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
Xuất xưởng chiếc xe máy thứ 1 triệu, VinFast tạo dấu ấn sau 8 năm gia nhập thị trường xe điện

Xuất xưởng chiếc xe máy thứ 1 triệu, VinFast tạo dấu ấn sau 8 năm gia nhập thị trường xe điện

Nhà máy VinFast Hải Phòng vừa xuất xưởng chiếc xe máy điện thứ một triệu, tính từ khi chiếc Klara lăn bánh khỏi dây chuyền hồi tháng 11/2018.
Thị trường chứng khoán ngày 16/6: Nhóm chứng khoán nổi sóng, VN Index vượt 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 16/6: Nhóm chứng khoán nổi sóng, VN Index vượt 1.800 điểm

VN Index tăng hơn 8 điểm và giữ được vùng 1.800 điểm, nhưng thanh khoản lại giảm sâu. Dòng tiền chỉ tập trung ở một số nhóm, nổi bật là nhóm chứng khoán, trong khi nhóm bluechip vẫn giao dịch phân hóa.
Cảnh sát Indonesia ‘biến hình’ VF3 thành xe công vụ

Cảnh sát Indonesia ‘biến hình’ VF3 thành xe công vụ

Chiếc xe ô tô điện VF3 của VinFast vừa gây bất ngờ với công chúng, khi ghi dấu ấn trong đội hình của cảnh sát Indonesia. Không chỉ là chiếc xe có doanh số cao nhất tại trong thị trường xe điện của hãng, VF3 còn được lựa chọn cho một mục đích đặc biệt khi trở thành phương tiện hỗ trợ lực lượng cảnh sát giao thông quốc tế triển khai công nghệ giám sát vi phạm bằng máy bay không người lái.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Thìn cần đề phòng thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Thìn cần đề phòng thị phi

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 17/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Xăng E10: Bước chuyển thực tế trên hành trình năng lượng xanh

Xăng E10: Bước chuyển thực tế trên hành trình năng lượng xanh

Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng và mục tiêu phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050, xăng sinh học E10 đang nổi lên như một giải pháp khả thi cho Việt Nam. Không đòi hỏi thay đổi lớn về hạ tầng hay thói quen sử dụng, E10 không chỉ góp phần giảm phát thải mà còn mở rộng nguồn cung năng lượng, tăng khả năng tự chủ và thúc đẩy hình thành chuỗi giá trị nhiên liệu sinh học trong nước.
Báo chí phải khẳng định giá trị trong kỷ nguyên AI

Báo chí phải khẳng định giá trị trong kỷ nguyên AI

Trong bối cảnh công nghệ số, mạng xã hội và trí tuệ nhân tạo đang làm thay đổi sâu sắc môi trường truyền thông, báo chí cần tập trung vào những giá trị cốt lõi mà công nghệ không thể thay thế như kiểm chứng sự thật, trách nhiệm xã hội, đạo đức nghề nghiệp và bản lĩnh chính trị. Đây là thông điệp được lãnh đạo Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch nhấn mạnh tại Hội nghị giao ban báo chí nhân dịp kỷ niệm 101 năm Ngày Báo chí Cách mạng Việt Nam.
Từ vật liệu chiến lược đến robot công nghiệp: Bài toán tự chủ công nghệ của Việt Nam

Từ vật liệu chiến lược đến robot công nghiệp: Bài toán tự chủ công nghệ của Việt Nam

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI), robot công nghiệp, sản xuất thông minh và chuyển đổi số đang mở ra những cơ hội bứt phá chưa từng có cho nền kinh tế Việt Nam. Trong bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư diễn ra sâu rộng, năng lực cạnh tranh quốc gia không còn dựa vào lao động giá rẻ hay quy mô thị trường, mà phụ thuộc hoàn toàn vào khả năng làm chủ công nghệ lõi, vật liệu chiến lược và năng lực chế tạo các hệ thống công nghệ cao.
VAA hợp tác chiến lược với doanh nghiệp Trung Quốc thúc đẩy phát triển công nghệ lõi

VAA hợp tác chiến lược với doanh nghiệp Trung Quốc thúc đẩy phát triển công nghệ lõi

Ngày 15/6, tại Văn phòng Hệ sinh thái doanh nghiệp VAA đã diễn ra cuộc gặp mặt và ký kết Biên bản ghi nhớ hợp tác chiến lược (MOU) giữa Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA); đại diện Tập đoàn HNC và đại diện Công ty TNHH DMC ZenTech, nhằm hướng tới mục tiêu thúc đẩy phát triển lĩnh vực công nghệ cao, tự động hóa và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao ở Việt Nam.
Siemens hợp tác phát triển Silverlake thành khu công nghiệp đổi mới sáng tạo thế hệ mới

Siemens hợp tác phát triển Silverlake thành khu công nghiệp đổi mới sáng tạo thế hệ mới

Vào giữa tháng 6, Siemens Việt Nam và Pacific Land Việt Nam ký kết biên bản ghi nhớ hợp tác chiến lược nhằm phát triển Khu Công nghệ cao Silverlake trở thành trung tâm đổi mới sáng tạo thông minh và bền vững, hướng tới thu hút các ngành công nghệ cao và khoa học sự sống.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/6: Xem xét các cơ hội đầu tư ở các doanh nghiệp đầu ngành

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/6: Xem xét các cơ hội đầu tư ở các doanh nghiệp đầu ngành

Thị trường chứng khoán đã có phiên giao dịch khởi sắc trong ngày 15/6 khi lực cầu gia tăng giúp các chỉ số chính đồng loạt tăng điểm. Dù VN-Index chưa thể chinh phục thành công mốc 1.800 điểm, diễn biến của dòng tiền và độ rộng thị trường cho thấy tâm lý nhà đầu tư đang dần cải thiện sau giai đoạn điều chỉnh kéo dài.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc