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

ar
Tin bài khác
Đột phá bộ điều khiển động cơ không cần bộ lọc ngoài

Đột phá bộ điều khiển động cơ không cần bộ lọc ngoài

Công ty công nghệ SmartD Technologies có trụ sở tại Montreal vừa công bố huy động thành công 15 triệu đô la Canada trong vòng gọi vốn mới, đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc thương mại hóa công nghệ điều khiển động cơ thế hệ tiếp theo. Điểm nổi bật nằm ở việc doanh nghiệp này phát triển bộ điều khiển tốc độ biến đổi (VSD) dựa trên silicon carbide (SiC) đầu tiên có khả năng tạo ra tín hiệu sóng sin thực cho động cơ mà không cần đến các bộ lọc bên ngoài.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/4/2026: Tuổi Hợi công việc suôn sẻ, tuổi Ngọ vướng rắc rối

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/4/2026: Tuổi Hợi công việc suôn sẻ, tuổi Ngọ vướng rắc rối

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 16/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 15/04: Tthị trường “xanh vỏ đỏ lòng”, VN Index chạm mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 15/04: Tthị trường “xanh vỏ đỏ lòng”, VN Index chạm mốc 1.800 điểm

Thị trường tiếp tục ghi nhận đà tăng khi VN Index đóng cửa trên mốc 1.800 điểm. Tuy nhiên, diễn biến bên trong không thực sự tích cực như điểm số thể hiện, khi phần lớn cổ phiếu trên sàn HoSE đóng cửa trong sắc đỏ và đà tăng chủ yếu đến từ nhóm vốn hóa lớn, đặc biệt là họ Vin.
Tăng cường hợp tác giáo dục đại học, KHCN, đổi mới sáng tạo hai nước Việt Nam - Trung Quốc

Tăng cường hợp tác giáo dục đại học, KHCN, đổi mới sáng tạo hai nước Việt Nam - Trung Quốc

Trong khuôn khổ chuyến thăm cấp Nhà nước của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm với Trung Quốc, ngày 14/4, Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) Việt Nam đã phối hợp với Bộ Giáo dục Trung Quốc tổ chức Diễn đàn hợp tác giáo dục đại học, khoa học - công nghệ (KHCN) và đổi mới sáng tạo Việt Nam - Trung Quốc năm 2026 tại Đại học Thanh Hoa.
Nhiệt điện Hải phòng - song hành mục tiêu sản xuất điện và bảo vệ môi trường bền vững

Nhiệt điện Hải phòng - song hành mục tiêu sản xuất điện và bảo vệ môi trường bền vững

Trong bối cảnh ngành điện đứng trước áp lực kép vừa bảo đảm cung ứng điện ổn định, vừa đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường ngày càng khắt khe, Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng đang cho thấy những bước đi quyết liệt và bài bản. Năm 2025 không chỉ ghi nhận những kết quả tích cực trong sản xuất kinh doanh mà còn đánh dấu bước chuyển quan trọng trong chiến lược đầu tư nâng cấp công nghệ môi trường, đặc biệt là Dự án cải tạo, nâng cấp hệ thống xử lý khí thải tại các nhà máy.
VAA kết nối doanh nghiệp môi trường thúc đẩy kinh tế tuần hoàn từ xử lý chất thải

VAA kết nối doanh nghiệp môi trường thúc đẩy kinh tế tuần hoàn từ xử lý chất thải

Buổi làm việc giữa Hội Tự động hóa Việt Nam và Công ty TNHH Môi trường Sông Công mở ra hướng hợp tác trong triển khai thị trường đầu vào và chuyển đổi số, tối ưu công nghệ, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý chất thải theo mô hình kinh tế tuần hoàn.
Tiếp thêm động lực tinh thần cho Trường mầm non Vĩnh Hiệp, Khánh Hòa

Tiếp thêm động lực tinh thần cho Trường mầm non Vĩnh Hiệp, Khánh Hòa

Ngày 14/4/2026, Báo Phụ nữ TP. Hồ Chí Minh và Quỹ Doanh nhân vì cộng đồng (thuộc Hiệp hội Doanh nghiệp TP. Hồ Chí Minh) đã phối hợp tổ chức Lễ khánh thành công trình sữa chữa Trường mầm non Vĩnh Hiệp tại phường Tây Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa.
Nhận định phiên giao dịch ngày 15/4: Duy trì vị thế hiện tại, chờ tín hiệu thị trường

Nhận định phiên giao dịch ngày 15/4: Duy trì vị thế hiện tại, chờ tín hiệu thị trường

VN-Index tăng điểm nhưng phụ thuộc lớn vào nhóm cổ phiếu trụ, trong khi thanh khoản suy giảm và độ lan tỏa hạn chế. Khi chỉ số tiến gần vùng kháng cự mạnh, nhà đầu tư được khuyến nghị giữ nguyên danh mục, chờ thêm tín hiệu mới từ thị trường.
Mitsubishi MDS: Giải pháp truyền động chính xác cho CNC

Mitsubishi MDS: Giải pháp truyền động chính xác cho CNC

Trong bối cảnh sản xuất thông minh và gia công chính xác ngày càng phát triển, các hệ thống truyền động servo đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo độ chính xác, tốc độ và độ ổn định của máy CNC. Khi các yêu cầu về dung sai ngày càng chặt chẽ và tốc độ gia công ngày càng cao, việc lựa chọn hệ thống truyền động phù hợp trở thành yếu tố quyết định hiệu quả sản xuất. Trong số các giải pháp nổi bật trên thị trường, hệ thống truyền động servo dòng MDS của Mitsubishi Electric được xem là một tiêu chuẩn về độ tin cậy và hiệu suất trong ngành tự động hóa công nghiệp.
AI không còn là tương lai: Cuốn sách mở lối để mọi nghề “bắt tay” công nghệ

AI không còn là tương lai: Cuốn sách mở lối để mọi nghề “bắt tay” công nghệ

Trong bối cảnh trí tuệ nhân tạo (AI) đang len lỏi vào mọi lĩnh vực đời sống, khoảng cách giữa tiềm năng công nghệ và khả năng ứng dụng thực tế của người lao động ngày càng lộ rõ. Cuốn sách “Nghề nào cũng cần AI” ra đời như một lời giải, hướng tới phổ cập AI và giúp mỗi người chủ động thích nghi trong kỷ nguyên cộng tác cùng công nghệ.
song-gia-tri