DCS và SIS Khái niệm và Thực tiễn

Hỗ trợ kỹ thuật
20/04/2020 16:11
Trong thế giới tự động hóa ngày nay tồn tại nhiều loại hệ thống được thiết kế cho các chức năng đặc biệt như DCS, SIS, SCADA và PLC. Mục đích chính của bài viết này là xem xét các chức năng và sự khác biệt giữa hai hệ thống DCS & SIS, đồng thời thời tìm hiểu về các công nghệ mới đang được sử dụng trên thị trường.
aa

Trong thế giới tự động hóa ngày nay tồn tại nhiều loại hệ thống được thiết kế cho các chức năng đặc biệt như DCS, SIS, SCADA và PLC. Mục đích chính của bài viết này là xem xét các chức năng và sự khác biệt giữa hai hệ thống DCS & SIS, đồng thời thời tìm hiểu về các công nghệ mới đang được sử dụng trên thị trường.

DCS là gì?
DCS là viết tắt của Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System), thường được sử dụng trong các quá trình, hệ thống sản xuất và các hệ thống động (dynamic system), trong đó các phần tử điều khiển không được đặt ở vị trí trung tâm, nhưng mỗi một hệ thống con được điều khiển bằng một hoặc nhiều bộ điều khiển trong toàn bộ hệ thống. Toàn bộ hệ thống điều khiển được nối mạng để giao tiếp, điều khiển và giám sát. Một hệ thống DCS tiêu biểu gồm có bộ vi xử lý được thiết kế tùy biến như các bộ điều khiển, kết nối vật lý và giao thức giao tiếp riêng. Module đầu vào và đầu ra tạo nên các thành phần của DCS. Bộ vi xử lý nhận thông tin từ module đầu vào và gửi thông tin đến module đầu ra. Hệ thống điều khiển phân tán DCS là hệ thống chuyên dụng được dùng để điều khiển các quá trình sản xuất liên tục hoặc theo mẻ (Batch- oriented) như trong lọc dầu, hóa dầu, trạm phát điện trung tâm, dược phẩm, sản xuất thức ăn, nước uống, sản xuất xi măng, sản xuất thép và sản xuất giấy.

Vậy SIS là hệ thống thiết bị trường an toàn (Safety Instrumented System), thực hiện các chức năng đặc biệt để điều khiển hoặc duy trì trạng thái an toàn của quá trình khi phát hiện các điều kiện quá trình nguy hiểm hoặc không được chấp nhận. Các hệ thống trang bị an toàn được tách biệt và độc lập với các hệ thống điều khiển thông thường nhưng bao gồm các phần tử tương tự, bao gồm: cảm biến, các bộ xử lý logic và hệ thống phụ trợ.
Hai hệ thống DCS và SIS phục vụ các mục đích khác nhau cho hoạt động của nhà máy. Hệ thống DCS được sử dụng để điều khiển nhà máy an toàn trong quá trình hoạt động bình thường. Vì vậy, nó tập trung vào tính khả dụng cao và thời gian trung bình giữa 2 sự cố cao (MTBF). Trong khi đó, hệ thống SIS được sử dụng để chuyển nhà máy về trạng thái an toàn tại thời điểm khẩn cấp hoặc vận hành bất thường.
DCS & SIS về cơ bản không kết hợp với nhau trong một hệ thống vì sự tách biệt giữa DCS & SIS là bắt buộc theo tiêu chuẩn IEC 81508 và ISA S84.01. Chúng có phạm vi và khái niệm thiết kế khác nhau. DCS có:
1. Mức điều khiển cao
2. Cấu hình linh hoạt
3. Tỷ lệ lỗi thấp (Không phân biệt an toàn/nguy hiểm)
4. Ưu tiên tính vận hành và độ khả dụng
Trong khi đó, SIS có:
1. Mức độ an toàn cao (Xác suất hư thỏng theo yêu cầu thấp)
2. Yêu cầu tuân theo các tiêu chuẩn an toàn quốc tế như IEC & ISA
3. Tuyệt đối an toàn khi hư hỏng (nhấn mạnh vào tính an toàn hơn độ khả dụng)

Hệ thống riêng biệt có tốt hơn?
Nhiều công ty sản xuất vẫn tiếp tục sử dụng các bộ điều khiển an toàn độc lập với những bộ điều khiển được sử dụng cho việc điều khiển và tối ưu hóa. Các bộ điều khiển được sử dụng cho SIS do các nhà sản xuất chuyên môn hóa có thêm các chẩn đoán mở rộng và nhận được chứng chỉ an toàn TÜV. Trước đây, có rất ít lựa chọn ngoại trừ sử dụng các hệ thống điều khiển và an toàn khác nhau. Một số người dùng thậm chí còn sử dụng hệ thống điều khiển và SIS của các nhà sản xuất khác nhau.
Có nhiều lý do khác để đặt tính năng an toàn và điều khiển trong các bộ điều khiển khác nhau. Cụ thể:
• Hư hỏng độc lập- tối thiểu hóa nguy cơ của việc hỏng hóc đồng thời của hệ thống điều khiển với SIS.
• An toàn – tránh khả năng các thay đổi trong hệ thống điều khiển có thể dẫn đến các thay đổi hoặc làm hư hỏng SIS tương ứng.
• Các yêu cầu khác nhau cho các bộ điều khiển an toàn – một hệ thống an toàn thường được thiết kế để hỏng hóc theo một cách an toàn, trong khi đó BPCS thường sẽ tối đa tính khả dụng. Một SIS cũng có các tính năng đặc biệt như chẩn đoán mở rộng, kiểm tra lỗi phần mềm đặc biệt, bộ lưu dữ liệu được bảo và khả năng kháng lỗi .
Tiêu chuẩn an toàn IEC61508 có gì đó không được rõ ràng trong vấn đề này. Việc phân tách được đặc biệt nhấn mạnh tuy nhiên lai không được chỉ thị một cách rõ ràng. Hiện nay, một lượng lớn người dùng đang tìm lý do hợp lý cho việc sử dụng các hệ thống tương tự cho chức năng điều khiển và an toàn vì nó sẽ giúp giảm các vấn đề liên quan đến các thủ tục lập trình khác nhau, ngôn ngữ khác nhau, yêu cầu lắp đặt và bảo trì khác nhau. Những sự khác biệt trong thủ tục khiến cho người lập trình dễ mắc lỗi và dễ gặp phải các vấn đề về an toàn. Lợi ích kinh tế của việc sử dụng các hệ thống tương tự cũng rõ ràng; giảm các chi phí phần cứng, cấu hình, đào tạo và lưu kho nhờ vào chủng loại và số lượng thiết bị yêu cầu. Thêm vào đó gánh nặng của các dịch vụ hỗ trợ khác nhau nhằm làm cho các hệ thống khác nhau tương thích với nhau cũng được loại bỏ.
Giới thiệu hệ thống ProSafe RS của Yokogawa
Về phương diện truyền thống mà nói, những người phát triển SIS và các sản phẩm SIS đều bắt kịp với các giải pháp sáng tạo cho điều khiển an toàn, tuy nhiên các giải pháp này
1. triển khai các kiến trúc phần cứng vật lý khác nhau.
2. mạng giao tiếp khác nhau
3. và môi trường vận hành, kỹ thuật riêng biệt.
Kết quả là, ngay cả khi mạng SIS và DCS được kết nối với nhau – và điều này, xét trên khía cạnh lịch sử, là một công việc phức tạp và tiêu tốn thời gian. Nhân viên phòng điều khiển thường xuyên thấy mình phải điều khiển hai cửa sổ và hệ thống cảnh báo khác nhau, còn nhân viên vận hành được yêu cầu thiết lập cơ chế bảo trì và sửa lỗi cho các hệ thống khác nhau. Với ProSafe-RS, Yokogawa đang mang đến tính năng điều khiển an toàn trong một hệ thống điều khiển hợp nhất, với tất cả được đều nhắm đến hiệu quả sản xuất và chi phí bản quyền thấp.
Điểm mấu chốt trong kiến trúc tích hợp DCS – SIS là một giao thức truyền thông duy nhất, mạnh được phát triển bởi Yokogawa đặc biệt hỗ trợ cho các giao tiếp liên quan đến an toàn trong đường cao tốc dữ liệu chung DCS. Giao thức này cách ly giao tiếp DCS và SIS về mặt logic, để đảm bảo việc tích hợp của giao tiếp an toàn ProSafe-RS trong mạng chia sẻ VNet- mạng đã triển khai bộ lặp kép cho độ tin cậy liên tục của DCS. Đột phá này là một sự mở đầu cho thế giới điều khiển quá trình và đã được kiểm tra độc lập và được phê chuẩn để đảm bảo tính toàn vẹn.
Tính năng chính của hệ thống trang bị an toàn sáng tạo mới của Yokogawa, ProSafe-RS là:

1. Bộ điều khiển an toàn tích hợp thực sự đầu tiên trên thế giới
a. ProSafe-RS được chứng nhận SIS như SIL3 bởi TÜV trong cấu hình tích hợp.
b. ProSafe-RS được tích hợp trực tiếp với Vnet của CENTUM CS3000.
c. ProSafe-RS mang lại cho các nhà máy tính an toàn, tính khả dụng và hiệu suất.
d. Lợi ích của việc tích hợp:
– Triển khai các dự án thông qua một mạng
– Hiệu suất hoạt động cao hơn do chỉ có một màn hình quan sát.
– Chi phí bản quyền thấp do chỉ dùng một giải pháp
e. Ưu điểm trong việc lựa chọn và cấu hình SIS:
– Lựa chọn đơn giản nhờ SIL3 duy nhất
– Tính khả dụng nhờ sự lặp lại
2. Một quá trình công nghệ, một kiến trúc mạng và một giao diện vận hành chung.
a. Vnet hỗ trợ truyền thông cho hệ thống an toàn nhà máy, các chuẩn truyền thông này đã được TÜV chứng nhận. Điều này đảm bảo tính logic của việc tách rời hệ thống DCS và SIS.
b. Tính năng xuyên suốt này dẫn đầu về điều khiển công nghệ trên thế giới. Khả năng tích hợp DCS và SIS có thể loại trừ việc giám sát và điều khiển cho 2 hệ thống này.
3. Chung kiến trúc mạng.
a. Không yêu cầu phương tiện kết nối thứ ba hoặc phần cứng giao diện để trao đổi dữ liệu giữa DCS và SIS.
b. Loại trừ việc cần thiết phải lắp đặt một kiến trúc mạng an toàn chuyên dụng.
c. Dễ dàng và đơn giản trong việc tiếp cận hệ thống mà không cần các thiết kế phức tạp cho việc tích hợp hệ thống.
d. Giảm chi phí bảo dưỡng.
e. Giảm chi phí nhân công trong những dự án lớn.
4. Thiết kế hệ thống dễ dàng.
a. Không cần phương tiện kết nối thứ ba hoặc module giao diện để trao đổi dữ liệu giữa DCS và SIS.
b. Thiết kế chung một cấu hình truyền thông cho DCS và SIS.
5. Chuyển đổi dữ liệu giữa các bộ điều chỉnh
Truyền thông an toàn có thể được sử dụng trên Vnet. (Giao thức an toàn nguyên bản của Yokogawa đã được TÜV chứng nhận).
6. Đồng bộ thời gian bởi chức năng Vnet chuẩn
GPS được coi như một tùy chọn khác (giao diện IRIG trên SCS).
7. Thống nhất sự vận hành và giám sát bởi cùng một trạm vận hành (Human Machine Interface).
a. Người vận hành có thể tạo ra các giao diện hiệu quả và rõ ràng trong việc tích hợp dữ liệu của DCS và SIS.
b. Người vận hành có thể giám sát và truy cập dữ liệu của DCS và SIS trên cùng một màn hình vận hành HIS (Human Interface Station).
Cùng với màn hình vận hành tùy biến, người vận hành có thể dễ dàng dự đoán các tình huống quan trọng và có các biện pháp xử lý nhanh trong các hoàn cảnh không mong muốn hoặc trong trường hợp khẩn cấp.
c. Người vận hành có thể thể hiện các trạng thái cảnh báo và sự kiện của quá trình công nghệ và an toàn trên cùng một trang màn hình.
d. Người vận hành có thể so sánh các dữ liệu được tích hợp đúng lúc, phân tích nguyên nhân gây ra các sự cố dễ dàng và nhanh chóng.

