segundos), sem que o operador precise tomar nenhuma ação. Não se repete imediatamente. (Se assim fosse, seria um alarme intermitente.) Mesmo assim, ainda é uma interrupção que distrai e é inútil para o operador e, na maioria dos sistemas, precisa ser reconhecida para ser removida das telas de listagem de alarmes.

Tanto os valores analógicos (por exemplo, fluxos, pressões) quanto os sinais digitais (liga-desliga), como os de interruptores ou sensores binários, podem e fazem vibrações. Alarmes instantâneos podem ser resolvidos usando os mesmos métodos para lidar com alarmes intermitentes, com pequenas diferenças. Alarmes intermitentes e instantâneos são muito comuns. Nenhum alarme foi projetado intencionalmente para ter esses comportamentos, e todos eles PODEM SER CORRIGIDOS sem muitos problemas! Veja como.

Comece com zona morta

Para sensores analógicos intermitentes, primeiro observe a zona morta do alarme. Então, o que é zona morta? Bem, o controle liga-desliga é a forma mais básica de controle. Um certo grau de zona morta é colocado em torno do ponto de ajuste do processo. Se a variável do processo for inferior ou superior à zona morta, a ação de controle é totalmente ligada (ou totalmente desligada) – como um ar condicionado básico ou um aquecedor doméstico.

Figura 1: Controle de zona morta e liga-desliga

O controle liga-desliga pode ser usado em uma bomba para encher (ou esvaziar) um tanque (ligado a 20%, desligado a 80%, semelhante ao funcionamento de um tanque de vaso sanitário). Mas você não gostaria de usá-lo em algo como o controle automático de velocidade de um automóvel – ligando e desligando a toda velocidade em cada subida!

Com o controle liga-desliga, a variável de processo está sempre girando em torno do ponto de ajuste e pela zona morta. Para obter um controle “mais rígido”, reduza a quantidade da zona morta. O efeito colateral resultante é o aumento da frequência das oscilações, o que reduz a vida útil do elemento de controle final (ou seja, relés, válvulas de controle etc.)

Zona morta e alarmes

Semelhante à zona morta para pontos de ajuste no controle de processo, todos os alarmes em valores analógicos também devem ter uma zona morta de alarme especificada. Todos os sinais de processo apresentam ruído. À medida que um valor de processo passa por um ponto de ajuste de alarme, qualquer ruído ou ligeira variação do sinal causa vários alarmes se houver uma zona morta de alarme muito pequena.

Esta figura mostra como uma zona morta adequada, maior que o ruído no sinal, reduz os eventos de alarme à medida que o valor do processo se move acima de um ponto de ajuste de alarme alto. A maioria dos DCS permite zona morta de alarme com diversas opções. Você deve verificar a documentação do DCS para configurar a zona morta corretamente. Observe que a zona morta sempre deve ser aplicada aos sinais analógicos antes da aplicação das seguintes técnicas de tempo de atraso!

Figura 2: Zona morta e alarmes

Cálculos rigorosos geralmente não são necessários; os seguintes valores iniciais recomendáveis podem ser usados. Também se pode recorrer à tentativa e erro; escolha um pequeno ponto de partida (1-2%) e aumente com base nos resultados.

Figura 3: Configurações de zona morta com base no tipo de sensor

Você pode pensar que esta é uma informação bastante básica e todo mundo já sabe disso. Garantimos que temos resolvido esse problema há décadas e quase todos os sistemas possuem centenas de sensores com zonas mortas de alarme definidas em zero. Verifique o seu!

Análise de tempo de atraso para alarmes intermitentes e instantâneos

A zona morta só se aplica a alarmes em valores analógicos. Muitas vezes, os alarmes intermitentes e instantâneos de pior cenário estão associados a sinais liga-desliga, como os

interruptores de pressão e de nível. (Não me faça começar a falar das muitas razões pelas quais não se deve utilizar esses dispositivos - isso seria um blog diferente) Existe outro método poderoso para usar para isso que provavelmente já é uma capacidade do seu DCS. Esse método se aplica a tipos de pontos analógicos e digitais. O método requer um pouco de explicação, mas uma vez compreendido, a técnica em si é simples. E os resultados que você obterá são muito poderosos; vale muito o esforço!

Existem dois tipos de atrasos de alarme disponíveis em muitos DCSs, o atraso de ATIVAÇÃO e o atraso de DESATIVAÇÃO. (O atraso de DESATIVAÇÃO às vezes é chamado de “temporizador de debounce”.) Cada configuração de atraso é especificada como um número de segundos e se aplica apenas ao ponto especificado (não “globalmente” para todo o DCS). Alguns tipos de pontos ou alarmes podem ter qualquer um dos atrasos disponíveis e alguns têm apenas um deles. Os atrasos de ATIVAÇÃO e DESATIVAÇÃO funcionam de maneira diferente e têm implicações diferentes quando usados. Essas configurações fornecem métodos poderosos para corrigir vibrações e alarmes instantâneos. Aqui está exatamente como eles funcionam.

Atraso de ATIVAÇÃO do alarme

O uso do parâmetro de tempo de atraso de ATIVAÇÃO pode impedir que um alarme de curta duração seja visto pelo operador. Isto é particularmente útil para corrigir um alarme instantâneo que normalmente não se repete. Com um atraso de ATIVAÇÃO, o alarme NÃO é anunciado imediatamente. Ele deve permanecer funcionando e NÃO ser apagado para o valor do temporizador de atraso de ATIVAÇÃO ANTES de ser realmente anunciado ao operador.

Figura 4: Processamento de alarme com atraso de ATIVAÇÃO

A escolha correta do parâmetro de tempo de atraso de ATIVAÇÃO é muito importante, pois, se utilizado, mesmo um alarme válido não é apresentado imediatamente ao operador. Isso aumentará o tempo total necessário para que uma resposta adequada seja dada. Tal atraso poderia ser uma preocupação de segurança em alguns alarmes. Atrasos de ATIVAÇÃO de 30 segundos ou menos geralmente não são um problema para alarmes de prioridade mais baixa. Atrasos de ATIVAÇÃO superiores a 30 segundos ou um minuto devem ser aplicados com muito cuidado, mesmo para alarmes de baixa prioridade. Muitas vezes, você descobrirá que um atraso de apenas alguns segundos pode corrigir muitos alarmes intermitentes e instantâneos.

Atraso de DESATIVAÇÃO do alarme

O uso desse método poderoso pode transformar uma série de alarmes repetitivos, incômodos e intermitentes em um único evento de alarme de longa duração, SEM atraso inicial. O alarme é anunciado imediatamente. Quando desaparece, esse apagamento NÃO é mostrado ao operador, a menos que permaneça apagado por mais tempo do que o temporizador de atraso de DESATIVAÇÃO. Assim, um alarme que desaparece e se repete rapidamente é percebido pelo operador como um único alarme contínuo, e não como uma série de alarmes recorrentes e de curta duração.

Figura 5: Processamento de alarme com atraso de DESATIVAÇÃO

Usando essa técnica, centenas ou milhares de ocorrências de alarmes incômodos e intermitentes podem se tornar uma ocorrência de alarme única e de maior duração, sem atraso de anúncio inicial. O segredo é a escolha correta do parâmetro de tempo de atraso para ser maior que o tempo normal entre alarmes.

A pequena desvantagem dessa técnica também diz respeito ao tempo de atraso. Se o operador receber o alarme e tomar uma ação corretiva para eliminá-lo, ele não verá uma condição de retorno ao normal até que o tempo de atraso tenha expirado, independentemente de a ação ter sido imediatamente bem-sucedida. Na maioria dos casos, isso é bastante aceitável para atrasos de DESATIVAÇÃO de até alguns minutos.

O operador pode ver (para analógicos) que o valor do processo se moveu abaixo do ponto de ajuste do alarme.

Então, como você escolhe o número de segundos de atraso para cada alarme intermitente ou instantâneo? Adivinhações não são aconselháveis. Em vez disso, use seu software de análise de alarme. Para isso, é necessário efetuar duas análises de frequência em cada alarme intermitente ou instantâneo. As análises dos tempos em alarme (durações) e dos tempos entre alarmes (intervalos).

Tempo de alarme e tempo entre alarmes

Os DCSs produzem registros de eventos com registro de data e hora de pelo menos três coisas: a ocorrência do alarme em si, o evento de retorno ao normal (criado quando a condição que causou a ocorrência do alarme foi eliminada) e o evento de confirmação do operador (criado quando o operador pressiona a tecla de reconhecimento do alarme). Considere os dois primeiros.

Em seu software de análise de alarme, você terá registrado milhares de ocorrências de seus alarmes incômodos. Para cada alarme incômodo específico, pegue cada par de ocorrências de alarme e eventos de retorno ao normal e, em seguida, subtraia as marcações de data e hora. O resultado é o tempo de alarme (duração) da ocorrência do alarme. Em um método semelhante, a diferença entre a marcação de data/hora da ocorrência de um alarme e a marcação de data/hora do evento de eliminação do alarme anterior é o tempo entre alarmes (intervalo). Arredonde todas as marcações de data/hora para o segundo mais próximo.

Figura 6: Durações e intervalos de alarmes intermitentes e instantâneos

Se você traçar os resultados de milhares de eventos de um único alarme, provavelmente verá um gráfico semelhante ao seguinte.

Figura 7: Gráfico de análise do tempo de atraso do alarme

As duas curvas do gráfico são determinadas da seguinte forma:

• Gráfico de tempo de alarme (duração): Y = contagem de ocorrências de alarme com DURAÇÃO de X segundos.

• Gráfico de tempo entre alarmes (intervalo): Y = contagem de ocorrências de alarme com INTERVALO de X segundos.

No caso mostrado, com base em milhares de pares de retorno de alarme, a maioria dos alarmes deste ponto tem duração (linha sólida) inferior a 10 segundos e o tempo entre alarmes (linha pontilhada) é em sua maioria inferior a 20 segundos.

Obviamente, um alarme que chega, dura menos de 10 segundos e depois desaparece sozinho, não atende aos critérios básicos para um alarme – algo que requer ação do operador para ser resolvido!

Quando você traça essas durações, a área sob a curva totaliza 100% das ocorrências de alarme do único alarme que está sendo analisado. No exemplo, o alarme em questão teve milhares de ativações com duração de dez segundos ou menos. Na verdade, 93% de todas as ativações do alarme duraram 15 segundos ou menos. Esses alarmes não voltaram ao normal devido à ação responsiva do operador. Eles indicaram algum tipo de condição transitória que não exigia ação do operador para ser resolvida. No entanto, alguns dos alarmes permaneceram válidos por vários minutos.

Figura 8: Determinação da percentagem do histograma do atraso de ATIVAÇÃO (duração)

Esta é uma informação muito poderosa para usar quando combinada com as capacidades de atraso de ATIVAÇÃO e DESATIVAÇÃO do DCS. Para cada alarme, é simples gerar uma tabela semelhante à seguinte. Esta análise numérica produz a porcentagem exata de quantos alarmes seriam eliminados com base na escolha e no tipo de tempo de atraso. A tabela e os gráficos permitem localizar os retornos decrescentes e escolher o atraso corretamente.

Figura 9: Tabela de redução do alarme de tempo de atraso

Para este alarme, um atraso de 30 segundos eliminaria mais de 96% das ocorrências de alarme. Um atraso de um minuto eliminaria 72% das ocorrências. É comum que o atraso de DESATIVAÇÃO seja menos poderoso que o atraso de ATIVAÇÃO. Para o mesmo atraso de tempo especificado, o atraso de DESATIVAÇÃO geralmente eliminará menos ocorrências de alarme do que o atraso de ATIVAÇÃO. Dependendo do sistema de controle, pode haver restrições quanto à escolha dos tipos de atraso.

Esses cálculos não determinam “por que” o comportamento do alarme intermitente está ocorrendo. Uma investigação (demorada) da causa raiz das condições do processo e do hardware de detecção que resulta em comportamento intermitente e instantâneo pode encontrar problemas de instalação ou de hardware. A implementação de tempos de atraso é mais uma solução temporária altamente eficaz.

Por exemplo, eu estava em uma sala de controle de uma fábrica de produtos químicos que era (intencionalmente) levemente pressurizada pelo sistema de climatização. Tinha um alarme para indicar se aquela leve pressão positiva foi perdida. O sensor para isso foi colocado logo acima da porta de saída para o lado de fora! Assim, o alarme de perda de pressurização passou a ser um alarme de “alguém está usando a porta”, o que não tinha valor. A resposta foi mover o sensor, embora um atraso de ATIVAÇÃO de cerca de 20 segundos também funcionasse.

Mecanismo de Alarmes da Hexagon

O produto Plantstate Integrity™ (PSI) da Hexagon é uma solução abrangente de gerenciamento de alarmes. Seu módulo de análise de alarmes automatiza toda essa análise de tempo de atraso com o recurso Mecânica de alarmes. Qualquer alarme em uma lista de análise típica (como o mais frequente, intermitente ou instantâneo) pode ser selecionado e uma nova janela de análise é aberta. Milhares de ocorrências anteriores desse alarme são analisadas automaticamente e o efeito dos tempos de atraso de ATIVAÇÃO e de DESATIVAÇÃO é mostrado em um gráfico e em uma tabela. O gráfico mostra o ponto de retorno decrescente e a tabela fornece a quantidade exata de redução de alarme para qualquer escolha específica de tempo de atraso!

A análise do Mecanismo de Alarmes pode ser salva como PDF para documentação de gerenciamento de mudanças. Resolver um alarme incômodo agora se tornou tão fácil que ele deveria desaparecer da face da Terra! 

Figura 10: Exibição de análise do mecanismo de alarme da Hexagon

Este método utiliza dados de ocorrência reais para determinar o valor adequado do tempo de atraso. Ao implementar novos pontos, inicialmente você não terá esses dados para usar. Quais devem ser os padrões? A resposta requer uma explicação.

A implementação do atraso de ATIVAÇÃO ou do atraso de DESATIVAÇÃO é diferente da implementação da zona morta. Ao especificar a zona morta, a física da situação geralmente contraindica o uso de um padrão zero. Mas para muitos pontos, um atraso zero na ATIVAÇÃO ou na DESATIVAÇÃO pode ser perfeitamente aceitável. Tanto o EEMUA 191 quanto o ISA-18.2 documentam alguns avisos básicos sobre o uso do tempo de atraso. Aqui estão algumas orientações mais completas.

Figura 11: Tempos diários recomendados com base no tipo de sinal

Sumário

Existem problemas generalizados com alarmes incômodos frequentes e repetitivos. Alarmes intermitentes e instantâneos são especificamente conhecidos por serem os piores infratores. Os métodos para corrigi-los são conhecidos e de fácil aplicação. Não há razão para ter um sistema de alarme de baixo desempenho cheio de alarmes incômodos!

Para obter mais detalhes, recomendamos este relatório técnico gratuito: Obtendo um grande progresso com alarmes incômodos

E, claro, o Manual de Gerenciamento de Alarmes, Segunda Edição

Num blog posterior desta série, abordaremos o documento fundamental que você deve ter se deseja um bom sistema de alarme. Este é o documento de Filosofia de Alarmes. Abordaremos porque você precisa dele e o que ele contém. Entre em contato conosco para obter mais informações ou se você tiver dúvidas.