6 bước để lựa chọn giữa PLC và DCS trong công nghiệp

Hỗ trợ kỹ thuật
20/05/2020 23:41
Làm thế nào để đưa ra một sự lựa chọn phù hợp giữa PLC và DCS trong khi cả PLC và DCS đều có khả năng làm việc ở cùng trong nhiều vùng ứng dụng. Bài báo sau sẽ từng bước giúp các nhà thiết kế cũng như các nhà tích hợp hệ thống lựa chọn được hệ thống điều khiển phù hợp nhất với ứng dụng của mình.
aa

Làm thế nào để đưa ra một sự lựa chọn phù hợp giữa PLC và DCS? Mặc dù công nghệ PLC và DCS đã ra đời và phục vụ rất nhiều quá trình công nghiệp khác nhau nhưng trong vòng 15 năm trở lại đây, thị trường đã chứng kiến sự kết hợp các tính năng của cả hai hệ thống điều khiển này. Cả PLC và DCS đều có khả năng làm việc ở cùng trong nhiều vùng ứng dụng và đôi khi khiến cho người dùng cảm thấy bối rối trong việc lựa chọn. Bài báo sau sẽ từng bước giúp các nhà thiết kế cũng như các nhà tích hợp hệ thống lựa chọn được hệ thống điều khiển phù hợp nhất với ứng dụng của mình.

Trong nỗ lực nhằm tăng thị phần và chinh phục những ứng dụng mới, các nhà chế tạo bộ điều khiển logic lập trình được (PLC) đã đưa ra một ý tưởng kết hợp giữa một bộ điều khiển PLC và một hệ thống thu thập và giám sát dữ liệu (SCADA) để tạo thành một mô hình hoàn chỉnh với những tính năng tương đương những tính năng của một hệ DCS thông thường. Sự kết hợp PLC-SCADA có thể thay thế DCS vì những lí do sau:

– Giúp tăng năng lượng bộ nhớ và tốc độ xử lí của khối điều khiển trung tâm (CPU) cho phép thực hiện nhiều vòng điều khiển hơn

– Mang lại độ tin cậy cao hơn và thực hiện được tính năng dự phòng ở nhiều cấp độ, giống như khả năng dự phòng ở hệ DCS

– Bổ sung chức năng chia sẻ cơ sở dữ liệu biến giữa PLC và SCADA, mang đến một môi trường phát triển đồng nhất cho cả cấu trúc logic của PLC và giao diện người-máy của SCADA

Mặt khác, các nhà sản xuất DCS lại phải có những điều chỉnh để bảo vệ thị phần của mình, đặc biệt là trong công nghiệp hóa dầu – nơi mà DCS về cơ bản luôn chiếm thế mạnh, đồng thời cố gắng mở rộng thị phần ở những ngành công nghiệp đòi hỏi ít độ phức tạp hơn như xử lí nước và nước thải. Các nhà chế tạo DCS đang phải cố gắng thực hiện những điều chỉnh như:

– Bổ sung những kỹ thuật điều khiển nâng cao như mạng nơ-ron, điều khiển thích nghi hay điều khiển dự báo

– Tăng cường những tính năng điều khiển rời rạc, bằng cách tương thích với chuẩn ngôn ngữ lập trình IEC61131-3, giống như PLC

– Điều chỉnh đáng kể giá phần cứng để cạnh tranh được với giá của các dòng PLC cao cấp

Mặc dù vậy, cho đến nay thì cả hai hệ PLC và DCS đều chưa thể đạt đến cấp độ có thể đáp ứng được yêu cầu của mọi ứng dụng trong công nghiệp.

Sơ đồ sẽ giới thiệu 6 bước trình tự để giúp người dùng lựa chọn hệ thống PLC hay DCS sẽ là hệ thống phù hợp nhất cho một ứng dụng cụ thể. Mỗi bước là một câu hỏi và trả lời cho câu hỏi đó sẽ cho bạn câu trả lời phù hợp hoặc chuyển đến một câu hỏi tiếp theo.