Kết luận
Thông qua những nỗ lực không ngừng trong việc nghiên cứu và phát triển, Yokogawa đã phát triển thành công hệ thống tích hợp điều khiển phân tán và hệ thống thiết bị trường an toàn DCS-SIS tương thích với các tiêu chuẩn an toàn quốc tế đầu tiên trên thế giới. Hệ thống tích hợp DCS-SIS cung cấp sự kết hợp giải pháp tiết kiệm chi phí tối ưu và khả năng an toàn cao. Các tiêu chuẩn chung trong vận hành và kiến trúc mạng đã giúp cho công tác triển khai dự án nhanh hơn, giảm khối lượng thiết kế phức tạp cho việc tích hợp hệ thống, rút ngắn thời gian đào tạo vận hành, thời gian bảo trì bảo dưỡng cũng như nhân lực trong các nhà máy lớn.

Công ty Yokogawa Việt Nam
Số 124 (3/2011)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay

vcca2026
Tin bài khác
Phát động AI Thực chiến 2026 với giải thưởng một tỷ đồng và học bổng 1 triệu USD

Phát động AI Thực chiến 2026 với giải thưởng một tỷ đồng và học bổng 1 triệu USD

Cuộc thi "AI Thực chiến 2026" chính thức được phát động ngày 19/6 tại Hà Nội. Chương trình do Đài Truyền hình Việt Nam (VTV) phối hợp cùng Trung tâm Dữ liệu Quốc gia (NDC), Hiệp hội Dữ liệu Quốc gia (NDA) và Ngân hàng TMCP Kỹ Thương Việt Nam (Techcombank) tổ chức. Mục tiêu chương trình hướng tới tìm kiếm, đào tạo nhân tài trí tuệ nhân tạo (AI), đồng thời xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo dựa trên dữ liệu và công nghệ AI tại Việt Nam.
25 năm Tự động hóa Ngày nay: đồng hành cùng khoa học công nghệ nước nhà

25 năm Tự động hóa Ngày nay: đồng hành cùng khoa học công nghệ nước nhà

Năm 2026 đánh dấu tròn 25 năm kể từ ngày số đầu tiên của Tạp chí Tự động hóa Ngày nay (TĐHNN) ra mắt bạn đọc. Một phần tư thế kỷ không chỉ là cột mốc thời gian đáng tự hào đối với một cơ quan báo chí chuyên ngành khoa học công nghệ, mà còn là hành trình bền bỉ kết nối tri thức, đồng hành cùng cộng đồng khoa học, doanh nghiệp và sự phát triển của ngành tự động hóa Việt Nam.
Mùa vải Thanh Hà 2026: Mất mùa “đậm” liệu có mất chất?

Mùa vải Thanh Hà 2026: Mất mùa “đậm” liệu có mất chất?

Vùng trồng vải tại xã Thanh Hà (Hải Phòng) đang bước vào vụ thu hoạch trong bối cảnh sản lượng sụt giảm do thời tiết bất lợi. Tuy nhiên, trái với nỗi lo mất mùa, chất lượng quả vải vẫn giữ vững phong độ. Nguồn cung vải thiều khan hiếm, giá thu mua có xu hướng tăng mạnh, hứa hẹn một vụ mùa “được giá” cho bà con nông dân.
Thị trường chứng khoán ngày 19/6: Trạng thái thận trọng quay trở lại

Thị trường chứng khoán ngày 19/6: Trạng thái thận trọng quay trở lại

Dù khởi đầu trong sắc xanh nhưng chỉ số nhanh chóng suy yếu khi áp lực bán lan rộng. Kết phiên, VN Index giảm gần 6 điểm, độ rộng nghiêng mạnh về bên bán, trong khi thanh khoản duy trì ở mức thấp cho thấy nhà đầu tư vẫn chưa sẵn sàng quay lại mạnh mẽ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/6/2026: Tuổi Mão tài lộc hanh thông, tuổi Tuất đề phòng tiểu nhân

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/6/2026: Tuổi Mão tài lộc hanh thông, tuổi Tuất 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 20/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Công nghệ cao và STEM trở thành điểm nhấn trong chiến lược phát triển TP. Hồ Chí Minh

Công nghệ cao và STEM trở thành điểm nhấn trong chiến lược phát triển TP. Hồ Chí Minh

Tại buổi họp báo cung cấp thông tin về các vấn đề kinh tế - xã hội trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh ngày 18/6, nhiều nội dung quan trọng liên quan đến phát triển hạ tầng, thu hút đầu tư công nghệ cao, chuyển đổi xanh và các hoạt động thúc đẩy đổi mới sáng tạo cho thế hệ trẻ đã được các sở, ngành, đơn vị chức năng thông tin tới báo chí.
Lịch sử Tạp chí Tự động hoá Ngày nay qua lời kể của Tổng biên tập đầu tiên

Lịch sử Tạp chí Tự động hoá Ngày nay qua lời kể của Tổng biên tập đầu tiên

Đã gần 90 tuổi nhưng khi được Ban biên tập Tạp chí Tự động hoá Ngày nay (TĐHNN) mời đến thăm Tòa soạn nhân dịp chuẩn bị kỷ niệm 25 năm xuất bản, ông Trịnh Đình Đề, nguyên Tổng biên tập đầu tiên của tạp chí vẫn rất nhiệt tình, hào hứng. Tại Tòa soạn, ông xúc động, say sưa kể lại cho lớp trẻ về lịch sử những ngày đầu thành lập và hành trình xây dựng tạp chí những năm sau đó.
Từ cầu nối tri thức đến mục tiêu Scopus: Tầm nhìn mới cho Tạp chí Tự động hóa Ngày nay

Từ cầu nối tri thức đến mục tiêu Scopus: Tầm nhìn mới cho Tạp chí Tự động hóa Ngày nay

Đánh giá cao vai trò của Tạp chí Tự động hóa Ngày nay (TĐHNN) trong việc kết nối giới khoa học, doanh nghiệp và truyền thông cho các hoạt động lớn của Hội Tự động hóa Việt Nam, TS. Nguyễn Quân - Chủ tịch Hội cho rằng tạp chí cần tiếp tục đổi mới theo hướng chuyên nghiệp, quốc tế hóa và phát triển kỳ Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa (MCA) thành một diễn đàn học thuật uy tín tầm khu vực và quốc tế.
22 năm cho một diễn đàn học thuật mang tên MCA

22 năm cho một diễn đàn học thuật mang tên MCA

Ngày nay, Quý độc giả và các nhà khoa học được biết đến một ấn phẩm học thuật uy tín của Hội Tự động hóa Việt Nam là Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa (MCA). Nhưng có lẽ không nhiều người biết rằng để có ngày hôm nay, MCA đã có một hành trình có thể nói là không chịu “bỏ cuộc”, kể từ năm 2004 đến nay.
Thị trường chứng khoán ngày 18/6: VN Index vượt 1.830 điểm nhờ nhóm Vin, thanh khoản sụt mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 18/6: VN Index vượt 1.830 điểm nhờ nhóm Vin, thanh khoản sụt mạnh

Dù sắc đỏ chiếm ưu thế trên bảng điện tử, VN Index vẫn tăng hơn 24 điểm nhờ lực kéo đột biến từ nhóm cổ phiếu Vin. Tuy nhiên, thanh khoản giảm mạnh cho thấy tâm lý nhà đầu tư vẫn thận trọng khi chỉ số tiến gần vùng kháng cự 1.840-1.850 điểm.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc