Schaurige Schauer

Alarmmanagement in der Prozessindustrie

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22.11.2009 In Leitwarten ertönen die Alarmsignale nicht selten mehr als 1000 Mal pro Tag und manchmal mit einer solchen Frequenz, dass man von Alarmschauern spricht. Um die Anlage dennoch sicher zu betreiben, sind Alarmmanagementsysteme im Einsatz. Für Anwender kann der Nutzen jedoch nicht nur im Beherrschen der Alarme liegen, sondern zu einer kontinuierlichen Verbesserung der Prozesse führen.

Entscheider-Facts Für Betreiber


  • Die EEMUA „The Engineering, Equipment and Material User Association“ hat in ihrer Publikation 191 die methodischen Grundlagen zum Informationshandling durch Alarmmanagement beschrieben. Auf dieser Basis folgte die Namur-Empfehlung NE 102.
  • Neben einer höheren Sicherheit können Betreiber aus der Auswertung von Alarmmeldungen weiteren Nutzwert ziehen. Wenn Alarmmanagement als kontinuierlicher Verbesserungsprozess lassen sich Ausbeute, Qualität, Verfügbarkeit und Ausstoß steigern. Auch eine stärker zustandsorientierte Instandhaltung ist möglich.
  • In dem Projekt bei Evonik Industries sank die Zahl der Alarme von über 1200 pro Tag zu Beginn des Projekts auf 350 nach fünf Jahren kontinuierlichen Alarmmanagements.
  • Nicht nur durch wirtschaftliche Gründe, sondern auch durch genehmigende Behörden sowie involvierte Versicherungsunternehmen wird eine vermehrte Nachfrage nach Alarmmanagementsystemen generiert oder honoriert werden.

Wenn die Alarmglocke in einer Leitwarte mit einem Kaugummi ruhig gestellt wird, hat das zwar eine gewisse Komik. Jedoch nur für einen kurzen Moment, denn die Folgen könnten für Menschen und Anlage drastisch sein. Doch so etwa passiert nicht ohne Grund und sollte hinterfragt werden. Wenn in der Leitwarte 1000 Alarme pro Tag eingehen, das sind etwa sieben Alarme in zehn Minuten, kann ein Anlagenfahrer nicht mehr jede Alarmmeldung anforderungsgerecht bearbeiten. Die Hupe oder Klingel ertönt dauernd und wird zu einer Belastung. Der Anlagenfahrer kann bei einer solchen Alarmflut nicht mehr unterscheiden, welche Bedeutung welcher Alarm hat, quittiert blind und übersieht vielleicht auch wichtige Alarme. Mit einem Management für Alarme lassen sich diese beherrschen, und nicht umsonst wird im Ausland ein Alarmmanagement zum Teil zur Bedingung für einen sicheren und gesetzeskonformen Anlagenbetrieb.

Empfehlungen für Alarmmanagementsysteme

„Die Sicherheit von Anlagen steht nach schweren Unfällen in der Öl- und Gas-Industrie auf dem Prüfstand“, führte Josef Bussjäger vom Anlagenbauer Linde in seinem Vortrag auf dem Kongress Automation 2009 in das Thema Alarmmanagement ein. In der Folge entstanden die Normen IEC 61508 und IEC 61511, die Verfahren zur Herstellung der funktionalen Sicherheit beschreiben. Doch der Faktor Mensch ist nicht Bestandteil der Schutzeinrichtung, erläuterte Bussjäger. 1999 hat die EEMUA „The Engineering, Equipment and Material User Association“ in ihrer Publikation 191 die methodischen Grundlagen zum Informationshandling durch Alarmmanagement beschrieben. Auf dieser Basis folgte die Namur-Empfehlung NE 102.
Forderungen darin sind:

Maximal ein Alarm innerhalb von zehn Minuten im Normalbetrieb.
Maximal zehn Alarme innerhalb von zehn Minuten im Störungsfall.
Relevanz – das Ereignis, das zum Alarm führt, muss sicher eingetreten sein.
Einmalig – die Meldung desselben Ereignisses darf nicht mehrfach eintreten.
Rechtzeitig – das Ereignis muss so früh gemeldet werden, dass noch Zeit zur Reaktion des Operators und des Prozesses bleibt.
Priorisiert – die Wichtigkeit des Ereignisses muss die Bearbeitungsreihenfolge steuern.
Verständlich – die Nachricht über das Ereignis muss eindeutig und leicht verständlich sein.
Kausal – die Nachricht muss die Ursache des Ereignisses beschreiben.
Helfend – der Alarm muss Anweisungen zur Problembehebung enthalten.
Fokussierend – die Aufmerksamkeit des Operators muss auf die dringlichsten Ereignisse gelenkt werden.
Nutzen und Ziel von Alarmsystemen

Wer ein Alarmmanagement installiert, will die Sicherheit der Anlage und des Personals verbessern. Wie es die Versicherungsbranche in ihrem Merkblatt Nr. 2556 ausdrückt, dass zur Sicherung einer Anlage ein optimiertes Alarmmanagement wünschenswert sei. „Wenn wir ein Risk Survey vornehmen, fragen wir auch das Alarmmanagement ab“, erläutert Dr. Alfons Maier von der Munich Re. „Wir befragen die Operatoren nach typischen Alarmsituationen – zum Beispiel in welcher Häufigkeit Alarme auftreten, ob sich der Operator gut unterstützt fühlt vom Alarmmanagement und ob es vorkommt, dass Alarme blind quittiert werden. „Das Ziel eines optimierten Alarmmanagements müsse es sein, einerseits die Frequenz der Alarme zu senken. Andererseits gehe es auch um eine Qualifizierung der Alarme: 80% aller Alarme sollten von niedriger, 15% von mittlerer und nur 5% von hoher Priorität sein. „In der Realität finden wir leider häufig eine andere Verteilung vor. Nur 25% aller Alarme fallen in die Kategorie ‘niedrige Priorität‘ und 35% in die Kategorie ‚hohe Priorität‘.“
Neben einer höheren Sicherheit, können Betreiber aus der Auswertung von Alarmmeldungen weiteren Nutzwert ziehen. Wenn Alarmmanagement als kontinuierlicher Verbesserungsprozess verstanden wird, lassen sich damit die Verfügbarkeit der Anlage und die Qualität der Produkte sowie das Produktionsvolumen steigern, wie Jörg Bauer von Siemens darlegt: „„Das Ziel des Alarmmanagements ist nicht das Management aller Meldungen, sondern die effektive Behebung der Ursache.“ Und Dr.Martin Altebockwinkel fasste in seinen Vortrag auf der Automation 2009 zusammen: „Entscheidend für den Betreiber ist, dass über die ‚ruhige Messwarte‘ hinaus eine Vielzahl von positiven Effekten auf Produktionskosten und Produktionsmenge entsteht. Ausbeute, Qualität, Verfügbarkeit und Ausstoß werden um einige Prozentpunkte gesteigert. Auch kann die Instandhaltung stärker zustandsorientiert durchgeführt und damit besser planbar und kostengünstiger werden.“

Alarmmanagement als kontinuierlicher Verbesserungsprozess

Ziel des Projektes am Standort Worms von Evonik Industries war und ist, die Anzahl der Alarme auf 100 pro 24h und „pro Arbeitsplatz“ zu senken. Damit sind für jeden zuständigen Mitarbeiter 33 Alarme pro Person und Arbeitstag zu bearbeiten. Im Fokus standen dabei Alarme aus Prozessmeldungen mit Bedingungen wie Grenzwert, Schaltpunkt oder Endlagenfehler. Davon zu unterscheiden sind je nach Prozessleitsystem Schalt-, Nachführ-, Parametrier- und Bedienmeldungen, die zwar zur Dokumentation des Prozesses notwendig sind, jedoch nicht dem Anlagenfahrer angezeigt werden müssen. Meldungen über Netzwerkfehler und Systemfehler sind direkt an die Instandhaltung weiterzugeben. Als Voraussetzung für ein erfolgreiches Alarmmanagement nannte Altebockwinkel in seinem Vortrag die Speicherung aller Ereignisse am Prozessleitsystem in einer Datenbank. Die Daten sollten zu Hitlisten, Zeitlisten und Statistiken zusammenstellbar sein. Wesentlich für den Erfolg eines solchen Projektes ist eine fortgesetzte Kommunikation zwischen den Mitarbeitern und ein Teamleiter, der die Mitarbeiter anhaltend motiviert. „Oft ist eine beginnende Häufung von Meldungen nur ein Hinweis auf eine sich anbahnende Störung“, erläuterte Altebockwinkel. „Wir betreiben dann zustandsorientierte Instandhaltung.“ Die Kosten schätzt er auf 5000 bis 50000 Euro.

Wie Alarmschauer entstehen

Wenn die Frequenz von Alarmen plötzlich sehr schnell steigt, spricht man von Alarmschauern. „Große Unternehmen bemühen sich, Ihre Anlagen immer auf dem technisch neusten Stand zu halten. Die Effizienz soll hoch gehalten werden und vor allen Dingen sollen in allen Bereichen die Key Performance Indicatoren (KPI) messbar und nachvollziehbar darzustellen sein. Hierzu setzt man auf immer mehr Intelligenz im Feld, woraus eine Vielzahl an Alarmen, Meldungen und Diagnosen entstehen“, meint Tim Henrichs, Product Manager Systems von Yokogawa. Nach Ansicht von Altebockwinkel liegen die Ursachen für unnötige Alarme am PLS, in der Anlage oder beim Betreiber. Im PLS lassen sich Bedingungen für Alarme häufig mit wenig Aufwand konfigurieren, so dass leicht ein Alarm mehr als nötig entstehen kann. Der Leiter EMR/PLT-Anlagentechnik erklärte in seinem Vortrag, dass die Grenzwerte nicht der Anlagenentwicklung angepasst werden und häufig zu kleine Melde-Hysteresen eingestellt sind. Außerdem fehlt es an einer geeigneten Alarmunterdrückung für Betriebszustände, beispielsweise vorübergehende Stilllegung oder Wartung eines Anlagenabschnitts. Es werden nicht selten Alarme statt Meldungen gezeigt, und es mangelt an einer Nachführung, wenn sich die Anlagenlast ändert. Nicht zuletzt sind die Regelparameter schlecht und nicht flexibel einstellbar, führte er weiter aus.

Ergebnis und Auswirkung des kontinuierlichen Alarmmanagements

In dem Projekt bei Evonik Industries, Worms konnte nach einem Jahr eine deutliche Verbesserung der Alarmzahlen erreicht werden. Das Monatsmittel sank über mehrere Jahre jedes Jahr um 30%. In der Folge konnte der Anlagenbetreiber die Verfügbarkeit der Produktionsanlage von 95 auf 97% steigern. Die Overall Equipment Effectiveness (OEE) oder Gesamtanlageneffektivität erhöhte sich um vier Prozentpunkte, und die Basis wurde um vier Prozentpunkte angehoben. Die Regleroptimierung stabilisierte den Prozess. Das und weniger ungeplante Anlagenausfälle steigerten das Mengenwachstum. Außerdem konnte der Betreiber mit der zustandsorientierten Instandhaltung Wartungskosten sparen.

Alarmphilosophien umsetzen

Alarmmanagementsysteme sind zum Teil integrierter Bestandteil von Leitsystemen, als Systeme von Anlagenbauern wie Linde verfügbar oder können als intern entwickelte Werkzeuge zum Einsatz kommen, wie das Beispiel bei Evonik Industries zeigt. „Um alle Anwendungsfälle abdecken zu können, gibt es zwei Alarm Management Strategien“, erklärt Henrichs. „Für bestehende Anlage wählt man den retrospektiven Alarm Management Ansatz, mit dem man das Sixsigma Model mit der DMIAC Methode implementiert, In der Planungsphase von Neuanlage sollte man einen prospektiven Ansatz wählen, indem man den Empfehlungen der EEMUA und Namur in eine Alarmphilosophie für den Betrieb der Neuanlage umsetzt.“ Das integrierte Online Alarm Management Sytem in dem Leitsystem Centum VP unterstützt beide Ansätze. Dazu Henrichs: „Ein integriertes online Alarm Management System liefert mehr zusätzliche Hilfestellungen auf den Bedienstationen, die die Informationsflut aus dem Prozess auf das Wesentliche beschränken. Wenn Alarme aller angeschlossenen Systeme in einer sinnvoll strukturierten Oberfläche dargestellt werden, erhöht dies die Akzeptanz beim Bedienpersonal und ermöglicht, Alarmphilosophien auch zu leben.“

Matthias Stein, Industrial Control Systems Marketing bei ABB, erklärt die Tools in den Systemen System 800xA und Freelance 800F: „Alarme und Ereignisse können per Alarmlisten, Alarmbänder und Einzelalarmzeilen angezeigt und kontrolliert werden. Vom Kontextmenü aus kann der Benutzer direkt zu den Anwendungen navigieren, auf die sich der Alarm bezieht, und auf diese Weise schnell die erforderlichen Maßnahmen einleiten. Alle Alarme können per SMS oder E-Mail weitergeleitet werden. Die einzelnen Alarmzeilen sind je nach Priorität des Alarms farbcodiert. Es ist möglich, einen Alarm aus der Liste auszuwählen und über eine Verknüpfung die Prozessdisplays aufzurufen, in denen sich das Objekt befindet, das den Alarm ausgelöst hat. Vordefinierte Alarme können ausgeblendet werden.“
Auch im Automationssystem Experion PKS von Honeywell Process Solutions werden die für eine Alarmfunktion relevante Parameter in einer eingerichteten Messstelle definiert. Sie beziehen sich hauptsächlich auf die Aspekte Alarmpriorität, Alarmtypen und Alarmstatus. Zur Visualisierung und Handhabung liegen entsprechende, standardisierte Systemübersichten für Alarme, Systemereignisse, Meldungen und Alert-Informationen vor.

Nicht nur Alarme managen, sondern abnormale Situationen verhindern

Für den Hersteller Emerson Process Management liegt der Fokus nicht allein auf dem Alarmsystem und dem Managen abnormaler Situationen, sondern vor allem in deren Verhinderung durch Feldgeräte-Diagnose und verbesserte Prozess- und Bedienerführung. „Bei der Verhinderung abnormaler Situationen, ausgelöst durch Fehlfunktionen der Feldgeräte, gehen wir den Weg, dass die FF- und Hart-fähigen Feldgeräte Abweichungen vom Gutzustand als sogenannte Plantweb-Alerts aktiv melden“, stellt Max Weinmann, Senior Consultant bei Emerson Process Management, dar. Diagnoseinformationen kommen dabei nicht in die Alarmliste des Operators, sondern werden auf einer Wartungsstation angezeigt. So können durch rechtzeitige Wartung Probleme behoben werden, bevor sie zu einer abnormalen Situation führen. Berichtet jedoch ein Feldgerät ein schwerwiegendes Problem, so erhält auch der Operator einen Alarm. Er muss also nicht aus einer Mustererkennung der zeitlichen Abfolge von Prozessalarmen auf die Ursache schließen, sondern wird direkt zum gestörten Regelventil und damit zur Ursache der abnormalen Situation geführt. Neu hinzugekommen wird in der nächsten Version von DeltaV die Möglichkeit, die Informationen, der in der ISA-18.2 (Management of Alarm Systems for the Process Industries) geforderten Master Alarm Database den Alarmen im System zuzuordnen und dem Operator online zur Verfügung zu stellen. Mit DeltaV Analyze steht ein Tool zur statistischen Auswertung und Verbesserung des Alarmsystems zur Verfügung, das auch einen Benchmark gegenüber den von der EEMUA 191 empfohlenen Werten enthält.

Siemens bietet eine ganzheitliche Lösung zum Alarmmanagement als Service von Siemens Industrial Technolgogies an: Alarme werden aus den Komponenten der Anlagen zu einem zentralen Software-Agenten gemeldet. Dieser kann eine Voranalyse durchführen und meldet bestimmte Alarme in das „International Service Center for Industrial Technologies“ (ISI) weiter. In dieser Leitstelle werden dann die zugehörigen Aktivitäten wie Wartung oder Störungsbeseitigung koordiniert. Alle Aktivitäten können auch „remote“ unterstützt werden. Jörg Bauer sagt: „Ziel unseres Alarmmanagements ist eine Entlastung des Instandhaltungspersonals durch kostensenkende und effektive Servicelösungen.“ Im Vergleich zu anderen Systeme stehe die Eliminierung der Ursache im Vordergrund.

Trends und Nachfrage

Das Thema Alarmmanagement ist seit mehr als einem Jahrzehnt in der aktuellen Diskussion. Max Weinmann beobachtet, dass die Zeiten, in denen jeder Alarm, den das Leitsystem bot, in der Projektierung mit einem prozentualen Defaultwert besetzt wurde, sicher vorbei seien. In manchen Firmen werde Alarmmanagement auch in aller Konsequenz gelebt. „Andererseits sehen wir, dass es, obwohl Leitsysteme wie unser DeltaV heute alle Eigenschaften bieten, die für eine Implementierung eines EEMUA 191 konformen Alarmsystems notwendig sind, Alarmmanagement noch in vielen Projekten nicht konsequent umgesetzt wird. Oft existiert noch keine von der operativen Führung des Unternehmens verabschiedete ‚Site Alarm Management-Strategie‘, und folglich fehlt es an einer bestehenden Alarmphilosophie und in den Projekten an der Zeit und dem Geld für eine konsequente Alarmrationalisierung.“ Allerdings stellt Herbert Fittler von Honeywell Process Solutions fest, dass neue Projekte die Thematik frühzeitiger und strukturierter in die Anfangsplanung einbeziehen als dies noch vor Jahren der Fall war.

Matthias Stein meint: „Die Nachfrage ist hauptsächlich abhängig von der Applikation. Die meisten Funktionen sind bereits im Standardsystem abgedeckt. Anwender, die bisher SPSen ohne Alarmmanagement eingesetzt haben, werden zukünftig stärker nach diesen Funktionen verlangen.“ Zudem werde in Zukunft die Nachfrage seitens der genehmigenden Behörden sowie involvierten Versicherungsunternehmen vermehrt generiert oder honoriert werden, so Fittler. Dazu ergänzt Weinmann, dass in den USA die OSHA (Occupational Saftey and Health Administration) beispielsweise die Dokumentation von kritischen Alarmen und die entsprechende Ausbildung der Operator bereits gesetzlich geregelt ist und mit der Genehmigung der ISA-18.2 im Juni 2009 neben die bisherigen Empfehlungen ein auf EEMUA 191 basierender internationaler ANSI Standard zum Alarmmanagement getreten ist.

„Meist existiert noch keine von der operativen Führung des Unternehmens verabschiedete Site Alarm Management-Strategie“
Max Weinmann, Senior Consultant bei Emerson Process Management
„Die Hauptaufgabe eines Alarmmanagementsystems ist es, Alarme zur rechten Zeit mit dem benötigten Informationsgehalt an die richtige Person zu melden“
Tim Henrichs, , Product Manager Systems bei Yokogawa
„Entscheidend für den Betreiber ist, dass über die „ruhige Messwarte“
hinaus eine Vielzahl von positiven
Effekten auf Produktionskosten und Produktionsmenge entsteht“
Dr.Martin Altebockwinkel, Leiter EMR/PLT-Anlagentechnik Evonik Industries
„Das Ziel des Alarmmanagements ist nicht nur das Management aller Meldungen, sondern die effektive Behebung der Ursache“
Jörg Bauer, Produktmanager von Siemens Industrial Technologies

Heftausgabe: Special Prozessautomatisierung 2009

Über den Autor

Dr. Etwina Gandert,
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