Bước 1: Quá trình của ứng dụng có đòi hỏi tính năng điều khiển nâng cao (APC) hay không?

Không có gì phải bàn cãi, hầu hết các ứng dụng điều khiển quá trình đều có thể điều khiển được nhờ các kỹ thuật điều khiển hiện đại như PID hoặc bằng cách kết hợp với các chức năng điều khiển truyền thống như: điều khiển đón đầu (feedforward), điều khiển phân tầng (cascade), điều khiển chia dải, hay điều khiển tỉ lệ. Mặc dù vậy, khi quá trình công nghiệp đòi hỏi độ ổn định cao hơn và tối ưu hóa các biến điều khiển, đặc biệt là các vấn đề điều khiển liên quan đến đa biến và độ trễ quá trình, các bộ điều khiển cần phải có khả năng thực hiện các kỹ thuật điều khiển nâng cao (APC) như mạng nơ-ron, điều khiển thích nghi, điều khiển dự báo mô hình và các kỹ thuật khác.

Các nhà sản xuất DCS luôn luôn dẫn đầu trong việc tích hợp các chức năng APC vào trong hệ thống DCS của mình, trong khi các PLC thì bị giới hạn bởi các cách thức điều khiển truyền thống. Do đó, một khi quá trình yêu cầu một hay nhiều chức năng APC, DCS sẽ là sự lựa chọn phù hợp nhất.

Bước 2: Quá trình có bao nhiêu vòng điều kiển

Mặc dù các PLC cao cấp có khả năng thực thi rất nhiều vòng điều khiển PID và các chức năng điều khiển khác nhưng câu hỏi đặt ra là: một PLC có thể thực hiện tối đa bao nhiêu vòng điều khiển như vậy?

So với các chức năng lập trình khác, vòng điều khiển PID tiêu thụ dung lượng bộ nhớ lớn hơn cũng như thời gian xử lí nhiều hơn. Điều này có thể gây cản trở hiệu quả thực thi lệnh logic của PLC. Mặt khác, một hệ DCS luôn được thiết kế để giải quyết vấn đề này do nó có thể phân tán quá trình thực thi chương trình điều khiển trên nhiều CPU và cho phép chia sẻ thông tin gữa các CPU với nhau.

Sẽ là không công bằng nếu đưa ra một giới hạn trên về số vòng điều khiển mà một PLC có thể thực hiện vì khả năng của mỗi PLC là khác nhau. Mặc dù vậy, dòng PLC mạnh nhất hiện nay cũng không thể xử lí được nhiều hơn vài trăm vòng điều khiển. Nếu nhà chế tạo PLC không thể chứng minh được PLC của mình có thể bảo đảm quản lý được số lượng vòng điều khiển yêu cầu mà vẫn cung cấp đủ không gian bộ nhớ để thực hiện các lệnh logic khác thì sự lựa chọn DCS sẽ là sự lựa chọn tất nhiên.

Bước 3: Ứng dụng có cần một phòng điều khiển vận hành hay không?

Hiển thị thông tin và tương tác vận hành thường xuyên cũng là một tính năng chính của DCS. PLC thiên về thực hiện các lệnh logic và quá trình tuần tự và phải có thêm SCADA/HMI để có thể hiển thị thông tin và thao tác vận hành.

Vậy, nếu quá trình không cần một trạm vận hành để theo dõi 24/7 từ phòng điều khiển thì chỉ cần dùng một PLC và một màn hình HMI tại chỗ hoặc một máy tính công nghiệp với phần mềm SCADA là đủ. Sử dụng DCS trong trường hợp này sẽ có hiệu quả không cao, đặc biệt về mặt chi phí.

Ví dụ, khi quá trình là các gói hệ thống nhỏ, giống như một gói trong nhà máy xử lí nước hoặc nước thải, sử dụng PLC và HMI sẽ rất phù hợp. Nhưng nếu quá trình vận hành cần một phòng điều khiển với đầy đủ tính năng như trong các nhà máy xử lí nước thải qui mô lớn, có thể sử dụng cả DCS và hệ PLC-SCADA kết hợp.

Bước 4: Ứng dụng có yêu cầu điều khiển số ở tốc độ cao?

Nói về thực hiện các lệnh logic-điều khiển số, PLC thực sự không có đối thủ. Một PLC có thể thực thi một chương trình với hàng nghìn tín hiệu vào/ra chỉ trong 1/10 giây mà không có bất kỳ vấn đề gì. Đó là lí do tại sao PLC luôn luôn được chọn để dùng trong các hệ thống dừng khẩn cấp. DCS thường không nhanh trong điều khiển số, thay vào đó nó tập trung vào xử lí những vòng điều khiển liên tục. Nếu quá trình đòi hỏi tốc độ thực hiện cao, PLC sẽ là lựa chọn hợp lí.

Nếu câu trả lời cho câu hỏi 1 hoặc 2 là “Đúng”, DCS sẽ là sự lựa chọn bắt buộc. Nếu không thì cần xem xét từng hệ thống – DCS sẽ phù hợp cho điều khiển quá trình và PLC sẽ phù hợp cho điều khiển logic số hoặc các hệ thống liên quan đến an toàn.

Bước 5: Quá trình có đòi hỏi phải hiệu chỉnh thường xuyên?

Cả PLC và DCS đều cho phép lập trình, hiệu chỉnh chương trình, lập trình lại và thậm chí khởi động về trạng thái ban đầu của nhà máy. Mặc dù vậy, khi hiệu chỉnh đồng thời cả PLC và SCADA thì lại là một vấn đề thực sự đau đầu.

Không giống như các hệ thống DCS – hệ thống triển khai một cơ sở dữ liệu duy nhất cho phần logic, HMI, cảnh báo và các biến lịch sử, các biến trong PLC và SCADA được lưu trữ và sử dụng bởi các cơ sở dữ liệu tách rời, riêng biệt hoặc trong một số trường hợp có thể sử dụng cả cơ sở dữ liệu từ một máy chủ OPC. Đặc điểm này làm cho việc hiểu chỉnh logic chương trình hoặc bổ sung thêm các thiết bị vào trong nhà máy sẽ tốn nhiều thời gian hơn, đồng nghĩa với việc gia tăng rủi ro và lỗi của hệ thống hơn.

Nếu như quá trình không đòi hỏi việc hiệu chỉnh chương trình hoặc bổ sung các thiết bị mới thì PLC là một lựa chọn phù hợp; nếu cần thường xuyên hiệu chỉnh, thì hãy nên cân nhắc về DCS, nhưng chỉ sau khi đã trả lời được câu hỏi cuối cùng ở dưới.

Bước 6: Kỹ sư của nhà máy có khả năng hiệu chỉnh được hệ thống hay không?

Chi phí phần cứng của hệ thống sẽ không được bàn đến trong các bước lựa chọn của bài báo này. Hầu hết các nhà sản xuất PLC và DCS đều có khả năng giảm giá các thiết bị phần cứng của mình xét trên phương diện một dự án lớn, nếu như họ muốn. Chi phí chỉ thực sự quan trọng khi thảo luận về vấn đề hiệu chỉnh, nâng cấp hệ thống trong tương lai. Khi đó, chi phí phần cứng sẽ là một phần của tổng giá đầu tư dài hạn của hệ thống.

Thông thường, các hãng chế tạo PLC thường theo mô hình kinh doanh sử dụng các kênh đối tác phát triển sản phẩm. Mỗi nhà sản xuất PLC đều có ít nhất một nhà tích hợp hệ thống tại mỗi quốc gia. Nhà tích hợp hệ thống này được đào tạo kỹ lưỡng về PLC của hãng, về SCADA/HMI và các sản phẩm tự động hóa liên quan khác. Trong khi đó, hầu hết các nhà sản xuất DCS lại theo mô hình bán nhân công kỹ thuật và dịch vụ tích hợp đi theo hệ thống. Nếu thuê một nhà tích hợp hệ thống thực hiện công việc hiệu chỉnh, chi phí sẽ rơi vào khoảng 300$ tới 400$ một ngày. Trong khi đó, các hãng DCS sẽ sẽ tính phí 1000$ một ngày cho một khối lượng công việc tương đương.

Một cách khác là nhà máy có thể cho các nhân viên đi đào tạo để bảo dưỡng và hiệu chỉnh chính hệ thống DCS của mình. Việc đào tạo bài bản cũng phải mất một chi phí nhất định, nhưng về lâu dài, nó sẽ tiết kiệm được chi phí hơn cho nhà máy và cũng hiệu quả hơn trong vận hành nhà máy.

Nếu như chỉ vì hệ thống cần thường xuyên thay đổi nhưng các nhân viên của nhà máy không có khả năng để thực hiện các công việc này, thì sử dụng giải pháp PLC kết hợp SCADA sẽ là biện pháp kinh tế hơn rất nhiều.

Những bước trên đây là những cách thức rất đơn giản nhưng lại rất thực tế và hữu dụng cho việc nên sử dụng nền tảng để điều khiển cho một quá trình công nghệ. Tất nhiên, việc lựa chọn này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố chi tiết khác cần phải xem xét kỹ lưỡng và được tư vấn cụ thể nhưng dưới một cái nhìn tổng quan, các bước này hoàn toàn phản ánh đúng những ưu điểm và nhược điểm phân biệt giữa PLC và DCS. Trên cơ sở đó, người dùng sẽ đánh giá được ở tầm vĩ mô, một mô hình điều khiển thích hợp nhất cho nhà máy của mình.q

NHẬT MINH (theo www.automation.com)

Số 180 (3/2016)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay

vcca2026
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/6/2026: Tuổi Dậu tài lộc hanh thông, tuổi Mùi đề phòng tiểu nhân

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/6/2026: Tuổi Dậu tài lộc hanh thông, tuổi Mùi đề phòng tiểu nhân

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 4/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 3/6: Rung lắc mạnh tại ngưỡng 1.800 điểm, dòng tiền bắt đáy xuất hiện

Thị trường chứng khoán ngày 3/6: Rung lắc mạnh tại ngưỡng 1.800 điểm, dòng tiền bắt đáy xuất hiện

Thị trường trải qua một phiên giao dịch nhiều biến động khi VN Index có thời điểm lùi sát mốc hỗ trợ tâm lý 1.800 điểm trước khi hồi phục đáng kể về cuối phiên. Dù vẫn đóng cửa trong sắc đỏ, lực cầu bắt đáy đã xuất hiện tại vùng giá thấp, giúp độ rộng thị trường nghiêng về phía tăng điểm và phần nào cải thiện tâm lý nhà đầu tư.
Ra mắt Hành lang đổi mới sáng tạo khởi nghiệp AI từ Đông Nam Á đến Thung Lũng Silicon

Ra mắt Hành lang đổi mới sáng tạo khởi nghiệp AI từ Đông Nam Á đến Thung Lũng Silicon

Ngày 1/6, tại Thành phố Hồ Chí Minh, Trung tâm Đổi mới sáng tạo Quốc gia Việt Nam (NIC), Google Cloud, Trung tâm Khởi nghiệp sáng tạo Thành phố Hồ Chí Minh (SIHUB), Cơ quan Phát triển Doanh nghiệp Singapore (EnterpriseSG) và Bộ Truyền thông và Kỹ thuật số Indonesia (Komdigi) công bố mở rộng hợp tác, thiết lập một hành lang đổi mới sáng tạo dành cho startup AI tại Đông Nam Á,
Nhận định phiên giao dịch ngày 3/6: Cần thận trọng hơn khi mở mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 3/6: Cần thận trọng hơn khi mở mua mới

Thị trường chứng khoán tiếp tục đối mặt với áp lực điều chỉnh mạnh khi VN-Index giảm phiên thứ sáu liên tiếp và lùi sát ngưỡng hỗ trợ tâm lý 1.800 điểm. Trong bối cảnh dòng tiền suy yếu và áp lực bán lan rộng trên nhiều nhóm ngành, các công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư thận trọng hơn với các quyết định giải ngân mới.
Robot hình người bước lên sàn catwalk, Hàn Quốc thử nghiệm tương lai nơi AI hòa vào đời sống

Robot hình người bước lên sàn catwalk, Hàn Quốc thử nghiệm tương lai nơi AI hòa vào đời sống

Không còn xuất hiện trong các nhà máy hay phòng thí nghiệm, robot hình người nay đã sải bước trên sàn diễn thời trang tại Seoul. Sự kiện kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo, robot và nghệ thuật trình diễn cho thấy tham vọng của Hàn Quốc trong việc đưa công nghệ tiến gần hơn tới đời sống văn hóa đại chúng.
3 ‘ông lớn’ bắt tay phát triển robotaxi tự lái cấp độ 4

3 ‘ông lớn’ bắt tay phát triển robotaxi tự lái cấp độ 4

VinFast, NVIDIA và Autobrains vừa công bố hợp tác chiến lược nhằm phát triển chương trình robotaxi tự lái cấp độ 4 thế hệ mới cho thị trường Đông Nam Á, hướng đến giải pháp tự hành chi phí hợp lý, phù hợp điều kiện giao thông đô thị trong khu vực.
Thị trường xe điện VinFast tại Ấn Độ cán mức tiêu thụ 10.000 chiếc ô tô

Thị trường xe điện VinFast tại Ấn Độ cán mức tiêu thụ 10.000 chiếc ô tô

Hãng xe điện VinFast vừa đạt cột mốc xuất xưởng chiếc xe thứ 10.000 tại nhà máy Thoothukudi (bang Tamil Nadu, Ấn Độ), chỉ sau gần một năm đi vào hoạt động, đánh dấu bước tiến mới trong chiến lược xây dựng cứ điểm sản xuất và mở rộng thị phần tại thị trường đông dân nhất thế giới.
ADB đề xuất tài trợ cho Việt Nam 4,5 tỷ USD thực hiện tăng trưởng toàn diện

ADB đề xuất tài trợ cho Việt Nam 4,5 tỷ USD thực hiện tăng trưởng toàn diện

Các danh mục dự án do ADB đang xây dựng sẽ được triển khai trong giai đoạn 2026 - 2029, với tổng trị giá từ giá từ 5 - 6 tỷ USD. Trong đó, ADB đề xuất tài trợ cho Việt Nam khoảng 4,5 tỷ USD, nhằm ủng hộ nước ta xây dựng, phát triển quốc gia số toàn diện trong “Kỷ nguyên vươn mình của Việt Nam”.
Thị trường chứng khoán ngày 2/6: Cổ phiếu NVL bị bán tháo, VN-Index chìm trong sắc đỏ

Thị trường chứng khoán ngày 2/6: Cổ phiếu NVL bị bán tháo, VN-Index chìm trong sắc đỏ

Phiên giao dịch ngày 2/6 tiếp tục chìm trong sắc đỏ khi áp lực bán gia tăng trên diện rộng, đặc biệt tại nhóm bất động sản, ngân hàng và năng lượng. Kết phiên, VN-Index giảm hơn 18 điểm, lùi xuống mức thấp nhất trong khoảng một tháng rưỡi qua, đồng thời nối dài chuỗi điều chỉnh lên 6 phiên liên tiếp.
4 trường đại học tại TP. Hồ Chí Minh được phê duyệt phát triển thành cơ sở giáo dục đại học hàng đầu châu Á

4 trường đại học tại TP. Hồ Chí Minh được phê duyệt phát triển thành cơ sở giáo dục đại học hàng đầu châu Á

Phó Thủ tướng Lê Tiến Châu vừa ký Quyết định số 966/QĐ-TTg phê duyệt Đề án phát triển 4 trường đại học lớn tại TP. Hồ Chí Minh đạt trình độ tiên tiến của nhóm các cơ sở giáo dục đại học hàng đầu trong khu vực châu Á.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc